港区水域通航环境综合评价模型研究

（武汉理工大学航运学院 武汉 430063）

港区水域通航环境综合评价主要涉及到评价指标的选取、权重的计算和评价方法的确定．目前，权重的计算方法主要有主观赋权法和客观赋权法．其中主观赋权法单纯依靠决策者的主观判断，带有较大的主观随意性，评价结果易受决策者专业知识和经验的影响；客观赋权法运用数学方法分析资料数据所反映的统计信息，往往忽略决策者对指标重要性的主观认知，有时会出现“重要指标的权重系数小，不重要指标的权重系数大”的现象．为了既能反映专家的意见，同时又充分利用样本资料的统计信息，达到主、客观的统一，进而使评价结果更加准确、可靠，本文提出了一种主客观相结合的赋权方法来确定港区水域通航环境危险度评价指标的权重．关于通航环境评价方法，目前国内文献多采用模糊评价法［1－2］和灰色系统理论法［3－5］．这些方法均是对单个港口的通航环境进行评价，不适合对多个港口的通航安全状况快速地做出评价．有鉴于此，本文提出一种新的方法——距离函数建模法．

1 权重的确定及模型的构建

1.1 主客观组合赋权法

本文利用专家打分法来确定主观权重．专家打分法的基本原理是各位专家根据自己的专业知识、经验和主观认知对各指标的权重进行打分，然后将打分结果进行综合来求取权重．专家打分法的基本步骤为：

则W＝（w1，w2，…，wn）就是用专家打分法所确定的各评价指标的主观权重．

对于客观权重，本文采用变异系数法来加以确定．变异系数法是根据各指标在所有被评价对象上观测值变异程度的大小来求取指标权重．当指标变异程度较大时，赋予权重的也较大；反之，赋予的权重就较小．通常评价指标分为效益型，成本型和固定型．效益型指标是指那些数值越大越好的统计指标（也称为正向型指标）；成本型指标是指数值越小越好的指标（亦称为逆向型指标）；固定型指标是指数值越接近某个常数越好的指标（又称为适度型指标）．如果各指标的属性不一致，则在进行综合评价评估时容易出现偏差，因此必须确定各评价指标的属性．变异系数法确定权重的步骤如下［6－7］．

1）建立原始评价矩阵X＝（xij）m×n．式中：m为评价对象的个数；n为评价指标数．

2）确定各评价指标的属性，处理原始评价矩阵．

1.2 距离函数建模法

距离函数建模法的基本思想是利用向量之间的距离来衡量2个向量之间的接近程度．首先建立一个实测数据矩阵和一个评价标准矩阵，然后运用数学方法计算实测数据矩阵到评价标准矩阵的距离，从而确定原始评价指标的等级．为了确保结果的可靠性，分别利用欧氏距离和绝对值距离进行建模．

设向量A＝（aij），向量B＝（bkt）．则：

dist（A，B）：计算A中的每个行向量到B 中每个列向量之间的欧氏距离．

mandist（A，B）：计算A中的每个行向量到B中每个列向量之间的绝对值距离．

2 评价指标及其标准的确定

目前在研究航运安全时，一般都把人－船－环境－管理作为一个大的系统来进行综合评价．环境作为系统中一个重要的环节，对于船舶的安全航行有着十分重要的影响．由于船舶航经港区水域时，影响其安全航行的环境因素有很多，我们不可能把所有与之有关的环境因素都进行评价．为了保证评价的快速性和评价结果的准确性，本文通过综合有关学者在该领域的研究成果和专家咨询的方法确定评价指标，力求使所选取的评价指标能反映港区水域船舶航行的安全性［8］．综合考虑各方面因素，本文选取以下11项指标对港区水域通航环境危险度进行评价：能见度、风、流、航道长度、航道宽度、弯曲度、交叉状况、碍航物、交通流量、交通管理、助航信息．

关于港区水域通航环境危险度目前还没有统一的评价标准，本文结合国内外有关的研究结论，将港区水域通航环境的危险程度从低到高分为5个危险等级（1，2，3，4，5），并对各项指标的危险度的评价标准进行了确定，见表1．

3 港区水域通航环境综合评价模型的实际应用

已知我国部分港口的统计数据（见表2）和专家打分法得到的权重结果（0．165，0．01，0．04，0．08，0．12，0．086，0．1，0．08，0．17，0．08，0．069），下面运用变异系数法对这些港口通航环境危险度的权重进行分析，然后运用距离函数建模法对这些港口的通航环境进行综合评价．

表1 通航环境危险度评价指标及等级划分

表2 我国部分港口的统计数据

3.1 确定权重

根据表1和表2，得到实际数据矩阵X＝（xij）10×11和等级标准矩阵Y＝（yij）11×5．其中

处理原始评价矩阵得到新矩阵U＝（uij）10×11和V＝（vij）11×5．在此基础上根据变异系数法确定权重的步骤，得到客观权重结果W′＝（0．022 4，0．094 3，0．077 1，0．105 6，0．079 8，0．084 0，0．085 7，0．182 8，0．123 1，0．072 6，0．072 6）．因此主客观组合赋权法确定的最终结果γ＝（0．093 7，0．052 2，0．058 6，0．092 8，0．099 9，0．085，0．092 9，0．131 4，0．146 6，0．076 3，0．070 6）．

权重的大小说明能见度、风、流、航道长度、航道宽度、弯曲度、交叉状况、碍航物、交通流量、交通管理、助航信息这11种指标对上述港口通航环境所起的作用．由γ可知，各指标的作用不尽相同，相对而言，交通流所起作用最大，碍航物状况次之，风所起的作用最小．

3.2 综合评价

运用距离函数建模法计算向量U＝（uij）10×11到向量V＝（vij）11×5的欧氏距离和绝对值距离，计算结果见表3和表4．

表3 欧氏距离判别表

835 2 2港口2 1．334 1 1．215 1 1．406 4 1．872 2 2．072 8 2港口3 1．572 0 1．393 4 1．470 9 1．800 0 1．884 7 2港口4 1．427 8 1．296 1 1．454 7 1．911 6 2．075 8 2港口5 1．500 9 1．177 2 1．152 6 1．482 6 1．794 8 3港口6 1．452 8 1．220 7 1．298 9 1．744 6 2．158 4 2港口7 2．362 2 1．938 7 1．570 9 1．313 9 1．091 8 5港口8 1．263 5 1．007 7 1．127 2 1．641 3 2．007 7 2港口9 1．461 8 1．194 2 1．189 6 1．507 5 1．765 0 3港口10 1．284 1 1．076 0 1．176 8 1．623 6 1．级别港口1 1．484 9 1．285 3 1．372 4 1．704 0 1．港口 欧氏距离di1 di2 di3 di4 di5 898 7 2

表4 绝对值距离判别表

由上面的计算结果可知，尽管欧式距离和绝对值距离意义不同，但是对于港区水域通航环境的评价等级结果基本相同．港口7通航环境危险度等级为“高度危险”，船舶在此水域航行时需要谨慎；港口9通航环境危险度等级为“一般”，港口5通航环境危险度等级介于“一般”和“较低”之间，其余港口通航环境危险度等级为“低”，船舶航行时较为安全．

4 结束语

运用主客观组合赋权法和距离函数建模法建立的港区水域通航环境综合评价模型，能够快速地对港区水域通航环境做出综合评价，评价结果具有稳定性和可靠性，且借助于MATLAB工具，评价的计算量也较少．如果港区水域通航环境危险度评价指标和评价标准能够进一步完善，模型评价的精度将更高．

［1］陈佳云．汕头海区通航环境安全评价与规划研究［D］．大连：大连海事大学航海学院，2006．

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［7］赵 宏，马立彦，贾 青，等．基于变异系数法的灰色关联分析模型及其应用［J］．黑龙江水利科技，2007，35（2）：26－27．

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