基于模糊AHP的北极航线安全保障体系结构分析

马晓雪, 刘 阳, 张靖雯, 乔卫亮

(大连海事大学 a. 公共管理与人文艺术学院； b. 轮机工程学院， 辽宁 大连 116026)

随着全球气候变暖，北极海域的冰面积不断减小，不仅使得北极地区丰富的能源资源开发成为可能，更有望开辟出一条连通亚、欧、美三大洲和太平洋、大西洋、北冰洋的“黄金通道”。然而，北极独特的地理位置和特殊的环境条件在赋予其得天独厚的战略优势和经济价值的同时，带来的安全风险也不容忽视。因此，北极航线开发利用的安全保障问题一直是各方关注的焦点。BARABADI等[1]针对北极低温环境下的结冰风险，从海上生产设施性能提升和故障修复的角度探讨安全保障需求。KHAN等[2]通过预测船-冰碰撞风险概率，强调北极航线安全信息的重要作用。FU等[3]和刘同超等[4]从“人-机-环-管”等4个方面对北极航运安全风险进行评估，有针对性地提出相关安全保障建议。然而，由于风险具有隐匿性、动态性和衍生性等特征，在研究过程中很难穷尽所有的风险变量，这无疑增加了安全保障体系构建的复杂度和难度。

2018年国务院新闻办公室发布《中国的北极政策》白皮书，表明了我国积极参与北极治理、共同应对全球性挑战的立场和责任。在此背景下，有必要从更高的层面关注北极航线的安全保障问题。王志民等[5]和白佳玉等[6]认为北极航线安全保障需要从国家战略的高度综合谋划推进，充分挖掘机遇与潜力，正确应对各种挑战；夏立平等[7]认为还需要寻求在北极区域合作机制下的中国参与，达成北极航线开发利用的共建、共享、共赢。更高视野下对北极航线安全保障的研究虽然突破了传统风险应对模式的限制，但由于缺乏统一的分析框架和标准的评价方法，造成实践中难以有效把握工作重点、提升指导意义。鉴于此，本文从我国的视角出发，围绕北极航线安全保障问题的复杂性进行系统化研究梳理，采用指标设计法和专家调查法构建北极航线安全保障体系，运用模糊层次分析法(Analytic Hierarcrty Process, AHP)科学研判体系建设中的关键因素，为北极航线安全保障服务的进一步深化提供参考。

1 北极航线安全保障体系构建

北极航线安全保障是一项需求多、投资大、涉及专业领域广的复杂系统工程，在指标体系法中引入系统论的“分析-重构”原理[8]使得该复杂系统的体系构建更为清晰便捷。据此，通过对已有文献和相关北极政策进行解读，同时借鉴美国、俄罗斯和加拿大等具有代表性的北极沿线国家或国际组织在安全保障领域的规划设计和实践，初步拟定北极航线安全保障体系基本框架。为保证体系的科学性和合理性，进一步采用AHP，邀请领域内多位专家提出相关改进建议，最终形成包含2个一级指标、6个二级指标和20个三级指标的北极航线安全保障体系，见表1。

1.1 对内服务体系概述

对内服务体系包括信息资料体系、关键技术体系、设施装备体系和配套支持体系等4个子系统。

1.1.1信息资料体系

信息资料体系包括航海图书资料、实时水文气象信息、北极航行经验等3个构成指标。

(1) 航海图书资料包括北极航行专用海图、参考图、表册、书刊资料和指导文件等航海出版物，是专供在船人员研究海区自然情况、沿岸通航规制，熟悉海区航行、驻泊条件，制订船舶航线计划等使用的重要参考资料；

(2) 实时水文气象信息包括由俄罗斯北方海航道管理局、加拿大海岸警卫队和我国国家海洋环境预报中心等组织机构在线发布的气温、风、能见度、雨雪等气象预报预警信息和冰况、潮汐、海流、海浪等水文信息；

(3) 北极航行经验包括习惯性航线、航行方法选择、穿越海峡的航向调整、雾航夜航特殊操作和破冰引导下的尾随航行配合等内容，来源于实际航行经验和北极航行模拟演练，对船员熟悉水域通航环境、掌握船舶及设备性能和提高突发事件应急处置能力等具有重要指导作用。

1.1.2关键技术体系

关键技术体系包括船舶导航定位技术、通信抗干扰技术、设备防寒防冻技术、船舶破冰技术和海上应急清污技术等5个构成指标。北极航线具有高纬、高寒、强风暴和冰区航行等特点，在航次执行过程中要面对并克服导航定位误差、通信不稳定、船舶破冰能力不足和设备防寒防冻性能差等诸多现实障碍，需要针对关键技术进行科研攻关；同时，北极的生态自我修复、自我调节能力较差，水域污染扩散范围较广，因此还需做好有关海上污染控制的相关工作，掌握较强的海上应急清污技术。

1.1.3设施装备体系

设施装备体系包括冰区适航船舶与船队、专用辅助设备和应急救助装备等3个指标。

(1) 冰区适航船舶和船队是航行安全保障的核心装备之一，在实现北极专业化、项目化和常态化通航过程中，需提升船舶冰区加强等级，有针对性地丰富油船、液化天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)船、集装箱船和散货船等船型，以更好地满足航运需求；

(2) 专用辅助设备极地科考层面，需积极研发高等级专业破冰船、极地救助船和资源勘探船等船型，跟进声响装置、瞭望设备和船载起重机等专用辅助设备研发，以支撑船舶航行安全、极地科考和海洋工程等应用需求；

(3) 应急救助装备，针对北极航线突发事件的应急处理问题，在自救过程中需要救生衣、救生艇等基本装备，远程救助需要破冰救助船、搜救直升机等重要装备。

1.1.4配套支持体系

配套支持体系包括组织支持、制度保障和财政支撑等3个指标。

(1) 组织支持强调涉北极事务部门职能的有效发挥、政府部门间的通力合作和与非政府组织、生产企业、科研单位等多元主体的协调配合，是相关工作统筹运转的组织基础；

(2) 制度保障包括安全保障战略方针的制定，船舶、船员安全管理相关规则的制定和修订等内容是北极航线安全保障服务有序推进的重要依据；

表1 北极航线安全保障体系

(3) 财政支撑指国家提供资金作为北极航线安全保障投入，通过增加科研资助项目和经费、拓宽投融资渠道、对相关企业实行税收优惠等方式将财政资金用到关键区域，产出高质量公共产品和服务。

1.2 对外合作体系概述

对外合作体系包括与相关国家开展合作和在相关国际组织内开展合作两个子系统。

1) 与相关国家开展合作包括信息数据交换共享、技术装备合作交流和基础设施共建等3个指标。我国不是北极区域内的国家，安全保障工作面临的首要障碍就是沿线国家依靠地缘条件对北极和北极航线形成的先占优势[26]，加上安全保障工作存在缺少信息和技术支持等，通过建立双边或多边外交关系与相关国家寻求合作是必要的选择。在参与基础设施共建的基础上，响应北极航线深度开发利用的现实需求与相关国家在北极航线安全保障领域内增进合作，达成数据交换、信息资源共享协议和加强技术装备合作交流等均是未来值得期待的重点内容。

2) 在相关国际组织内开展合作包括参与相关条约与规则的制定、参与北极应急救助、参与北极资源和环境保护等3个指标。国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)是联合国负责海上航行安全和防止船舶海洋污染的专门机构，自1989年至今，我国已连续15次担任IMO A类理事国，有责任和义务秉承IMO的宗旨，利用自身话语权影响北极航线安全保障议程设置和规则修订。北极理事会是北极可持续发展和环境保护问题开展合作、协调和互动的主要政府间论坛，2013年我国获批成为其正式观察员，拥有在其下设工作小组内的知情权和提案权，同时可凭借资金、技术和人才优势等更多地参与到北极污染源处理、动植物保护和紧急事故应对等工作中。此外，我国还是国际科学委员会、国际航标协会(International Association of Lighthouse Authorites, IALA)、国际航道测量组织(International Hydrographic Organization, IHO)等多个北极相关国际组织的成员国，一方面需要实施履约行动，承担起相应的义务，另一方面需要立足于我国安全保障工作要点，最大程度地响应我国北极航线安全保障的利益需求。

2 北极航线安全保障体系结构分析

2.1 模糊理论下专家意见收集

收集专家意见是对定性指标进行定量研究的首要步骤。本文以调查问卷的方式邀请领域内5位专家对各层级指标的重要度进行综合分析，采用GUPTA等[31]提出的0～1梯形模糊数标度方法(见表2)，考虑到该方法在5种标度下的划分方式更加符合人的思维惯性和表达习惯，且具有广泛应用于石油天然气、航空航天和医药化学等领域的成功经验，在问卷中同样将专家意见设置为明显不重要、不重要、介于不重要与重要之间、重要和明显重要等5种，收集得到专家评价结果。

表2 专家模糊意见标度表

2.2 专家可信度分析

专家意见作为研究过程中的重要数据来源，其评价结果的科学性对研究结论有直接影响，在实际操作中，受个人知识背景和工作经验等多种因素的影响，专家意见往往具有极强的主观性和不一致性。为使分析结果更加科学、客观，引入专家可信度(即对专家的信任程度)的概念，从职位职称(ePP)、工作经验(eWE)、学位(eAD)和适任能力(eCC)等4个方面，考察专家综合可信度，通过设置评分集，按照式(1)和式(2)最终计算得到专家可信度见表3。

设E={e1,e2,…，en}为专家信度集，专家综合信度值ek为

ek=ePPk+eWEk+eELk+eCCk，k=1,2,…,n

(1)

设有n位专家，专家可信度λe定义为

(2)

2.3 基于模糊AHP的体系结构分析

表3 专家可信度分析量表

(3)

2) 计算每位专家意见的平均一致度。设有n位专家，第u位专家意见的平均一致度为

(4)

3) 计算不同专家意见的相对一致度。设有n位专家，第u位专家意见的相对一致度为

(5)

4) 计算第u位专家意见的一致性系数。设P(Eu)比RA(Eu)重要的程度为β，根据YAZDI等[33]的研究，取β=0.5，则一致性系数为

CC(Eu)=β×P(Eu)+(1-β)×RA(Eu)

(6)

5) 计算专家模糊评价的聚类模糊数，表示为

(7)

6) 聚类模糊数的去模糊化。本文采用中心面积法[34]进行去模糊化处理，结果为

(8)

7) 计算专家评价的标准权重。设第K层有n个专家评价指标，第i个指标的标准权重为

(9)

8) 计算专家评价的集成权重。第K层第i个评价指标的集成权重为

(10)

应用MATLAB完成上述运算，得到各指标权重见表4。帕累托法则认为任何一组事物中重要的因数通常只占约20%，其余的尽管是大多数，但都是次要的。因此，只要能控制具有重要性的少数因子即能控制全局。[35]根据这一原理，将各指标集合权重转化为累积百分比的形式，北极航线安全保障体系帕累托图见图1。由图1可知：北极航线安全保障体系中前20%的关键因素包括C12-2、C12-1、C12-3。

表4 评价指标权重值

图1 北极航线安全保障体系帕累托图

3 结束语

1) 围绕安全保障的复杂系统特性，应用“分析-重构”原理构建北极航线安全保障体系，包括2个一级指标、6个二级指标和20个三级指标。建立模糊AHP模型，引入梯形模糊数和专家可信度改进传统层次分析法，该模型具有去模糊化和多层次加权分析的特点，可较为科学、客观地反映指标的重要度。

2) 根据帕累托法则对体系结构进行分析，结果表明:通信抗干扰技术、船舶导航定位技术和设备防寒防冻技术是北极航线安全保障体系中的关键因素。

3) 为更好地开展北极航线安全保障工作，有效提升安全保障服务成效，可有针对性地采取以下措施，如：跟踪北斗卫星导航系统的技术发展，并尝试将北斗系统及其终端产业丰富发展至北极水域；发起北极航线安全保障技术研发的国家重点专项，有效推进技术装备的设计研发；在IMO、IHO和IALA等国际组织制定的标准和规范的指导下，结合E-Navigation示范工程领域的建设经验，探索并尝试开展北极航线E-Navigation示范工程建设的预研工作等。