關門海峽航道安全性分析

謝保峰　于景田　熊　峰

(1.江蘇海事職業技術學院航海學院，江蘇南京　211170；2.長江引航中心張家港引航站，江蘇張家港　215633)

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關門海峽航道安全性分析

謝保峰1于景田2熊峰2

(1.江蘇海事職業技術學院航海學院，江蘇南京211170；2.長江引航中心張家港引航站，江蘇張家港215633)

摘要針對關門海峽航道安全風險的現狀,從系統工程角度,采用層次分析法的基本原理,充分考慮人、船舶、環境和管理等方面對航道安全影響，建立航道安全性評價模型,并運用模糊數學構建了隸屬函數,求得航道安全風險的模糊評判矩陣,通過模糊評判獲得了航道安全性綜合數值,結果表明該評判方法能夠立足關門海峽航道內船舶航行的需要，綜合關門海峽安全風險狀況，為過往船舶安全航行提供指導，同時為航道安全管理部門提供決策依據。

關鍵詞關門海峽; 航道安全; 模糊評判

關門海峽(Kanmon Strait)位于日本內海的西端，地理位置特殊，進出海峽船舶數量大，日通航量可達1000艘之多，再加上關門海峽水域水文氣象環境多變，導致關門海峽成為事故多發地段，年事故率約為23次。為了減少事故多發，航道管理部門已針對航道特點做了一定的工作，但是航道系統安全與否所涉及的影響因素較多。目前國內外對航道安全研究方法主要有模糊綜合評價法、貝葉斯網格法和人工神經網絡法等。本文針對關門海峽航道特點，構建評判指標體系,選用模糊綜合評判法進行評判，從而較客觀地反映航道的安全狀況,同時為過往船舶提供安全指導，同時為航道安全管理部門提供決策依據[1]。

1模糊綜合評價法[2]

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法。該綜合評價法根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。它具有結果清晰,系統性強的特點,能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決。首先確定被評判對象的因素(指標)集U=(x1,x2,…,xn)和評價集V=(v1,v2,…,vn)。其中x1為各單項指標,v1為對xi的評價等級層次,一般可分為五個等級:V={優、良、中等、較差、差}。再分別確定各個因素的權重及它們的隸屬度向量,獲得模糊評判矩陣。最后把模糊評判矩陣與因素的權重集進行模糊運算并進行歸一化,得到模糊評價綜合結果。

2航道安全評價指標

2.1指標選擇

狹水道的安全影響因素眾多，研究結果隨研究者的出發點不同而不同。根據關門海峽航道的特點，從船舶安全航行角度出發，結合航海專家、船員、港口官員的意見后，確定航道安全系統一級指標4個，二級指標17個，如圖1所示。

2.2指標值的確定

根據圖1所示的評價指標體系，結合近期關門海峽管理部門發布的海事信息，同時對經常航經關門海峽的國內航運企業和船舶進行實地調研，把關門海峽航道安全性評價的各指標以問卷的形式交由各航海專家進行打分，具體如表1所示。

圖1　航道安全風險評價指標體系

評價對象評價指標值取值單位量值船舶噸位平均噸位6500噸2.8船舶船齡平均船齡17年3.9船舶結構強度船舶磨損程度18%—4.1船舶設備MTBF700小時3.8應急反應應急反應的能力75%—3.0相對水深水深/最大吃水1.6—5.1相對寬度寬度與最大船長比2.5—4.4轉向角最大轉向角度60度5.3距離與最近礙航物距離80米3.2交叉角航道最大交叉角度60度3.6能見度能見度不良的天數20天/年2.0風年均標準風的天數26天/年1.5流海峽內最大流速8.5節5.2交通流量日均交通流量320艘/天5.0航道管理完備率92—1.2助航標志完善率97—0.8反應能力應急安全程度95—1.0

3評價流程

3.1各評價指標權重的確定

航道安全性指標體系中，各指標的地位和比重是不同的，應根據航道的具體情況分別賦予權重，確定權重常見的方法有調查統計法、序列綜合法、復雜度分析法和層次分析法等。其中層次分析法客觀和主觀結合，更符合關門海峽實際，因此本文選用層次分析法計算權重，具體步驟如下[6]：

(1)判斷矩陣建立：根據影響航道安全的程度大小，確定各指標對應的權重，采用1-9標度法進行兩兩比較，構造出各級指標的判斷矩陣，例如：U-Ui和U3-U3j的結果，如表2和表3。

表2　判斷矩陣

表3　判斷矩陣

(2)特征向量計算：利用計算機對各判斷矩陣的特征向量計算或人工計算的方法都是一樣的。

判斷矩陣U-Ui的特征向量為：

A=[0.2119 0.3302 0.2693 0.1886]

(1)

判斷矩陣U3-U3j的特征向量為：

A3=[0.1429 0.2143 0.2857 0.3571]

(2)

同理其他各判斷矩陣Ui-Uij(i=1, 2, 4)的特征向量如下：

A1=[0.2323 0.1845 0.1607 0.2750]

(3)

A2=[0.1877 0.2133 0.2667 0.1467 0.1856]

(4)

A4=[0.3403 0.4080 0.2517]

(5)

(3)一致性檢驗：為了判斷計算結果的合理性，并具有滿意一致性，需要對上述特征向量進行一致性檢驗。通過檢驗的特征向量才具有滿意一致性，此時的特征向量可作為各評價指標的權向量使用。

3.2航道安全風險綜合評價

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

請航道安全專家對關門海峽航道安全性各一級指標對應的二級因素分別給出評分值，記為：

(11)

(12)

(13)

(14)

得出5個評判等級的隸屬度，其模糊關系矩陣如下：

(15)

(16)

(17)

(18)

分三步對模糊綜合評判過程進行確定：

第一步：對單因素模糊評價，確定U1,U2,U3,U4對評判等級V的隸屬矩陣。如下：

(19)

則T=[T1T2∧T4]

(20)

即為U1,U2,L,U5對評判等級V的隸屬矩陣。

由式(19)得出U1,U2,L,U5對評判等級V的隸屬矩陣，計算可得：

(21)

第二步：合成模糊矩陣，確定U對評價集合V的隸屬向量。

令B=A·TT

(22)

得出：B=[0.0554 0.1827 0.2370 0.3834 0.4047]，對B進行歸一化處理，得到B′=[0.04390.14460.18760.30350.3204]。得出航道安全風險分值：

G=B′·VT

G的值越小，表明風險等級越低。

計算求得：G=3.7119。

從評價結果可知，關門海峽航道安全性處于較高危險等級。應加強防范，特別是二級指標中的航道彎曲度，流的影響和船舶交通流量的安全風險普遍偏高，上述三個指標屬于航道自然條件和通航環境方面的原因。為了增進關門海峽航道安全性，應加強對航道環境保護和人員素質培訓，另外，二級指標的低風險等級值均為0，航道有關部門應采取綜合措施來降低安全風險。

4結語

通過上述評價得知，關門海峽航道安全性處于較高危險等級。從關門海峽評價指標的量化值可以看出，航道安全管理各影響因素的危險性較小，而相對水深、航道彎曲度、流和交通流量等影響因素的危險性較大。為了提高關門海峽航道安全性，從航行航法和航道管理角度出發，對關門海峽航道進行研究從而提出建設性意見。

參考文獻

1謝保峰.關門海峽航道安全性分析和研究[D].大連海事大學，2011

2趙默洋.基于AHP的船舶安全風險模糊評判方法研究[J].交通與運輸(學術版)，2010(12)

3楊瑞良.基于模糊綜合理論的遠程學習評價方法[C].Proceedings of International Conference on Engineering and Business Management(EBM2011)，2011

4王鵬.基于模糊理論的CDMA語音質量評價方法的研究及應用[D].東北大學，2010

5于蘭.B2C移動商務中消費者信任影響因素及其測度的研究[D].北京郵電大學，2009

6雷金紅.模糊控制理論在專家系統中的應用[C].第三十一屆中國控制會議論文集B卷，2012

(責任編輯：譚銀元)

Study on Navigation Safety Assessment of the Kanmon Strait

XIE Bao-feng1，YU Jing-tian2，XIONG Feng2

(1. Jiangsu Maritime Institute, Nanjing 211170，China;2. Changjiang Pilot Centre, zhangjiagang 215633, China)

Abstract:Based on the current situation of Kanmon strait security and safety, this essay establishes the channel safety judgment model, using AHP (analytic hierarchy process), taking the impact of people, ship, environment and management on channel safety into full consideration. In addition, subjection function of factors sets was determined based on fuzzy mathematics, and then judging matrix was also gained. Through fuzzy judgment, complex judgment point was obtained respectively for the security and safety of channel. The result shows that this method is scientific and rational for channel safety judgment and security &risk comprehension in Kanmon Strait, which is of help in guiding the ship and offering decision standard for the channel enterprise.

Key words:Kanmon Strait; Channel Safety；Fuzzy judgment

中圖分類號U697

文獻標志碼A

文章編號1671-8100(2016)01-0020-04

作者簡介：謝保峰,主要從事船舶與海洋工程方面的教學和科研工作。

收稿日期：2015-09-18