船舶大洋航線評價中多屬性指標隸屬函數的確定方法

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(海軍潛艇學院，山東 青島 266071)

20世紀90年代以來，隨著對事前預防型安全管理的要求及對安全評價重視程度的提高，海運安全評價研究方興未艾。安全評價方法眾多，如事故樹分析評價法、概率風險評價法、模糊綜合評價法、灰色系統安全評價法、計算機模擬安全評價法、神經網絡評價法、綜合安全評價法等[1]。應用這些方法對船舶航行安全進行評價的過程中，需要對指標進行量化。由于船舶航行影響因素較多，部分評價指標具有一定的模糊性，對模糊指標進行量化的核心的問題就是建立合理的隸屬函數，隸屬函數如何確定將直接影響最終的評價結果。

1 船舶航行安全評價中常用的隸屬函數構造方法

航海發展已經歷了幾百年，積累了豐富的經驗，而且大部分指標不具備多次重復試驗的條件，暫時還沒有很好的方法精確描述指標對船舶航行的影響程度，因此目前船舶航行安全評價大部分基于專家調查運用德爾菲法建立指標、構造隸屬函數。目前多用一維初等函數構造指標隸屬度函數，比如在船舶航線綜合評價中，建立海流因素評價標準[2]見表1。

根據評價標準建立5個隸屬函數。

表1 海流因素的評價標準

式中F1(x)～F5(x)分別表示海流對船舶航行安全影響從安全到危險的5個標準。

在船舶安全評價的研究過程中大部分學者都采用這種結合專家調查的方法建立評價指標的隸屬函數，文獻[3-4]對風、流及礙航物等指標量化時都采用了類似的方法構造隸屬函數。

依據專家調查意見用一維初等函數構造的指標隸屬函數，對水深、航道寬度、礙航物等單一屬性指標的無量綱化時能夠很好地反應該指標對船舶航行的影響。但是對風、流等多屬性指標進行無量綱化時常常會丟失指標某些方面的屬性，使得評價結果偏離實際。

2 多屬性指標隸屬函數構建方法

多屬性指標即指標本身具有多重屬性，且兩種以上的屬性對被評價對象有一定的影響。比如海流的主要屬性包括流速、流向，而且流速、流向對船舶航行的影響都不能忽略。海流對船舶航行的主要影響包括以下幾個方面。

1) 影響船舶的航跡向和航速，海流能使船舶偏離航線，也可造成船舶失速。

2) 海流會降低船舶的操縱性能，尤其在狹水道航行時對船舶航行安全有很大影響，甚至會導致航海事故的發生。

3) 當船舶順流時，海流一般可增加航速，進而節省海上航行時間和燃料。

已有的資料表明，大洋中海流流向長年穩定，流速平均1 kn以下，在極少部分狹水道流速才能達到5 kn。船舶大洋航行航時較長，順流航行與逆流、橫流航行產生經濟效益差相當可觀。因此在設計船舶航線時應該充分利用海流的推動作用提高船舶運營的效益，縮短船舶海上航行時間，進而降低因人員疲憊造成誤操作的概率。經過向專家咨詢，在充分考慮船舶航行安全的前提下，同時兼顧海流流速、流向兩種屬性對船舶航行的影響，建立海流評價標準，見表2。

表2 綜合考慮流速、流向的海流因素評價標準

以海流對船舶航行的影響為例說明多屬性指標隸屬函數的構造方法。

分別構造流速ρ與流向夾角θ區間隸屬函數：

式中：f1(ρ)、f2(ρ)——流速隸屬于安全、不安全的隸屬度函數。

式中：g1(θ)、g2(θ)、g3(θ)——流向與航向的夾角隸屬于順流、逆流、橫流的隸屬度函數。

F1(ρ,θ)=f1(ρ)g1(θ)
F2(ρ,θ)=f1(ρ)g2(θ)

F3(ρ,θ)=f1(ρ)g3(θ)

F5(ρ,θ)=f2(ρ)g3(θ)

式中：F1(ρ,θ)～F5(ρ,θ)分別為海流對船舶航行安全影響隸屬于從安全順流到危險的5個標準的隸屬度函數。

從關于海流隸屬度函數的構造形式可以看出，第一種海流隸屬度函數的構造方法忽略了大洋航行中因海流流向不同而產生的不同影響效果，忽略了海流對船舶航行的積極作用，只從安全方面考慮海流對船舶航行的影響，用于評價船舶水道或者港灣航行時其評價結果有較大的安全裕度。第二種構造海流隸屬函數的方法，充分考慮了海流的特點及專家經驗，在滿足安全要求的情況下兼顧了船舶運營的經濟效益。

隸屬函數的確定過程是一個不斷實踐檢驗、更新的過程，在實踐中，應充分利用各種信息反饋，不斷進行調整，從而達到最優。

3 結論

隸屬函數的確立是對指標進行量綱一量的關鍵，構造隸屬函數要充分考慮到指標本身的屬性。在對船舶航線進行評價的過程中有部分指標具有多重屬性，比如風、流等都可采用這種方法構造隸屬函數。尤其對某些水下航行艦船(艇)在或者無法得到準確衛星定位信息的情況下，完全依靠推算進行導航，此時忽略指標某些方面屬性的影響不僅會降低航行的經濟效益，甚至會嚴重影響船舶的航行安全。因此在對水下潛器或者某些特殊船舶的航線進行評價時，考慮指標的多重屬性，采用多重屬性指標隸屬函數確定方法構造隸屬函數對多屬性指標進行量化，將會提高評價的精度，使評價結果更具有實際指導意義。

[1] 文 華.海運安全評價研究[D].武漢：武漢理工大學,2003.

[2] 高祥安.船舶航線綜合評價及其軟件系統[D].上海：上海海事大學，2005.

[3] 王建軍.新、馬海峽水域油輪航行安全綜合評價[D].大連：大連海事大學，2007.

[4] 周振超.狹水道船舶操縱安全綜合評價[D].大連：大連海事大學，2005.