港區水域通航環境綜合評價模型研究

（武漢理工大學航運學院 武漢 430063）

港區水域通航環境綜合評價主要涉及到評價指標的選取、權重的計算和評價方法的確定．目前，權重的計算方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法．其中主觀賦權法單純依靠決策者的主觀判斷，帶有較大的主觀隨意性，評價結果易受決策者專業知識和經驗的影響；客觀賦權法運用數學方法分析資料數據所反映的統計信息，往往忽略決策者對指標重要性的主觀認知，有時會出現“重要指標的權重系數小，不重要指標的權重系數大”的現象．為了既能反映專家的意見，同時又充分利用樣本資料的統計信息，達到主、客觀的統一，進而使評價結果更加準確、可靠，本文提出了一種主客觀相結合的賦權方法來確定港區水域通航環境危險度評價指標的權重．關于通航環境評價方法，目前國內文獻多采用模糊評價法［1－2］和灰色系統理論法［3－5］．這些方法均是對單個港口的通航環境進行評價，不適合對多個港口的通航安全狀況快速地做出評價．有鑒于此，本文提出一種新的方法——距離函數建模法．

1 權重的確定及模型的構建

1.1 主客觀組合賦權法

本文利用專家打分法來確定主觀權重．專家打分法的基本原理是各位專家根據自己的專業知識、經驗和主觀認知對各指標的權重進行打分，然后將打分結果進行綜合來求取權重．專家打分法的基本步驟為：

則W＝（w1，w2，…，wn）就是用專家打分法所確定的各評價指標的主觀權重．

對于客觀權重，本文采用變異系數法來加以確定．變異系數法是根據各指標在所有被評價對象上觀測值變異程度的大小來求取指標權重．當指標變異程度較大時，賦予權重的也較大；反之，賦予的權重就較小．通常評價指標分為效益型，成本型和固定型．效益型指標是指那些數值越大越好的統計指標（也稱為正向型指標）；成本型指標是指數值越小越好的指標（亦稱為逆向型指標）；固定型指標是指數值越接近某個常數越好的指標（又稱為適度型指標）．如果各指標的屬性不一致，則在進行綜合評價評估時容易出現偏差，因此必須確定各評價指標的屬性．變異系數法確定權重的步驟如下［6－7］．

1）建立原始評價矩陣X＝（xij）m×n．式中：m為評價對象的個數；n為評價指標數．

2）確定各評價指標的屬性，處理原始評價矩陣．

1.2 距離函數建模法

距離函數建模法的基本思想是利用向量之間的距離來衡量2個向量之間的接近程度．首先建立一個實測數據矩陣和一個評價標準矩陣，然后運用數學方法計算實測數據矩陣到評價標準矩陣的距離，從而確定原始評價指標的等級．為了確保結果的可靠性，分別利用歐氏距離和絕對值距離進行建模．

設向量A＝（aij），向量B＝（bkt）．則：

dist（A，B）：計算A中的每個行向量到B 中每個列向量之間的歐氏距離．

mandist（A，B）：計算A中的每個行向量到B中每個列向量之間的絕對值距離．

2 評價指標及其標準的確定

目前在研究航運安全時，一般都把人－船－環境－管理作為一個大的系統來進行綜合評價．環境作為系統中一個重要的環節，對于船舶的安全航行有著十分重要的影響．由于船舶航經港區水域時，影響其安全航行的環境因素有很多，我們不可能把所有與之有關的環境因素都進行評價．為了保證評價的快速性和評價結果的準確性，本文通過綜合有關學者在該領域的研究成果和專家咨詢的方法確定評價指標，力求使所選取的評價指標能反映港區水域船舶航行的安全性［8］．綜合考慮各方面因素，本文選取以下11項指標對港區水域通航環境危險度進行評價：能見度、風、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息．

關于港區水域通航環境危險度目前還沒有統一的評價標準，本文結合國內外有關的研究結論，將港區水域通航環境的危險程度從低到高分為5個危險等級（1，2，3，4，5），并對各項指標的危險度的評價標準進行了確定，見表1．

3 港區水域通航環境綜合評價模型的實際應用

已知我國部分港口的統計數據（見表2）和專家打分法得到的權重結果（0．165，0．01，0．04，0．08，0．12，0．086，0．1，0．08，0．17，0．08，0．069），下面運用變異系數法對這些港口通航環境危險度的權重進行分析，然后運用距離函數建模法對這些港口的通航環境進行綜合評價．

表1 通航環境危險度評價指標及等級劃分

表2 我國部分港口的統計數據

3.1 確定權重

根據表1和表2，得到實際數據矩陣X＝（xij）10×11和等級標準矩陣Y＝（yij）11×5．其中

處理原始評價矩陣得到新矩陣U＝（uij）10×11和V＝（vij）11×5．在此基礎上根據變異系數法確定權重的步驟，得到客觀權重結果W′＝（0．022 4，0．094 3，0．077 1，0．105 6，0．079 8，0．084 0，0．085 7，0．182 8，0．123 1，0．072 6，0．072 6）．因此主客觀組合賦權法確定的最終結果γ＝（0．093 7，0．052 2，0．058 6，0．092 8，0．099 9，0．085，0．092 9，0．131 4，0．146 6，0．076 3，0．070 6）．

權重的大小說明能見度、風、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息這11種指標對上述港口通航環境所起的作用．由γ可知，各指標的作用不盡相同，相對而言，交通流所起作用最大，礙航物狀況次之，風所起的作用最小．

3.2 綜合評價

運用距離函數建模法計算向量U＝（uij）10×11到向量V＝（vij）11×5的歐氏距離和絕對值距離，計算結果見表3和表4．

表3 歐氏距離判別表

835 2 2港口2 1．334 1 1．215 1 1．406 4 1．872 2 2．072 8 2港口3 1．572 0 1．393 4 1．470 9 1．800 0 1．884 7 2港口4 1．427 8 1．296 1 1．454 7 1．911 6 2．075 8 2港口5 1．500 9 1．177 2 1．152 6 1．482 6 1．794 8 3港口6 1．452 8 1．220 7 1．298 9 1．744 6 2．158 4 2港口7 2．362 2 1．938 7 1．570 9 1．313 9 1．091 8 5港口8 1．263 5 1．007 7 1．127 2 1．641 3 2．007 7 2港口9 1．461 8 1．194 2 1．189 6 1．507 5 1．765 0 3港口10 1．284 1 1．076 0 1．176 8 1．623 6 1．級別港口1 1．484 9 1．285 3 1．372 4 1．704 0 1．港口 歐氏距離di1 di2 di3 di4 di5 898 7 2

表4 絕對值距離判別表

由上面的計算結果可知，盡管歐式距離和絕對值距離意義不同，但是對于港區水域通航環境的評價等級結果基本相同．港口7通航環境危險度等級為“高度危險”，船舶在此水域航行時需要謹慎；港口9通航環境危險度等級為“一般”，港口5通航環境危險度等級介于“一般”和“較低”之間，其余港口通航環境危險度等級為“低”，船舶航行時較為安全．

4 結束語

運用主客觀組合賦權法和距離函數建模法建立的港區水域通航環境綜合評價模型，能夠快速地對港區水域通航環境做出綜合評價，評價結果具有穩定性和可靠性，且借助于MATLAB工具，評價的計算量也較少．如果港區水域通航環境危險度評價指標和評價標準能夠進一步完善，模型評價的精度將更高．

［1］陳佳云．汕頭海區通航環境安全評價與規劃研究［D］．大連：大連海事大學航海學院，2006．

［2］陳 宏．福州港閩江通海航道航行環境安全評價［J］．中國航海，2008（3）：63－66．

［3］張 鵬．航道水域船舶航行環境危險度的評價［D］．大連：大連海事大學航海學院，2007．

［4］馬 會，吳兆麟．港口航道水域操船環境危險度的綜合評價［J］．大連海事大學學報，1998，24（3）：15－18．

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