基于聚类分析的危险货物道路运输企业安全评价方法研究

文 英，张冬梅，韩 伟

(长安大学 汽车学院，陕西西安 710064)

基于聚类分析的危险货物道路运输企业安全评价方法研究

文 英，张冬梅，韩 伟

(长安大学 汽车学院，陕西西安 710064)

为提高运输管理部门对危险货物道路运输企业的管理效率，提出利用离差平方和聚类方法将某范围内的所有危险货物道路运输企业按照安全等级的不同进行分类。从企业“意识政策-硬件管理”的纵向角度选取评价指标，基于此指标体系运用系统聚类法对某地区所有危险货物运输企业进行安全等级评价；结合这些企业近年来出现安全事故的实际情况进行深入分析。结果显示，聚类分析方法能准确将企业按照安全等级的不同进行分类，对运输部门的管理工作具有重要指导意义。

危险货物道路运输企业；安全评价；系统聚类法；离差平方和法

随着国民经济的飞速发展，危险货物道路运输企业数量不断增多，运输管理部门的管理难度也随之加大。为了提高管理效率，对危险货物道路运输企业进行安全评价尤为重要。很多学者对危险货物道路运输的安全管理进行了大量研究[1-3]。文献[4-5]采用模糊综合评价法对危险货物道路运输企业的安全现状进行评价，建立基于主成分分析法(PCA)的危险货物运输企业BP神经网络安全评价模型。文献[6]引入李克特量表法构建安全性评价量表，并基于物元分析理论进行道路危险货物运输企业安全性评价。文献[7]分析影响危险货物运输企业安全性的因素，阐述了BP神经网络的基本原理，建立了相关综合安全评价模型。上述评价危险货物运输企业安全性的几种方法，均需要确定指标集中各指标的权重，而确定权重的方法很多[8-10]，是否能针对实际情况选择合适的方法会对评价结果造成很大的影响。基于聚类分析法的危险货物运输企业安全等级评价方法依托SPSS或SAS统计软件，能够简单快速的将大量危险货物运输企业按照安全等级的不同进行分类，达到管理部门分类管理的目的。

1 聚类分析法

1.1聚类分析法的应用

同类事物往往具有相似或接近的性质，为了便于对事物进行分析，需对事物按一定要求进行分类，这样的数学方法即为聚类分析法。文献[11]利用灰色聚类分析法对我国东部具有代表性的城市创新能力进行了聚类分析。文献[12]基于聚类分析法的规划方法，实现了城市枢纽规划的科学性、合理性和可操作性。文献[13]利用灰色聚类法评价了我国信号交叉口的综合质量，并进行了分类比较。文献[14]利用层次聚类的方法改进了FCM算法，使之仍适用于不规则分布数据的计算。

采用系统聚类法对大量对象进行聚类，需要计算类与类之间的距离。根据距离计算方法的不同，可以将系统聚类法分为单连接法、完全连接法、平均连接法、组平均连接法与离差平方和法等。这些方法所聚各类中的离差平方和反应了该类中各样本的差异程度，其值越小，则类的划分就越恰当[15]。大量实例表明，在上述5种聚类方法中，离差平方和法的分类效果最好，因此采用离差平方和法对调查的13家危险货物道路运输企业按安全等级的不同进行聚类。

1.2聚类分析步骤

1)确定指标集

设U={u1，u2，…，un}为n个待评价对象全体，ui为第i个待评价对象。其中每一待评价对象可由m个数据指标表征为ui=(xi1，xi2，…，xim)，则所有待分类的评价对象的指标集为

式中xij表示第i个待评价对象的第j个评价指标,i=1，2，…，n，j=1，2，…，m。

2)数据变换

在实际评价过程中，评价指标体系中既有定性指标，又有定量指标，并且不同定量指标的数量级不一定相同，为了消除各指标的量纲，需要对指标进行数据变换。数据变换的方法很多，常见的有中心化变换法、规格化变换法、标准化变换法和对数变换法，以标准化变换法为例。

标准化变换是对变量的属性进行变换处理，首先对数据进行中心化然后再除以标准差，即

(1)

进行标准化变换后的数据特点是，每列数据的平均值为0，方差为1，同时消除了量纲的影响，使用标准化处理后，在抽样样本改变时，数据依然保持相对稳定性。

3)聚类计算

根据离差平方和法进行系统聚类分析时，先将各个待评价对象自成1类，则在进行聚类之前，共有n类，分别为G1，G2，…，Gn。

若对象ui属于类Gi中的元素，对象uk属于类Gk中的元素,则先在这n类中计算任意2类之间的距离，采用离差平方和法，样本间的距离必须采用欧氏距离，其公式为[16]

(2)

然后，将距离最小的2类看成新的1类，此时已将n个对象分成了n-1类。同时找出新类中所有样本的重心，作为其变量，此时就可将这n-1类看成是n-1个对象，再采用式(2)计算这n-1个对象中任意2个对象之间的距离，再将距离最小的2个对象看成1类，直到所有对象归为1类为止。

全部类的离差平方和S为

离差平方和法进行聚类时，要从全部样本所有可能的分类中，选择出使S达到最小的分类为最终分类结果，这对于样本量很大的分类一般很难办到。因此，Ward提出了一种聚类方法，即先将n个样本自成1类，此时S=0，然后将其中2类合并成1类，即每次缩小1类。每缩小1类离差平方和S就要增大，每次都选择使S增加最小的2类合并，直至所有的样本归为1类为止。

4)绘制系统聚类谱系图

按不同的分类标准，得出不同的分类结果。同时，在SPSS统计分析软件中，管理部门可以根据自身情况，确定聚类数。

2 危险货物道路运输企业安全评价指标体系的建立

2.1安全评价指标体系

基于方便性和实用性原则，从危险货物运输企业的“意识政策-硬件管理”的纵向角度进行分析，再根据危险货物道路运输企业在执行整个运输作业的过程中，必须经历的工作场所进行考虑，最后结合运输企业近5 a的事故数量，将危险货物道路运输企业的安全评价指标体系简单分为如下部分：

1)安全意识

安全意识在很大程度上决定着整个企业的安全生产状况，强烈的安全意识，迫使人们产生安全行为，才能保证安全。危险货物道路运输企业的安全意识包括企业所有从业人员的安全意识，尤其是企业领导人和企业安全管理人员的安全意识。

2)企业资质

包括企业经营资质和从业人员资质。

3)安全管理政策制度

完善的安全管理制度是企业管理好安全生产的依据和标准。危险货物道路运输企业的安全管理制度包括企业按照上级文件制定的车辆、人员、事故、应急等相应的监督管理办法、应急预案等。

4)专用车辆管理

车辆是危险货物道路运输的主要运输工具，所以对专用车辆的管理是否到位也是评价危险货物运输企业安全水平的1个重要指标。专用车辆管理包括所使用车辆是否是符合规定的专用运输车辆、车辆的技术状况、使用年限、行驶里程、车辆上的标志，是否能实时监控车辆运行状况，车辆是否定期检查和维护，车辆上是否有满足要求的信息设备、应急设备、消防设备等。

5)从业人员管理

从业人员素质，是否有专职安全管理人员、装卸管理人员、应急小组，是否定期对从业人员进行相应的安全培训，是否定期召开安全例会、进行应急演练等。

6)停车场安全管理

包括停车场距离企业的距离，停车场的消防设备、应急设备是否齐全。

7)运输作业场所安全管理

包括装卸作业的管理、车辆在运行过程中的管理和是否对整个运输过程进行实时监控等。

8)5 a事故数量

事故数量能直接反映运输企业安全水平，因此也作为评价危险货物运输企业安全等级的指标之一。

2.2各指标分值的确定

分析上述8个指标，前7个指标均为定性指标，因此在进行聚类之前，需要由专家按照这些指标对企业进行打分。各个指标的满分均为10分，对各个指标的主观评价及对应的分值情况如表1所示。

表1 各指标不同等级及对应分值分配表

对这些指标打分时，为了消除个体差异的影响，可以邀请多个专家打分取平均值的方式来获得某企业各个指标的最终得分。

5 a事故数为反映运输企业安全与否的定量指标，企业出现的事故越少，安全等级相对越高，反之，则安全等级低。在所有调查的危险货物运输企业中，在运输过程中出现人身伤亡事故的情况很少，因此5 a事故数量包括任何被记录的碰撞、刮擦事故，这些小型事故不容忽视，很可能成为大事故发生的导火索。

3 基于系统聚类的危险货物道路运输企业的安全评价

3.1统计企业各个指标得分数据

以内蒙古自治区13家企业为例，采用系统聚类的方法进行安全等级评价。

邀请10位专家对每个企业按照表1进行打分，并计算平均值，得到每个企业各个指标的最终得分如表2所示。

表2 企业各指标得分汇总表

3.2聚类分析

由于所有指标的数量级不相同，因此需要按照式(1)进行数据变换。数据变换完成后，利用SPSS统计软件对上述企业进行系统聚类，得到如图1所示的聚类谱系图。在进行聚类时，在聚类成员个案中可以选择聚类数，因此管理部门可以根据部门内人员安排，确定聚类数。

根据图1，可以将这13家危险货物道路运输企业分成3类，即：中石油、西部天然气、新大港为第1类；华宝、华洁燃气、杜氏物流、巴运物流、佳醇物流、万用汽车为第2类；海纳百川、日亨物流、盛路通和集宁骏马为第3类。

3.3安全评价结果

结合实际情况进行分析，中石油、西部天然气、新大港3家运输企业具有较完善的安全管理办法，重视安全生产，具有全面的安全生产政策和流程，运输作业场所设施设备完善，属于安全等级较高的企业。经过实地调查，这3家企业在近10 a内均没有人员伤亡事故记录，车辆轻微的刮擦事故也很少。

华宝、华洁燃气、杜氏物流、万用汽车、巴运物流、佳醇物流6家运输企业安全意识较强，具有比较完善的安全生产办法，车辆及停车场具有相应的应急设备和消防设备等，安全等级次于前3家企业，近几年没有人员伤亡事故发生。

海纳百川、日亨物流、集宁骏马、盛路通这4家运输企业安全意识薄弱，均“轻安全、重利益”，安全制度不完善，车辆管理、运输作业管理十分涣散，安全等级更低，更容易发生危险事故。运输管理部门需要加大对这类企业的管理力度，避免事故发生。

图1 危险品运输企业的系统聚类谱系图

4 结语

基于评价方法的简单实用性原则，用系统聚类的方法对危险货物道路运输企业进行安全等级分类，能够比较实际的对某一地区乃至全国范围内的危险货物运输企业进行分类，运输管理部门可以有针对性的对不同安全等级的企业进行管理，提高管理效率。

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ResearchonSafetyAssessmentMethodofDangerousGoodsRoadTransportationEnterprisesBasedonClusteringAnalysis

WENYing，ZHANGDong-mei，HANWei

(SchoolofAutomobile,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China)

In order to improve the transportation department management efficiency of dangerous goods road transportation enterprises, Ward′s and method, one of the clustering methods, is used to classify all the enterprises according to different security levels in one area. First, the safety assessment index system is determined from the longitudinal angel of “safety awareness and hardware management”. Then, based on the index system, the safety assessment of all the dangerous goods road transport enterprises in one area is performed by the method of system clustering analysis. Finally, the real situations are deeply analyzed combined with the accidents of these enterprises which happened in recent years. The results show that the clustering analysis method can accurately classify all the enterprises according to different security levels, which has the guide meaning for the management of transportation departments.

dangerous goods road transportation enterprise; safety assessment; clustering analysis method; Ward’s method

郭守真)

2014-05-20

文 英(1990—)，女，四川万源人，长安大学硕士研究生，主要研究方向为道路交通安全.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.008

U492.336.3

A

1672-0032(2014)03-0035-06