关门海峡航道安全性分析

谢保峰　于景田　熊　峰

(1.江苏海事职业技术学院航海学院，江苏南京　211170；2.长江引航中心张家港引航站，江苏张家港　215633)



关门海峡航道安全性分析

谢保峰1于景田2熊峰2

(1.江苏海事职业技术学院航海学院，江苏南京211170；2.长江引航中心张家港引航站，江苏张家港215633)

摘要针对关门海峡航道安全风险的现状,从系统工程角度,采用层次分析法的基本原理,充分考虑人、船舶、环境和管理等方面对航道安全影响，建立航道安全性评价模型,并运用模糊数学构建了隶属函数,求得航道安全风险的模糊评判矩阵,通过模糊评判获得了航道安全性综合数值,结果表明该评判方法能够立足关门海峡航道内船舶航行的需要，综合关门海峡安全风险状况，为过往船舶安全航行提供指导，同时为航道安全管理部门提供决策依据。

关键词关门海峡; 航道安全; 模糊评判

关门海峡(Kanmon Strait)位于日本内海的西端，地理位置特殊，进出海峡船舶数量大，日通航量可达1000艘之多，再加上关门海峡水域水文气象环境多变，导致关门海峡成为事故多发地段，年事故率约为23次。为了减少事故多发，航道管理部门已针对航道特点做了一定的工作，但是航道系统安全与否所涉及的影响因素较多。目前国内外对航道安全研究方法主要有模糊综合评价法、贝叶斯网格法和人工神经网络法等。本文针对关门海峡航道特点，构建评判指标体系,选用模糊综合评判法进行评判，从而较客观地反映航道的安全状况,同时为过往船舶提供安全指导，同时为航道安全管理部门提供决策依据[1]。

1模糊综合评价法[2]

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰,系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决。首先确定被评判对象的因素(指标)集U=(x1,x2,…,xn)和评价集V=(v1,v2,…,vn)。其中x1为各单项指标,v1为对xi的评价等级层次,一般可分为五个等级:V={优、良、中等、较差、差}。再分别确定各个因素的权重及它们的隶属度向量,获得模糊评判矩阵。最后把模糊评判矩阵与因素的权重集进行模糊运算并进行归一化,得到模糊评价综合结果。

2航道安全评价指标

2.1指标选择

狭水道的安全影响因素众多，研究结果随研究者的出发点不同而不同。根据关门海峡航道的特点，从船舶安全航行角度出发，结合航海专家、船员、港口官员的意见后，确定航道安全系统一级指标4个，二级指标17个，如图1所示。

2.2指标值的确定

根据图1所示的评价指标体系，结合近期关门海峡管理部门发布的海事信息，同时对经常航经关门海峡的国内航运企业和船舶进行实地调研，把关门海峡航道安全性评价的各指标以问卷的形式交由各航海专家进行打分，具体如表1所示。

图1　航道安全风险评价指标体系

评价对象评价指标值取值单位量值船舶吨位平均吨位6500吨2.8船舶船龄平均船龄17年3.9船舶结构强度船舶磨损程度18%—4.1船舶设备MTBF700小时3.8应急反应应急反应的能力75%—3.0相对水深水深/最大吃水1.6—5.1相对宽度宽度与最大船长比2.5—4.4转向角最大转向角度60度5.3距离与最近碍航物距离80米3.2交叉角航道最大交叉角度60度3.6能见度能见度不良的天数20天/年2.0风年均标准风的天数26天/年1.5流海峡内最大流速8.5节5.2交通流量日均交通流量320艘/天5.0航道管理完备率92—1.2助航标志完善率97—0.8反应能力应急安全程度95—1.0

3评价流程

3.1各评价指标权重的确定

航道安全性指标体系中，各指标的地位和比重是不同的，应根据航道的具体情况分别赋予权重，确定权重常见的方法有调查统计法、序列综合法、复杂度分析法和层次分析法等。其中层次分析法客观和主观结合，更符合关门海峡实际，因此本文选用层次分析法计算权重，具体步骤如下[6]：

(1)判断矩阵建立：根据影响航道安全的程度大小，确定各指标对应的权重，采用1-9标度法进行两两比较，构造出各级指标的判断矩阵，例如：U-Ui和U3-U3j的结果，如表2和表3。

表2　判断矩阵

表3　判断矩阵

(2)特征向量计算：利用计算机对各判断矩阵的特征向量计算或人工计算的方法都是一样的。

判断矩阵U-Ui的特征向量为：

A=[0.2119 0.3302 0.2693 0.1886]

(1)

判断矩阵U3-U3j的特征向量为：

A3=[0.1429 0.2143 0.2857 0.3571]

(2)

同理其他各判断矩阵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)一致性检验：为了判断计算结果的合理性，并具有满意一致性，需要对上述特征向量进行一致性检验。通过检验的特征向量才具有满意一致性，此时的特征向量可作为各评价指标的权向量使用。

3.2航道安全风险综合评价

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

请航道安全专家对关门海峡航道安全性各一级指标对应的二级因素分别给出评分值，记为：

(11)

(12)

(13)

(14)

得出5个评判等级的隶属度，其模糊关系矩阵如下：

(15)

(16)

(17)

(18)

分三步对模糊综合评判过程进行确定：

第一步：对单因素模糊评价，确定U1,U2,U3,U4对评判等级V的隶属矩阵。如下：

(19)

则T=[T1T2∧T4]

(20)

即为U1,U2,L,U5对评判等级V的隶属矩阵。

由式(19)得出U1,U2,L,U5对评判等级V的隶属矩阵，计算可得：

(21)

第二步：合成模糊矩阵，确定U对评价集合V的隶属向量。

令B=A·TT

(22)

得出：B=[0.0554 0.1827 0.2370 0.3834 0.4047]，对B进行归一化处理，得到B′=[0.04390.14460.18760.30350.3204]。得出航道安全风险分值：

G=B′·VT

G的值越小，表明风险等级越低。

计算求得：G=3.7119。

从评价结果可知，关门海峡航道安全性处于较高危险等级。应加强防范，特别是二级指标中的航道弯曲度，流的影响和船舶交通流量的安全风险普遍偏高，上述三个指标属于航道自然条件和通航环境方面的原因。为了增进关门海峡航道安全性，应加强对航道环境保护和人员素质培训，另外，二级指标的低风险等级值均为0，航道有关部门应采取综合措施来降低安全风险。

4结语

通过上述评价得知，关门海峡航道安全性处于较高危险等级。从关门海峡评价指标的量化值可以看出，航道安全管理各影响因素的危险性较小，而相对水深、航道弯曲度、流和交通流量等影响因素的危险性较大。为了提高关门海峡航道安全性，从航行航法和航道管理角度出发，对关门海峡航道进行研究从而提出建设性意见。

参考文献

1谢保峰.关门海峡航道安全性分析和研究[D].大连海事大学，2011

2赵默洋.基于AHP的船舶安全风险模糊评判方法研究[J].交通与运输(学术版)，2010(12)

3杨瑞良.基于模糊综合理论的远程学习评价方法[C].Proceedings of International Conference on Engineering and Business Management(EBM2011)，2011

4王鹏.基于模糊理论的CDMA语音质量评价方法的研究及应用[D].东北大学，2010

5于兰.B2C移动商务中消费者信任影响因素及其测度的研究[D].北京邮电大学，2009

6雷金红.模糊控制理论在专家系统中的应用[C].第三十一届中国控制会议论文集B卷，2012

(责任编辑：谭银元)

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

中图分类号U697

文献标志码A

文章编号1671-8100(2016)01-0020-04

作者简介：谢保峰,主要从事船舶与海洋工程方面的教学和科研工作。

收稿日期：2015-09-18