F-ANPamp;突變論在CNG物流運輸風險評價中的應用

丁　濤，花澤春，高　雙，王　帆

（1.武漢理工大學　交通學院，湖北　武漢　430063；2.交通運輸部長江航務管理局，湖北　武漢　430014）

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F-ANPamp;突變論在CNG物流運輸風險評價中的應用

丁濤1，花澤春1，高雙1，王帆2

（1.武漢理工大學交通學院，湖北武漢430063；2.交通運輸部長江航務管理局，湖北武漢430014）

通過建立CNG道路運輸風險評價指標體系，采用模糊網絡分析法（F-ANP）構造模糊判斷矩陣，借助MATLAB數據處理工具對其進行運算，得到整條路線的綜合風險評價結果。針對F-ANP難以明辨好壞變化的缺點，結合突變論進一步對路線進行分段橫向分析，實現了對CNG物流運輸的動態評價。結果表明，兩種方法的結合能為類似物流安全評價提供更有價值的風險參考。

壓縮天然氣；物流運輸；模糊網絡分析法；突變論；風險評價

1　引言

壓縮天然氣（CNG）是一種易燃易爆氣體，大多數情況下都是通過道路方式完成物流運輸任務，一旦發生爆炸，人員、財產損傷程度、環境污染代價都是難以估量的。現階段城市CNG汽車保有量的增多加大了加氣需求，市場上從事CNG運輸的企業也如雨后春筍。由于缺乏對CNG性質特征以及安全運輸的深入研究，CNG運輸常常具有較高的風險。因此，對CNG物流運輸進行風險評價有利于企業及時掌握道路風險的動態變化趨勢，合理調整運輸路線，提前做好風險的防范和控制，提高整個社會的安全性。

近年來，許多學者針對風險評價開展了諸多研究，危險品方面研究較多。文獻［1-3］從運輸模式的優劣分析、運輸路徑的優化以及海上運輸安全三個方面對危險品進行了風險評價，為危險品的運輸決策提供了較有價值的參考。在CNG方面，目前的研究主要集中在加氣站的選址布局研究領域。Amir等［4］在探討車輛進出CNG加氣站排隊特征的基礎上，結合具體實例，優化了加氣站的布局方案。魏明和徐晉等［5-6］運用不同的方法對加氣站選址布局進行了優化研究，對于緩解城市交通起到了積極的作用。綜上可知，國內外學者對于風險評價更多的是運用到了危險品等其他方面，對于CNG風險的認識還存在一定的缺口，且風險評價大多是基于系統整體安全程度的判斷，并未深入挖掘其內在的演變機理，缺少對系統運行過程突變特性的研究。基于此，對CNG道路運輸進行橫向動態風險分析是非常有必要的。本文結合模糊網絡分析法和突變論，明確運輸路線的綜合風險程度，進一步細化了系統的風險分布，為CNG的物流運輸路線選擇提供有價值的決策參考。

2　CNG物流運輸風險評價

2.1CNG道路運輸風險評價指標體系的建立

由于CNG物流運輸主要是道路運輸，因此本文主要針對道路運輸方式展開分析。基于F-ANP的基本原理，根據評價指標選擇的全面性、代表性和科學性原則，參考了其他危險品風險評價的特點，建立了CNG道路運輸風險評價指標體系，將該指標體系分為4個一級指標和15個二級指標，見表1。

表1　CNG道路運輸風險評價指標體系

2.2F-ANP模型建立

2.2.1建立風險因素集和評語集。根據CNG道路運輸風險評價指標體系建立因素集，即一級指標因素集：二級指標因素集考慮天然氣道路運輸特點，將評語分成5個等級：V=｛高風險，較高風險，中等風險，較低風險，低風險｝。

2.2.2F-ANP權重的確定。進行單因素評價，建立模糊關系矩陣，即從U到V的模糊關系。rij指的是所對應的二級指標uij在某一風險等級中的權重，m是指標的個數，n是指標集的個數，模糊關系矩陣R為：

以指標集Ui為例，以指標集Ui中某個元素uil（二級指標）為準則，對Ui中兩兩元素按照其對uil的影響大小進行間接優勢度的比較，以三角模糊數的形式構造判斷矩陣，并通過一致性檢驗。

由于超矩陣W不是列歸一化的，因此需要對超矩陣W的每一列塊加權。在得到超矩陣元素的相對權重A后，將W與 A相乘可得出模糊加權超矩陣加權超矩陣列和為1。

2.2.3綜合評價。評價結果的運算是基于模糊數的計算原理，這里采用乘與有界算子因為它考慮了所有因素的影響，在綜合風險評估方面更具有合理性。將評價結果B進行歸一化處理，再按照隸屬度最大原則給出最后的風險等級，評價結果B計算公式為：

2.3突變理論的基本原理

突變數學是近30多年來法國數學家雷內·托姆創立的一門研究災變現象的新興數學，它建立于拓撲動力學、奇點理論及結構穩定性等數學理論之上，專門研究不連續變化、災變現象。突變理論的研究對象是勢函數 f（x），突變理論把狀態曲面的奇點集映射到控制空間，得到狀態變量在控制空間的軌跡-分叉集，處于分叉集的控制變量會使勢函數發生突變，即從一種質態跳躍到另一種質態［8］。雷內·托姆歸納出了7個初等突變模型，常用的有尖點突變模型、燕尾突變模型、蝴蝶突變模型，常用突變模型歸一公式見表2。

表2　常用突變模型歸一公式

對一個系統進行動態分析時，首先應判斷其是否會產生突變，進而根據控制變量的個數選擇合適的突變模型。由于評價指標體系中的指標性質各不相同，在進行綜合評價前，需要對指標進行無量綱化，得到初始的模糊隸屬函數值。利用突變模型進行決策時，要遵循以下原則：如果某子系統內各控制變量間為互補型，即可相互代替，則子系統的狀態變量x取諸控制變量的平均值；反則取最小值。突變理論用于系統動態評價時的主要步驟參考文獻［9］。

3　算例分析

甲公司在當地設有加氣站母站和子站數個，現對其中的一個母站與子站之間常使用的某條線路H進行CNG運輸風險評價，對路線風險進行定量評估和動態趨勢分析，該研究可為公司運輸方案的調整提供風險的參考。根據表1建立的指標體系，通過德爾菲法對影響指標進行打分，利用F-ANP模型對數據進行預處理，確定運輸路線的風險等級。最后結合突變論對不同路段進行橫向分析，較為客觀地展示了路線的風險演變過程。

3.1F-ANP確定權重

本文采用德爾菲法對風險因素的評分表進行打分，得出各因素的風險程度后，進行統計分析，建立模糊關系R（）

U→V，得出模糊關系矩陣如下：

在質量風險U1中，依次以u11,u12,u13為準則，作間接優勢度的比較，得到模糊判斷矩陣，進而計算出權重向量，則：

分別以質量風險U1、技術風險U2、環境風險U3、主體風險U4為準則，作內部間接優勢度的比較，建立判斷矩陣，求出各自權重向量，組成相對權重矩陣A：

根據最大隸屬性原則，由評判集B的歸一化處理結果可知，最大值是0.365，其對應的評語是中等風險，說明CNG選擇該路線H運輸風險一般。但是其中較高風險的比例也不容小覷，且路線中各不同路段的風險情況也無從得知。因此，應該對CNG道路運輸做更詳細的風險分析，以便對高風險影響因素、高風險路段做好提前的預防和規避。

3.2突變論對路線的進一步風險評價

F-ANP充分考慮了系統的網絡結構以及指標認識的模糊性，為路線的風險評價提供了較明確的結果分析。CNG的危險特性導致微小因子的變化極易引發嚴重的后果，且CNG物流運輸一般都是中長途運輸，影響因素也復雜多變，因此，僅有一個風險整體評價是遠遠不夠的，動態分析更有利于我們做出風險決策。模糊法難以明辨好壞的變化，無法對事情的波動趨勢做出預測，為了使得CNG道路運輸風險評價更具有價值性，引進了突變論對風險作進一步的分析。分路段的風險評價有利于找出突變界點，便于有關部門更有針對性地對風險實施控制和防范。

突變論在大多數領域中都是做時間序列的縱向比較以及趨勢分析，為了深入了解運輸路線的風險分布情況，在此則需對路線不同區段做同一時間段的橫向分析。本文考慮了路線H的路程長度以及影響因素變化程度，將路線分成了5個路段，分別是路段A、路段B、路段C、路段D、路段E。由于指標體系中既有定量指標也有定性指標，需按照不同方法進行數據規格化。定量指標中的效益型指標可參照公式（9），成本型指標可參照公式（10），定性指標主要采用德爾菲法，最終確定各路段的突變值。路段A質量指標突變情況見表3。

表3　路段A質量指標的突變情況表

同理可得出路段A中技術指標、環境指標、主體指標的突變值分別為0.959、0.949、0.956，其他路段的評價指標中間指標值見表4。

表4　評價指標中間指標值

對中間指標再利用歸一化公式進行量化計算，根據突變理論中的“互補”原則，得到各路段總突變值為（0.981，0.976，0.979，0.075，0.973），遵循“越大越好”原則的模型體系可知，突變值越大，代表風險越小。從風險波動來看，從路段A（起點）到路段E（終點）的整條路線中出現了多個拐點，說明路線風險并不是像模糊法所評價的處于一個穩定的中等風險狀態。從趨勢來看，風險最終是不斷降低的，從起點到終點突變值變化較大，意味著隨著指標因素的影響，系統很有可能發生突變，應慎重考慮路線的安排。

結合兩種模型方法，不僅可以明確運輸路線的整體風險等級，而且還掌握了物流運輸路線的風險動態變化趨勢，使得評價結果更具有實用價值。

4　結束語

模糊網絡分析法在處理因素內部之間具有關聯性和反饋性的復雜問題上具有很大的優越性，但只是基于路線整體風險的判斷，未能深入挖掘其內在的演變過程，容易掩蓋高風險區段，影響人員安全意識。突變理論很大程度地減少了人為賦權的主觀性，更為準確地評價了CNG道路運輸過程中風險的波動情況。應用模糊網絡分析法對CNG物流運輸風險評價為我們提供了較為明確和有效的風險結果參考；突變論實現了對物流運輸路線風險高低變化趨勢的評估，反映了系統運行過程中的突變特性，使得評價結果更具有客觀性和合理性。部門管理者可以根據上述的模型，結合對天然氣運輸線路進行風險的比較，從而指導部門策劃人員制定最終的運輸線路方案，同時也可以采取適當的措施對風險進行提前預防。

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Application of F-ANP and Catastrophe Theory in Risk Evaluation of CNG Transportation Process

Ding Tao1，Hua Zechun1，Gao Shuang1，Wang Fan2
（1. School of Communication， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063；2.Changjiang River Administration of Navigational Affairs， MOT， Wuhan 430014， China）

In this paper， through building the risk evaluation index system for the CNG roadway transportation process， we used the fuzzy ANP （F- ANP） to build a fuzzy judgment matrix， solved it using the MATLAB program to obtain the comprehensive risk evaluation outcome of the whole logistics route， and at the end， considering the shortcomings of the F-ANP method， adopted the catastrophe theory to have a further horizontal analysis of the route by section to realize the dynamic evaluation of the CNG logistics process.

CNG； logistics transportation； F-ANP； catastrophe theory； risk evaluation

X951；F252；F224

A

1005-152X（2016）01-0030-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.01.009

2015-11-17

丁濤（1964-），男，湖北武漢人，碩士，副教授，主要研究方向：港航與綜合物流。