航道浮標(biāo)配布合理性定量評價的研究＊

黃忠國 柴 田 張杏谷

（大連海事局1） 大連 116001） （集美大學(xué)航海學(xué)院2） 廈門 361021）

0 引 言

航標(biāo)是以促進船舶和船舶交通的安全、有效航行為目的而設(shè)計的、在船舶之外運行的一種裝置或系統(tǒng).雖然導(dǎo)航衛(wèi)星（如GPS，GLONASS）的出現(xiàn)，使沿海干線航行用戶對單純依靠視覺助航標(biāo)志的依賴性降低，但對界定進出港航道的浮標(biāo)仍然非常重視，依賴程度還在不斷加強.

浮標(biāo)配布是否合理直接關(guān)系到助航效能的優(yōu)劣，是助航服務(wù)水平的重要標(biāo)志.浮標(biāo)配布合理性是一個綜合指標(biāo)，僅用航標(biāo)類型及可用性的單項指標(biāo)是無法評價的.目前有關(guān)浮標(biāo)配布合理性評價的方法多為經(jīng)驗的和定性的描述，主要是根據(jù)經(jīng)驗和直觀判斷來對其配布合理性進行分析.文中根據(jù)影響航道浮標(biāo)配布合理性的9類主要因素［1－2］：航標(biāo)技術(shù)的先進性和技術(shù)實用性、航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距、布標(biāo)方式、航道彎曲度、航道深度、航道長度、能見度、風(fēng)＋浪＋流及船舶交通因素，利用模糊綜合評判方法建立航道浮標(biāo)配布合理性評價的隸屬度函數(shù)，利用層次分析法中的兩兩比較法和Delphi法相結(jié)合的方法確定評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，建立能反映航道浮標(biāo)配布合理性特點的數(shù)學(xué)模型.并利用此模型對相關(guān)航線浮標(biāo)配布的合理性進行定量評價.

1 模糊綜合評判模型的建立

航道浮標(biāo)配布合理性如何，需要采取哪些措施才能完善其助航效能，這些都有賴于對航道浮標(biāo)配布的合理性進行評價.在多因素對系統(tǒng)影響的評價中，特別是各因素對系統(tǒng)影響的信息不充足或不明確的情況下，采用模糊綜合評價理論進行研究是較好的方法.航道浮標(biāo)配布合理性本身就是模糊概念，且影響評價對象的因素眾多，具有很強的模糊性.

綜合評判是對給定對象綜合考慮多種因素進行評價和判決的問題.模糊綜合評判涉及3個要素：因素集、評價集和單因素評判.在單因素評判的基礎(chǔ)上，進行多因素的模糊綜合評判［3－4］.其基本方法和步驟如下：（1）建立因素集；（2）建立判斷集（評價集）；（3）單因素模糊評判；（4）建立權(quán)重集；（5）模糊綜合評判.

1.1 因素集

設(shè)第一層次評價指標(biāo)分別為U＝｛U1，U2，…，Un｝，構(gòu)成第一層評價因素集，即根據(jù)影響航道浮標(biāo)配布合理性的9類主要因素建立評價集.將評價指標(biāo)集定義為U＝（航標(biāo)條件U1，航道條件U2，自然條件U3，交通條件U4），并且有U1＝｛航標(biāo)技術(shù)的先進性和實用性U1，航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距U2，布標(biāo)方式u3｝；U2＝｛航道彎曲度u4，航道深度u5，航道長度u6｝；U3＝｛能見度u7，風(fēng)＋浪＋流u8｝；U4＝｛船舶交通因素u9｝.本文對評價體系分層后進行多層次評價，在每一層次的評價中，該層次的各因素集合即為當(dāng)前的評價集.

1.2 評價集

由評價對象可能作出的評價結(jié)果所組成的集合，可以表示為：V＝｛v1，v2，…，vn｝，式中元素vj（j＝1，2，…，m）是若干可能作出的評價結(jié)果，模糊綜合評判的目的就在于通過評價對象綜合考慮所有影響因素.

將評價集定義為V＝（v1，v2，v3，v4，v5）＝（不合理，不太合理，一般合理，比較合理，很合理）.

1.3 隸屬函數(shù)的建立

浮標(biāo)配布合理性評價的關(guān)鍵在于如何衡量各因素對航道浮標(biāo)配布合理性的影響，對浮標(biāo)配布合理性的評價應(yīng)當(dāng)從各因素對其影響程度入手，即確定隸屬度.各評價指標(biāo)的隸屬度是通過浮標(biāo)配布合理性評價等級和隸屬函數(shù)獲得.具體方法是先做出模糊綜合評價的隸屬度函數(shù)曲線，當(dāng)確知某一指標(biāo)的隸屬度函數(shù)分布時，則采用確定的曲線分布，如果不知道或不確切地知道，則采用較為簡單的直線分布，本文用三角形分布、半梯形偏分布相結(jié)合的方法［5］.

1）航標(biāo)條件U1的隸屬度函數(shù) 影響航標(biāo)性能的因素主要有航標(biāo)技術(shù)的先進性和實用性、航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距和浮標(biāo)布設(shè)方式3個方面，因此選取這3個因素為評價指標(biāo)，對航道浮標(biāo)配布合理性進行評價.

（1）航標(biāo)技術(shù)的先進性和實用性.航標(biāo)所采用的技術(shù)應(yīng)該是實用的和先進的，技術(shù)先進性與否通常用“世界領(lǐng)先（＋3）、世界先進（＋2）、國內(nèi)領(lǐng)先（＋1）、國內(nèi)先進（0）、行業(yè)先進（－1）、一般技術(shù)（－2）、落后技術(shù)（－3）”.顯然采取國際領(lǐng)先技術(shù)要比一般技術(shù)在航道浮標(biāo)配布合理性及其助航效能上取得的預(yù)期效果和預(yù)期效益要好得多.因此航標(biāo)技術(shù)的先進性和實用性是航道浮標(biāo)配布合理性的隸屬度函數(shù)，見圖1.

（2）航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距U2和浮標(biāo)布設(shè)方式u3.根據(jù)我國相關(guān)法規(guī)規(guī)定同側(cè)航道浮標(biāo)間距不能過大或過小，間距太大將影響到航標(biāo)的助航效能，間距太小又會給航海人員造成混淆.美國海岸警衛(wèi)隊根據(jù)航道周圍具體情況確定航道同側(cè)浮標(biāo)的平均間距為：四周環(huán)境開闊、標(biāo)志間距1nmile；四周環(huán)境半開闊、間距0.75nmile；四周環(huán)境掩蔽、間距0.5nmile.可見航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距的合理設(shè)置是浮標(biāo)布設(shè)合理性的關(guān)鍵.同時對于特定航道是采取門式布設(shè)浮標(biāo)還是交叉布設(shè)浮標(biāo)也直接影響到航標(biāo)的助航效能進而影響浮標(biāo)配布的合理性.因此航道同側(cè)浮標(biāo)平均間距和浮標(biāo)布設(shè)方式也都屬于航道浮標(biāo)配布合理性的隸屬度函數(shù).

2）其他指標(biāo)的隸屬度函數(shù) 同理可得出航道條件指標(biāo)（U2）的航道彎曲度 、航道深度 、航道長度 ，自然條件（U3）的能見度 、風(fēng)＋浪＋流 ，航道船舶交通狀況（U4）的船舶交通因素 的隸屬度函數(shù).

圖1 航標(biāo)技術(shù)先進性和實用性隸屬函數(shù)分布

1.4 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

確定各評價指標(biāo)的權(quán)重時，先由各個專家根據(jù)其多年工作和實踐經(jīng)驗對各評價指標(biāo)的重要度進行兩兩比較，然后再利用層次分析法原理進行相關(guān)計算.層次分析法（AHP）中兩兩比較的專家調(diào)查法解決問題的步驟如下［6］：建立遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、計算各元素相對權(quán)重、一致性檢驗和計算組合權(quán)重.通過對影響航道浮標(biāo)配布合理性的諸因素進行系統(tǒng)分析，經(jīng)征詢專家意見后建立了主因素和子因素分明的航道浮標(biāo)配布合理性評價的遞階層次結(jié)構(gòu)，見表1.并依據(jù)層次分析法進行運算與檢驗，得出各評價指標(biāo)的權(quán)重值.

表1 評價模式的遞階層次結(jié)構(gòu)

1）主因素評價指標(biāo)的權(quán)重

2）各子因素評價指標(biāo)的權(quán)重

3）各因素的組合權(quán)重為

1.5 建立綜合評判模型

通過上述幾個步驟，建立了航道浮標(biāo)配布合理性評價指標(biāo)集U、評估指標(biāo)的權(quán)重W和評估矩陣R.通過評估指標(biāo)的權(quán)重W和評估矩陣R可得評價向量B，即B＝W·R.對B用公式進行反模糊化得到評判結(jié)果，再根據(jù)評價集V＝｛不合理（1），不太合理（2），一般合理（3），比較合理（4），很合理（5）｝，建立如表2所列的評判結(jié)果與合理度的對應(yīng)關(guān)系.

表2 評判結(jié)果與合理度的對應(yīng)關(guān)系

2 模型的應(yīng)用

根據(jù)文章建立的浮標(biāo)配布合理性的評價隸屬函數(shù)和各因素的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建航道浮標(biāo)配布合理性評價模型，并利用該模型對泉金航線和廈金航線浮標(biāo)配布合理性進行評價.文中的數(shù)據(jù)采用了集美大學(xué)船舶助航技術(shù)研究所2009年在進行“廈金航線、泉金航線航標(biāo)配布研究”課題研究時所收集的數(shù)據(jù)，見表3.

表3 航道浮標(biāo)指標(biāo)體系數(shù)值表

2.1 泉金航線航標(biāo)配布合理性評價

1）建立因素集 泉金航線的因素集為：U1＝｛0.4，1.67，2.3｝；U2＝｛5.785，0.38，21.0｝；U3＝｛0.6，15.0｝；U4＝｛0.539｝.

2）建立隸屬度函數(shù) 根據(jù)因素集中相關(guān)評價指標(biāo)的取值得出各指標(biāo)屬于各評價集的隸屬度函數(shù)為

3）單因素評判 根據(jù)文中得出的相關(guān)權(quán)重系數(shù)，進行子因素的評價B＝W·R，評價結(jié)果為

4）模糊綜合評判 由主因素評價指標(biāo)的權(quán)重U＝｛0.356，0.237，0.214，0.193｝，得主因素評價結(jié)果為B＝W·R＝（0.455 4 0.379 0 0.122 8 0.030 7 0.012 5），對B進行反模糊化得v＝1.766.

對照表2，因0≤v＝1.766≤2，所以泉金航線浮標(biāo)配布的合理性為不合理.

2.2 廈金航線航標(biāo)配布合理性評價

廈金航線浮標(biāo)配布合理性的評價和泉金航線評價方法類似，評判結(jié)果見表4.根據(jù)“廈金航線、泉金航線航標(biāo)配布研究”課題調(diào)研的實際情況，評價結(jié)果與3條航線浮標(biāo)配布合理性的實際情況基本相符.

表4 航道浮標(biāo)配布合理性評價結(jié)果表

3 結(jié)束語

航標(biāo)配布是否科學(xué)合理，將直接關(guān)系到船舶航行的安全、航道建設(shè)投入的產(chǎn)出——社會效益的大小.通過對航標(biāo)配布的科學(xué)化、合理性研究，有利于及時發(fā)現(xiàn)航標(biāo)配布是否合理，航道存在的主要風(fēng)險及改進方向和方法，使航標(biāo)為海上交通安全提供可靠保障.文中建立了航道浮標(biāo)配布合理性模糊綜合評判模型，并應(yīng)用此模型對泉金航線和廈金航線浮標(biāo)配布的合理性進行評價.模型可對航道浮標(biāo)配布合理性進行定量評價，可操作性強.但由于影響浮標(biāo)配布合理性的各評價指標(biāo)構(gòu)成復(fù)雜，指標(biāo)屬性差別明顯，在指標(biāo)的篩選取舍，指標(biāo)的量化上缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).因此為更好地定量評價航道浮標(biāo)配布合理性，還須作更深入的研究.

［1］國際航標(biāo)協(xié)會助航指南［M］.5版.北京：人民交通出版社，2008.

［2］郭建國，王英志.港口水域航標(biāo)配布的綜合評判［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報，2000（4）：38－42.

［3］鄭中義，李紅喜.通航水域航行安全評價的研究［J］.中國航海，2008（6）：130－134.

［4］王婉秋，方守恩，孫道成.基于灰色管理度的道路交通安全管理設(shè)施多層模糊綜合評價［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2010（4）：652－656.

［5］杜 棟，龐慶華，吳 炎.現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

［6］WANG Zesheng，JIN Yongxing，ZHU Zhonghua.Sea－rout navigation environment risk evaluation based on uncertainty AHP［J］.Navigation of China，2007（3）：57－60.