基于改進層次分析法的動力定位系統綜合評價

馮宏偉，何祖軍，楊奕飛

（江蘇科技大學 電 子信息學院，江蘇 鎮 江212003）

動力定位系統效能評估，是建立在對動力定位系統認識基礎上的一套復雜的系統工程，實質上是人們認識動力定位系統的一種方法，是人們以一定的尺度和標準來衡量動力定位成效的觀念活動。對動力定位系統效能進行評估，從根本上看，是為了規范動力定位系統設計實踐活動，通過評估發現問題，總結經驗，從而提高系統設計，改善決策質量，完善動力定位系統運作機制，最終全面提高定位效能。因此，評估動力定位效能日益顯得重要。

本文從分析動力定位系統的工作流程入手,在指標的框定、指標體系的構建、評估方法的確定等各環節,綜合考慮上述的相互聯系、相互影響的復雜關系及其對綜合效能的影響,對這類復雜系統綜合效能的評估進行了探索。

1 指標體系的建立原則

系統效能,是預期一個系統能滿足一組特定任務要求的程度的度量[1]。而效能的評估則需要一個指標作為評定的依據，指標體系建立的準則如下所示：

1)科學性原則

科學性主要體現在以下幾個方面：一是指評價指標與評價目標的一致性；二是同一評價體系內各評價指標的相容性；三是各評價指標的相互獨立性[2]。

2)獨立性原則

指標體系間應減少重疊和相關性，相互間應該相對獨立，這樣做的不僅降低了指標的復雜程度，而且減少評估時對同一性能的重復評估[3]。

3)層次性

動力定位系統效能評價指標體系是一個復雜的系統。為了降低評估的復雜度，應使該系統具有可分解性。即，系統指標可分解為若干子系統指標，子系統指標又可再次分解。

4)完備性原則

評價指標體系要全面反映整體要求，要涉及評價對象的各個方面，并且合理地構造層次框架和指標數量。首先評價指標體系不能偏廢，對于重要的評價指標不能遺漏。其次評價指標體系既要考慮正效應指標，也要考慮負效應指標[4]。

2 建立評估指標體系結構

動力定位系統包括位置測量系統、控制器和推力器。位置測量系統主要用于測量船舶的實際位置和環境干擾力；控制器根據實際位置和目標位置的偏差，計算出船舶定位到目標位置所需要的推力；推力器的功能是根據控制器傳來的推力指令，產生相應的推力，來抵抗環境干擾力，使船舶處于目標位置或者保持一定的航跡[5]，其工作流程如圖1所示。

圖1 動力定位系統工作流程圖Fig.1 The block diagram of dynamic positioning system

動力定位系統由測量系統、控制系統和推力系統3個系統組成。因此，動力定位系統效能E由方位測量能力B1，計算機控制能力 B2和動力系統推力能力 B3構成，B11、B12、B13和B21、B22、B23以及 B31、B32、B33為第 2 準則層。 其評估體系模型結構如圖2所示。

圖2 動力定位系統指標體系Fig.2 The index system of dynamic positioning systems

動力定位系統的測量、控制和推力3種能力是控制船舶懸停在某一確定位置(定點控制)或沿著一定的預定航跡(倨跡)的根本保證，任何一種能力的缺失都將嚴重影響動力定位系統的整體效能。因此，要通過這三者的有機協調才能保持船舶的穩定性。

3 動力定位效能評估模型

目前層次分析法普遍運用數值1-9作為衡量標度[6]，這具有模糊性和不確定性。例如對A比B“稍好”進行量化時，9標度法數值由于過于接近，不同人可能給出相近卻又不同的判斷數值。為了使標度取值具有唯一性，本文改用三標度法,即將準則的按照重要等級由低到高分為{普通，重要，很重要}，并依次賦值{1,2,3}，最后邀請專家對指標重要等級進行評分。

根據各指標準則評分情況計算第一層準則相對于目標層的權重值，令Bi對目標層E影響的重要程度數為Ui(i=(i=1,2,3)，式中 W 是 B 關于目標層 E 的ii權重。同理，令Bij對第一層的指標Bi影響的重要程度數為(j=1,2,3)，式中 V 是 B 相對于第一層指標ijijBi的權重。最終得到最底層指標相對于目標層的綜合權重Wij，即 Wij=Vij×Wi(i,j=1,2,…,n)。

4 綜合評估

設動力定位系統效能E的滿分為P，用滿分值乘以底層指標的相對于綜合效能的混合權重即可。首先建立評價準則集 {好、較好、一般、差}，規定所占分值的依次為1，0.75，0.5，0.25。

4.1 底層指標的量綱統一

系統評價的最終得分依賴于能夠觀測和測量的量。第三層指標指標是動力定位系統可以觀測和測量到的數據,是評估時的重要參數。針對各分指標屬性不同的情況,在評估前需要統一底層因子的量綱。本文采用德爾菲法統一量綱。用德爾菲法獲取定量指標的標準值,然后將各指標的評價值與其對應的標準值進行對比,所得百分數即為標準化后的指標；針對定性指標,可以直接采用此方法,評估底層指標的百分比[7]。

4.2 應用舉例

采用專家評判對某耙吸式挖泥船為研究對象進行評估。并請專家判斷該動力定位系統指標體系中各指標對動力定位效果影響程度，評判結果如表1所示。

表1 影響程度評判Tab.1 The extent of influence

同時判斷各指標的表現力，評判結果如表2所示。

經計算得：

假設在該次效能評估中滿分P=100，則：

表2 表現力評判Tab.2 Performance evaluation

利用VisualBasic v6.0軟件編程實現動力定位系統綜合評價，軟件截圖如圖3～圖6所示。

圖3 動力定位系統方位測量能力Fig.3 Dynamic positioning system bearings-only measurement capability

最后根據專家提供的系統效能等級評價標準得出該DP系統效能的評估結果為81.05分，屬于良好，由于該挖泥船對動力定位系統的要求較高，所以評估結果與實際運行情況相符。

5 結束語

1)文中改進的層次法使專家對動力定位系統進行評價時能輕松地做出判斷，不用建立繁瑣的對比矩陣和計算權重，所以更容易被評價者接受。

圖4 系統控制能力Fig.4 The ability to control

圖5 動力定位系統推進能力Fig.5 Propulsion capability of Dynamic positioning system

圖6 動力定位系統綜合評價Fig.6 Comprehensive evaluation system of Dynamic positioning system

2)改進的層次分析法不僅可對某一艘挖泥船整個或某一子系統效能進行評估，而且可對其他船舶的不同定位系統效能進行排序。

3)改進的層次分析法僅要求評估者直接給出的評判信息，且評價準確度并不低于層次分析法，避免了同一層指標較多而造成的判斷矩陣的不一致性。

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