航道浮标配布合理性定量评价的研究＊

黄忠国 柴 田 张杏谷

（大连海事局1） 大连 116001） （集美大学航海学院2） 厦门 361021）

0 引 言

航标是以促进船舶和船舶交通的安全、有效航行为目的而设计的、在船舶之外运行的一种装置或系统.虽然导航卫星（如GPS，GLONASS）的出现，使沿海干线航行用户对单纯依靠视觉助航标志的依赖性降低，但对界定进出港航道的浮标仍然非常重视，依赖程度还在不断加强.

浮标配布是否合理直接关系到助航效能的优劣，是助航服务水平的重要标志.浮标配布合理性是一个综合指标，仅用航标类型及可用性的单项指标是无法评价的.目前有关浮标配布合理性评价的方法多为经验的和定性的描述，主要是根据经验和直观判断来对其配布合理性进行分析.文中根据影响航道浮标配布合理性的9类主要因素［1－2］：航标技术的先进性和技术实用性、航道同侧浮标平均间距、布标方式、航道弯曲度、航道深度、航道长度、能见度、风＋浪＋流及船舶交通因素，利用模糊综合评判方法建立航道浮标配布合理性评价的隶属度函数，利用层次分析法中的两两比较法和Delphi法相结合的方法确定评价指标的权重系数，建立能反映航道浮标配布合理性特点的数学模型.并利用此模型对相关航线浮标配布的合理性进行定量评价.

1 模糊综合评判模型的建立

航道浮标配布合理性如何，需要采取哪些措施才能完善其助航效能，这些都有赖于对航道浮标配布的合理性进行评价.在多因素对系统影响的评价中，特别是各因素对系统影响的信息不充足或不明确的情况下，采用模糊综合评价理论进行研究是较好的方法.航道浮标配布合理性本身就是模糊概念，且影响评价对象的因素众多，具有很强的模糊性.

综合评判是对给定对象综合考虑多种因素进行评价和判决的问题.模糊综合评判涉及3个要素：因素集、评价集和单因素评判.在单因素评判的基础上，进行多因素的模糊综合评判［3－4］.其基本方法和步骤如下：（1）建立因素集；（2）建立判断集（评价集）；（3）单因素模糊评判；（4）建立权重集；（5）模糊综合评判.

1.1 因素集

设第一层次评价指标分别为U＝｛U1，U2，…，Un｝，构成第一层评价因素集，即根据影响航道浮标配布合理性的9类主要因素建立评价集.将评价指标集定义为U＝（航标条件U1，航道条件U2，自然条件U3，交通条件U4），并且有U1＝｛航标技术的先进性和实用性U1，航道同侧浮标平均间距U2，布标方式u3｝；U2＝｛航道弯曲度u4，航道深度u5，航道长度u6｝；U3＝｛能见度u7，风＋浪＋流u8｝；U4＝｛船舶交通因素u9｝.本文对评价体系分层后进行多层次评价，在每一层次的评价中，该层次的各因素集合即为当前的评价集.

1.2 评价集

由评价对象可能作出的评价结果所组成的集合，可以表示为：V＝｛v1，v2，…，vn｝，式中元素vj（j＝1，2，…，m）是若干可能作出的评价结果，模糊综合评判的目的就在于通过评价对象综合考虑所有影响因素.

将评价集定义为V＝（v1，v2，v3，v4，v5）＝（不合理，不太合理，一般合理，比较合理，很合理）.

1.3 隶属函数的建立

浮标配布合理性评价的关键在于如何衡量各因素对航道浮标配布合理性的影响，对浮标配布合理性的评价应当从各因素对其影响程度入手，即确定隶属度.各评价指标的隶属度是通过浮标配布合理性评价等级和隶属函数获得.具体方法是先做出模糊综合评价的隶属度函数曲线，当确知某一指标的隶属度函数分布时，则采用确定的曲线分布，如果不知道或不确切地知道，则采用较为简单的直线分布，本文用三角形分布、半梯形偏分布相结合的方法［5］.

1）航标条件U1的隶属度函数 影响航标性能的因素主要有航标技术的先进性和实用性、航道同侧浮标平均间距和浮标布设方式3个方面，因此选取这3个因素为评价指标，对航道浮标配布合理性进行评价.

（1）航标技术的先进性和实用性.航标所采用的技术应该是实用的和先进的，技术先进性与否通常用“世界领先（＋3）、世界先进（＋2）、国内领先（＋1）、国内先进（0）、行业先进（－1）、一般技术（－2）、落后技术（－3）”.显然采取国际领先技术要比一般技术在航道浮标配布合理性及其助航效能上取得的预期效果和预期效益要好得多.因此航标技术的先进性和实用性是航道浮标配布合理性的隶属度函数，见图1.

（2）航道同侧浮标平均间距U2和浮标布设方式u3.根据我国相关法规规定同侧航道浮标间距不能过大或过小，间距太大将影响到航标的助航效能，间距太小又会给航海人员造成混淆.美国海岸警卫队根据航道周围具体情况确定航道同侧浮标的平均间距为：四周环境开阔、标志间距1nmile；四周环境半开阔、间距0.75nmile；四周环境掩蔽、间距0.5nmile.可见航道同侧浮标平均间距的合理设置是浮标布设合理性的关键.同时对于特定航道是采取门式布设浮标还是交叉布设浮标也直接影响到航标的助航效能进而影响浮标配布的合理性.因此航道同侧浮标平均间距和浮标布设方式也都属于航道浮标配布合理性的隶属度函数.

2）其他指标的隶属度函数 同理可得出航道条件指标（U2）的航道弯曲度 、航道深度 、航道长度 ，自然条件（U3）的能见度 、风＋浪＋流 ，航道船舶交通状况（U4）的船舶交通因素 的隶属度函数.

图1 航标技术先进性和实用性隶属函数分布

1.4 评价指标权重的确定

确定各评价指标的权重时，先由各个专家根据其多年工作和实践经验对各评价指标的重要度进行两两比较，然后再利用层次分析法原理进行相关计算.层次分析法（AHP）中两两比较的专家调查法解决问题的步骤如下［6］：建立递阶层次结构、构造判断矩阵、计算各元素相对权重、一致性检验和计算组合权重.通过对影响航道浮标配布合理性的诸因素进行系统分析，经征询专家意见后建立了主因素和子因素分明的航道浮标配布合理性评价的递阶层次结构，见表1.并依据层次分析法进行运算与检验，得出各评价指标的权重值.

表1 评价模式的递阶层次结构

1）主因素评价指标的权重

2）各子因素评价指标的权重

3）各因素的组合权重为

1.5 建立综合评判模型

通过上述几个步骤，建立了航道浮标配布合理性评价指标集U、评估指标的权重W和评估矩阵R.通过评估指标的权重W和评估矩阵R可得评价向量B，即B＝W·R.对B用公式进行反模糊化得到评判结果，再根据评价集V＝｛不合理（1），不太合理（2），一般合理（3），比较合理（4），很合理（5）｝，建立如表2所列的评判结果与合理度的对应关系.

表2 评判结果与合理度的对应关系

2 模型的应用

根据文章建立的浮标配布合理性的评价隶属函数和各因素的权重系数，构建航道浮标配布合理性评价模型，并利用该模型对泉金航线和厦金航线浮标配布合理性进行评价.文中的数据采用了集美大学船舶助航技术研究所2009年在进行“厦金航线、泉金航线航标配布研究”课题研究时所收集的数据，见表3.

表3 航道浮标指标体系数值表

2.1 泉金航线航标配布合理性评价

1）建立因素集 泉金航线的因素集为：U1＝｛0.4，1.67，2.3｝；U2＝｛5.785，0.38，21.0｝；U3＝｛0.6，15.0｝；U4＝｛0.539｝.

2）建立隶属度函数 根据因素集中相关评价指标的取值得出各指标属于各评价集的隶属度函数为

3）单因素评判 根据文中得出的相关权重系数，进行子因素的评价B＝W·R，评价结果为

4）模糊综合评判 由主因素评价指标的权重U＝｛0.356，0.237，0.214，0.193｝，得主因素评价结果为B＝W·R＝（0.455 4 0.379 0 0.122 8 0.030 7 0.012 5），对B进行反模糊化得v＝1.766.

对照表2，因0≤v＝1.766≤2，所以泉金航线浮标配布的合理性为不合理.

2.2 厦金航线航标配布合理性评价

厦金航线浮标配布合理性的评价和泉金航线评价方法类似，评判结果见表4.根据“厦金航线、泉金航线航标配布研究”课题调研的实际情况，评价结果与3条航线浮标配布合理性的实际情况基本相符.

表4 航道浮标配布合理性评价结果表

3 结束语

航标配布是否科学合理，将直接关系到船舶航行的安全、航道建设投入的产出——社会效益的大小.通过对航标配布的科学化、合理性研究，有利于及时发现航标配布是否合理，航道存在的主要风险及改进方向和方法，使航标为海上交通安全提供可靠保障.文中建立了航道浮标配布合理性模糊综合评判模型，并应用此模型对泉金航线和厦金航线浮标配布的合理性进行评价.模型可对航道浮标配布合理性进行定量评价，可操作性强.但由于影响浮标配布合理性的各评价指标构成复杂，指标属性差别明显，在指标的筛选取舍，指标的量化上缺乏统一标准.因此为更好地定量评价航道浮标配布合理性，还须作更深入的研究.

［1］国际航标协会助航指南［M］.5版.北京：人民交通出版社，2008.

［2］郭建国，王英志.港口水域航标配布的综合评判［J］.大连海事大学学报，2000（4）：38－42.

［3］郑中义，李红喜.通航水域航行安全评价的研究［J］.中国航海，2008（6）：130－134.

［4］王婉秋，方守恩，孙道成.基于灰色管理度的道路交通安全管理设施多层模糊综合评价［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2010（4）：652－656.

［5］杜 栋，庞庆华，吴 炎.现代综合评价方法与案例精选［M］.2版.北京：清华大学出版社，2008.

［6］WANG Zesheng，JIN Yongxing，ZHU Zhonghua.Sea－rout navigation environment risk evaluation based on uncertainty AHP［J］.Navigation of China，2007（3）：57－60.