海上交通环境的综合评价方法_何晖光

值 ,建立二元对比矩阵 ,通过求该矩阵的最大特征向量 ,并经一致性检验 ,求出权重向量为: W 1|E21 = ( w1 , w 2 , w 3 , w4 , w 5 , w 6 , w7 , w 8 , w 9 )
= ( 0. 2335, 0. 4671, 0. 1238, 0. 0239, 0. 0241, 0. 0579, 0. 0078, 0. 0179)
5
∑ 则按第 i个因素评价的结果 ,可用模糊集合 Ri = ( ri1 , ri2 ,… , rin ) 来表示 .并要求 rij = 1,即 j= 1
国家自然科学基金资助项目 ( 79470016) 收稿日期: 1997- 05- 29 何晖光: 男 , 1973年生 ,助教
3期
何晖光等: 海上交通环境的综合评价方法 37
我们就海上交通环境的危险性 ,进行了问卷调查 ,答卷者是在很多水域中具有操船经验 的船长、驾驶员或引航员等 . 问卷请他们以各自的经验为基础 ,针对关于影响交通的各种因 素 ,从“非常危险”到“几乎不感到危险”按五个层次评价水域的危险性 .我们将评价结果的平 均值定义为“海上交通环境潜在危险度” ,并进行了线性回归分析 . 我们认为海上交通潜在危 险度 ,能比较好地说明交通环境的危险性 .
W 2|E22 = ( w8 ) = ( 1) W 3|E23 = ( w 21 , w22 ) = ( 0. 25, 0. 75)
( 1)
4 单因素的评价值
在影响海上交通环境潜在危险度的因素中 ,不仅它们彼此之间的量纲、函数关系不同 ,
不具有可比性 ,而且它们的类型也不同 . 为了能把多个目标结合起来 ,从而在整体上评价海 上交通环境潜在危险度 ,使得不同的港口、海域之间能够进行比较 ,在各集聚组合中每个评
3 评价方法的数学模型
考虑到各因素的影响程度不同 ,其影响是相对的 ,经验的和模糊的 ,没有明显界限 . 而且
危险的感受及其允许界限由于个人主观的决定和客观的尺度的差异而不同 ,因此本文采取
模糊 ( Fuzzy ) 数学理论来描述和分析这类模糊现象 . 应用模糊数学理论来分析处理这种模
糊现象是一种模拟人类大脑分析处理问题的思维方法 .因而通过建立这样一种多层次 ,多算
海上交通环境的综合评价方法
何晖光 吴兆麟 方祥麟
(大连海事大学交通与电子研究所 )
〔摘要〕 以海上交通环境为研究对象 ,提 出了海上交通环境危险度的概念 ,并选定 了评价指标 ,建立 了一
种将 A HP法和解析方法结合起来的综合评价模型 . 用此方法能较好地对海上交通环境进行定量评价 .
关键词: 海上交通环境 ;综合评价 ; 潜在危险 ; A HP方法 中图法分类号: U676. 1
是指在某一区域单位面积内单位时间 的会遇次
数 . 设长度为 D ,宽度为 W 的对象水域内 ,有交通
流 A和交通流 B 进行航行 ,如图 2所示 .该图计算 了交通流 A 中的一艘船在仅航行 D 距离期间与
图 2 会遇示意图
交通流 B 的会遇次数 .这里 ,把前面会遇定义中的极限距离设为会遇半径 r.交通流 A 中的
指标对海上环境潜在危险度的影响分成若干等级 ,一般分为五级 (如表 1所示 ) .以表格形式
列出所有需要评分的评价指标 ,进行专家咨询 ,咨询表的格式如表 2所示 .
表 1 评分等级表
很安全
安全
比较危险
危险
很危险
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
0. 9
表 2 对 ×× 水域 (海上交通环境潜在危险度 ) 专家咨询表
… , Ys } ,其中 s 表示程度评价等级 . 各因
素之间存在着各种关系 ,如并列 ,从属等
关系 . 根据所分析问题的实质以及相互
关系 ,将问题分解成由几个层次所组成 ,
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并按各因素间的相互关联 , 影响以及从
图 1 因素间的层次关系
属关系在各层次中集聚组合 , 建立因素 关系图 . 如图 1所示 ,共 3个层次 , 10个
DOI : 10. 16411 /j . cnki . i ssn1006 -7736. 1997. 03. 009
第 23卷 第 3期
1997年 8月
大 连 海事 大 学 学报 Journal of Dal ian Maritime University
V ol. 23, No. 3 Aug. 1997
写为
λ( 1, N B ) = M × dB / ( D /VA ) = 2r
dB
(
V
2 A
+
V
2 B
-
2VA VB
cosθ) 1 /2
( 3)
若将交通流 A 的密度设为 dA ,则 ,该水域内每单位面积、每单位时间的会遇率可写为
λ( N A , N B ) = 2r
dA
dB
(
V
2 A
+
VB2 - 2VA VB
操船者、船舶和交通环境这三个因素构成了船舶交通系统 ,这三个因素相互作用 ,相互 影响 .以前人们对操船行为研究较多 ,认为 80% 的事故与人的因素有关 . 但是环境对航行安 全也有重要的影响 ,一些重大事故的发生本身就是船舶航行未能适应交通环境的证据 . 定量 地分析船舶交通环境对船舶交通的影响 ,确立其安全对策 ,已成为十分重要和必要的问题 .
价指标的相对权重得以确定的基础上 ,我们引用了系统工程学中有关“效用” 的概念 , 将不
同量纲的评价指标的值按照某种对应关系折算成统一的被称为“ Uti le” 的效用单位 ,使评价
指标的值成为可“共度” 的 .而这个“ Utile” 即为每个指标的效用值的量纲 .
某因素的效用值
=
该因素的当前值 该因素的极大值
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大 连 海事 大 学 学报
23卷
基本因素 . 引进集聚组合的概念 ,用符号 Rk|Ei j 表示第 k 个集聚组合 ,其中 k = 1, 2, 3,为组合序 号 . Eij 表示集聚组合 Rk 的目标因素 , i = 2, 3; j = 1, 2.于是有
R1|E21 = {e1 , e2 , e3 , e4 , e5 , e6 , e7 , e8 ,e9 } R2|E22 = {e10 } R3|E31 = {e21 , e22 } 利用专家咨询评分 ,对各集聚组合中各因素对目标因素的相对影响程度的两两对比赋
cosθ) 1 /2
( 4)
3期
何晖光等: 海上交通环境的综合评价方法 39
会遇率求出后 ,求会遇率相对于海上交通环境潜在危险度的效用值 . 任取一个航道的
模拟输出曲线图 (如图 3) ,其横轴为交通量 ,单位是 (艘 /h) ,纵轴为会遇率 .当船舶的到达规
律确定后 ,其交通量可由对到达规律函数求数学期望值而求得 .不失一般性 ,并考虑到港口
由于会遇率越大 ,交通环境越危险 ,故它的效用值
采用第一种求法: e = ( y1 - 0) / ( y0 - 0)
图 3 模拟输出曲线
( 5)
( 2) 间接求评价指标的效用值
对于台风、大风、不良能见度等这些自然条件的指标 , 在某一港口水域下虽有一确定的
值 ,但它对海上交通环境潜在危险度的影响 ,却难以用各自的数值精确描述 . 因此将各评价
子结构的综合评价模型 ,能综合反映出人们对多因素的主观评价 ,从而可获得较理想的合理
的评价结果 .
设有 n 个港口样本 , 样本集设为 X
= {X 1 , X 2 ,… , Xn } , 每个样本为 Xi. 考
虑 m个因素 ,即 Xi = { Xi 1 , Xi2 ,… , X im } ,
i = 1, 2,… , n.设评价集为 Y = {Y 1 , Y 2 ,
1 海上交通环境潜在危险度
对海上交通环境 ,不同的学者从不同的研究角度出发有不同的定义 . 本文采用的定义 为: 船舶运动所处的空间与条件 ,包括航行水域 ,该水域的自然条件和交通条件三方面 . 交通 环境评价的研究多集中在以避碰局面为对象的问题上 ,本文以碰撞事故为焦点 ,仅着眼于引 发事故可能性之大小 . 也就是说并不着眼于发生碰撞的事实 ,而是着眼于碰撞的“潜在危险” 程度 .这就意味着 ,当为了避免碰撞而采取的操船行为不够充分、或操船者做出了错误判断 时 ,碰撞的发生将作为事实按显在化处理 .
2 影响海上交通环境的主要因素
( 1)不良能见度—— 近年来小于四级能见度的年平均累积发生次数 (次 ) . ( 2) 台风 — — 近年来受台风影响的年平均累积天数 (天 ) . ( 3) 大风 — — 港口近年来风力六级以上的年平均累积天数 (天 ) . ( 4) 航道最小宽度 — — 港区范围内所有航道中最窄处的宽度 ( m) . ( 5) 最大流速 — — 船舶航行水域内潮流的最大速度 ( kn) . ( 6) 航道离碍航物最近距离 —— 航道两侧的礁石、浅滩等碍航物或有危及船舶安全的 禁区边缘的最小距离 ( m ) . ( 7) 转向点个数 —— 两直航道的航线交叉角大于 25°的转向点个数 (个 ) . ( 8) 交叉点个数 —— 港口主航道中与通航水深大于 1 m 的次航道的交叉 (汇 ) 点数 (个 ) . ( 9) 交通条件 — — 在船与船的会遇中 ,与它船的相对运动关系常给本船的避让操船行 动带来一定限制 ,我们把这种限制称为交通条件 .由于交通条件与会遇状态关系密切 ,本文 仅用会遇频率来衡量交通条件 .
为了能较好地评价海上交通环境 ,比较真实地再现海上交通的现状 ,我们在海上交通模 拟的基础上 ,建立了一种将 AHP法与解析方法结合起来的综合评价方法 . 利用此方法可以 评 价现 有水域 的潜 在危 险、 预测 环境 的改变 对船 舶交 通的 影响 、找 出环境 对交 通影 响的 主要 因素 ,从而能够采取相应的措施 ,以避免或减少船舶交通事故的发生 ,使船舶更安全 ,海洋更 清洁 .
评价指标
评价指标的值
很安全
安全
评分 比较危险
危险
很危险
能见度
a1
…
交叉点个数
…
专家根据表中所给出的水域 ,结合操船、管理的理论和经验 ,在相应的评分栏内划 “ ” ,以表明他对该水域某评价指标的评价 . 假设专家咨询表收回 n 份 ,则该环境就有 n 张 评分表 ,统计每个评分等级表中专家划的“ ” ,其统计结果见表 3所示 .其中 i = 1,… , m ,为 需评分的评价指标数 . ni j ( j = 1,… , 5) 表示有 n位专家认为第 i 个评价指标的评分等级为第 j 等级 . 因为对评价指标的各评价等级是一种模糊映射 ,即使对同一个项目的评定 , 不同人 员可能有不同的评判结果 ,所以评价结果只能用对第 i 个评价指标做出第 j 个评价等级的可 能性的大小来表示 ,这种可能性的程度称为隶属度 ,记作 ri j ( i = 1,… , m ; j = 1,… , 5) . 设评 判对象按评价指标集中 ,对第 i 个指标进行评判 ,对评价等级中第 j 个元素的隶属程度为 rij
一艘船仅航行 D 距离的时间为 D /VA ,在 D 距离内与交通流 B 会遇的次数为图中阴影面积
中存在的交通流 B 的船舶艘数 . 将其面积设为 M:
M = A1 B3 × 2r = 2r D [ 1+ ( VB /VA ) 2 - 2( VB /VA ) 2 co sθ]1 /2
( 2)
由于交通流 B 的密度为 dB = N B /VB ,所以每单位时间的会遇次数 ,即会遇率 λ( 1, N B ) 可以
-
该因素的极小值 该因素的极小值
效用值的范围在 [ 0, 1 ] 之间 .
效用值的两种求法:
( 1) 直接求评价指标的效用值
海 上交通环境评价方案确定以后 ,要对各种
环境利用电子海图进行计算机船舶交通模拟 . 经
过模拟可以输出船舶会遇次数 ,交通流密度 .下面
介绍如何通过交通流状况来求得会遇率 . 会遇率
今后的发展趋势 ,我们取曲线图上的一个偏大的交通
量 5. 00(艘 /h) 作为基值 ,在大船交通量为 5的点处作
横轴的垂线 ,与曲线交于 P1点 ,再过 P1点作纵轴的垂
线 ,交纵轴于点 y1 ,则 y1 即为此种交通环境下的平均
会遇率 . 过参数曲线上对应极值点的 P0作横轴的平行
线 ,交纵轴于 y 0点 ,即可得平均会遇率的最大值 .