基于模糊網(wǎng)絡(luò)分析法的海上應(yīng)急救助能力評價

吳曉春，吳一鑫，馬偉皓，毛天宇，盧天賦

(1.武漢理工大學 航運學院，湖北 武漢 430063;2.內(nèi)河航運技術(shù)湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430063;3.國家水運安全工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430063;4.浙江大學 海洋學院，浙江 舟山 316021)

當前我國經(jīng)濟已發(fā)展成為高度依賴海洋的外向型經(jīng)濟，隨著建設(shè)“海洋強國”戰(zhàn)略目標的提出，海洋上升至前所未有的戰(zhàn)略高度。而海上突發(fā)事故也隨著國家對海洋的開發(fā)越來越頻繁地發(fā)生，造成了嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時也對通航環(huán)境、通航秩序、海洋環(huán)境和社會公共利益造成了巨大的不利影響。海上應(yīng)急救助部門作為挽救失事人員生命和財產(chǎn)安全的主要力量，責任重大。目前，國內(nèi)外對海上應(yīng)急救助的研究大多集中在對救助措施的改進、救助裝備的改良，缺乏對救助過程及體系的系統(tǒng)研究，更缺乏對救助部門的評價措施與方法的研究。而海上救助行動涉及到各部門、人員、裝備之間的協(xié)同配合，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。任何環(huán)節(jié)的缺失或措施不當，都會影響到救助成效。筆者根據(jù)救助局目前存在的問題建立相應(yīng)的風險控制體系，對救助局的海上應(yīng)急救助能力進行評價，有助于提升救助局的海上應(yīng)急救援能力，降低海上突發(fā)事故損失，避免海上應(yīng)急救援能力提升過程中的資源浪費。

國內(nèi)學者代言明等[1]結(jié)合模糊數(shù)學、網(wǎng)絡(luò)分析法和專家調(diào)查法建立了公路隧道火災(zāi)風險“FAND”綜合評價模型。趙振武等[2]將模糊網(wǎng)絡(luò)分析法運用在機場旅客安檢系統(tǒng)上，建立了系統(tǒng)評估模型。劉保國等[3]通過建立集德爾菲法、模糊綜合評判和網(wǎng)絡(luò)分析法于一體的模糊網(wǎng)絡(luò)分析法，將其應(yīng)用于公路山嶺隧道施工風險分析上。唐文彬等[4]將模糊網(wǎng)絡(luò)分析法應(yīng)用在城際鐵路建設(shè)項目風險評價中，為有效控制項目風險提供決策參考。針對傳統(tǒng)評價方法存在的缺陷與不足，利用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法進行綜合評價研究已成為一種主流和趨勢。

海上應(yīng)急救助過程多變，各影響因素間的關(guān)系復(fù)雜，以往的評價模型難以運用到該系統(tǒng)中。筆者綜合考慮到海上救助影響因素之間的相互關(guān)系和現(xiàn)有的評價模型，將德爾菲法、網(wǎng)絡(luò)分析法、模糊綜合評價法相結(jié)合形成模糊綜合評價法，并運用至海上應(yīng)急救助能力評價中，建立海上應(yīng)急救助能力評價模型，對救助部門的海上應(yīng)急救助能力進行分析。為驗證模型的準確性，以東海救助局為例進行分析評價，并根據(jù)評價結(jié)果和各影響因素排序，對該海洋救助局提出相關(guān)建議，該模型可擴展到其他海上救助部門，為提升其海上應(yīng)急救助能力提供準確有效的參考。

1 模糊網(wǎng)絡(luò)分析法

1.1 三角模糊數(shù)

P(μ1>μ2)=

(1)

1.2 模糊網(wǎng)絡(luò)分析法

德爾菲法是集合多位專家的經(jīng)驗、觀點和知識，將復(fù)雜、模糊的問題通過專家之間經(jīng)驗等信息的交流進行解決的方法。網(wǎng)絡(luò)分析法是美國匹茲堡大學SATTY教授在層次分析法的基礎(chǔ)上提出來的一種系統(tǒng)決策方法，其將指標間存在內(nèi)部聯(lián)系的復(fù)雜系統(tǒng)分為由問題、目標和決策準則構(gòu)成的控制層和受支配指標構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)層[7]。決策準則中的指標相互獨立，網(wǎng)絡(luò)層中的指標存在反饋作用。模糊綜合評判法基于模糊變化原理，并根據(jù)最大隸屬度原則，對多指標影響的系統(tǒng)和事物做出合理評價的一種方法。

模糊網(wǎng)絡(luò)分析法大致步驟如下：①根據(jù)經(jīng)驗，全面而準確地確定評價對象的影響指標，構(gòu)建評價指標體系；②基于評價指標體系，建立因素集，并根據(jù)指標特性，建立評語集；③進行單因素評價，通過詢問專家意見、調(diào)查問卷等方式獲得指標的專家評價結(jié)果，建立模糊關(guān)系矩陣；④利用德爾菲法對影響因素進行兩兩比較，結(jié)合三角模糊數(shù)整合專家意見，從而建立模糊判斷矩陣，該方法考慮了評估對象的復(fù)雜性和模糊性，在一定程度上減少了主觀性，得到的模糊判斷矩陣較為客觀[8]；⑤采用特征根法，計算各模糊判斷矩陣的模糊權(quán)重向量，得到三角模糊數(shù)權(quán)重；⑥運用模糊綜合評價法，求解評價結(jié)果。

2 海上應(yīng)急救助能力評價指標體系

海上應(yīng)急救助能力指標體系的構(gòu)建必須遵循可操作性、全面性的原則。通過研究影響海上救助過程及投入并進行調(diào)研，首先對指標進行分類，將救助能力分成5個一級指標，然而這些一級指標難以量化，因此，需要對各一級指標進行細分得出對應(yīng)的可量化的二級指標，筆者建立的海上應(yīng)急救助能力評價指標體系如表1所示。

表1 海上應(yīng)急救助能力評價指標體系

3 基于模糊網(wǎng)絡(luò)分析法的海上應(yīng)急救助能力評價

3.1 構(gòu)建海上應(yīng)急救助能力影響因素集和評語集

根據(jù)海上應(yīng)急救助能力評價指標體系，建立以下因素集。一級指標因素集：U={A,B,C,D,E}；二級指標因素集：A={A1,A2,A3,A4}；B={B1,B2,B3}；C={C1,C2,C3}；D={D1,D2,D3}；E={E1,E2}。

結(jié)合海上應(yīng)急救助能力評價指標的性質(zhì)[9]，將其分為5個定性的等級，即評語集V={v1,v2,v3,v4,v5} ={優(yōu)秀，良好，中等，合格，差}。優(yōu)秀表示該指標能夠提升海上應(yīng)急救助能力，以此類推，差表示該指標會劣化海上應(yīng)急救助能力。

3.2 確定海上應(yīng)急救助能力評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

海上應(yīng)急救助能力評價指標間的反饋關(guān)系根據(jù)以下標準：“評語優(yōu)-評語優(yōu)/差”，表示前一指標評價等級影響后一指標的評價等級，“評語優(yōu)-評語”，表示前一指標與后一指標無關(guān)。然后綜合實際經(jīng)驗和專家意見，確定海上應(yīng)急救助能力評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 海上應(yīng)急救助能力評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在實際救助行動中[10]，地方政府、公安等相關(guān)部門、救助指揮中心、現(xiàn)場部門之間存在指揮與信息反饋的情形。指揮機制：地方政府指揮救助指揮中心，并命令公安、消防等部門提供人力和物力上的協(xié)助，現(xiàn)場指揮中心即地方政府能夠命令公安、消防等相關(guān)部門協(xié)助救助，指揮中心指揮現(xiàn)場救助部門進行救助。信息反饋機制：現(xiàn)場救助部門根據(jù)實際情況將現(xiàn)場信息反饋給救助指揮中心，救助指揮中心將信息整合，并向政府部門反饋，請求人力和物力支持。

救助人員的質(zhì)量主要從操作技能、學歷、年齡、人員組成(一線救助人員、高級指揮人員、管理人員)等方面來衡量。救助人員的集結(jié)速度在一定程度上取決于救助人員的質(zhì)量。救助設(shè)備的質(zhì)量主要從設(shè)備的工況、設(shè)備的種類(探測設(shè)備、信息設(shè)備、救助船、直升機等)方面來衡量。對于管理水平而言，管理體制的核心是設(shè)置管理機構(gòu)，從而劃分各單位、各成員的職責與義務(wù)。管理制度則是建立了成員的行為準則和規(guī)范，對于不同職責的人員，行為準則和規(guī)范也存在差異。而管理理念是指管理人員的觀念，會在一定程度上影響管理體制和管理制度的制定。救助成效作為衡量一個海上救助部門的重要因素，可以從遇險人員的死亡傷殘率和財產(chǎn)損失兩方面來衡量。

此外，不同一級指標下的二級指標之間也存在相互反饋關(guān)系。政府部門的財力支持和公安等相關(guān)部門的協(xié)助都能在一定程度上影響救助人員的數(shù)量和救助設(shè)備的數(shù)量與質(zhì)量。但由于設(shè)備的調(diào)運由人員完成，救助人員的數(shù)量和集結(jié)速度在一定程度上決定了設(shè)備的調(diào)運速度。除此之外，各指標的好壞都會直接影響到救助成效，即遇險人員的死亡傷殘率和財產(chǎn)損失。

3.3 構(gòu)建模糊判斷矩陣

利用專家問卷打分的方法對指標初步評價[11]，得出二級指標的模糊關(guān)系矩陣R，如式(2)所示，即各二級指標因素集與評語集的模糊關(guān)系。

(2)

3.4 確定權(quán)重向量

在模糊網(wǎng)絡(luò)分析法中，存在環(huán)境參數(shù)α∈[0，1]和決策樂觀系數(shù)λ∈[0，1]。前者反映權(quán)重隨決策專家判斷的變化程度，α值越小，說明決策的變動范圍越大；后者代表整合決策者的決策權(quán)重，λ值越小越樂觀，越大越保守。

海上應(yīng)急救助評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有多個準則[12]，對網(wǎng)絡(luò)層指標進行重要性排序，首先需要確定各準則下指標的未加權(quán)超矩陣。以聯(lián)合搶險準則為例進行分析，結(jié)合德爾菲法進行兩兩比較確定判斷矩陣，利用三角模糊數(shù)整合專家意見，得到模糊兩兩判斷矩陣，再用特征根法確定權(quán)重向量。具體步驟包括：

(3)

同理，求出其他準則層下元素集的向量矩陣Wij，并進行整合，建立未加權(quán)超矩陣W：

(4)

(2)建立權(quán)矩陣a。由于每個網(wǎng)絡(luò)層指標所受影響大小是在各對應(yīng)元素集中比較判斷的，因此各向量矩陣組成的超矩陣W的各列向量不是歸一。為解決上述問題，將各元素組作為一個元素，對元素組進行成對比較，求出判斷矩陣，并計算其特征向量，得到權(quán)矩陣a：

(5)

其中，aij=0表示指標i對指標j不影響，矩陣a的各列元素之和均為1。

(6)

(7)

3.5 模糊綜合評價

(8)

為兼顧整體因素的綜合評價，這里合成算子“°”取M(·,⊕)，其中定義為a·b=a×b=ab；⊕定義為a⊕b=(a+b)∧1。

對應(yīng)于評語層的綜合評價結(jié)果，即為模糊綜合評價模型的最終評價結(jié)果矩陣，根據(jù)最大隸屬度原則，隸屬度最大的元素對應(yīng)的評語等級，即是模糊綜合評價模型的最終評價結(jié)果。

4 案例分析

選取交通部東海救助局作為研究對象，救助人員方面，東海救助局現(xiàn)有職工798名，其中船員445名，專業(yè)技術(shù)人員328名。救助設(shè)備方面，東海救助局擁有遠洋、近海、港口專用救助船14艘，其中720 kW救助拖輪1艘、1 940 kW救助拖輪5艘、3 200 kW以上大功率救助拖輪8艘，救生專用救助艇7艘。救助責任區(qū)北起連云港，南至東山島，包括連云港、上海、寧波、溫州、福州、廈門6個救助基地。

2017年，東海救助局執(zhí)行各類救助搶險任務(wù)629起，出動救助力量850次，救助各類遇險人員1 035人，救助遇險船舶42艘，直接獲救財產(chǎn)價值約19.03億元。實際救助船舶包括印度籍散貨船“LIBERTY PRRUDENCIA”輪，馬紹爾群島籍主機故障散貨船“Tomini Infinity”輪，密克羅尼亞籍貨船“East Moon”輪，進水漁船“閩龍漁66822”輪，傾斜貨船“福順67”輪等，并參與了2017全國漁業(yè)水上突發(fā)事件應(yīng)急演練。

此次研究采取問卷調(diào)查對考察專家進行咨詢，專家對2017年東海海上局實際救助案例和演習效果進行分析，并結(jié)合東海救助局的人員和設(shè)備配置情況，對各二級指標進行評價。本次調(diào)查結(jié)果如表2所示。

表2 調(diào)查問卷結(jié)果

根據(jù)表2，建立模糊判斷矩陣R：

(9)

首先確定環(huán)境參數(shù)α和決策樂觀系數(shù)λ，這里取α=0，λ=1，即專家采取最保守態(tài)度，且綜合權(quán)重包含所有專家的決策權(quán)重信息。

以因素集A為例，將地方政府A1作為準則，根據(jù)相關(guān)部門A2、指揮中心A3和現(xiàn)場部門A4對準則A1的相對重要性比較，比較結(jié)果如表3所示。

表3 因素集A中各指標對A1的相對重要性

根據(jù)特征根法求得的4個排序向量，構(gòu)建模糊判斷矩陣W11：

(10)

同理，可以求出其他模糊判斷矩陣W12、W13、W14、W21、W22、W23、W24、W31、W32、W33、W34、W41、W42、W43、W44。并對上述模糊判斷矩陣進行整合，建立未加權(quán)超矩陣W。

對模糊未加權(quán)超矩陣W的每一列確定相對權(quán)重，得出模糊權(quán)矩陣a。

(11)

(12)

最后，根據(jù)計算得到的模糊加權(quán)超矩陣W的性質(zhì)來計算極限排序。由于W>0 且其所有元素數(shù)值都大于零，即W是素陣的同時也是一個不可約矩陣。另外，W各列的和均為1，可以證明其最大特征根為1，且沒有其他模為1的特征根。

0.081,0.074,0.085,0.070,0.085,0.081,

0.070,0.016,0.083,0.015,0.145,0.095]

(13)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析法得到的各指標權(quán)重及等級權(quán)重，根據(jù)式(8)進行計算可得到：

B=[0.378 0，0.400 1，0.167 8，0.042 2，0.012 0]

(14)

綜上可知，東海救助局的救助能力處于良好級別，能夠在一定時間內(nèi)采取合適的救助行動，滿足多種情況下的海上應(yīng)急救助的要求。若需進一步優(yōu)化，可以根據(jù)指標評分和ANP得到的指標重要性排序逐步分析相應(yīng)指標，針對性地進行改進。由表2和式(13)可知，東海救助局缺乏與公安、消防等相關(guān)部門的協(xié)調(diào)救助能力，且救助人員的集結(jié)速度有待提高，而救助人員的集結(jié)速度指標的權(quán)重較高，因此東海救助局應(yīng)著重提高救助人員的集結(jié)速度。

5 結(jié)論

筆者將模糊網(wǎng)絡(luò)分析法應(yīng)用于海上應(yīng)急救助評價中，得出以下結(jié)論：

(1)通過案例分析及咨詢專家的方式，確定影響海上應(yīng)急救助的因素，建立了海上應(yīng)急救助能力評價指標體系。

(2)采用將德爾菲法、網(wǎng)絡(luò)分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的模糊網(wǎng)絡(luò)分析法，建立了海上應(yīng)急救助能力評價模型，該模型考慮了海上應(yīng)急救助能力評價指標內(nèi)部之間的聯(lián)系，以及海上應(yīng)急救助評價系統(tǒng)的模糊性，具有一定的準確性和優(yōu)越性。

(3)為驗證筆者提出的評價海上應(yīng)急救助能力模型的實用性，以交通部東海救助局為例，對其海上應(yīng)急救助能力進行評價。案例分析結(jié)果表明該模型能夠有效地評價海上應(yīng)急救助能力的優(yōu)良程度，具有良好的實用性，并能有效指導相關(guān)部門進行改進。

筆者建立的模型可以有效對海上救助部門進行評價，并有針對性地指出存在的不足，從而有效提高海上應(yīng)急救助的成功率，保障人員安全，降低財產(chǎn)損失。