李 菁

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077)

石油是一種重要的應(yīng)用資源，其產(chǎn)出具有區(qū)域性特征，因此石油運輸對于保障石油供應(yīng)、促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[1-2]。石油運輸中存在大量風(fēng)險因素，易導(dǎo)致危險產(chǎn)生，需研究一種有效的石油運輸安全風(fēng)險評估方法[3]，以衡量石油運輸?shù)陌踩浴?/p>

當(dāng)前普遍使用的評估方法多以人工蜂群算法或風(fēng)險評估集對模型為核心，評估結(jié)果普遍存在誤差[4-5]。主要是因為這種方法都沒有考慮石油運輸?shù)亩鄬哟涡?，雖然層次分析法也是一種普遍使用的評估方法，在評估應(yīng)用中具有突出優(yōu)勢，但在實際事物分析過程中，層次分析法存在較為顯著的主觀性問題。本文利用熵權(quán)法對其進行改進，并將其應(yīng)用于石油運輸安全風(fēng)險評估中，降低權(quán)值計算的主觀性，提升評估結(jié)果客觀性。

1 改進的安全風(fēng)險評估方法

1.1 層次分析法實現(xiàn)流程

以層次化形式呈現(xiàn)不同因素的層次分析法，通過逐一對比不同關(guān)聯(lián)因素為分析或預(yù)測事物未來趨勢提供依據(jù)，該方法具體實現(xiàn)流程如圖1所示。層次分析法分析影響事物的各個因素，依照一定邏輯劃分這些影響因素的組別，構(gòu)建具有一定秩序性的層次結(jié)構(gòu)，并在其中對比各層內(nèi)不同影響因素的相對關(guān)鍵度，構(gòu)建判斷矩陣。確定矩陣內(nèi)特征上限值即其對應(yīng)的特征向量，獲取一層內(nèi)不同影響因素對上層內(nèi)某影響因素的關(guān)鍵度次序[6]，由此獲取相應(yīng)的權(quán)重向量。

圖1 層次分析法實現(xiàn)流程Fig.1 Implementation flow of AHP

1.2 構(gòu)建層次化結(jié)構(gòu)體系

造成石油運輸安全風(fēng)險的因素較多，可分為運輸工具的安全性、運輸路線的安全性、運輸管理能力3個一級因素以及若干二級因素。石油運輸安全風(fēng)險評估的詳細分層如圖2所示。

1.3 判斷矩陣構(gòu)建

兩兩對比全部影響因素(即圖2內(nèi)所示的各評估指標(biāo))，同時通過相對尺度對比法統(tǒng)一量化對比不同單位量綱等難以對比的因素，是層次分析法的核心。利用判斷矩陣能夠描述當(dāng)前層內(nèi)全部影響因素對上層內(nèi)某影響因素相對關(guān)鍵度的對比情況[7]，對比結(jié)果可通過1～9標(biāo)度法表示。

圖2 石油運輸安全風(fēng)險評估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchy structure of oil transportation safety risk assessment index

判斷矩陣內(nèi)全部元素均需實施n(n-1)/2次對比(其中n為全部影響因素數(shù)量)，考慮矩陣絕對一致性較難實現(xiàn)，可在不完全一致條件下確定不同影響因素對上層某影響因素的權(quán)重。以一致性指數(shù)RCI為標(biāo)準(zhǔn)確定判斷矩陣一致性，其計算公式為：

(1)

式中，λmax為判斷矩陣特征上限值。

在RCI值為0的條件下即可定義矩陣具備完全一致性，由此在矩陣階數(shù)小于等于2的條件下，其具備完全一致性。矩陣階數(shù)大于2的條件下，可以隨機一致比RCR為標(biāo)準(zhǔn)，在RCR值小于0.1的條件下可定義判斷矩陣具有近似一致性；相反，需再次構(gòu)建判斷矩陣，令其符合一致性標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 權(quán)向量計算

影響因素的熵值與其變異水平之間呈反比例相關(guān)，同指標(biāo)信息量與關(guān)鍵度之間呈反比例相關(guān)，也就是某一影響因素的熵值越大，其變異水平越小，包含的信息量與關(guān)鍵度就越低[10-13]。這也說明此影響因素的權(quán)重越小。實際評估過程中，依照不同影響因素的變異水平，通過熵確定不同影響因素的熵權(quán)，基于不同影響因素的熵權(quán)分析評估全部影響因素，提升最終評估結(jié)果的精度[14]。判斷矩陣構(gòu)建與權(quán)向量計算的具體過程如下。

針對m個待評估石油運輸方法和n個評估指標(biāo)，構(gòu)建初始判斷矩陣R=(rij)：

(2)

式中，aij為第j個影響因素下第i個石油運輸方案的評估值。

(3)

利用式(4)確定第j個影響因素的熵值：

(4)

式中，k值為1/lnm。

利用式(5)確定第j個影響因素的熵權(quán)：

(5)

將上述所獲取的熵權(quán)同層次分析法所獲取的主觀權(quán)重相結(jié)合可獲取綜合權(quán)重。依照最小相對信息熵概念，利用式(6)確定綜合權(quán)重：

(6)

利用上述過程即可獲取石油運輸安全風(fēng)險評估體系內(nèi)不同影響因素的權(quán)重。

1.5 風(fēng)險綜合計算模型

根據(jù)綜合權(quán)重wi同圖2內(nèi)各影響因素?zé)o量綱化處理后的值yi實施計算，獲取石油運輸安全風(fēng)險評估值：

(7)

為分析石油運輸?shù)膶嶋H安全情況，劃分風(fēng)險評估值等級[15]，相應(yīng)量化值采取10分制，風(fēng)險等級劃分情況見表1。在風(fēng)險等級為A級和B級時，說明石油運輸方案安全風(fēng)險極高，需即時實施風(fēng)險規(guī)避；在風(fēng)險等級為C級時，說明石油運輸方案安全風(fēng)險較高，需制定針對性風(fēng)險管控措施；在風(fēng)險等級為D級時，說明石油運輸方案安全風(fēng)險等級中等，需制定相應(yīng)風(fēng)險管控措施；在風(fēng)險等級為E級時，說明石油運輸方案安全風(fēng)險等級較低，可定期通過相應(yīng)措施進行風(fēng)險管控；在風(fēng)險等級為F級和G級時，說明石油運輸方案安全風(fēng)險極低，無需進行風(fēng)險管理。

表1 風(fēng)險等級劃分Tab.1 Risk grade classification

2 應(yīng)用實例

為測試基于改進層次分析法的石油運輸安全風(fēng)險評估評估效果，以某省石化公司為研究對象，在當(dāng)前所使用的汽車陸運、地下管道運輸以及海上郵輪運輸3類不同石油運輸方案中分別選取對應(yīng)的石油運輸方案，分別命名為汽1、汽2、地1、地2、海1、海2，采用本文方法評估不同石油運輸方案。

2.1 評估結(jié)果與分析

以汽車陸運石油運輸方案為例，采用本文方法評估其安全風(fēng)險，針對圖2內(nèi)所示的石油運輸安全風(fēng)險評估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)內(nèi)各評估指標(biāo)，計算其綜合權(quán)重值，結(jié)果如圖3所示。

基于圖3所示的各指標(biāo)權(quán)重，計算研究對象汽車陸運石油運輸方案安全風(fēng)險評估值為5.34分，安全風(fēng)險等級為D級。采用相同過程獲取地下管道運輸以及海上郵輪運輸方案安全風(fēng)險評估值與安全風(fēng)險等級，結(jié)果如圖4所示。

圖3 指標(biāo)權(quán)重Fig.3 Index weights

分析圖4得到，采用本文方法評估研究對象汽車陸運、地下管道運輸以及海上郵輪運輸方案安全風(fēng)險等級分別為D級、E級和D級。同時由于本文方法中采用2種不同權(quán)值計算方法獲取的綜合權(quán)值，提升不同影響因素權(quán)值計算的精度。因此，本文方法評估結(jié)果與所選方案實際風(fēng)險情況基本一致，由此驗證了本文方法的可用性。

圖4 不同石油運輸方案安全風(fēng)險評估結(jié)果Fig.4 Safety risk assessment results of different oil transportation schemes

2.2 應(yīng)用性分析

應(yīng)用性分析可從2方面進行，分別是評估結(jié)果的波動性和最優(yōu)運輸通道選取。

2.2.1 評估結(jié)果波動性

針對圖4內(nèi)本文方法對3種石油運輸方案安全風(fēng)險評估結(jié)果，對3種石油運輸方案進行風(fēng)險管控與方案優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，采用本文方法進行二次評估，對比前后2次評估結(jié)果(圖5)，確定本文方法的應(yīng)用效果。分析圖5得到，二次評估后，汽車陸運方案的安全風(fēng)險等級降低2級，地下管道運輸方案安全風(fēng)險等級不變，但風(fēng)險值下降，海上郵輪運輸方案的安全風(fēng)險等級降低1級。由此說明，采用本文方法能夠顯著抑制石油運輸風(fēng)險，提升石油運輸安全性與經(jīng)濟性。

圖5 評估結(jié)果波動情況Fig.5 Fluctuation of evaluation results

2.2.2 最優(yōu)運輸通道選取

基于本文方法風(fēng)險評估結(jié)果選取最優(yōu)安全運輸路線同樣是本文方法應(yīng)用目標(biāo)之一。選取一個項目，對該目標(biāo)待選的6個運輸方案進行風(fēng)險評估(表2)。

表2 待評估方案規(guī)劃Tab.2 Scheme planning to be evaluated

以表2的待評估方案規(guī)劃為基礎(chǔ)，根據(jù)綜合權(quán)重wi同圖2內(nèi)各影響因素?zé)o量綱化處理后的值yi獲取石油運輸安全風(fēng)險評估值，所得結(jié)果如圖6所示。分析圖6得到，采用本文方法評估6個不同運輸方案的風(fēng)險值，汽2方案和海1方案風(fēng)險評估值與其他4個運輸方案相比較低。由于該石油運輸項目中運輸距離較遠，因此地下管道運輸方案并不適用；考慮石油運輸?shù)某霭l(fā)地與目的地所在區(qū)域，選擇汽1方案時，雖考慮了輸運工具的安全性，但運輸路線的安全性和運輸管理能力的風(fēng)險顯著提升，因此汽1方案風(fēng)險高于汽2方案；海上運輸方案中，海1著重考慮基礎(chǔ)建設(shè)投入度與運輸路線，卻忽略了區(qū)域地形特點影響與途經(jīng)區(qū)域的政治穩(wěn)定性，因此其風(fēng)險高于海2。汽2和海1相比，在運輸工具安全性以及通道容量上具有一定差異性。通過以上分析得到，海1方案風(fēng)險值最低，是待評估的6個運輸方案中的最優(yōu)運輸方案。

圖6 不同運輸方案Fig.6 Different transport schemes

3 結(jié)語

為了得到更優(yōu)的石油運輸安全風(fēng)險評估結(jié)果，提出了基于改進層次分析法的石油運輸安全風(fēng)險評估方法，結(jié)合熵權(quán)法改進層次分析法中權(quán)值計算的主觀性問題，通過綜合權(quán)重計算提升評估結(jié)果精度。實驗結(jié)果顯示，本文方法的應(yīng)用效果較好，可在一定程度上提升石油運輸?shù)慕?jīng)濟效益與安全性。