基于DHGF法的船舶操纵性综合评价

张 建 李铁骊

大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连 116024

基于DHGF法的船舶操纵性综合评价

张 建 李铁骊

大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连 116024

在深入研究船舶的操纵性能的特点和各种系统评价方法的基础上，提出一种使用方便且行之有效的船舶操纵性能的综合评价方法。首先，在船舶固有操纵性基础上，建立了操纵性的指标体系。在深入研究Delphi法、层次分析法（AHP）、灰色关联度法以及模糊综合分析法的基础之上，提出DHGF集成法，阐述了该方法的构造原理和计算步骤。最后，将DHGF理论应用于船舶操纵性评价的实践中，得出船舶操纵性评价的结果与实际情况相同。提出DHGF集成法不仅在理论上具有优越性、科学性，在应用中也具有可靠性和可操作性，从而对工程上船舶的操纵性评价具有一定参考价值。

DHGF法；船舶操纵性；综合评价

1 引言

随着航运业的发展，船舶航行密度不断增大，船速不断提高，加之船舶向大型化、专业化的方向发展，以及在限制水域中航行，人们更加关心船舶的操纵性能否满足安全上的要求。因此，国际海事组织和各国对船舶操纵性的各个单一指标都提出了严格要求。提出的评价船舶操纵性的指标一般包括：船舶的旋回性能、保向性能、停船性能以及初始回转性能等。以往的评价方法基本上是从单项性能出发来评价船舶操纵性的优劣。

在对船舶操纵性进行综合评判研究中［1］，由于评判对象中存在的许多因素是灰色 （指信息量少、不充分、为“量”的概念）、模糊（指评判信息中具有概念不明确的因素，可以理解为信息的“质”的概念）和难以量化的，使用DHGF算法可以有效地解决这些不确定因素。故应用DHGF算法构造船舶操纵性评价模型，并对其综合效能进行定量分析计算。

2 DHGF算法的简介

基于灰色白化权和模糊数学的综合评价方法称为DHGF算法［2-3］。它是由改进的Delphi法、层次分析法（AHP）、灰色关联、模糊评判的成功之处结合而成的。它的理论基础是灰色理论、模糊数学和从定性到定量的综合集成方法。

灰色系统理论是从信息的非完备性出发和处理复杂系统的理论，它不是从系统内部特殊的规律出发去研究系统，而是通过对系统某一层次的观测资料加以数学处理，达到在更高层次上了解系统内部变化趋势、相互关联等机制。模糊数学是处理模糊信息的工具，是描述和加工模糊信息的数学［4-6］。

DHGF算法的思路是运用改进的Delphi法匿名讨论及统计，优化待评信息系统项目指标，拟定出项目的综合评价指标体系；建立评价指标递阶层次结构；计算指标体系底层元素的组合权重；给出评价指标评价价值矩阵；运用灰色理论确定评价灰类；计算灰色评价系数，得出灰色评价权向量和权矩阵；取得专家评判数据，依据模糊数学理论形成评判矩阵；进行模糊计算，得出综合评价结果［7-9］。

3 船舶操纵性评价模型的建立

根据船舶操纵性评价指标及衡准的分析，建立起船舶操纵性评价指标体系，其中，W为目标层，即所有指标的制定是为了进行船舶操纵性方案评价；B为第一层指标，即直接影响目标层的四大类因素；O为第二层指标，即影响第一层指标的直接因素，也是影响目标层的最终因素；P为对象层。具体指标见图1所示。

借助于Delphi法请相关专家对指标体系进行重要度评判［10］，且利用层次分析法原理可以得到该递阶层次结构相对于总目标的组合权重：

评估对象的归类依靠专家打分确定，其评估矩阵是建立在评估者的知识水平、认识能力和个人偏爱之上的，因而很难完全排除人为因素带来的偏差，这就使评估者在评估中提供的评估信息不甚确定，也不甚完全，从而带有灰色性和模糊性。故本文利用灰色系统评估法和模糊综合评判来处理专家对评估对象的评估矩阵。

12）在MRI引导下进行各种治疗（穿刺引流、射频消融、微波治疗、无水酒精注射等）应使用专门用于MRI的操作器械，植入的放射性粒子的壳应是合金类材料。严禁在MRI环境下使用具有铁磁性的介入操作器械。

设有 r位专家参加评价E ＝ ［E1，E2，E3， …，Er］，将r位专家对所评价信息系统的评价构成样本矩阵，dli表示的含义是对于某一方案该指标所能达到的好坏程度，一般打分标准在1～10之间，分数越高表示对于该方案该指标越符合要求。全部专家对所评价指标的评价数据构成样本矩阵为：

确定评估灰类就是要确定评价灰类的等级数、灰类的灰数以及灰数的白化权函数。灰类要根据评价等级通过定性分析确定。常用的白化权函数有下述3种：

第 1 灰类（高），设定灰数为⊗∈［d1，∞），第 2灰类（中），设定灰数为⊗∈［0，d2，2d2），第 3 灰类（低），设定灰数为⊗∈［0，d3，2d3），其白化权函数分别为：

白化权函数的阈值（转折点的值）可以从评估样本以外，按照某种准则或经验用类比的方法获得。一般是基于测度理论，确定综合评价标准集合V，其中m表示等级，即优、良、中和差，以判断方案的优劣。

用灰色统计法确定灰数的白化权函数，求出dli属于第e类评价评价标准的权fe（dli），据此求出评判矩阵的灰色统计数（记为pie）和总灰色统计数（记为 pi）：

再综合r位专家对第s个评价对象的评价指标用第 e种评价标准的灰色权值：rie＝pie／pi，进而可构成权矩阵R，由指标权重和灰色评价权矩阵可得白化的综合评价矩阵A：

由专家按系统应用的需要确定评价对象等级集合，即确定等级矩阵V；再求出综合评价结果Z：Z＝AVT。按以上步骤可对所评价系统做出综合评价。

4 DHGF集成法在船舶操纵性能评价中的应用

本文以5万吨油轮的操纵性为研究背景，根据样本船舶试验参数分别进行操纵性综合评价。

表1 船舶的主要参数

4.1 计算评价指标元素的组合权重

根据反馈回来的专家调查表的统计结果数据，利用归一化方法整理成判断矩阵，则O层对于 A 的组合权重为：W ＝［W1，W2， …，W9］ ＝［0.0683， 0.1784， 0.3103， 0.1721， 0.0623， 0.0858，0.0150，0.0796，0.0282］

表2 船舶操纵性数值指标对比表

表3 判断矩阵

4.2 确定评价量样本矩阵

邀请船舶方面的专家，并由这些专家进行分析打分。为了便于专家评定，规定对每一项的打分范围为1～10分，由各位专家对三条船舶操纵性的各个评价指标进行打分，由反馈回来的专家调查表得到专家评价样本矩阵。

表4 船舶操纵性评价指标得分

4.3 确定评价等级

基于WSR思想和测度理论，将船舶操纵性按照整体得分情况分为 I（优）、Ⅱ（良）、Ⅲ（中）、Ⅳ（差）4个等级，按照10分制进行打分，确定评价等级集合为：

4.4 确定评估灰类

根据相对域值取值法得到4个域值9，7，5，2，相应的灰数和白化权函数如图2所示。

4.5 计算灰色统计数

对于指标O1，A属于各灰类的统计数为：

同理求出pie和总灰色统计数pi，于是得到：

4.6 确定灰色评估权值及权矩阵

由公式rie＝求出灰色评估权值，并构造权矩阵，则可求得单因素模糊权矩阵为：

4.7 利用模糊数学评判评价等级

由指标权重和灰色评价权矩阵可得白化的综合评价矩阵：

则计算评价结果

按照操纵性评价体系等级来衡量，该船的操纵性是良好的。

5 结 论

考虑到船舶操纵性能涉及因素众多，而且经常受到各操纵性指标的物理性质及量级均不一样等约束，本文提出了基于灰色白化权和模糊数学的方法，对船舶操纵性进行评价，该方法是一种定性和定量相结合的综合方法，具有如下特点：

1）引入灰色层次法对船舶操纵性各个指标的权重进行求解，该方法是将区间灰数的白化处理方法与已有的层次分析法结合起来而形成的，考虑人对信息认知的灰色性，比较适合船舶操纵性评价的特点。

2）对船舶操纵性评价指标体系是复杂的，它受众多因素的影响，而这些因素中往往既存在模糊性，又具有灰色性。DHGF算法综合Delphi法、AHP、灰色理论以及模糊评判等方法，有效地解决了这些不确定性因素，可见该方法对于处理含有灰元的多层次模糊评判问题是有效和可靠的。

3）从本章提出的模型可以看出，作为模型的约束条件之一，被选指标权重的大小会直接影响计算所得到的结果，所以利用AHP法计算各层评价指标的权重时，要广泛征集有关人员和专家的意见，使得所计算出的权重较好地符合实际情况，从而最大限度地提高该模型的适用性。

4）对于不同类型船舶操纵性的评价，可根据实际情况，对各个评价指标的权重进行修改，从而提高模型的适用性。此外，根据待解决问题的实际情况，对评价指标进行调整，该模型也可用于解决其它类似评价问题。

［1］吴晓平，汪玉著.船舰系统综合评估的理论与方法［M］.北京：科学出版社，2007.

［2］刘文歌.基于DHGF理论的配送中心选址研究 ［D］.大连：大连海事大学硕士论文，2006.

［3］赵焕臣，许树柏，金生著.层次分析法—一种简易的新决策方法［M］.北京：科学出版社，1986.

［4］徐维祥.信息系统项目评价DHGF集成法［J］.计算机工程与应用，2000（5）：60－62.

［5］邓聚龙著.灰预测与灰决策［M］.武汉：华中科技大学出版社，2002.

［6］汪培庄.模糊集合论及其应用［M］.上海：上海科学出版社，1983.

［7］刘海燕.基于DHGF集成法的火电厂厂址选择评价研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2008.

［8］李政斌.基于DHGF法的防空信息指挥系统通信网效能评估［J］.武器装备自动化，2008，27（1）：23－25.

［9］刘辉，王红，陶海印，杨大伟.基于DHGF算法的对空情报雷达装备技术保障能力综合评判［J］.舰船电子对抗，2008，31（2）：72－75.

［10］邵立周，唐红，白春杰.基于灰白化权函数的装备维修科研绩效评估［J］.海军工程大学学报，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

辽宁省“百千万人才工程”培养经费资助项目（2007186－25）

张 建（1982－），男，硕士研究生。研究方向：船舶操纵运动仿真。E-mail：yycjzhang＠163.com

李铁骊（1963 － ） ，女，副教授，博士生导师。 研究方向：船舶水动力学。 E-mail：moet＠ dlut.edu.cn