集對(duì)分析法在長江干線水上交通安全上的應(yīng)用

，,2，

(1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院；2.長江航運(yùn)技術(shù)行業(yè)研發(fā)中心水上交通安全與防污染研究基地，武漢 430063；3.泰州中航船舶重工有限公司，江蘇 泰州 225327)

近年來，長江水上安全研究得到了較大的發(fā)展，但主要體現(xiàn)在長江水上安全事故預(yù)警與應(yīng)急的研究，而在安全評(píng)價(jià)方面的研究較少且評(píng)價(jià)方法較單一，多選擇主觀性較強(qiáng)的綜合模糊評(píng)價(jià)法[1-3]。然而，長江干線水上交通系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的確定與不確定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，僅靠模糊數(shù)學(xué)理論無法解決模糊的、隨機(jī)的不確定問題，而由我國學(xué)者趙克勤先生創(chuàng)立的集對(duì)分析理論，結(jié)合了隨機(jī)不確定性的概率統(tǒng)計(jì)理論與模糊不確定性的模糊集合理論，提出聯(lián)系數(shù)的概念，可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一處理模糊、隨機(jī)、中介和信息不完全等不確定性系統(tǒng)[4-5]。本文將集對(duì)分析法引入長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域，探討水上交通安全評(píng)價(jià)的新思路和途徑。

1 長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析

水上交通安全系統(tǒng)是一個(gè)由“人、船舶、環(huán)境和管理”組成的多因素復(fù)雜系統(tǒng)。根據(jù)文獻(xiàn)[6-7]中關(guān)于水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素的分析，結(jié)合長江干線安全的實(shí)際情況，總結(jié)長江干線水上交通安全主要風(fēng)險(xiǎn)因素如下。

1)人員因素。作為船舶航行安全主體的人，是安全的主導(dǎo)因素。人的因素中船員又是最主要的因素。此外，其他人員如管理人員、引航員、碼頭工人等的出錯(cuò)或過失，也會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。

2)船舶因素。船舶因素指船舶的機(jī)械設(shè)備、船體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度、船舶年齡、操縱性能、貨物配載和綁扎等方面的狀況。船舶的結(jié)構(gòu)、設(shè)施設(shè)備的可靠性是船舶正常航行的基礎(chǔ)。

3)環(huán)境因素。除了不可抵抗力以外，環(huán)境因素較少成為事故的直接原因，但常常成為人的失誤的主要誘導(dǎo)因素。尤其是船舶發(fā)生碰撞、觸礁、擱淺、風(fēng)災(zāi)、自沉等事故，與通航環(huán)境密切相關(guān)。環(huán)境因素分為自然環(huán)境、航道環(huán)境和交通環(huán)境。

4)管理因素。管理因素也是影響水上交通安全的主要因素，從事故控制理論出發(fā)，通過對(duì)水上交通安全“人、船舶、環(huán)境”狀態(tài)的檢測(cè)、采集和識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)信息，及時(shí)做出安全管理決策并組織實(shí)施，可以降低風(fēng)險(xiǎn)，減少或避免安全事故的發(fā)生。

1.2 長江干線水上交通安全事故特點(diǎn)

2009～2011年，長江海事局轄區(qū)共發(fā)生一般以上水上交通事故達(dá)83件，見表1。

由表1可見,2009～2011三年內(nèi)，長江干線水上交通事故數(shù)、碰撞數(shù)、死亡人數(shù)、沉船數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失等事故主要指標(biāo)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，涉及人員傷亡的事故數(shù)明顯下降，但仍有反復(fù)。總的來說，長江干線水上交通安全形勢(shì)在上年明顯改善的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了持續(xù)改善，安全管理工作成效顯著，安全形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定。

表1 2009～2011年長江干線水上交通事故統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

綜合表1中數(shù)據(jù)與實(shí)際水上交通安全情況分析，長江干線水上交通安全事故主要特點(diǎn)如下。

1)長江干線超過75%的水上交通事故是由于船員操作不當(dāng)、違章航行等人為因素所致；客(渡)船、旅游船、高速客船、滾裝船(汽渡)4類船(“四客”)船群死傷惡性事故頻率較高；

2)船舶不適航、機(jī)務(wù)事故等船舶因素導(dǎo)致的事故占8%左右；

3)環(huán)境因素是導(dǎo)致船員失誤的主要誘因，尤其枯、洪季節(jié)，惡性沉船死人事件時(shí)有發(fā)生。

1.3 長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建

在分析水上交通安全風(fēng)險(xiǎn)因素和長江干線水上交通安全事故特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合長江海事部門、航運(yùn)企業(yè)及一線船員等的問卷調(diào)查，建立圖1所示的長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

圖1 長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 基于集對(duì)分析的長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)

2.1 集對(duì)分析的基本原理與相關(guān)公式

集對(duì)分析理論，也稱“聯(lián)系數(shù)學(xué)”，其核心思想是將系統(tǒng)內(nèi)確定性與不確定性予以辨證分析和數(shù)學(xué)處理，主要從同、異、反3個(gè)方面來分析研究系統(tǒng)的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化狀況，采用聯(lián)系度描述系統(tǒng)不確定性，定量地表示系統(tǒng)的不確定性。

在實(shí)際應(yīng)用中，往往是多集對(duì)的情形，則將不確定性系數(shù)分解為i1,i2，…，聯(lián)系度為μ=a+b1i1+…+bn-1in-2+cj， 且稱μ的具體值為n元聯(lián)系數(shù)[9]。

集對(duì)分析法用于評(píng)價(jià)的一般步驟有：

①建立集對(duì)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集，確定各指標(biāo)權(quán)重；

②建立綜合評(píng)價(jià)評(píng)語集，確定評(píng)級(jí)等級(jí)；

③構(gòu)建多元聯(lián)系數(shù)綜合評(píng)價(jià)模型。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重和集對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集

評(píng)價(jià)體系中的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響程度或貢獻(xiàn)度是不同的，每個(gè)指標(biāo)都有對(duì)于上一層次的權(quán)重，本文利用模糊層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行一致性和組合一致性檢驗(yàn)，對(duì)不滿足一致性的判斷矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整，確定符合的權(quán)重，記入表2。

表2 聯(lián)系數(shù)與危險(xiǎn)等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

參照國家相關(guān)規(guī)定，本文將長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)等級(jí)確定為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)，并結(jié)合調(diào)查問卷及相關(guān)文獻(xiàn)，確定長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)體系的危險(xiǎn)度集對(duì)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集，見表2。

2.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)模型

集對(duì)分析理論中，稱μCN(IDCM)為多元聯(lián)系數(shù)模型。表達(dá)式如下。

(1)

式中：W——權(quán)系數(shù)向量，W=(W1,W2,…,Wn);

R——同異反多元測(cè)量評(píng)價(jià)矩陣;

E——聯(lián)系分量矩陣;

i——不確定系數(shù);

j——對(duì)立度系數(shù);

IDC——同(identical)、異(discrepancy)、反(contrary)的縮寫；

M(model)——模型；

CN——多元聯(lián)系數(shù)。

根據(jù)上節(jié)確定危險(xiǎn)隸屬度為4級(jí)，則需建立長江干線水上交通安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)模型，并根據(jù)文獻(xiàn)[9]聯(lián)系度確定方法計(jì)算各指標(biāo)的聯(lián)系數(shù)。下面以自然環(huán)境中能見度指標(biāo)F311為例，構(gòu)建能見度危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)μ111[10]。

1)當(dāng)t1<50時(shí)，μ111=1

2)當(dāng)50

3)當(dāng)200

4)當(dāng)500

5)當(dāng)t1>1 000時(shí)，

μ111=j。

同理可以確定其他指標(biāo)危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)，記入表2。

且四元聯(lián)系數(shù)模型為

(2)

根據(jù)均分原則，將四元聯(lián)系數(shù)μ的區(qū)間[1,l]四等分，得到[-l,-0.5]、[-0.5,0]、[0,0.5]和[0.5,1]共4個(gè)范圍區(qū)間，從右至左依次對(duì)應(yīng)4級(jí)危險(xiǎn)、三級(jí)危險(xiǎn)、二級(jí)危險(xiǎn)和一級(jí)危險(xiǎn)等4個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

2.4 模型實(shí)施及評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)長江干線上某環(huán)境下的人、船舶及管理情況作現(xiàn)狀評(píng)價(jià)(狀態(tài)值見表3)，再根據(jù)各指標(biāo)危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)計(jì)算模型，計(jì)算得各指標(biāo)的聯(lián)系數(shù)。

針對(duì)上述問題，以環(huán)境因素安全的集對(duì)分析為例，具體敘述集對(duì)分析方法在評(píng)價(jià)應(yīng)用中聯(lián)系數(shù)的計(jì)算過程。構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，環(huán)境安全因素共有8個(gè)指標(biāo)，各自危險(xiǎn)度分別記為μ311，μ312，μ313，μ321，μ322，μ323，μ331，μ332，與聯(lián)系度計(jì)算公式μ=a+b1i1+…+bn-1in-2+cj對(duì)應(yīng)比較，則可確定系數(shù)a,b1,…,bn-1,c的值，從而構(gòu)成四元聯(lián)系數(shù)模型中集對(duì)綜合評(píng)價(jià)矩陣R

環(huán)境安全評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重W為

W=(0.085 6,0.166 6,0.280 3,0.085 6,0.049 9,0.026 2,0.231 6,0.0772)。

采用四元聯(lián)系數(shù)模型(公式1)，在[-1,1]上從左到右三等分，得到三分點(diǎn)：(1,0.34,-0.34,-1)，即E=(1,i1,i2,j)T=(1,0.34,0,-0.34,-1)T。

表3 長江干線水上交通安全評(píng)價(jià)體系的危險(xiǎn)度集對(duì)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集及危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)

于是由μ=W·R·E得到長江干線水上交通環(huán)境危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)為μ3=0.122 6×1+0.081 8×0.34+0.575 8×(-0.34)+0.219 8×(-1)=0.265 2，屬于區(qū)間[-0.5,0]，根據(jù)危險(xiǎn)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的區(qū)間值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，長江干線水上交通的環(huán)境狀況屬于三級(jí)危險(xiǎn)。

同理可得其他指標(biāo)危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)及危險(xiǎn)程度，見表4。

表4 長江干線水上交通安全各指標(biāo)危險(xiǎn)度的四元聯(lián)系數(shù)及危險(xiǎn)度

則長江干線水上交通安全總系統(tǒng)的四元聯(lián)系系數(shù)為μ=0.026 1×1+0.295 7×0.34+0.431 8×(-0.34)+0.246 3×(-1)=-0.266 5，屬于區(qū)間[-0.5,0]，根據(jù)危險(xiǎn)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的區(qū)間值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，長江干線水上交通的總系統(tǒng)屬于三級(jí)危險(xiǎn)，且統(tǒng)一度、差異度和對(duì)立度為a=0.026 1，b1=0.295 7，b2=0.431 8，c=0.246 3，ac，簡化模型為μ=a+bi+cj=0.048 1+0.363 8i+ 0.275 2j，根據(jù)集對(duì)勢(shì)等級(jí)和次序關(guān)系，可確定長江干線水上交通安全系統(tǒng)屬于微反勢(shì)，系統(tǒng)內(nèi)對(duì)立的趨勢(shì)為主，對(duì)立程度微弱。也就是說，盡管該狀態(tài)現(xiàn)在的安全等級(jí)為三級(jí)危險(xiǎn)，但是安全狀況有向差的方向發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)引起管理者的重視，提供安全預(yù)警，力求改善系統(tǒng)的危險(xiǎn)狀態(tài)，從而避免趨勢(shì)的惡化和事故的發(fā)生。

3 結(jié)束語

本文采用聯(lián)系數(shù)學(xué)——集對(duì)分析理論來處理一些不確定因素，即將長江干線水上交通看成一個(gè)集對(duì)系統(tǒng)，應(yīng)用該理論中的多元聯(lián)系數(shù)評(píng)價(jià)模型對(duì)長江干線水上交通安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，判斷現(xiàn)狀的危險(xiǎn)度并預(yù)測(cè)安全狀況的發(fā)展趨勢(shì)。

集對(duì)分析法能有效地克服只強(qiáng)調(diào)某些方面而忽略另一些方面帶來的片面性，考慮了安全系統(tǒng)中的確定與不確定因素，從而實(shí)現(xiàn)定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)。此方法為長江干線水上交通的安全評(píng)價(jià)提供了新的方法和途徑。通過對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的

集對(duì)勢(shì)分析，反映出長江干線水上交通的安全狀況發(fā)展的趨勢(shì)。

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