海洋环境安全保障通用技术适用性评价研究

王岩峰,于文举,宁春林,刘芳明,丁军航,官晟

(1.自然资源部第一海洋研究所 青岛 266061;2.青岛大学 青岛 266071)

0 引言

随着“一带一路”倡议的提出和实施,我国与相关国家之间的海洋科技合作迎来良好发展机遇,使我国与国际海洋经济、文化和政治等的合作关系更具建设性和丰富性[1-4]。促进海洋领域技术合作,推动我国自主海洋科学技术的输出和国际推广,是“一带一路”倡议的重要合作方向[5]。海洋环境安全保障通用技术包括海洋环境立体监测系统、区域海洋环境预测预报系统以及海洋环境灾害预警和应急系统三大类。经过多年发展,我国海洋环境安全保障通用技术的发展取得显著成果,多项技术得到泰国、印度尼西亚、马来西亚和斯里兰卡等“21世纪海上丝绸之路”沿线国家的政府或应用单位的认可。

与此同时,在技术合作实践方面,考虑到“21世纪海上丝绸之路”沿线国家与我国在自然环境、技术基础和社会制度等方面存在差异,须针对各国的实际需求和应用情况开展海洋环境安全保障通用技术适用性评价,从而更加客观地评价技术推广效果和科学合理地聚焦技术攻关目标,提升我国自主海洋科学技术在相关国家的影响力[6-8]。本研究设计海洋环境安全保障通用技术适用性评价模型和相应评价方法,并以白龙浮标为例探索开展技术适应性评价,以期为我国自主海洋科学技术的国际应用提供科学评价方法。

1 评价模型

参照已有研究成果[9],本研究将海洋环境安全保障通用技术适用性评价定义为:建立科学、全面和实用的评价系统,在“21世纪海上丝绸之路”沿线国家不同的自然环境、技术基础和社会制度等的条件下,对保持我国自主海洋科学技术的规定特性和满足当地技术应用能力的偏移程度进行评定,并得到量化的适用程度的结论。

参照已有研究成果[10],构建海洋环境安全保障通用技术适用性评价模型。模型共分为4层结构:①目标层为海洋环境安全保障技术的评价目标,即适用性;②准则层是技术指向的3个利益攸关方,包括直接用户、技术输出方和管理方,其中直接用户指技术输入国中技术的直接使用者,技术输出方指本国科研机构和人员,管理方指技术输入国相对应的管理机构和人员;③指标层是3个利益攸关方角度的不同指标,包括社会性评价、经济性评价、环境评价、合规性评价、人员知识技能评价和技术性评价6个维度;④方案层为综合评价结果(图1)。

图1 海洋环境安全保障通用技术适用性评价模型

2 评价方法

在各类系统的综合评价中,已有多种评价方法得到广泛应用,包括层次分析法[11-12]、网络分析法[13]、模糊综合评价法[14-15]和人工神经网络法[16]等。层次分析法可将复杂的评价系统按照分解、比较判断和综合的思路进行决策分析,思路清晰,但定量数据较少,定性成分居多,难以准确评价系统;模糊综合评价法可通过精确的数据,对模糊的系统进行科学合理的量化评价,有助于解决决策的模糊性和不确定性。

基于海洋环境安全保障通用技术的特点,本研究将层次分析法和模糊综合评价法相结合,建立海洋环境安全保障通用技术适用性评价方法。运用层次分析法衡量专家对某项指标的偏移程度并建立量化判断矩阵,计算各项指标的相对重要度向量,通过数据归一化得到各项指标的权重;运用模糊综合评价法选择合适的隶属度函数,对各项指标进行量化分析处理,最终得到综合评价结果。

2.1 独立评价

2.1.1 权重向量

运用层次分析法[12]确定准则层和指标层的要素权重。利用九级标度法确定各要素的重要性偏移程度,构造判断矩阵(W),并计算各要素的相对重要度向量:

式中:wij为各要素的相对重要度;n为要素数量。

对其进行归一化,可得到一级指标的权重向量:

权重向量的合理性须通过计算判断矩阵的一致性指标(CI)来检验。当CI≤0.1时,即通过一致性检验。

2.1.2 独立评价值

每个利益攸关方对6个方面指标的评价侧重点不同,须单独进行权重分配工作,因此引入独立评价值,即在每个准则层下分别对各项指标进行评价,且每个准则层下的评价值相互独立、互不影响。

求取独立评价值包括4个步骤。

(1)确定评价等级集合S=(S1,S2,…,Sn)和评价指标集U=(U1,U2,…,Un),建立五级评价等级及其评分细则。

(2)统计并确定各项指标的隶属度向量[15],构造隶属度矩阵:

式中:Ti为指标i的单因素评价值;tin为指标i在评价等级n下的频率,通常将其归一化,使

(3)计算第n个评价等级的综合隶属度:

式中:×为模糊合成算子[17]。

(4)计算独立评价值:

式中:X为评分区间的中值。

2.2 综合评价

所有准则层下的独立评价结果为K=[K1,K2,K3,…,Ki],准则层的综合评价结果由独立评价值和权重向量得到:

根据评分标准,80≤J＜100为“适用”;60≤J＜80为“基本适用”;J＜60为“不适用”。

2.3 评价流程

结合海洋环境安全保障通用技术用户群体广泛和评价指标众多的特点,制定适用性评价流程(图2)。

3 案例分析

白龙浮标是我国在印度洋投放的首个深海浮标,也是首个上传数据至全球电信系统(GTS)从而实现全球数据共享的浮标[18]。近年来,随着我国海洋观测事业的发展和国际海洋观测合作的加强,白龙浮标得到更加广泛的应用。开展白龙浮标在“21世纪海上丝绸之路”沿线国家的适用性评价,有助于了解该项技术在不同环境下的通用性和兼容性,为科学合理的技术改进提供参考依据。

采用专家打分法确定准则层中直接用户、技术输出方和管理方的权重,得到评价矩阵。经数据处理后,求得一致性指标CI=0.004 6,表明评价矩阵通过一致性检验,进而得到3个利益攸关方各自的权重ωW=[0.457 9,0.126 0,0.416 1]。

邀请多位从事白龙浮标研发和应用工作的专家填写调查问卷并评分。为确保数据的客观性和准确性,对3个利益攸关方分别进行调查,并对基础数据进行处理,确定各项指标的权重(表1)。

表1 指标权重

隶属度矩阵如表2至表4所示。

表2 隶属度矩阵(直接用户)

表3 隶属度矩阵(技术输出方)

表4 隶属度矩阵(管理方)

将隶属度矩阵导入评价模型,得到模糊综合评价矩阵和各方的独立评价权重矩阵:

3个利益攸关方的独立评价值为[88.35,91.72,89.52]。

根据3个利益攸关方的权重,白龙浮标技术的适用性评价值为89.26,评价结果为“适用”,表明该项技术不仅得到相关国家和单位的认可,并且在技术合作实践方面能够适应当地的自然环境、技术基础和社会制度等条件以及满足当地的实际需求。

4 结语

随着“一带一路”海上合作的持续推进,我国将有越来越多的自主海洋科学技术在沿线国家应用,因此构建评价相关技术适用性的方法体系至关重要。本研究首次将我国自主海洋科学技术与适用性评价相结合,以评价海洋环境安全保障通用技术在“21世纪海上丝绸之路”沿线国家应用的适应程度。由于海洋环境安全保障通用技术的用户群体广泛,其适用性评价体系指标众多且受多种因素制约,采用基于层次分析法的模糊综合评价法,不仅使评价模型的层次结构和求解过程更加清晰,而且将对模糊系统的定性分析转为定量评价。白龙浮标的适用性评价结果初步验证本研究构建的海洋环境安全保障通用技术适用性评价模型的有效性,下一步将陆续对其他自主海洋科学技术的适用性进行评价,从而为“一带一路”海上合作提供参考。