长江三峡河段过闸船舶信用模糊综合评价

赵尊荣，杨 利，靳海宁，夏 炎

(长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002)

三峡和葛洲坝船闸于2011年货运通过量均破1亿t大关，提前19年达到设计值；2018年两坝枢纽通过量均超过1.44亿t，过闸供需矛盾突出。部分船舶、船公司为追求经济效益，过闸失信行为时常发生，扰乱了过闸通航的公平秩序。通航管理部门先后制定了《三峡河段过闸船舶诚信管理办法》(简称《办法》)和配套的实施细则，以加强船舶过闸行为信用管理。但当前过闸船舶诚信管理仍存在不足之处：1)计分规则主要基于人的主观意识进行判断，缺乏指标因素的量化分析；2)根据计分累加对过闸行为进行综合评定，缺少对各指标权重计算和模型研究，亟需对船舶过闸信用进行综合评价研究。

1 基于船舶过闸流程的信用管理需求分析

船舶过闸包括资料登记入网、远程申报、锚地待闸、海事安检、过坝航行等一系列流程[1]，为打造阳光、公正的过闸通航环境，各部门根据职责分工参与到过闸流程特定环节的信用管理，对照各部门信用管理核心需求见表1。

表1 各管理部门船舶过闸信用管理核心需求

2 构建船舶过闸行为信用指标体系

船舶过闸信用指标体系构建过程遵循合法性、全面性、层次性、可操作性原则，基于船舶过闸流程参与其信用管理方的需求分析，征集归纳整理专家意见，得出三峡河段船舶过闸综合信用评价一级指标分为船公司信用u1、船舶信用u2、船员信用u3[2-3]，其中具体包含法规履约情况、船舶申报准确率、安检合格率等共计16个二级指标。在三峡河段过闸船舶信用指标体系构建的框架下，确定诚信评价指标体系层次如图1所示。

图1 三峡河段船舶诚信评价指标体系

3 建立船舶过闸信用模糊综合评价模型

模糊综合评价[4]是应用模糊变换原理和最大隶属原则，实现定量指标与定性分析得到的数据相结合，从而进行综合研究，其原理为：设有两个论域，因子集合U={u1,u2,…,un}(ui为评价因子)；评语集合V={v1,v2，…,vn}(vi为评价等级)。对U中的每一个因子ui做单因子评价f(ui)，则隶属度函数f可以看作是从U→V的模糊映射，通过映射可以推导出模糊矩阵R:

R=(rij)m×n(0≤rij≤1)

(1)

式中：rij为因子集合U中因子ui对应的评价集合V中等级vi的隶属度。

若存在一个集合上的模糊子集合A={a1,a2,…,an},以向量表示则有A=(a1,a2,…,an)，且有

(2)

式中：ai为第i个因子权重。则可确定U→V的模糊变换B，B为模糊合成结果(“•”为模糊算子，采用实数乘法)：

B=A•R,记B=(b1,b2，…,bn)

(3)

其中bj为评价对象对应评价等级vi的隶属度，根据最大隶属度原则，如果：bj0=max{bj:1≤j≤m}，则bj0就是最终评价等级结果对应的等级。

3.1 因子集合及评语集合确定

根据船舶过闸信用指标评价体系，将因子集合U分为2个层次：第一级指标因子集合为U={u1,u2,u3}；第二级指标因子集合为：u1={u1,1,u1,2,u1,3,u1,4,u1,5,u1,6}、u2={u2,1,u2,2,u2,3,u2,4,u2,5}、u3={u3,1,u3,2,u3,3,u3,4,u3,5}。

为分类描述河段船舶过闸行为信用度，划分确定船舶诚信评价等级，即设定船舶过闸信用评语集合V={AA,A,BB,B,C},其对应的信用等级量化及定义见表2。

表2 信用评价等级量化及定义

3.2 层次分析法定权

层次分析法[5]具有理论成熟、应用广泛、操作性强的特点，船舶过闸信用指标因子权重采用专家调查与层次分析相结合的方法求取。专家依据标度法打分获取船公司、船舶、船员的比较分值，构造判断矩阵，并通过一致性检验后，计算得到过闸船舶信用一级各指标权重值，见表3。同理可得二级指标船公司船舶、船员下属指标权重见表4，所有指标因子权重值见图2。

表3 准则层指标权重确定

注：一致性比率CR=0.051。

表4 各指标权重确定

图2 各信用指标因子权重值

运用层次分析法对过闸信用指标权重进行计算，其对应权重值为科学研究各指标影响因素的计分细则提供了依据，同时，也是船舶过闸信用模糊综合评定的权重数据基础。

3.3 构建评判矩阵

3.3.1评判矩阵的建立

引入评判矩阵R，R为从指标A到评语集合V(向量化)的模糊转换器，每输入一组因素权重向量W，输出一组相应的评判结果B，见图3。

图3 模糊综合评判模型

每一个指标的确定都是由指标下层的若干因素综合确定，为得到单指标的模糊评判向量，应找到指标下层各因素对评语集合中各评语等级的隶属度。

Rij=(Aij,1,Aij,2,Aij,3,Aij,4,Aij,5)

(4)

将这一指标下一层指标的评判向量进行综合，得到指标的综合评判矩阵Ri：

(5)

3.3.2隶属度的确定

建立指标综合评判矩阵后，进一步确定指标对评语集各个评语的隶属度[6]。可量化指标根据信用等级容忍区间划分不同隶属度值，对船舶过闸信用可量化指标划分等级见表5。

表5 船舶过闸信用可量化指标隶属度等级划分

其他难以量化指标(如船舶适航情况等)均按好、较好、一般、较差、差5个等级进行划分，指标根据专家经验打分确定其隶属等级，统计每个指标隶属评语等级Vx的频数Tx，得出隶属度：

(6)

式中：p为专家总人数。

3.4 模糊综合评判

3.4.1一级模糊综合评判

一级模糊综合评判集合Bi向量化后:

Bi=Wi·Ri=(Wi1,Wi2,…,Win)•

(7)

式中：Wi为准则层权重向量；Ri为指标层评判矩阵；“•”为模糊算子(本文采用实数乘法)。

3.4.2二级模糊综合评判

由于所建立的信用评价指标体系具有目标层、准则层、指标层，一级模糊综合评判只是计算出了准则层各个单指标评价结果，为求目标层的评价结果，需要进行二级模糊综合评判：

(8)

3.5 信用等级综合评定

为确定特定船舶过闸行为信用评价综合得分情况，引入分数集合，将表2评价等级区间进行量化，取区间中间值作为该等级的量化分值见表6。

得到评价分数集合F，向量化后则有F=(f1,f2,…,f5)T=(95，85，75，65，30)T，所以三峡河段船舶过闸信用评价综合得分为：

(9)

计算三峡河段通航船舶信用模糊综合得分后，将所得分数与诚信评分等级表相对应，归类划分其评价等级。

4 实例应用

选取长期往返三峡河段过闸航行商品车运输船“民恒”轮作为船舶过闸信用综合评价模型的实例进行验证。通过三峡升船机船闸调度系统查询，截至2018年10月1日“民恒”轮总申报过闸次数174次，其中安检合格率96%，申报准确率98%，违规记录1次，无险情事故发生。

信用指标因子权重值计算结果已知，船舶过闸信用评价模型应用关键在于对实例相应指标的隶属度等进行确定，可量化指标隶属度可根据过闸历史数据进行确定，对难以量化的指标根据指标衡量因素描述进行专家打分，最终得到“民恒”轮模糊测度的隶属度数值见表7。

表7 “民恒”轮模糊测度的隶属度值

根据模糊综合评判计算得到评判集合B={0.585,0.321,0.071,0.023,0.000}，向量化后通过式(9)计算出“民恒”轮过闸信用评价综合得分为89.68,其过闸信用综合评价等级为A，信用较好，评价模型计算值与该船过闸实际信用记录吻合，船舶过闸信用综合模型评价结果可信。

5 结论

1)为构建相对完善的过闸船舶信用评价体系，基于三峡河段船舶过闸信用管理方的核心需求分析，分别从“三船”即船舶、船员、船公司3类一级指标得出信用指标因子共计16项，并计算出各因子的相对权重值，得出船舶遇险事故、违章违规率、船舶安检合格率以及船员业务水平与安全责任意识是影响船舶过闸信用的重要因子。

2)运用模糊层次分析法构建了过闸船舶信用综合评价模型，实例验证表明该模型评价分值与过闸船舶信用等级相符。

3)后续研究应致力于通过融合累计更新船舶过闸数据对模型的完善优化，来实现动态信用评价，提高过闸船舶信用评价工作的智能化。