基于模糊AHP的北極航線安全保障體系結(jié)構(gòu)分析

馬曉雪, 劉 陽, 張靖雯, 喬衛(wèi)亮

(大連海事大學(xué) a. 公共管理與人文藝術(shù)學(xué)院； b. 輪機(jī)工程學(xué)院， 遼寧 大連 116026)

隨著全球氣候變暖，北極海域的冰面積不斷減小，不僅使得北極地區(qū)豐富的能源資源開發(fā)成為可能，更有望開辟出一條連通亞、歐、美三大洲和太平洋、大西洋、北冰洋的“黃金通道”。然而，北極獨(dú)特的地理位置和特殊的環(huán)境條件在賦予其得天獨(dú)厚的戰(zhàn)略優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。因此，北極航線開發(fā)利用的安全保障問題一直是各方關(guān)注的焦點(diǎn)。BARABADI等[1]針對北極低溫環(huán)境下的結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，從海上生產(chǎn)設(shè)施性能提升和故障修復(fù)的角度探討安全保障需求。KHAN等[2]通過預(yù)測船-冰碰撞風(fēng)險(xiǎn)概率，強(qiáng)調(diào)北極航線安全信息的重要作用。FU等[3]和劉同超等[4]從“人-機(jī)-環(huán)-管”等4個(gè)方面對北極航運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，有針對性地提出相關(guān)安全保障建議。然而，由于風(fēng)險(xiǎn)具有隱匿性、動(dòng)態(tài)性和衍生性等特征，在研究過程中很難窮盡所有的風(fēng)險(xiǎn)變量，這無疑增加了安全保障體系構(gòu)建的復(fù)雜度和難度。

2018年國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布《中國的北極政策》白皮書，表明了我國積極參與北極治理、共同應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)的立場和責(zé)任。在此背景下，有必要從更高的層面關(guān)注北極航線的安全保障問題。王志民等[5]和白佳玉等[6]認(rèn)為北極航線安全保障需要從國家戰(zhàn)略的高度綜合謀劃推進(jìn)，充分挖掘機(jī)遇與潛力，正確應(yīng)對各種挑戰(zhàn)；夏立平等[7]認(rèn)為還需要尋求在北極區(qū)域合作機(jī)制下的中國參與，達(dá)成北極航線開發(fā)利用的共建、共享、共贏。更高視野下對北極航線安全保障的研究雖然突破了傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對模式的限制，但由于缺乏統(tǒng)一的分析框架和標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)方法，造成實(shí)踐中難以有效把握工作重點(diǎn)、提升指導(dǎo)意義。鑒于此，本文從我國的視角出發(fā)，圍繞北極航線安全保障問題的復(fù)雜性進(jìn)行系統(tǒng)化研究梳理，采用指標(biāo)設(shè)計(jì)法和專家調(diào)查法構(gòu)建北極航線安全保障體系，運(yùn)用模糊層次分析法(Analytic Hierarcrty Process, AHP)科學(xué)研判體系建設(shè)中的關(guān)鍵因素，為北極航線安全保障服務(wù)的進(jìn)一步深化提供參考。

1 北極航線安全保障體系構(gòu)建

北極航線安全保障是一項(xiàng)需求多、投資大、涉及專業(yè)領(lǐng)域廣的復(fù)雜系統(tǒng)工程，在指標(biāo)體系法中引入系統(tǒng)論的“分析-重構(gòu)”原理[8]使得該復(fù)雜系統(tǒng)的體系構(gòu)建更為清晰便捷。據(jù)此，通過對已有文獻(xiàn)和相關(guān)北極政策進(jìn)行解讀，同時(shí)借鑒美國、俄羅斯和加拿大等具有代表性的北極沿線國家或國際組織在安全保障領(lǐng)域的規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)踐，初步擬定北極航線安全保障體系基本框架。為保證體系的科學(xué)性和合理性，進(jìn)一步采用AHP，邀請領(lǐng)域內(nèi)多位專家提出相關(guān)改進(jìn)建議，最終形成包含2個(gè)一級指標(biāo)、6個(gè)二級指標(biāo)和20個(gè)三級指標(biāo)的北極航線安全保障體系，見表1。

1.1 對內(nèi)服務(wù)體系概述

對內(nèi)服務(wù)體系包括信息資料體系、關(guān)鍵技術(shù)體系、設(shè)施裝備體系和配套支持體系等4個(gè)子系統(tǒng)。

1.1.1信息資料體系

信息資料體系包括航海圖書資料、實(shí)時(shí)水文氣象信息、北極航行經(jīng)驗(yàn)等3個(gè)構(gòu)成指標(biāo)。

(1) 航海圖書資料包括北極航行專用海圖、參考圖、表冊、書刊資料和指導(dǎo)文件等航海出版物，是專供在船人員研究海區(qū)自然情況、沿岸通航規(guī)制，熟悉海區(qū)航行、駐泊條件，制訂船舶航線計(jì)劃等使用的重要參考資料；

(2) 實(shí)時(shí)水文氣象信息包括由俄羅斯北方海航道管理局、加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)和我國國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心等組織機(jī)構(gòu)在線發(fā)布的氣溫、風(fēng)、能見度、雨雪等氣象預(yù)報(bào)預(yù)警信息和冰況、潮汐、海流、海浪等水文信息；

(3) 北極航行經(jīng)驗(yàn)包括習(xí)慣性航線、航行方法選擇、穿越海峽的航向調(diào)整、霧航夜航特殊操作和破冰引導(dǎo)下的尾隨航行配合等內(nèi)容，來源于實(shí)際航行經(jīng)驗(yàn)和北極航行模擬演練，對船員熟悉水域通航環(huán)境、掌握船舶及設(shè)備性能和提高突發(fā)事件應(yīng)急處置能力等具有重要指導(dǎo)作用。

1.1.2關(guān)鍵技術(shù)體系

關(guān)鍵技術(shù)體系包括船舶導(dǎo)航定位技術(shù)、通信抗干擾技術(shù)、設(shè)備防寒防凍技術(shù)、船舶破冰技術(shù)和海上應(yīng)急清污技術(shù)等5個(gè)構(gòu)成指標(biāo)。北極航線具有高緯、高寒、強(qiáng)風(fēng)暴和冰區(qū)航行等特點(diǎn)，在航次執(zhí)行過程中要面對并克服導(dǎo)航定位誤差、通信不穩(wěn)定、船舶破冰能力不足和設(shè)備防寒防凍性能差等諸多現(xiàn)實(shí)障礙，需要針對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行科研攻關(guān)；同時(shí)，北極的生態(tài)自我修復(fù)、自我調(diào)節(jié)能力較差，水域污染擴(kuò)散范圍較廣，因此還需做好有關(guān)海上污染控制的相關(guān)工作，掌握較強(qiáng)的海上應(yīng)急清污技術(shù)。

1.1.3設(shè)施裝備體系

設(shè)施裝備體系包括冰區(qū)適航船舶與船隊(duì)、專用輔助設(shè)備和應(yīng)急救助裝備等3個(gè)指標(biāo)。

(1) 冰區(qū)適航船舶和船隊(duì)是航行安全保障的核心裝備之一，在實(shí)現(xiàn)北極專業(yè)化、項(xiàng)目化和常態(tài)化通航過程中，需提升船舶冰區(qū)加強(qiáng)等級，有針對性地豐富油船、液化天然氣(Liquefied Natural Gas, LNG)船、集裝箱船和散貨船等船型，以更好地滿足航運(yùn)需求；

(2) 專用輔助設(shè)備極地科考層面，需積極研發(fā)高等級專業(yè)破冰船、極地救助船和資源勘探船等船型，跟進(jìn)聲響裝置、瞭望設(shè)備和船載起重機(jī)等專用輔助設(shè)備研發(fā)，以支撐船舶航行安全、極地科考和海洋工程等應(yīng)用需求；

(3) 應(yīng)急救助裝備，針對北極航線突發(fā)事件的應(yīng)急處理問題，在自救過程中需要救生衣、救生艇等基本裝備，遠(yuǎn)程救助需要破冰救助船、搜救直升機(jī)等重要裝備。

1.1.4配套支持體系

配套支持體系包括組織支持、制度保障和財(cái)政支撐等3個(gè)指標(biāo)。

(1) 組織支持強(qiáng)調(diào)涉北極事務(wù)部門職能的有效發(fā)揮、政府部門間的通力合作和與非政府組織、生產(chǎn)企業(yè)、科研單位等多元主體的協(xié)調(diào)配合，是相關(guān)工作統(tǒng)籌運(yùn)轉(zhuǎn)的組織基礎(chǔ)；

(2) 制度保障包括安全保障戰(zhàn)略方針的制定，船舶、船員安全管理相關(guān)規(guī)則的制定和修訂等內(nèi)容是北極航線安全保障服務(wù)有序推進(jìn)的重要依據(jù)；

表1 北極航線安全保障體系

(3) 財(cái)政支撐指國家提供資金作為北極航線安全保障投入，通過增加科研資助項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi)、拓寬投融資渠道、對相關(guān)企業(yè)實(shí)行稅收優(yōu)惠等方式將財(cái)政資金用到關(guān)鍵區(qū)域，產(chǎn)出高質(zhì)量公共產(chǎn)品和服務(wù)。

1.2 對外合作體系概述

對外合作體系包括與相關(guān)國家開展合作和在相關(guān)國際組織內(nèi)開展合作兩個(gè)子系統(tǒng)。

1) 與相關(guān)國家開展合作包括信息數(shù)據(jù)交換共享、技術(shù)裝備合作交流和基礎(chǔ)設(shè)施共建等3個(gè)指標(biāo)。我國不是北極區(qū)域內(nèi)的國家，安全保障工作面臨的首要障礙就是沿線國家依靠地緣條件對北極和北極航線形成的先占優(yōu)勢[26]，加上安全保障工作存在缺少信息和技術(shù)支持等，通過建立雙邊或多邊外交關(guān)系與相關(guān)國家尋求合作是必要的選擇。在參與基礎(chǔ)設(shè)施共建的基礎(chǔ)上，響應(yīng)北極航線深度開發(fā)利用的現(xiàn)實(shí)需求與相關(guān)國家在北極航線安全保障領(lǐng)域內(nèi)增進(jìn)合作，達(dá)成數(shù)據(jù)交換、信息資源共享協(xié)議和加強(qiáng)技術(shù)裝備合作交流等均是未來值得期待的重點(diǎn)內(nèi)容。

2) 在相關(guān)國際組織內(nèi)開展合作包括參與相關(guān)條約與規(guī)則的制定、參與北極應(yīng)急救助、參與北極資源和環(huán)境保護(hù)等3個(gè)指標(biāo)。國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)是聯(lián)合國負(fù)責(zé)海上航行安全和防止船舶海洋污染的專門機(jī)構(gòu)，自1989年至今，我國已連續(xù)15次擔(dān)任IMO A類理事國，有責(zé)任和義務(wù)秉承IMO的宗旨，利用自身話語權(quán)影響北極航線安全保障議程設(shè)置和規(guī)則修訂。北極理事會(huì)是北極可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問題開展合作、協(xié)調(diào)和互動(dòng)的主要政府間論壇，2013年我國獲批成為其正式觀察員，擁有在其下設(shè)工作小組內(nèi)的知情權(quán)和提案權(quán)，同時(shí)可憑借資金、技術(shù)和人才優(yōu)勢等更多地參與到北極污染源處理、動(dòng)植物保護(hù)和緊急事故應(yīng)對等工作中。此外，我國還是國際科學(xué)委員會(huì)、國際航標(biāo)協(xié)會(huì)(International Association of Lighthouse Authorites, IALA)、國際航道測量組織(International Hydrographic Organization, IHO)等多個(gè)北極相關(guān)國際組織的成員國，一方面需要實(shí)施履約行動(dòng)，承擔(dān)起相應(yīng)的義務(wù)，另一方面需要立足于我國安全保障工作要點(diǎn)，最大程度地響應(yīng)我國北極航線安全保障的利益需求。

2 北極航線安全保障體系結(jié)構(gòu)分析

2.1 模糊理論下專家意見收集

收集專家意見是對定性指標(biāo)進(jìn)行定量研究的首要步驟。本文以調(diào)查問卷的方式邀請領(lǐng)域內(nèi)5位專家對各層級指標(biāo)的重要度進(jìn)行綜合分析，采用GUPTA等[31]提出的0～1梯形模糊數(shù)標(biāo)度方法(見表2)，考慮到該方法在5種標(biāo)度下的劃分方式更加符合人的思維慣性和表達(dá)習(xí)慣，且具有廣泛應(yīng)用于石油天然氣、航空航天和醫(yī)藥化學(xué)等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，在問卷中同樣將專家意見設(shè)置為明顯不重要、不重要、介于不重要與重要之間、重要和明顯重要等5種，收集得到專家評價(jià)結(jié)果。

表2 專家模糊意見標(biāo)度表

2.2 專家可信度分析

專家意見作為研究過程中的重要數(shù)據(jù)來源，其評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性對研究結(jié)論有直接影響，在實(shí)際操作中，受個(gè)人知識背景和工作經(jīng)驗(yàn)等多種因素的影響，專家意見往往具有極強(qiáng)的主觀性和不一致性。為使分析結(jié)果更加科學(xué)、客觀，引入專家可信度(即對專家的信任程度)的概念，從職位職稱(ePP)、工作經(jīng)驗(yàn)(eWE)、學(xué)位(eAD)和適任能力(eCC)等4個(gè)方面，考察專家綜合可信度，通過設(shè)置評分集，按照式(1)和式(2)最終計(jì)算得到專家可信度見表3。

設(shè)E={e1,e2,…，en}為專家信度集，專家綜合信度值ek為

ek=ePPk+eWEk+eELk+eCCk，k=1,2,…,n

(1)

設(shè)有n位專家，專家可信度λe定義為

(2)

2.3 基于模糊AHP的體系結(jié)構(gòu)分析

表3 專家可信度分析量表

(3)

2) 計(jì)算每位專家意見的平均一致度。設(shè)有n位專家，第u位專家意見的平均一致度為

(4)

3) 計(jì)算不同專家意見的相對一致度。設(shè)有n位專家，第u位專家意見的相對一致度為

(5)

4) 計(jì)算第u位專家意見的一致性系數(shù)。設(shè)P(Eu)比RA(Eu)重要的程度為β，根據(jù)YAZDI等[33]的研究，取β=0.5，則一致性系數(shù)為

CC(Eu)=β×P(Eu)+(1-β)×RA(Eu)

(6)

5) 計(jì)算專家模糊評價(jià)的聚類模糊數(shù)，表示為

(7)

6) 聚類模糊數(shù)的去模糊化。本文采用中心面積法[34]進(jìn)行去模糊化處理，結(jié)果為

(8)

7) 計(jì)算專家評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重。設(shè)第K層有n個(gè)專家評價(jià)指標(biāo)，第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重為

(9)

8) 計(jì)算專家評價(jià)的集成權(quán)重。第K層第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的集成權(quán)重為

(10)

應(yīng)用MATLAB完成上述運(yùn)算，得到各指標(biāo)權(quán)重見表4。帕累托法則認(rèn)為任何一組事物中重要的因數(shù)通常只占約20%，其余的盡管是大多數(shù)，但都是次要的。因此，只要能控制具有重要性的少數(shù)因子即能控制全局。[35]根據(jù)這一原理，將各指標(biāo)集合權(quán)重轉(zhuǎn)化為累積百分比的形式，北極航線安全保障體系帕累托圖見圖1。由圖1可知：北極航線安全保障體系中前20%的關(guān)鍵因素包括C12-2、C12-1、C12-3。

表4 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

圖1 北極航線安全保障體系帕累托圖

3 結(jié)束語

1) 圍繞安全保障的復(fù)雜系統(tǒng)特性，應(yīng)用“分析-重構(gòu)”原理構(gòu)建北極航線安全保障體系，包括2個(gè)一級指標(biāo)、6個(gè)二級指標(biāo)和20個(gè)三級指標(biāo)。建立模糊AHP模型，引入梯形模糊數(shù)和專家可信度改進(jìn)傳統(tǒng)層次分析法，該模型具有去模糊化和多層次加權(quán)分析的特點(diǎn)，可較為科學(xué)、客觀地反映指標(biāo)的重要度。

2) 根據(jù)帕累托法則對體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明:通信抗干擾技術(shù)、船舶導(dǎo)航定位技術(shù)和設(shè)備防寒防凍技術(shù)是北極航線安全保障體系中的關(guān)鍵因素。

3) 為更好地開展北極航線安全保障工作，有效提升安全保障服務(wù)成效，可有針對性地采取以下措施，如：跟蹤北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，并嘗試將北斗系統(tǒng)及其終端產(chǎn)業(yè)豐富發(fā)展至北極水域；發(fā)起北極航線安全保障技術(shù)研發(fā)的國家重點(diǎn)專項(xiàng)，有效推進(jìn)技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)；在IMO、IHO和IALA等國際組織制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的指導(dǎo)下，結(jié)合E-Navigation示范工程領(lǐng)域的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，探索并嘗試開展北極航線E-Navigation示范工程建設(shè)的預(yù)研工作等。