船舶大洋航线评价中多属性指标隶属函数的确定方法

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(海军潜艇学院，山东 青岛 266071)

20世纪90年代以来，随着对事前预防型安全管理的要求及对安全评价重视程度的提高，海运安全评价研究方兴未艾。安全评价方法众多，如事故树分析评价法、概率风险评价法、模糊综合评价法、灰色系统安全评价法、计算机模拟安全评价法、神经网络评价法、综合安全评价法等[1]。应用这些方法对船舶航行安全进行评价的过程中，需要对指标进行量化。由于船舶航行影响因素较多，部分评价指标具有一定的模糊性，对模糊指标进行量化的核心的问题就是建立合理的隶属函数，隶属函数如何确定将直接影响最终的评价结果。

1 船舶航行安全评价中常用的隶属函数构造方法

航海发展已经历了几百年，积累了丰富的经验，而且大部分指标不具备多次重复试验的条件，暂时还没有很好的方法精确描述指标对船舶航行的影响程度，因此目前船舶航行安全评价大部分基于专家调查运用德尔菲法建立指标、构造隶属函数。目前多用一维初等函数构造指标隶属度函数，比如在船舶航线综合评价中，建立海流因素评价标准[2]见表1。

根据评价标准建立5个隶属函数。

表1 海流因素的评价标准

式中F1(x)～F5(x)分别表示海流对船舶航行安全影响从安全到危险的5个标准。

在船舶安全评价的研究过程中大部分学者都采用这种结合专家调查的方法建立评价指标的隶属函数，文献[3-4]对风、流及碍航物等指标量化时都采用了类似的方法构造隶属函数。

依据专家调查意见用一维初等函数构造的指标隶属函数，对水深、航道宽度、碍航物等单一属性指标的无量纲化时能够很好地反应该指标对船舶航行的影响。但是对风、流等多属性指标进行无量纲化时常常会丢失指标某些方面的属性，使得评价结果偏离实际。

2 多属性指标隶属函数构建方法

多属性指标即指标本身具有多重属性，且两种以上的属性对被评价对象有一定的影响。比如海流的主要属性包括流速、流向，而且流速、流向对船舶航行的影响都不能忽略。海流对船舶航行的主要影响包括以下几个方面。

1) 影响船舶的航迹向和航速，海流能使船舶偏离航线，也可造成船舶失速。

2) 海流会降低船舶的操纵性能，尤其在狭水道航行时对船舶航行安全有很大影响，甚至会导致航海事故的发生。

3) 当船舶顺流时，海流一般可增加航速，进而节省海上航行时间和燃料。

已有的资料表明，大洋中海流流向长年稳定，流速平均1 kn以下，在极少部分狭水道流速才能达到5 kn。船舶大洋航行航时较长，顺流航行与逆流、横流航行产生经济效益差相当可观。因此在设计船舶航线时应该充分利用海流的推动作用提高船舶运营的效益，缩短船舶海上航行时间，进而降低因人员疲惫造成误操作的概率。经过向专家咨询，在充分考虑船舶航行安全的前提下，同时兼顾海流流速、流向两种属性对船舶航行的影响，建立海流评价标准，见表2。

表2 综合考虑流速、流向的海流因素评价标准

以海流对船舶航行的影响为例说明多属性指标隶属函数的构造方法。

分别构造流速ρ与流向夹角θ区间隶属函数：

式中：f1(ρ)、f2(ρ)——流速隶属于安全、不安全的隶属度函数。

式中：g1(θ)、g2(θ)、g3(θ)——流向与航向的夹角隶属于顺流、逆流、横流的隶属度函数。

F1(ρ,θ)=f1(ρ)g1(θ)
F2(ρ,θ)=f1(ρ)g2(θ)

F3(ρ,θ)=f1(ρ)g3(θ)

F5(ρ,θ)=f2(ρ)g3(θ)

式中：F1(ρ,θ)～F5(ρ,θ)分别为海流对船舶航行安全影响隶属于从安全顺流到危险的5个标准的隶属度函数。

从关于海流隶属度函数的构造形式可以看出，第一种海流隶属度函数的构造方法忽略了大洋航行中因海流流向不同而产生的不同影响效果，忽略了海流对船舶航行的积极作用，只从安全方面考虑海流对船舶航行的影响，用于评价船舶水道或者港湾航行时其评价结果有较大的安全裕度。第二种构造海流隶属函数的方法，充分考虑了海流的特点及专家经验，在满足安全要求的情况下兼顾了船舶运营的经济效益。

隶属函数的确定过程是一个不断实践检验、更新的过程，在实践中，应充分利用各种信息反馈，不断进行调整，从而达到最优。

3 结论

隶属函数的确立是对指标进行量纲一量的关键，构造隶属函数要充分考虑到指标本身的属性。在对船舶航线进行评价的过程中有部分指标具有多重属性，比如风、流等都可采用这种方法构造隶属函数。尤其对某些水下航行舰船(艇)在或者无法得到准确卫星定位信息的情况下，完全依靠推算进行导航，此时忽略指标某些方面属性的影响不仅会降低航行的经济效益，甚至会严重影响船舶的航行安全。因此在对水下潜器或者某些特殊船舶的航线进行评价时，考虑指标的多重属性，采用多重属性指标隶属函数确定方法构造隶属函数对多属性指标进行量化，将会提高评价的精度，使评价结果更具有实际指导意义。

[1] 文 华.海运安全评价研究[D].武汉：武汉理工大学,2003.

[2] 高祥安.船舶航线综合评价及其软件系统[D].上海：上海海事大学，2005.

[3] 王建军.新、马海峡水域油轮航行安全综合评价[D].大连：大连海事大学，2007.

[4] 周振超.狭水道船舶操纵安全综合评价[D].大连：大连海事大学，2005.