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        基于AHP和熵權(quán)法的道路危貨運輸風(fēng)險評估研究

        2020-04-29 10:53:20李升朝白雪萌
        關(guān)鍵詞:權(quán)法危險品權(quán)重

        李升朝, 吳 越, 白雪萌

        (長安大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,西安 710064)

        一、引言

        我國作為危險貨物生產(chǎn)運輸大國,截至2017年有道路?;菲髽I(yè)10 928家、運輸車輛21萬余輛。2017年全年?;愤\量超過16億噸,且呈持續(xù)上升趨勢。危險貨物這種具有易燃、易爆、腐蝕、毒害等危險特性的物品,在運輸、儲存、裝卸等過程中,由于性質(zhì)不穩(wěn)定且具有動態(tài)危險性,一旦發(fā)生事故,會給人民生命財產(chǎn)安全、國民經(jīng)濟(jì)及環(huán)境污染造成不可估量的損失。如2012年8月26日清晨2點左右,包頭—茂名高速路發(fā)生一起嚴(yán)重交通危險貨物事故,一輛雙層客車和一輛載有甲醇的罐裝車追尾,造成甲醇泄露,發(fā)生爆炸,事故導(dǎo)致客車乘客36人死亡、3人受傷,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千萬元。2017年5月23日6時,河北省保定市張石高速保定段浮圖峪五號隧道內(nèi)發(fā)生一起重大危險化學(xué)品運輸燃爆事故,造成15人死亡、3人重度燒傷,直接經(jīng)濟(jì)損失4200多萬元。除以上列舉的嚴(yán)重事故外,我國近年來仍有許多道路危險貨物交通運輸事故發(fā)生,給社會造成惡劣影響。

        目前,國內(nèi)外學(xué)者對道路危險貨物運輸風(fēng)險評估主要做了以下研究。Davis等在道路條件、車輛配置及運輸環(huán)境條件不同下,統(tǒng)計分析了危險貨物運輸事故發(fā)生概率、死傷人數(shù)等[1]。Rajeshwar提出了風(fēng)險指數(shù)法,將危險貨物屬性分類,并對運輸量、運輸距離分級[2]。Genserik 通過博弈論明確了從業(yè)人員、車輛、管理制度等影響因素之間的多米諾骨牌效應(yīng),建立了多因素的風(fēng)險分析和風(fēng)險評價,為管理者識別和處理風(fēng)險隱患打下堅實基礎(chǔ)[3]。沈小燕等通過收集國內(nèi)多起危險品罐車運輸事故資料,歸納整理得出罐車運輸事故規(guī)律,研究了道路危險貨物運輸線路優(yōu)化問題[4]。王夢晨和王琦峰通過查詢分析相關(guān)事故案例,總結(jié)了我國石油運輸企業(yè)的安全問題,并提出規(guī)避風(fēng)險的有效措施[5]。劉萌斐等采用層次分析法和模糊綜合評價法,評估研究了區(qū)域危險品運輸車輛事故概率,為特定區(qū)域危險品運輸管理工作的開展、評估提供了指導(dǎo)[6]。黃文成等采用熵-TOPSIS-耦合法對鐵路危險運輸系統(tǒng)風(fēng)險進(jìn)行評價[7]。

        從以往研究可以看出,我國危險貨物方面的研究相較國外起步較晚,風(fēng)險評估方面多見于定性分析,且沒有統(tǒng)一的風(fēng)險評估方法,導(dǎo)致選取方法不同,風(fēng)險評估結(jié)果也不同,且研究多見于鐵路方面,道路危險貨物運輸風(fēng)險研究較少。在指標(biāo)選取方面,范圍較寬泛,導(dǎo)致評價結(jié)果不精確。對風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重的確定,主觀臆斷多,尚有進(jìn)一步研究空間。為了降低道路危險貨物運輸風(fēng)險,本文擬采用AHP和熵權(quán)法相結(jié)合,建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系和模型,采用主客觀結(jié)合來降低人為干擾,并以實例驗證模型,得出本模型具有較強可行性且廣泛適用。通過所建風(fēng)險評估模型,能夠達(dá)到降低道路危險貨物運輸風(fēng)險,提高運輸安全性的目的。

        二、道路危險貨物運輸風(fēng)險評估模型

        (一)建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系

        建立道路危險貨物運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系是進(jìn)行風(fēng)險評估的基礎(chǔ)。選取評價指標(biāo)時要考慮兩點:第一,選取指標(biāo)要與相關(guān)部門當(dāng)前統(tǒng)計指標(biāo)保持一致。這樣可便于評價工作實施,且社會接受程度高。第二,選取指標(biāo)不僅要與現(xiàn)實接軌,同時要盡可能易于判定、數(shù)量合理。在保證所選指標(biāo)全面的同時,力求簡潔,易于操作。精煉評價指標(biāo),節(jié)約時間成本。

        綜上,建立的風(fēng)險評價指標(biāo)體系應(yīng)基于實際,資料數(shù)據(jù)易于收集,層次分明,同一層級間指標(biāo)要相互獨立,易于比較。

        通過文獻(xiàn)研究、專家咨詢和大量分析近年來道路危險貨物運輸事故調(diào)研報告,明確道路危險貨物運輸風(fēng)險包含的各項指標(biāo)因素,確定道路危險貨物運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系。本文建立的風(fēng)險評價指標(biāo)體系分為三層,其中,U層表示評價目標(biāo)層,即道路危險貨物運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系;ui層表示一級指標(biāo)層,包括從業(yè)人員因素u1、車輛因素u2、道路及環(huán)境因素u3、實時管理因素u4、危險品及包裝因素u5五類因素;uij層表示二級指標(biāo)層,包括受教育水平u11、連續(xù)駕駛時長u12、駕駛技能u13、身心素質(zhì)u14、車輛狀態(tài)u21、駕駛里程u22、天氣情況u31、路段事故易發(fā)性u32、安全教育及培訓(xùn)u41、實時監(jiān)控水平u42、機構(gòu)建設(shè)u43、危險品品性u51、包裝技術(shù)水平u52共13項指標(biāo),詳見圖1。

        (二)風(fēng)險評價二級指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

        為保障判斷道路危險貨物運輸風(fēng)險時有據(jù)可依、清晰明了,本文將風(fēng)險評價二級指標(biāo)做定義并分級。參考國家法律法規(guī),如《道路危險貨物運輸管理規(guī)定》《道路危險貨物運輸企業(yè)安全生產(chǎn)管理工作規(guī)范》等,參考行業(yè)及各地標(biāo)準(zhǔn),查閱相關(guān)書籍,咨詢專家,企業(yè)調(diào)研等。將指標(biāo)等級由低到高分為四級,依次是Ⅳ級風(fēng)險、Ⅲ級風(fēng)險、Ⅱ級風(fēng)險、Ⅰ級風(fēng)險,見表1。

        (三)道路危險貨物運輸風(fēng)險評估方法

        AHP法是將與決策相關(guān)的因素分成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案三個層次,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量和定性分析的方法,適用于復(fù)雜龐大且難以完全用定量方法分析的問題。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法,利用指標(biāo)的熵值來確定權(quán)重,指標(biāo)的信息熵越小,該指標(biāo)提供的信息量越大,在綜合評價中所起的作用越大,權(quán)重就越高。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論將定性轉(zhuǎn)為定量的綜合評價方法,具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強的特點,能較好地解決難以量化的問題。本文將三種方法結(jié)合應(yīng)用,先使用AHP與熵權(quán)法,與道路危險貨物運輸風(fēng)險相關(guān)因素進(jìn)行分層,并確定同一層次不同因素的權(quán)重,再通過模糊綜合評價法進(jìn)行安全評判,計算得出安全等級。

        表2 1~9分尺度

        (四)采用AHP和熵權(quán)法確定各層次權(quán)重

        表3 判斷矩陣的平均隨機一致性指標(biāo)值

        熵權(quán)法的計算過程為:

        第一,記fij為矩陣R第i個子系統(tǒng)在第j項評價下指標(biāo)值所占比重,為

        (1)

        第二,計算第i種子系統(tǒng)的熵值ei,為

        (2)

        (3)

        第三,當(dāng)fij=0時,令fij×ln(fij)=0。利用熵值計算各指標(biāo)熵權(quán),為

        (4)

        本文將層次分析法計算權(quán)重Pi與熵權(quán)法計算權(quán)重ωi相結(jié)合,計算綜合權(quán)重wi,為

        wi=αPi+(1-α)ωi。

        (5)

        綜合權(quán)重隨著α改變,本文結(jié)合危險貨物指標(biāo)體系實際情況,取α=0.5。

        (五)采用模糊綜合評價法確定評價矩陣

        設(shè)U={u1,u2,…,um}為被評價對象的m種評價因素,m為評價因素個數(shù),由評價指標(biāo)體系決定,其中ui有限不交并。第一級評價因素下可設(shè)第二級評價因素Ui={ui1,ui2,…,uim}。再根據(jù)風(fēng)險評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn),通過專家調(diào)查法,咨詢10位危險品行業(yè)專家對評價因素打分,規(guī)定評語集V={v1、v2、v3、v4}={安全、較安全、較危險、危險},評分區(qū)間將[0,100]劃分為4個等級。其中v1∈(75,100],表示道路危險貨物運輸安全,能有效規(guī)避風(fēng)險隱患,避免事故發(fā)生,符合相關(guān)安全要求;v2∈(50,75],表示道路危險貨物運輸較安全,可有效避免大部分危險事故發(fā)生,較符合相關(guān)安全要求;v3∈(25,50],表示道路危險貨物運輸安全情況較差,僅可規(guī)避最基本的運輸風(fēng)險,易發(fā)生安全事故,不滿足相關(guān)安全要求;v4∈(0,25],表示道路危險貨物運輸安全情況極差,運輸過程極易發(fā)生事故,不符合相關(guān)安全要求。將各級因素通過評語V分別進(jìn)行評價,得出相應(yīng)模糊綜合評價矩陣Ri。最后通過合適的模糊合成算子,將相應(yīng)權(quán)重矢量wi與模糊矩陣Ri合成,得到相應(yīng)各被評價對象的模糊綜合評價結(jié)果矢量Bi,即Bi=wioRi,歸一化建立總評價矩陣B=[B1、B2、B3、B4]T。

        (六)確定風(fēng)險評估等級

        計算道路危險貨物運輸風(fēng)險評價矩陣G=woB,為了方便比較評價結(jié)果,確定風(fēng)險評價總得分,計算Z=G×WT,其中Z為綜合得分,WT為V中賦值。根據(jù)綜合得分,參考風(fēng)險區(qū)間分級,評判風(fēng)險等級。

        三、道路危險貨物運輸企業(yè)風(fēng)險評估實例分析

        為驗證建立的道路危險貨物運輸風(fēng)險評估模型的科學(xué)性和可操作性,我們邀請10位行業(yè)專家,調(diào)研陜西省某道路危險貨物運輸企業(yè),并按評價指標(biāo)打分,帶入風(fēng)險評估模型,評估研究該道路危險貨物運輸企業(yè)風(fēng)險情況。

        表4 一級指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重計算結(jié)果

        (一)采用AHP和熵權(quán)法確定各影響因素指標(biāo)權(quán)重

        1.AHP法確定主觀權(quán)重

        由10位行業(yè)專家采用1~9標(biāo)度法對各級指標(biāo)層打分,并根據(jù)前述層次分析法基本步驟,求出特征值、權(quán)重,進(jìn)行一致性檢驗。一級指標(biāo)權(quán)重見表4。

        由表4得出λmax=5.0394,CI=0.00985,且通過一致性檢驗,矩陣可接受。

        二級指標(biāo)層權(quán)重同理,見表5。

        表5 二級指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

        二級指標(biāo)計算的權(quán)重經(jīng)一致性檢驗均通過標(biāo)準(zhǔn),矩陣都可接受。

        表6 一級指標(biāo)層熵權(quán)計算結(jié)果

        2.熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

        通過熵權(quán)法相關(guān)公式對各級指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán),其中一級指標(biāo)層熵權(quán)見表6。

        二級指標(biāo)層熵權(quán)同理,見表7。

        表7 二級指標(biāo)層熵權(quán)計算結(jié)果

        3.確定綜合權(quán)重

        通過上述計算可看出,AHP和熵權(quán)法賦予的主客觀權(quán)重有一定差別,根據(jù)公式(5),確定綜合權(quán)重,修正主觀權(quán)重造成的不均衡,具體結(jié)果見表8。

        (二)建立模糊綜合評價矩陣

        我們邀請10位行業(yè)專家,根據(jù)從業(yè)人員、車輛、道路及環(huán)境、實時管理、危險品及包裝五方面因素及其二級評價指標(biāo),分別打分,運用概率統(tǒng)計法,得出模糊綜合評價矩陣,見表8。

        表8 單因素隸屬度統(tǒng)計

        根據(jù)前述模糊綜合評價算法Bi=wioRi及建立的模糊綜合評價矩陣,計算各因素一級評判。

        B1=w1oR1={0.37311,0.39936,0.08327,0}

        B2=w2oR2={0.54167,0.3, 0.05833,0}

        B3=w3oR3={0.175,0.4, 0.1,0.0625}

        B4=w4oR4={0.37189,0.3,0.04388,0}

        B5=w5oR5={0.175,0.3125,0.1875,0.0625}

        歸一化,可得總體評價矩陣B=[B1,B2,B3,B4]T。

        (三)確定該道路危險貨物運輸企業(yè)風(fēng)險評價等級

        根據(jù)主客觀賦權(quán)法,綜合評價道路危險貨物運輸企業(yè)安全等級,得出B=woR={0.3460,0.3470,0.0879,0.0174},表示該企業(yè)有34.60%的概率處于安全等級,有34.70%的概率處于較安全等級,有8.79%的概率處于較危險等級,有1.74%的概率處于危險等級。結(jié)合評語集,計算賦值,可得出該企業(yè)風(fēng)險評價總得分為Z=G×WT=0.3460×100+0.3470×75+0.0879×50+0.0174×25=65.455。

        將總得分對照前述風(fēng)險評分分級,得出該企業(yè)安全性等級為“較安全”。從評價等級結(jié)果可看出該企業(yè)道路危險貨物運輸過程較安全,可有效避免大部分明顯的道路危險貨物運輸事故發(fā)生,較符合相關(guān)要求,但仍有很大的進(jìn)步空間。通過對道路危險貨物運輸企業(yè)進(jìn)行風(fēng)險評估,可確定風(fēng)險管理中不同指標(biāo)所占的不同重要程度,以及需要強化的指標(biāo),據(jù)此作為道路危險貨物運輸企業(yè)和管理部門下一步強化與投入力度的決策依據(jù)。

        (四)改進(jìn)措施

        注重對從業(yè)人員的培訓(xùn)教育與身心健康檢測。對相關(guān)從業(yè)人員及時展開所需安全知識、危險品品性、駕駛技能、危機處理等方面知識的培訓(xùn),并定期考核。行車前要檢測駕駛?cè)藛T的身心狀況,提高駕駛安全性。

        國家監(jiān)管部門和企業(yè)應(yīng)定期檢查車輛及所安裝設(shè)施設(shè)備是否符合規(guī)定。保證相關(guān)設(shè)施設(shè)備符合國家要求,避免制動系統(tǒng)、安全標(biāo)識、轉(zhuǎn)向裝置、GPS等設(shè)施設(shè)備不達(dá)標(biāo),消除安全隱患。

        危險貨物運輸企業(yè)應(yīng)當(dāng)建立關(guān)于“危險品品性—天氣條件—道路狀況”一體化動態(tài)監(jiān)測體系。在危險貨物運輸車輛出發(fā)前了解天氣狀況是否適合本次危險貨物運輸;規(guī)劃最佳行車路線,避開事故高發(fā)地,最大限度提高運輸效率,保障運輸安全。

        工作細(xì)化量化,落實到部門和個人,使管理人員明確自己的任務(wù)與具體職責(zé)。將重視法規(guī)執(zhí)行情況、落實安全教育及培訓(xùn)、提高實時監(jiān)控水平等工作落實到實處,提高安全管理效率。

        危險品品性及包裝技術(shù)水平在很大程度上影響危險貨物運輸安全。不同品性危險品對包裝技術(shù)要求不同,包裝時應(yīng)滿足以下要求:防止危險品因外界環(huán)境影響造成變質(zhì)或發(fā)生化學(xué)反應(yīng),減少運輸中外力破壞作用,防止危險品揮發(fā)、泄露及不當(dāng)接觸,便于運輸、裝卸。

        注重最新科技的投入使用。利用電子運單系統(tǒng)、人臉識別技術(shù)、高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等技術(shù),提高監(jiān)管能力,做到事前預(yù)防,降低事故發(fā)生率。

        本文通過分析道路危險貨物運輸風(fēng)險的影響因素,建立道路危險貨物運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系。將AHP和熵權(quán)法結(jié)合,充分考慮主觀意愿和客觀情況,確定綜合權(quán)重,再采用模糊數(shù)學(xué)理論評價道路危險貨物運輸風(fēng)險情況,結(jié)果與實際一致,說明該方法可行。但本文分析事故致因因素時僅考慮主要致因因素,未考慮導(dǎo)致事故的接連致因因素,該方法不適于研究一連串因素導(dǎo)致事故的風(fēng)險評估,且所建立的二級指標(biāo)體系僅指出了具有代表性的幾種,不夠全面,是今后需要進(jìn)一步完善的地方。

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