基于DHGF法的船舶操縱性綜合評價

張 建 李鐵驪

大連理工大學船舶工程學院，遼寧大連 116024

基于DHGF法的船舶操縱性綜合評價

張 建 李鐵驪

大連理工大學船舶工程學院，遼寧大連 116024

在深入研究船舶的操縱性能的特點和各種系統評價方法的基礎上，提出一種使用方便且行之有效的船舶操縱性能的綜合評價方法。首先，在船舶固有操縱性基礎上，建立了操縱性的指標體系。在深入研究Delphi法、層次分析法（AHP）、灰色關聯度法以及模糊綜合分析法的基礎之上，提出DHGF集成法，闡述了該方法的構造原理和計算步驟。最后，將DHGF理論應用于船舶操縱性評價的實踐中，得出船舶操縱性評價的結果與實際情況相同。提出DHGF集成法不僅在理論上具有優越性、科學性，在應用中也具有可靠性和可操作性，從而對工程上船舶的操縱性評價具有一定參考價值。

DHGF法；船舶操縱性；綜合評價

1 引言

隨著航運業的發展，船舶航行密度不斷增大，船速不斷提高，加之船舶向大型化、專業化的方向發展，以及在限制水域中航行，人們更加關心船舶的操縱性能否滿足安全上的要求。因此，國際海事組織和各國對船舶操縱性的各個單一指標都提出了嚴格要求。提出的評價船舶操縱性的指標一般包括：船舶的旋回性能、保向性能、停船性能以及初始回轉性能等。以往的評價方法基本上是從單項性能出發來評價船舶操縱性的優劣。

在對船舶操縱性進行綜合評判研究中［1］，由于評判對象中存在的許多因素是灰色 （指信息量少、不充分、為“量”的概念）、模糊（指評判信息中具有概念不明確的因素，可以理解為信息的“質”的概念）和難以量化的，使用DHGF算法可以有效地解決這些不確定因素。故應用DHGF算法構造船舶操縱性評價模型，并對其綜合效能進行定量分析計算。

2 DHGF算法的簡介

基于灰色白化權和模糊數學的綜合評價方法稱為DHGF算法［2-3］。它是由改進的Delphi法、層次分析法（AHP）、灰色關聯、模糊評判的成功之處結合而成的。它的理論基礎是灰色理論、模糊數學和從定性到定量的綜合集成方法。

灰色系統理論是從信息的非完備性出發和處理復雜系統的理論，它不是從系統內部特殊的規律出發去研究系統，而是通過對系統某一層次的觀測資料加以數學處理，達到在更高層次上了解系統內部變化趨勢、相互關聯等機制。模糊數學是處理模糊信息的工具，是描述和加工模糊信息的數學［4-6］。

DHGF算法的思路是運用改進的Delphi法匿名討論及統計，優化待評信息系統項目指標，擬定出項目的綜合評價指標體系；建立評價指標遞階層次結構；計算指標體系底層元素的組合權重；給出評價指標評價價值矩陣；運用灰色理論確定評價灰類；計算灰色評價系數，得出灰色評價權向量和權矩陣；取得專家評判數據，依據模糊數學理論形成評判矩陣；進行模糊計算，得出綜合評價結果［7-9］。

3 船舶操縱性評價模型的建立

根據船舶操縱性評價指標及衡準的分析，建立起船舶操縱性評價指標體系，其中，W為目標層，即所有指標的制定是為了進行船舶操縱性方案評價；B為第一層指標，即直接影響目標層的四大類因素；O為第二層指標，即影響第一層指標的直接因素，也是影響目標層的最終因素；P為對象層。具體指標見圖1所示。

借助于Delphi法請相關專家對指標體系進行重要度評判［10］，且利用層次分析法原理可以得到該遞階層次結構相對于總目標的組合權重：

評估對象的歸類依靠專家打分確定，其評估矩陣是建立在評估者的知識水平、認識能力和個人偏愛之上的，因而很難完全排除人為因素帶來的偏差，這就使評估者在評估中提供的評估信息不甚確定，也不甚完全，從而帶有灰色性和模糊性。故本文利用灰色系統評估法和模糊綜合評判來處理專家對評估對象的評估矩陣。

12）在MRI引導下進行各種治療（穿刺引流、射頻消融、微波治療、無水酒精注射等）應使用專門用于MRI的操作器械，植入的放射性粒子的殼應是合金類材料。嚴禁在MRI環境下使用具有鐵磁性的介入操作器械。

設有 r位專家參加評價E ＝ ［E1，E2，E3， …，Er］，將r位專家對所評價信息系統的評價構成樣本矩陣，dli表示的含義是對于某一方案該指標所能達到的好壞程度，一般打分標準在1～10之間，分數越高表示對于該方案該指標越符合要求。全部專家對所評價指標的評價數據構成樣本矩陣為：

確定評估灰類就是要確定評價灰類的等級數、灰類的灰數以及灰數的白化權函數。灰類要根據評價等級通過定性分析確定。常用的白化權函數有下述3種：

第 1 灰類（高），設定灰數為?∈［d1，∞），第 2灰類（中），設定灰數為?∈［0，d2，2d2），第 3 灰類（低），設定灰數為?∈［0，d3，2d3），其白化權函數分別為：

白化權函數的閾值（轉折點的值）可以從評估樣本以外，按照某種準則或經驗用類比的方法獲得。一般是基于測度理論，確定綜合評價標準集合V，其中m表示等級，即優、良、中和差，以判斷方案的優劣。

用灰色統計法確定灰數的白化權函數，求出dli屬于第e類評價評價標準的權fe（dli），據此求出評判矩陣的灰色統計數（記為pie）和總灰色統計數（記為 pi）：

再綜合r位專家對第s個評價對象的評價指標用第 e種評價標準的灰色權值：rie＝pie／pi，進而可構成權矩陣R，由指標權重和灰色評價權矩陣可得白化的綜合評價矩陣A：

由專家按系統應用的需要確定評價對象等級集合，即確定等級矩陣V；再求出綜合評價結果Z：Z＝AVT。按以上步驟可對所評價系統做出綜合評價。

4 DHGF集成法在船舶操縱性能評價中的應用

本文以5萬噸油輪的操縱性為研究背景，根據樣本船舶試驗參數分別進行操縱性綜合評價。

表1 船舶的主要參數

4.1 計算評價指標元素的組合權重

根據反饋回來的專家調查表的統計結果數據，利用歸一化方法整理成判斷矩陣，則O層對于 A 的組合權重為：W ＝［W1，W2， …，W9］ ＝［0.0683， 0.1784， 0.3103， 0.1721， 0.0623， 0.0858，0.0150，0.0796，0.0282］

表2 船舶操縱性數值指標對比表

表3 判斷矩陣

4.2 確定評價量樣本矩陣

邀請船舶方面的專家，并由這些專家進行分析打分。為了便于專家評定，規定對每一項的打分范圍為1～10分，由各位專家對三條船舶操縱性的各個評價指標進行打分，由反饋回來的專家調查表得到專家評價樣本矩陣。

表4 船舶操縱性評價指標得分

4.3 確定評價等級

基于WSR思想和測度理論，將船舶操縱性按照整體得分情況分為 I（優）、Ⅱ（良）、Ⅲ（中）、Ⅳ（差）4個等級，按照10分制進行打分，確定評價等級集合為：

4.4 確定評估灰類

根據相對域值取值法得到4個域值9，7，5，2，相應的灰數和白化權函數如圖2所示。

4.5 計算灰色統計數

對于指標O1，A屬于各灰類的統計數為：

同理求出pie和總灰色統計數pi，于是得到：

4.6 確定灰色評估權值及權矩陣

由公式rie＝求出灰色評估權值，并構造權矩陣，則可求得單因素模糊權矩陣為：

4.7 利用模糊數學評判評價等級

由指標權重和灰色評價權矩陣可得白化的綜合評價矩陣：

則計算評價結果

按照操縱性評價體系等級來衡量，該船的操縱性是良好的。

5 結 論

考慮到船舶操縱性能涉及因素眾多，而且經常受到各操縱性指標的物理性質及量級均不一樣等約束，本文提出了基于灰色白化權和模糊數學的方法，對船舶操縱性進行評價，該方法是一種定性和定量相結合的綜合方法，具有如下特點：

1）引入灰色層次法對船舶操縱性各個指標的權重進行求解，該方法是將區間灰數的白化處理方法與已有的層次分析法結合起來而形成的，考慮人對信息認知的灰色性，比較適合船舶操縱性評價的特點。

2）對船舶操縱性評價指標體系是復雜的，它受眾多因素的影響，而這些因素中往往既存在模糊性，又具有灰色性。DHGF算法綜合Delphi法、AHP、灰色理論以及模糊評判等方法，有效地解決了這些不確定性因素，可見該方法對于處理含有灰元的多層次模糊評判問題是有效和可靠的。

3）從本章提出的模型可以看出，作為模型的約束條件之一，被選指標權重的大小會直接影響計算所得到的結果，所以利用AHP法計算各層評價指標的權重時，要廣泛征集有關人員和專家的意見，使得所計算出的權重較好地符合實際情況，從而最大限度地提高該模型的適用性。

4）對于不同類型船舶操縱性的評價，可根據實際情況，對各個評價指標的權重進行修改，從而提高模型的適用性。此外，根據待解決問題的實際情況，對評價指標進行調整，該模型也可用于解決其它類似評價問題。

［1］吳曉平，汪玉著.船艦系統綜合評估的理論與方法［M］.北京：科學出版社，2007.

［2］劉文歌.基于DHGF理論的配送中心選址研究 ［D］.大連：大連海事大學碩士論文，2006.

［3］趙煥臣，許樹柏，金生著.層次分析法—一種簡易的新決策方法［M］.北京：科學出版社，1986.

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［5］鄧聚龍著.灰預測與灰決策［M］.武漢：華中科技大學出版社，2002.

［6］汪培莊.模糊集合論及其應用［M］.上海：上海科學出版社，1983.

［7］劉海燕.基于DHGF集成法的火電廠廠址選擇評價研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2008.

［8］李政斌.基于DHGF法的防空信息指揮系統通信網效能評估［J］.武器裝備自動化，2008，27（1）：23－25.

［9］劉輝，王紅，陶海印，楊大偉.基于DHGF算法的對空情報雷達裝備技術保障能力綜合評判［J］.艦船電子對抗，2008，31（2）：72－75.

［10］邵立周，唐紅，白春杰.基于灰白化權函數的裝備維修科研績效評估［J］.海軍工程大學學報，2003，15（6）：55－59.

Integrated Evaluation of Ship Maneuverability Based on DHGF Algorithm

Zhang Jian Li Tie-li
School of Shipbuilding Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China

Based on the study of ship maneuverability characteristics together with a variety of performance evaluation systems， a user－friendly and effective control of ship performance evaluation method is presented.Firstly，the index system of manipulation was set based on the inherent maneuverability of ship， and available methods including the Delphi method， the Analytical Hierarchy Process （AHP）， the gray correlation method as well as the comprehensive fuzzy analysis were reviewed，and an DHGF integrated method was therefore proposed on these grounds，architecture principles of this method and the calculation procedure are illustrated.Applying the DHGF theory in an evaluation of ship maneuverability shows that the evaluated results agree with the realistic one.It proves that the DHGF integrated method has advantages both in theory and being able to use reliably and practically，providing reference for evaluation of ship maneuverability in engineering design.

DHGF algorithm；ship maneuverability；integrated evaluation

U661.33

A

1673－3185（2010）06－56－04

10.3969/j.issn.1673-3185.2010.06.011

2009-12-02

遼寧省“百千萬人才工程”培養經費資助項目（2007186－25）

張 建（1982－），男，碩士研究生。研究方向：船舶操縱運動仿真。E-mail：yycjzhang＠163.com

李鐵驪（1963 － ） ，女，副教授，博士生導師。 研究方向：船舶水動力學。 E-mail：moet＠ dlut.edu.cn