基于模糊综合评判法的黄浦江各弯道危险度评估

，

(上海海事大学 航运仿真技术教育部工程研究中心，上海 200135)

长三角(上海段)上接长江江苏段，下连长江口，全长65 n mile，是世界著名的通航密集区之一，也是船舶进出上海港和长江的惟一通道。长三角(上海段)航路由主航道、辅助航道、小型船舶航道等组成。主航道包括长江口深水航道、外高桥航道、宝山航道、宝山北航道和宝山南航道。主航道的边界线由侧面标标示，航道的中心线为通航分道分隔线。辅助航道包括南槽航道下段和南槽航道上段。小型船舶航道包括南支航道、外高桥沿岸航道、宝山支航道、宝山南航道南侧航道和主航道北侧航道。文中所涉及弯道水域均在“黄浦江”流域，根据2006年《上海黄浦江通航安全管理规定》(以下简称《规定》)，“黄浦江”水域范围为吴淞口灯塔经101、102灯浮至浦东界标的连线与闵行发电厂上游边界至渠漕港上口连线之间的水域，全长36.2 n mile[1]。

黄浦江水域易发事故的主要弯道有6个，其中董家渡弯道在整段水域的顶部，不管涨、落潮，潮流都压向浦东码头，此段航道也是整个黄浦江航道最窄的地方。其中鳗鲤嘴弯道航段是董家渡以上至吴径段中船流密度最高的航段之一,是黄浦江水域重要航段，附近航道、港航设施、码头等情况极其复杂。

鳗鲤咀弯道的缩颈率远大于陆家嘴弯道。正是由于缩颈率过大,该弯道流态极其混乱,过弯处凹岸形成深潭,弯道处不论涨、落流，流水都压向凹岸的浦西码头，使得通航条件较差。

鳗鲤嘴弯道在黄浦上游，距离吴淞口约为21.6 n mile,吴径水域附近的万吨级海船进口要先乘高潮经过长江口北槽到达吴淞口,通常会在高潮附近,涨潮时速仍然较大,对船舶进口不利,若延迟1～2 h等吴淞口及其它航段水流速度平缓时进口,到达鳗鲤嘴弯道时正好是落急。由于在此弯道航段，水流在重力和惯性离心力的作用下，产生的单向环流使表层水流指向凹岸，扫弯而下的水流(俗称扫弯水)对船舶操纵影响很大。再加上该处航道情况复杂，大小船舶众多，致使实际可用航道较为狭窄，船舶在此航行往往受到各种干扰而延迟，甚至发生事故。

黄浦江水文条件对鳗鲤嘴弯道的航行影响在其它弯道也有相似之处，这些弯道呈“瓶颈口”状，水流速度更快，最大流速可达3 kn，可以认定为是限制黄浦江弯道通航能力的主要因素。

为此，采用模糊综合评价方法对易发事故的6个主要弯进行危险度评估。

1 模糊综合评价方法和步骤

1.1 模糊综合评价方法

通过构造等级模糊子集把反映被评事物的模糊指标进行量化(即确定隶属度)，然后利用模糊变换原理对各指标进行综合[2]。

1.2 评价步骤

1.2.1 确定评价对象的因素论域

p个评价指标，u={u1,u2,…,up}。

1.2.2 确定评语等级论域

v={v1,v2,…,vp}，即等级集合。每一个等级可对应一个模糊子集。

1.2.3 建立模糊关系矩阵R。

逐个对被评事物从每个因素ui(i=1,2,…,p)进行量化，即确定从单因素来看被评事物对等级模糊子集的隶属度R|ui，进而得到模糊关系矩阵。

(1)

矩阵R中第i行第j列元素rij，表示某个被评事物从因素ui来看对vj等级模糊子集的隶属度。一个被评事物在某个因素ui方面的表现，是通过模糊向量R|ui=ri1,ri2,…,rim来刻画的，而在其它评价方法中多是由一个指标实际值来刻画的，因此，从这个角度讲模糊综合评价要求更多的信息[3]。

1.2.4 确定评价因素的权向量A

A=(a1,a2,…,ap)

(2)

权向量A中的元素ai本质上是因素ui对模糊子{对被评事物重要的因素}的隶属度。使用层次分析法来确定评价指标间的相对重要性次序。从而确定权系数，并且在合成之前归一化。即

，ai≥0，i=1,2,…,n

(3)

1.2.5 合成综合评价结果向量

利用合适的算子将A与各被评事物的R进行合成，得到各被评事物的综合评价结果向量B。即

b1,b2,…,bm=B

(4)

式中：b1是由A与R的第j列运算得到的，它表示被评事物从整体上看对vj等级模糊子集的隶属程度。

1.2.6 对综合评价结果向量进行分析

实际中最常用的方法是最大隶属度原则，但在某些情况下使用会有些很勉强，损失信息很多，甚至得出不合理的评价结果。提出使用加权平均求隶属等级的方法，对于多个被评事物并可以依据其等级位置进行排序[4]。

2 长江各个弯道危险度评估

对专家进行问卷调查，指标分为3个等级：好、一般和不好。问卷共有10张，其中某一原始问卷见表1，总体结果见表2。

表1 黄浦江水域情况调查

表2 黄浦江水域情况调查统计表

2.1 整体模糊综合评价

R1=(0.25,0.20,0.15,0.10)∘

(0.45，0.35，0.17,0.06，0.06,0)

R2=(0.5,0.4,1.0,0.0,0.0,0.0)

R3=(0.8,0.8,0.5,0.8,0.8,0.7)

归一化处理后

R=

评价结果为

B=W∘R=(0.70,0.20,0.10)∘

(0.356，0.243，0.225，0.057，0.057,0.016)

从以上结果可以得出黄浦江水域各弯道危险度从小到大排序为：张华滨弯道，高桥弯道，陆家嘴弯道，闸港弯道，董家渡弯道，鳗鲤嘴弯道。

为了分别评价各个弯道的危险度以及使得危险度排序更加准确，采取单因子模糊综合评价法对各个弯道分别做模糊综合评价。

2.2 各个弯道的模糊综合评价

1)A1的糊综合评价。单因素评判模糊子集分别为R1、R2、R3。

R1=(0.25,0.20,0.15,0.10)∘

R2=(0.5,0.5，0.0)

R3=(0.8，0.2，0.0)

归一化得

综合评价结果为

B=W∘R=(0.70,0.20,0.10)∘

(0.630,0.325,0.045)

各评语的权重为0.70，0.20，0.10。

则张华滨弯道的最后得分：0.63×0.70+0.325×0.20+0.045×0.10=0.510 5

软件计算结果见图1。

图1 模糊综合评价软件实现结果

同理可以计算得到A2～A6的综合评价结果，各评语权重分别为0.70、0.20、0.10，见表3。

表3 A2～A6的模糊综合评价结果

3 结论

根据最大隶属度原则，黄浦江各弯道危险度都属于很好，也就是说黄浦江水域普遍适于通行。该水域危险程度从小到大排序为：张华滨弯道，高桥弯道，陆家嘴弯道，闸港弯道，董家渡弯道，鳗鲤嘴弯道。

[1] 陈爱平,智广中，孔凡邨,等.长三角(上海段)航区通航管理成套技术研究[R].上海：上海海事局，2010.

[2] 杜 栋,庞庆华,吴 彦.现代综合评价方法与案例精选[M].北京:清华大学出版社,2011.

[3] 胡耀光，范玉顺.基于模糊层次分析法的企业核心业务系统选择决策模型[J].计算机集成制造系统，2006(2)：215-219.

[4] 刘 勇，徐言民.船舶配积载模糊优化专家系统.船海工程，2002(6):33-35.