基于未确知测度的上海水域溢油应急能力评价研究
2014-10-11张晓雷
张晓雷
摘要：针对上海水域溢油应急能力评价中诸多不确定性因素问题，提出利用未确知测度的评价模型对上海水域溢油应急能力进行定量评价，得出合理量化的上海水域可应对一次性溢油量的大小。
关键词：上海水域 溢油应急能力 未确知测度 综合评价
0引言
2010～2012年间，上海港油类、危险品进出港船舶均保持在6.5万艘次的水平，每年油类、危险品货物进出港约
5 000万吨，繁忙的水上交通运输活动是水上污染事故的主要源头之一。上海港从1999 年至2012年间共发生各类船舶油类与化学品污染事故约200起，油类与化学品累计泄漏量近
2 800t，平均每年发生污染事故14.54起。因此需要对上海水域溢油应急能力做出客观评价，了解现有溢油应急能力的实际水平，发现不足并提出建设方向。
本文构建了上海水域溢油应急能力评价指标体系，利用未确知数学评价模型对上海水域溢油应急能力进行评价，得出上海水域溢油应急能力能够应对的一次溢油事故的最大溢油量，不仅解决了评价过程中诸多因素的不确定性，也得出了量化评价结果。
1 上海水域溢油应急能力评价指标体系
本文评价的范围限于上海海事局辖区。目前，上海海事局辖区内的溢油应急物资主要由社会清污力量配备，因此评价上海水域溢油应急能力主要是对上海海事局辖区应急联动清污单位和新建成的外高桥溢油应急设备库清污能力的评价。
本文提出的上海水域溢油应急能力仅指上海溢油应急处置能力，包含清除、卸载、围控和防护等，这既利于量化评估上海目前溢油应急能力，同时又避免了许多主观因素的干扰。上海水域溢油应急能力评价指标体系，是以上海水域溢油应急抢险能力为评价对象，是在对溢油应急抢险能力相关指标进行综合分析的基础上，结合以往事故数据、油类货物运输情况和相关规范性文件，根据一定的评价模型，对上海水域溢油应急能力进行综合评价，具体评价体系见表1.1。
2未确知测度评价模型
2.1 单指标未确知模型
按照测量方式可将对事物的测量分为直接测量和间接测量，未确知测度属于间接测量。因此，首先要建立一个测度空间或可测空间，再定义度量法则。
评价对象 关于指标 的观测值使 处于第 个评价等级 的程度，可用具体实数记作：
满足归一性、可加性、非负有界性3条测量准则的 为未确知测度（简称“测度”），可称 （1.1）
是对象 的单指标测度评价矩阵， 表示 处于各评语等级的未确知测。
2.2 指标权重的确定
本文在确定溢油应急能力评价指标权重时，先利用层次分析法和熵值法分别确定主、客观权重，再利用博弈论进行组合权重的确定。
设 个权重向量 的现行组合为：
（1.2）
是基于基本权重集的一种可能的综合权重向量，它的全体 表示可能的权重向量集。
因此，寻找最满意的权重向量的目标是使 与每个 的离差极小化。由此，导出对策模型：
（1.3）
上述模型是一组含有多目标函数的交叉规划模型，求解该模型能够得到一个跟多种权重赋值方法在整体意义上相协调和均衡一直的综合权重结果。根据矩阵的微分性质，可以得出式（1.3）最优化的一阶导数条件为：
（1.4）
运用Matlab软件即可方便的求出上述方程的解 ，将 代入式（1.2）便可求出综合权重向量 。
2.3 多指标综合测度评价系统
设 表示指标 的权重，且 需满足 和 两个条件，则称
为指标
权重向量。若已知 的单指标测度评价矩阵，关于 的各项指标分类权重向量为 。
令 （1.5）
则 为 的评价向量，其中 表示 处于 等级的未确知测度。
2.4 识别评价准则
设置信度为 ，通常置信度 取为0.6或0.7，最大值为1。令：
（1.6）
则判定 属于第 个评价等级 ，其真实含义为 不低于 等级的置信度为 或说是低于 等级的置信度是 。
3 上海水域溢油应急能力未确知综合评价
上海水域溢油应急能力评价空间可记作：， 分别代表Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，且 ， 表示空集。若 能力等级比 的能力等级要低，记作 。因此， 为评价空间 上的一个有序分割类，在有序评价空间上依据置信度识别准则评定上海水域溢油应急能力的等级。
根据上海水域近年溢油事故油类泄漏数量、IMO统计溢油事故吨数分级和国内外溢油事故等级划分以及溢油应急能力评价标准等，经过向上海海事局、东海救助局和大连海事大学等专家学者的咨询，将上海水域溢油应急能力评价等级分为5级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，具体含义为：Ⅰ级可以应对一次溢油量为小于100t的污染事故；Ⅱ级可以应对一次溢油量为100～500t污染事故；Ⅲ级可以应对一次溢油量为500～1 000t的污染事故；Ⅳ级可以应对一次溢油量为1 000～1 500t的污染事故，Ⅴ级可以应对一次溢油量为1500吨的污染事故。具体将具体溢油能力的各个等级与对应的程度规定如下：
本文所选取的评价指标均为定量指标，由于各指标测度函数计算过程类似，只是具体的测度函数分布区间不同，因此以上海水域海上溢油应急预案最适于应对溢油吨位进行计算示范。2011年经过修订完善的《上海海上搜救和船舶污染事故专项应急预案》中规定了溢油事故等级。经过咨询相关专家，本文认为海上溢油应急预案最适于应对溢油事故吨位为1 000t。
根据表1.2，可以确定海上溢油应急预案最适于应对溢油吨位的测度函数分布图如下图：
图1.1 海上溢油应急预案最适于应对溢油吨数的测度函数分布图endprint
Fig.1.1 Marine oil spill contingency plans best suited for dealing with spills tonnage measurement function distribution
目前，相关应用研究多利用直线型测度函数分布，但是平滑的抛物线比直线型测度函数得出的概率更贴近“真值”，因此本文采用抛物线型分布。具体测度函数如下：
（1.7）
由上式得出，当 时，得出海上溢油应急预案最适于应对溢油吨位的评价矩阵为 。
根据《上海内河船舶污染事故专项应急预案》、《国家船舶应急设备库设备配备管理规定》（试行）、《船舶污染海洋环境风险评价技术规范》（试行）、《沿海船舶污染事故应急能力评估指南》和《港口码头应急能力评估指南》以及广东海事局下发的《广东海事局辖区沿海船舶溢油应急队伍溢油清除能力范例参照标准》等文件对各项指标标准的规定，并结合上海水域溢油应急能力建设实际，根据表1.2，划分了各项指标的评价标准并用matlab软件可以画出各指标的测度函数曲线图。
根据各指标测度函数分布图，和上海水域各指标实际数据 ，得到了单指标测度评价矩阵（ 为属于各等级的测度）：
（1.8）
根据层次分析法和熵值法赋权方法以及上文提到的博弈论组合赋权，经计算得出各指标最优的权重向量为：
（1.9）
根据上文介绍的多指标综合评价模型和式（4.21）、（4.23）的结果，最终得到多指标未确知测度向量： 。
取置信度 ，即可得到上海水域溢油能力评价等级：
（1.10）
由上述结果可知，上海水域溢油应急能力属于第Ⅴ级。
本文利用未确知数学的评价模型，结合走访调研的具体数据，对上海水域溢油应急能力进行了综合评价，得出了上海水域溢油应急能力为可以应对一次性溢油量为1，500t的溢油污染事故，较以往应急能力评价时得出的定性结果更进一步，评价结果也从上海海事局2013年2月宣布的“一次溢油控制清除能力基本达1，000t”的处得到佐证，两者差距主要在于本文考虑了上海水域东海救助局、上海打捞局和社会公司等应急联动单位的应急物资储备。
由于调研数据的不完全和不具体，在确定测度函数分布区间时还有待提高。调研数据资料还欠完整和细致，尽管不影响本文研究结果的可信性，但还是给评价结果的详细性和完美性带来了一定的影响，还有待细化完善。
参考文献
[1]Lisa Woolgar， Assessing the Increasing Risk of Marine Oil Pollution Spills in China， 2008 International Oil Spill Conference， Page 714.
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[10]王光远.未确知信息及其数学处理.哈尔滨建筑工程学院学报.1990.12（4）：1-4.
[11]曹庆奎，任向阳，刘琛等.基于粗集-未确知测度模型的企业技术创新能力评价研究.系统工程理论与实践.2006.04.67-72.
[12]郭鹏，杨晓琴.博弈论与纳什均衡.哈尔滨师范大学自然科学学报.22（4）.2006.02：25-28.
[13]王书吉，费良军，雷雁斌等.两种综合赋权法在灌区评价中的应用研究.西安理工大学学报.2009.01：207-211.
[14]刘开第，曹庆奎，庞彦军.基于未确知集合的故障诊断方法.自动化学报. 2004.09.30（5）：747-756endprint
Fig.1.1 Marine oil spill contingency plans best suited for dealing with spills tonnage measurement function distribution
目前，相关应用研究多利用直线型测度函数分布，但是平滑的抛物线比直线型测度函数得出的概率更贴近“真值”，因此本文采用抛物线型分布。具体测度函数如下：
（1.7）
由上式得出，当 时，得出海上溢油应急预案最适于应对溢油吨位的评价矩阵为 。
根据《上海内河船舶污染事故专项应急预案》、《国家船舶应急设备库设备配备管理规定》（试行）、《船舶污染海洋环境风险评价技术规范》（试行）、《沿海船舶污染事故应急能力评估指南》和《港口码头应急能力评估指南》以及广东海事局下发的《广东海事局辖区沿海船舶溢油应急队伍溢油清除能力范例参照标准》等文件对各项指标标准的规定，并结合上海水域溢油应急能力建设实际，根据表1.2，划分了各项指标的评价标准并用matlab软件可以画出各指标的测度函数曲线图。
根据各指标测度函数分布图，和上海水域各指标实际数据 ，得到了单指标测度评价矩阵（ 为属于各等级的测度）：
（1.8）
根据层次分析法和熵值法赋权方法以及上文提到的博弈论组合赋权，经计算得出各指标最优的权重向量为：
（1.9）
根据上文介绍的多指标综合评价模型和式（4.21）、（4.23）的结果，最终得到多指标未确知测度向量： 。
取置信度 ，即可得到上海水域溢油能力评价等级：
（1.10）
由上述结果可知，上海水域溢油应急能力属于第Ⅴ级。
本文利用未确知数学的评价模型，结合走访调研的具体数据，对上海水域溢油应急能力进行了综合评价，得出了上海水域溢油应急能力为可以应对一次性溢油量为1，500t的溢油污染事故，较以往应急能力评价时得出的定性结果更进一步，评价结果也从上海海事局2013年2月宣布的“一次溢油控制清除能力基本达1，000t”的处得到佐证，两者差距主要在于本文考虑了上海水域东海救助局、上海打捞局和社会公司等应急联动单位的应急物资储备。
由于调研数据的不完全和不具体，在确定测度函数分布区间时还有待提高。调研数据资料还欠完整和细致，尽管不影响本文研究结果的可信性，但还是给评价结果的详细性和完美性带来了一定的影响，还有待细化完善。
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由上式得出，当 时，得出海上溢油应急预案最适于应对溢油吨位的评价矩阵为 。
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根据各指标测度函数分布图，和上海水域各指标实际数据 ，得到了单指标测度评价矩阵（ 为属于各等级的测度）：
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