基于熵权模糊综合评价的泉州湾水域船舶航行环境风险评估*

□ 汪 恒

(集美大学 航海学院，福建 厦门 361021；大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

作为21世纪海上丝绸之路的主港之一，泉州港近年来发展迅速。泉州湾是其辖内最重要的一湾，随着港口经济和规模的不断发展，港口吞吐量和船舶交通流量日益增长，有必要对该水域的船舶航行环境进行风险评估，为船舶航行安全提供保障。

文献[1-2]主要针对特定水域的航行相关风险进行量化研究；文献[3-4]应用熵权物元模型分别对船舶进出港的动态风险及航道环境风险进行评价；文献[5]则利用模糊综合评价模型对湄洲湾水域航行环境进行安全评价；文献[6-9]研究熵权理论结合模糊综合评价在风险评估中的应用，但在船舶航行环境风险评估中，鲜有应用基于熵权的模糊综合评价模型。

船舶航行环境风险评价是考虑多因素进行评价的问题，且部分因素边界模糊，难以进行精确的定量分析，适合选用模糊综合评价方法。模糊综合评价中的权重计算常见有层次分析法、专家调查法、主成份分析法等，而本文则选用熵权法来确定权重。

1 泉州湾水域基本情况

该水域航道主要有泉州湾深水航道、后渚通海航道和大坠航道等。泉州湾深水航道航程12.8千米，航宽250米，设计水深12.5米；后渚通海航道航程7.8千米，航宽100米，设计水深4.0米；大坠航道航程11千米，航宽100米，设计水深5.0米。

泉州湾的潮汐以正规半日潮为主，泉州湾口为逆时针回旋流，湾内逐渐变成往复流。湾内潮流一般是顺深水水道流动，主流经小坠岛与祥芝角之间。湾口至秀涂，大潮潮流流速为1.63～2.21米/秒。

泉州湾季风特点明显，每年5～8月多西南风，最大风力6级，9月至翌年4月盛行东北风，风力可达7级以上，最大达9级。年平均6级以上大风日数为97.5天。受热带风暴、强热带风暴和台风影响的时期在6～10月，多集中在7～9月。

泉州湾港区内的主要碍航物为礁石，碍航物离航道越近，航行风险越大。

2 熵权模糊综合评价模型构建

进行模糊综合评价涉及三个基本要素：因素集、评价集、单因素评估。在单因素评估的基础上，构建模糊关系的隶属度矩阵，结合评价因素的权重向量，利用模糊合成的原理，对被评估对象作出合乎情理的评价。在确定权重方面，根据信息论的基本原理，熵是系统无序程度的一个度量，熵权法利用各指标的变异程度，计算各指标的熵值，熵值越小，系统无序程度越小，评估指标在综合评估中起到的作用越大，其权重也越大；反之，熵值越大，指标权重就越小。

建立熵权模糊综合评价模型的步骤如下：

2.1 确定因素集

首先，根据评估对象确定相应的评价指标体系，并由此来确定评价因素集。若评估对象有m个一级评价指标，则其因素集为：U={U1,U2,…,Um}，且Ui下还可设置二级评价指标。

2.2 构建评价集

将评估对象的可能结果划分成n个等级，则各种评估结果构成评价集为：V={V1,V2,…,Vn}。

2.3 进行单因素评估

(1)

2.4 确定评估指标的权重向量

根据熵权法的基本原理，结合式(1)模糊关系矩阵R，分别计算各指标Ui的信息熵值ei：

(2)

再根据各指标的信息熵值计算其权重wi：

(3)

2.5 进行模糊综合评价

利用指标的权重向量W=(w1,w2,…,wm)和隶属度模糊关系矩阵R进行模糊综合计算，得出目标水域船舶航行环境风险评价向量B：

B=WoR=(b1,b2,…,bn)

(4)

3 泉州湾水域船舶航行环境风险评估指标体系确立

影响船舶在港口水域航行安全的主要因素有人、船舶、环境及管理等几大方面，本文主要针对泉州湾水域通航环境进行研究，根据该水域实际情况，分析其船舶历史事故和险情发生原因，选取风、浪、流、能见度、航道长度、航道宽度、航道弯曲度、交通特殊点、碍航物、交通流、导助航条件、监管及救援等12个因素作为备选指标，结合指标的风险评价，设计成调查问卷，依托相关课题研究，发放给海事部门、航运企业等相关单位共23位专家，共计收回21份有效调查问卷，根据调查结果，最后确定8个因素作为最终评价指标。如表1所示[10]。

表1 泉州湾水域船舶航行环境风险评价指标体系

注：年均标准大风的天数=年均6-7级风的天数+1.5×年均8级及以上风的天数

4 泉州湾水域船舶航行环境风险评价

根据上述评价指标体系，确定评价因素集由8个风险因素构成，即：U={U1,U2,…,U8}={能见度，大风，流速，航道宽度，交通流，碍航物状况，交通特殊点，导助航条件}。再将每一个评价指标的结果划分为5个等级，则可构建风险评价集为：V={V1,V2,…,Vn}={低，较低，中等，较高，高}。

统计上述21份有效问卷，经过归一化处理得出各指标风险等级的隶属度值。如“能见度”指标的问卷结果显示：“低”风险有4份，“较低”风险有8份，“中等”风险有7份，“较高”风险有2份，则能见度指标的风险评价向量为(0.191，0.381，0.333，0.095，0)。整理各指标风险评价向量可得模糊关系矩阵为：

利用公式(2)、(3)计算各指标的熵值ei和权重wi分别如表2所示。

表2 各指标的熵值及权重

再由公式(4)进行模糊综合评价得：

B=(0.104，0.252，0.344，0.241，0.059)

按照最大隶属度原则，该水域船舶航行环境风险评估结果为“一般”风险，参照末端指标评价值，可知主要风险因素来自“大风”、“交通流”既“碍航物”。

5 结论

结合对泉州海事局近几年船舶交通事故险情资料分析可知，该水域船舶事故的主要类型为碰撞和搁浅，事故原因主要包括操作不当、小型船舶的抢道和穿越、1月和7月的风灾等。本文评价结果和上述实际情况基本相符合，说明基于熵权的模糊综合评价模型在船舶航行环境风险评价方面具有较好的适用性。因此，航行于该水域的船舶应避免偏离航道，加强值班与瞭望，注意船舶会遇和避碰，充分估计恶劣天气和复杂海况的影响，决不能麻痹大意。