□ 張 荀

(集美大學(xué) 航海學(xué)院，福建 廈門 361021)

1 引言

我國地域遼闊，海岸線長達(dá)18400多千米，更有東海、南海、臺(tái)灣海峽等廣闊海域。由于我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展以及“一帶一路”倡議的提出，我國海運(yùn)的發(fā)展必將日益繁榮，越來越多的船舶也將會(huì)用于海運(yùn)貿(mào)易等。船舶的增多，水域的繁忙，也會(huì)增加船舶事故發(fā)生的概率，其中由以船舶碰撞事故發(fā)生的數(shù)量最多，并且導(dǎo)致的損失和危害也最大。因此，對(duì)于海上交通安全態(tài)勢(shì)的研究十分必要。海上安全事故一旦發(fā)生，將造成難以避免的經(jīng)濟(jì)損失，環(huán)境污染甚至人身傷亡。但事故無可避免地發(fā)生以后，如何準(zhǔn)確地確定事故等級(jí)，并且預(yù)測(cè)其后續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行緊急有效的救援工作，是事故發(fā)生后的緊要工作。海上交通事故的嚴(yán)重等級(jí)不一，因此所采取的措施也應(yīng)有所區(qū)別。較輕的事故，僅需采取相應(yīng)措施，補(bǔ)救即可；較重的事故，則應(yīng)采取更為綜合的應(yīng)急措施。按此進(jìn)行相應(yīng)的處置，可以有效地配置資源，不會(huì)造成資源浪費(fèi)，也不會(huì)延誤救援。

安全態(tài)勢(shì)分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全防御、工程建設(shè)以及國防安全等各個(gè)領(lǐng)域，并且已經(jīng)取得了顯著成效。王發(fā)智[1]分析了交通突發(fā)事件的特點(diǎn)之后，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，并驗(yàn)證了態(tài)勢(shì)評(píng)估在交通突發(fā)事件中的可行性。張慧永[2]在研究了離散選擇模型的適用性以及相關(guān)建模特點(diǎn)、適用理論，結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，并做了相關(guān)優(yōu)化，建立了用于分析機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人的交通態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)模型。文獻(xiàn)[3-5]充分利用相關(guān)資料和軟件，挖掘了大量的數(shù)據(jù)并深度分析，重點(diǎn)是在通航安全風(fēng)險(xiǎn)以及有關(guān)環(huán)境特點(diǎn)等。Poly A和Amidits A[6]在JDL模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和拓展，開發(fā)出了能夠融合傳感數(shù)據(jù)的PF2功能模型，該模型是一種混合分層的結(jié)構(gòu)，并將該態(tài)勢(shì)評(píng)估模型運(yùn)用到了智能交通領(lǐng)域，對(duì)一些交通突發(fā)事件進(jìn)行前期的預(yù)測(cè)和分析，得到了很好的預(yù)期效果。Kim J K等人[7]提出了多項(xiàng)Logit模型，對(duì)交通事故發(fā)生后的嚴(yán)重程度做了預(yù)測(cè)分析，以便相關(guān)人員提前采取必要的措施，來減少傷害和損失。董海亮等[8]通過學(xué)習(xí)機(jī)對(duì)大量的通航風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，并對(duì)其中導(dǎo)致評(píng)估差異最大的因素分析，運(yùn)用AHP建立了通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，最后通過實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了模型的有效性和合理性。陳海航[9]對(duì)廈門西海域海上旅游航線的特點(diǎn)以及實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研，通過LEC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法分析，得出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)論，并給出了顯著風(fēng)險(xiǎn)，一般風(fēng)險(xiǎn)和少有風(fēng)險(xiǎn)的劃分，并針對(duì)性地提出相關(guān)緩解措施。

安全態(tài)勢(shì)的分析，現(xiàn)比較成熟的方法還是以數(shù)據(jù)挖掘和有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行分析和決策。數(shù)據(jù)的挖掘提煉，主要是通過各指標(biāo)因素的大量數(shù)據(jù)，分析其互相之間的影響和關(guān)系，探究其發(fā)生的規(guī)律和后續(xù)可能的發(fā)展趨勢(shì)。專家決策法，就是以專家自身的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)來做出相關(guān)的決策，此方法雖然具有主觀性的缺點(diǎn)，但比較簡單以及高效。但一個(gè)決策過程的指標(biāo)因素往往會(huì)有很多個(gè)，且常常會(huì)涉及幾個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。然而一個(gè)專家很難準(zhǔn)確地把握全部指標(biāo)因素，更多的情況是，每個(gè)專家僅對(duì)自己熟悉專業(yè)領(lǐng)域的部分指標(biāo)因素能夠給出判斷，而對(duì)另一些不能給出準(zhǔn)確決策。針對(duì)這種不完全專家信息的情況，本文將利用雙邊匹配的思路，把專家不完整的決策信息補(bǔ)充完整，進(jìn)而給予合理賦權(quán)，做出適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。本文如此處理，可以避免專家對(duì)不熟悉的指標(biāo)做出不恰當(dāng)?shù)呐袛?，能夠提高專家決策的正確率，進(jìn)而做出更合理的評(píng)估。

2 海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

海上交通安全的評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及人、船、環(huán)境、管理等幾個(gè)大方面，其中又有許多細(xì)微的影響因素，如有靜態(tài)因素(人、安全管理等)又有動(dòng)態(tài)因素(海域及航道環(huán)境、船舶航行等)。鑒于以上分析，海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系的建立可以從以下方面分析考慮：

①駕駛船舶以及操控相關(guān)設(shè)備人員、航行船舶、航行環(huán)境、管理等綜合反映海上交通安全狀況的因素。

②通過大量數(shù)據(jù)分析，從交通事故數(shù)、事故發(fā)生概率、事故發(fā)生后的損害情況等方面評(píng)估海上交通安全態(tài)勢(shì)水平。

③航行中的交通條件，如周邊海域通航的船舶數(shù)、交通密度等。

④能夠減少海上交通事故發(fā)生的其他相關(guān)影響因素。

綜上所述，海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系的建立是一個(gè)需要定量與定性相結(jié)合的復(fù)雜過程。通過對(duì)相關(guān)資料的綜合分析[10～13]，并通過以上的分析，綜合考慮影響海上交通安全態(tài)勢(shì)的有關(guān)因素，為了使評(píng)價(jià)結(jié)果具有合理性和全面性，并使每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有獨(dú)立性、通用性及可量化，按照目標(biāo)層次分析法和因果法，建立安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系的大概層次，同時(shí)在指標(biāo)選取準(zhǔn)則的要求下，采用科學(xué)、準(zhǔn)確、可操作性強(qiáng)的指標(biāo)，剔除次要、主觀性強(qiáng)的指標(biāo)。并通過咨詢有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，?jīng)過反復(fù)篩選，最終確定了海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系，具體如表1。

3 不完全條件下基于雙邊匹配的船舶危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型

3.1 不完全專家信息

表1 海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系

為了使評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和全面性，對(duì)于各專家的評(píng)價(jià)指標(biāo)集Ck應(yīng)滿足：

①C1∪C2∪Cm=C;

②(Ci∩Cj)??,(?i,j∈{1,2,…,m},i≠j)

即每位專家所給出的指標(biāo)集的并集應(yīng)該囊括了所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這樣就可以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理和全面；另外，出現(xiàn)任意兩位專家給出的某些指標(biāo)相同的情況也是合理的，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中專家的知識(shí)領(lǐng)域是存在交叉的。

這樣，每位專家給出自己熟悉的指標(biāo)集，接下來要做的工作就是把每位專家不熟悉而沒給出的指標(biāo)集補(bǔ)充完成，使得每位專家給出的評(píng)價(jià)指標(biāo)集都是完整的。

3.2 專家匹配及評(píng)價(jià)指標(biāo)信息補(bǔ)全

對(duì)于專家exk選取的指標(biāo)Ck，專家結(jié)合自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)做出判斷，在以往的一些專家評(píng)判中，專家做出的多為定性評(píng)價(jià)，例如：很差、較差、一般、較好、好、很好等。定性分析模糊性強(qiáng)，為了更準(zhǔn)確地分析各指標(biāo)之間的差異性，本文采用定量分析，對(duì)于各指標(biāo)Ck，專家給出評(píng)價(jià)值vi，且vi∈[0,1]，vi=0(表示該指標(biāo)完全不符合專家的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn))，vi=1(表示該指標(biāo)完全符合專家的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn))；對(duì)于專家不熟悉的指標(biāo)vk，則參考其他熟悉該指標(biāo)的專家給出的評(píng)價(jià)信息，然后給出評(píng)價(jià)值[15]。

假設(shè)專家exi對(duì)于某指標(biāo)Ck不熟悉，無法給出自己的評(píng)價(jià)信息，但專家exj與專家exi有a個(gè)共同熟悉且給出評(píng)價(jià)信息的指標(biāo)Cl(l=1,2,…,a)，且給出的評(píng)價(jià)值分別為vlj(l=1,2,…,n)，vli(l=1,2,…,n)；同時(shí)專家exj有專家exi不熟悉的評(píng)價(jià)指標(biāo)Ck(k=1,2,…,n)，且評(píng)價(jià)值為vkj(l=1,2,…，n)，則我們對(duì)專家exi與exj相同的指標(biāo)進(jìn)行匹配分析，進(jìn)而重新排序，匹配計(jì)算如下式：

(1)

(2)

例1：有三位專家對(duì)三個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行打分，三位專家的評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，三位專家共有6個(gè)共同熟悉的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而專家1不熟悉，而專家2、專家3熟悉的指標(biāo)有3個(gè)。則對(duì)專家2、專家3由公式(1)計(jì)算，分別得出值為0.083，0.167，專家2、專家3的權(quán)重分別為0.6和0.4。接著根據(jù)公式(2)，可計(jì)算出專家1不熟悉的三個(gè)指標(biāo)，進(jìn)而可補(bǔ)全專家1的評(píng)價(jià)信息，也即如下：

經(jīng)過以上兩個(gè)公式計(jì)算后，專家評(píng)價(jià)信息表也就可以補(bǔ)充完整。通過以上方法的計(jì)算，可以很好地避免專家因不熟悉某些指標(biāo)而出現(xiàn)的模糊性；對(duì)于此問題，傳統(tǒng)的處理方法一般為其他給出該指標(biāo)的專家求平均的方法給出，但這種方法并不能得到空缺該指標(biāo)的專家的很好認(rèn)同，而通過雙邊匹配，可以充分考慮該專家的意見，更有說服力和合理性。專家信息評(píng)價(jià)表補(bǔ)充完整之后，可以利用TOPSIS模型[18]對(duì)數(shù)據(jù)處理。

3.3 TOPSIS模型在專家評(píng)價(jià)信息中的應(yīng)用

TOPSIS模型對(duì)于多方案多指標(biāo)的評(píng)判具有很強(qiáng)的適用性，處理專家評(píng)價(jià)信息表具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠針對(duì)所給出的數(shù)據(jù)，反映出數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。TOPSIS模型的應(yīng)用，許多專家和學(xué)者已有較多研究，因此，本文不再做過多敘述。本文借鑒TOPSIS模型，然后結(jié)合各專家間的匹配度，就可以對(duì)各方案作出合理地評(píng)價(jià)和選擇。具體步驟如下：

第一步：確定影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)集和評(píng)價(jià)方案，每位專家給出自己熟悉的指標(biāo)評(píng)價(jià)信息。

第二步：根據(jù)公式(2)、(3)補(bǔ)全部分缺失的指標(biāo)評(píng)價(jià)信息，完善評(píng)價(jià)矩陣，然后把所有專家的評(píng)價(jià)矩陣合為一個(gè)評(píng)價(jià)矩陣(即新矩陣為：所有矩陣相加，再求其算術(shù)平均數(shù)求得)，并將其規(guī)范化。

設(shè)完善并合成后的評(píng)價(jià)矩陣有m個(gè)方案，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。則這些數(shù)據(jù)就構(gòu)成m×n的矩陣，也即評(píng)估矩陣。

X=(xij)m×n

因各指標(biāo)的量綱不同，需對(duì)其做無量綱化處理。也就是對(duì)評(píng)估矩陣做歸一化處理：

(3)

則可得規(guī)范化矩陣：Y=(yij)mn

第三步：計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。本文采用變異系數(shù)法。

各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)公式如下：

(4)

式中：Vi是第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)、也稱為標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)；σi是第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；xi是第i項(xiàng)指標(biāo)的平均數(shù)。

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為：

(5)

第四步：計(jì)算評(píng)估矩陣的加權(quán)評(píng)價(jià)值矩陣。

Vij=wj×yij(i=1,…,m;j=1,…,n)

(6)

第五步：確定正理想解V+和負(fù)理想解V-。

(7)

(8)

其中Ji為效益性指標(biāo)集(即越大對(duì)方案越有益)，J2為成本型指標(biāo)集(即越小對(duì)方案越有益)。

第六步：分別計(jì)算各方案評(píng)價(jià)指標(biāo)值到正負(fù)理想解的距離。

(9)

(10)

第七步：計(jì)算各方案與最優(yōu)方案的接近度Di。

(11)

其中Di越接近1，表示該方案越接近正理想解或最優(yōu)方案。

第八步：將所計(jì)算出來的各方案Di值按由大到小的順序排序，Di值越大表示方案越理想。

4 算例分析

假設(shè)某航運(yùn)公司對(duì)公司內(nèi)部制定的四個(gè)通航方案進(jìn)行海上交通安全態(tài)勢(shì)的評(píng)估以及必選出最佳方案，并邀請(qǐng)了ex1,ex2,ex3,ex4四位專家對(duì)s1,s2,s3,s4四個(gè)方案進(jìn)行評(píng)估，因篇幅有限，本文僅節(jié)選其中的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析，現(xiàn)選定其中的四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分別為管理水平、裝載情況、能見度、交通密度。四位專家對(duì)于這些指標(biāo)，根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)，給出了自己的評(píng)價(jià)矩陣，結(jié)果如下：

根據(jù)公式(1)和(2)，完善V1、V4，得：

將完善后的四個(gè)矩陣相加并各項(xiàng)取算術(shù)平均數(shù)得矩陣V，并歸一化處理得V′：

按公式(4)、(5)求出各指標(biāo)權(quán)重為：ωj=(0.25,0.38,0.22,0.13)

由公式(6)求得加權(quán)矩陣評(píng)價(jià)值矩陣：

由公式(7)、(8)，可確定出正理想解和負(fù)理想解分別為：

V+=(0.950,0.325,0.950,0312)V-=(0.364,0.912,0.312,0.912)

由公式(9)、(10)、(11)，可確定方案各指標(biāo)的評(píng)價(jià)值與理想解的相對(duì)距離度為：

D=(0.405,0.508,0.438,0.492)

最后，可對(duì)4個(gè)方案進(jìn)行排序：

D2>D4>D3>D1

所以，方案2為最佳方案，也即從海上安全態(tài)勢(shì)評(píng)估方面考慮，方案2最為安全可靠，方案4次之，方案4最危險(xiǎn)。

5 結(jié)論

本文通過分析影響海上交通安全態(tài)勢(shì)的影響因素，建立了海上交通安全態(tài)勢(shì)評(píng)估指標(biāo)體系。專家給出自己所熟悉的知識(shí)領(lǐng)域，給出自己所熟悉能確定的指標(biāo)集合，并通過雙邊匹配的方法，完善每位專家沒有給出的指標(biāo)集，形成完整的專家指標(biāo)集合，這樣就有效地避免專家不熟悉的指標(biāo)的模糊性。接著通過TOPSIS模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用變異系數(shù)法，對(duì)比于正理想解和負(fù)理想解，最后給出了評(píng)估結(jié)果。最后，通過算例分析驗(yàn)證了方法的合理性和可靠性。