基于组合赋权-云模型的炮弹公路运输安全评估研究

王巍，姚恺

(陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003)

炮弹公路运输是弹药保障的重要内容，也是影响弹药安全的关键环节。由于炮弹自身所具有的危险属性，在公路运输过程中容易受到外界环境刺激而发生火灾、爆炸、炮弹跌落等严重安全事故。因此，在进行炮弹公路运输前开展全面、科学的安全评估工作具有重要现实意义。

目前，我国弹药安全评估研究主要集中在弹药库房安全、装卸载、弹药处废系统、弹药维修等方面，所采用的评估方法主要为改进灰色评价法、模糊神经网络、熵权模糊综合评判、梯形模糊综合分析法等[1-5]。虽然针对弹药安全评估的研究已有很多，但在炮弹公路运输安全评估方面仍缺少深入研究。现有评估方法在安全指标权重确定、模糊和不确定性因素量化等方面还不完善，评估结果受主观因素影响较大。为此，构建炮弹公路运输安全评估指标体系，引入组合赋权-云模型方法进行安全评估，能够使评估内容更加全面，权重确定更加合理，指标量化更加科学，评估结果更符合实际。

1 安全评估指标体系构建

炮弹公路运输安全评估指标的选择和指标体系的构建是一个复杂的过程，选择内容对评估结果的准确性和客观性有着直接影响。在遵循科学性、系统性、独立性和可操作性的基础上，确立安全评价指标体系建立流程，如图1所示。

在综合考虑GJB 3493—1998 军用物资运输环境条件、部队实际和现有研究[6]的基础上，依据系统科学、客观全面、准确合理的原则，从以下5个方面对炮弹公路运输安全评价指标进行选择：

1)人员因素。在参与炮弹运输的各类人员中，驾驶员是运输过程中最为活跃的因素，其对运输安全的影响主要表现在专业技能、驾驶经验、身体和心理素质以及安全意识4个方面。

2)车辆因素。对于基层部队来说，以东风系列和解放系列为代表的军用运输车辆是进行炮弹公路运输的主要载体，其主要影响因素包括车辆自身的安全性能、技术状态和结构特性3个方面。

3)弹药因素。炮弹自身的安全属性是运输安全的内在原因，主要包括引信种类、主装药、战术技术指标和勤务要求、弹药包装、规定运输速度等。

4)环境因素。环境因素是影响公路运输安全的外在条件，特别是在运输速度、道路状况、天气情况等因素的叠加作用下，弹药所受冲击和振动作用会明显加剧[7]，影响了弹药运输安全。

5)管理因素。好的管理制度可以有效化解军地双方不同部门间的管理矛盾，提升弹药运输安全的管理水平。其主要内容包括规章制度、管理水平、安全培训和应急处置4个方面。

炮弹公路运输安全评估指标体系如图2所示。

2 基于组合赋权的安全评价指标权重

为避免单一赋权方法无法兼顾主观经验与客观信息的问题[8]，炮弹公路运输安全评估指标的权重主要采用基于层次分析法和熵权法的主客观组合赋权方法进行赋权。

2.1 层次分析法确定指标权重

作为传统的主观赋权方法，层次分析法在应用过程中产生了多种标度方法，为使炮弹公路运输安全评估指标的相互比较更加清晰，在标度方法上采用了更易进行逻辑判断的5标度法[9]。构造判断矩阵B：

B=[bij]n×n，

(1)

式中，bij为炮弹公路运输安全评估指标i与指标j相比的重要性。当i=j时，bij=1，bij>0且满足bij×bji=1。

根据式(1)所示判断矩阵，通过方根法[10]计算判断矩阵的特征根与特征向量，而后分别确定层次单排序、层次总排序及一致性检验，得到主观权重wjz=(wjz1,wjz2,…,wjzn)。

2.2 熵权法确定指标权重

熵主要用来表示系统的无序程度，能够代表各个指标在实际问题中提供信息量的多少，是一种将评价指标所含信息进行量化与综合的赋权方法。作为一种客观赋权方法，熵权法可以有效降低炮弹公路运输安全评估过程中主观因素对评估结果的影响。通过对判断矩阵进行归一化处理，得到标准化矩阵：

(2)

式中：Z为标准化后的矩阵；zij为归一化矩阵中的元素；bij为层次分析法中构造的判断矩阵元素。

(3)

(4)

2.3 组合权重确定

通过组合赋权法确定评价指标组合权重，能够把主客观赋权法有机地结合起来，使组合权重更接近炮弹公路运输安全评估的实际情况。根据文献[11]和文献[12]给出的方法，设组合权重为wj，由层次分析法所得权重为wjz，由熵权法所得权重为wjk，设两者的距离函数为d(wjz，wjk)，其表达式为

(5)

组合权重wj表达式为

wj=αwjz+βwjk，

(6)

式中：α为主观权重对应系数；β为客观权重对应系数，并且满足相应约束条件：

(7)

通过求解系数α和β，可得到炮弹公路运输安全评估指标权重wj。

3 弹药公路运输安全评估模型构建

3.1 云模型

云模型是李德毅于上世纪90年代首次提出的进行定性与定量相互转换的模型[13-15]。该模型对于处理炮弹公路运输安全评估中的不确定性因素具有较好的适用性，通常以期望Ex、熵En和超熵He这3个基本数字特征表示系统包含的信息。云模型数字特征示意图如图3所示。

3.2 确定标准云

结合部队运输实际和以往评估经验，可将炮弹公路运输安全评估结果划分为低风险、较低风险、中等风险、较高风险和高风险5个等级。每一等级区间[xmin，xmax]的云参数计算公式[16]为

(8)

式中，K为常数，通常取0.1。

3.3 云模型构建

邀请n位专家组成员根据炮弹公路运输安全评价标准进行评价，并运用逆向云发生器，确定各指标的云模型数字特征，算法如下：

(9)

根据组合赋权结果，通过综合云算法[17-18]。可计算出上一层指标云模型数字特征：

(10)

式中：Ex、En、He为上一层指标云模型数字特征，n为对应下一层指标个数，Exj,Enj,Hej(j=1,2,…,n)为相应下层云模型数字特征。根据上述两式可计算出顶层指标云模型数字特征。

4 炮弹公路运输安全评估实例应用

4.1 炮弹公路运输任务基本情况

在某次弹药调拨任务中，计划对60箱某型炮弹实施公路运输。该型炮弹外包装采用木质包装，内包装为包装筒，每箱6发，弹药质量为堪用；运输车辆采用东风系列运输车，具备防雨篷布、副挡板，车况良好；运输路线途径京昆高速，合计里程约200 km。

4.2 炮弹公路运输安全评估计算

为验证上述基于组合赋权-云模型的评估方法在炮弹公路运输安全评估中的有效性，以某次弹药调拨任务为评价对象，邀请部队及院校专家，对其进行安全评估。

4.2.1 确定权重指标

根据层次分析法与熵值法步骤分别确定弹药公路运输安全评价指标主观与客观权重。再由式(5)和式(7)计算得出主观权重系数α=0.445，客观权重系数β=0.555。权重计算结果如表1所示。

表1 评价指标权重计算结果

4.2.2 构建标准云模型

结合以往弹药公路运输经验和任务实际，将各等级风险划分区间设定为(90，100]，(80，90]，(60，80]，(40，60]，(0，40]，K取0.1。根据式(8)计算出每一等级区间的云参数，评估等级及标准云如表2所示。

表2 评估等级及标准云

通过MATLAB编程，运行后得到各评价等级标准云图，如图4所示。

4.2.3 确定评价云

经过专家组对某次炮弹运输安全评价打分，根据式(9)依次得到各评价指标云模型参数，如表3所示。

表3 评价指标云模型参数

4.2.4 安全风险综合评价

通过式(10)将各评价指标进行计算后，最终得出弹药公路运输安全评价综合云模型数字特征C=(80.600，0.939，0.249)，将综合评价云与标准云图叠加后得到综合评价云图，如图5所示。从图5中可以看出红色的综合评价云滴大部分分布于“较低风险”区间，其余少数分布于“中等风险”区间，因此综合评价云与“较低风险”更加接近，即此次弹药公路运输安全综合评价为“较低风险”。

4.3 安全评估结果及分析

虽然此次炮弹公路运输任务风险评价等级为较低风险，但通过表2中各评价指标云模型参数可以看出，在该次弹药公路运输任务中，车辆安全性能、结构特性、弹药包装、道路状况、天气因素、安全培训等方面期望值偏低，需要采取相应措施进一步完善和改进。

4.4 安全预防及改进措施分析

根据评估结果，为降低炮弹公路运输事故发生的可能性，可通过采取有针对性的预防和控制措施，提高运输安全水平。

1)严格车辆安全检查。参与运输任务车辆在整体安全水平、技术状态、维护保养等方面未能达到较好的状态，间接影响了炮弹运输安全，存在一定风险隐患。因此在开始执行运输任务前，应由专人对运输车辆进行全面的安全检查，确保车辆关键部件使用的可靠性和安全性，将车辆安全隐患消除在准备阶段。

2)检查包装状态，规范炮弹装载。根据该型炮弹包装形式及包装材质，在进行装载时应逐一检查其包装状态，确保包装完好、安全有效。同时按要求进行堆码，并采取捆绑、加固等措施，降低炮弹跌落事故发生的可能性，提高运输安全性。

3)科学规划运输路线及时间。在路线选择上，原有路线部分路段存在道路施工、路面剧烈颠簸等风险因素，因此在开展运输任务前，应提前规划运输路线、勘察道路情况，避免公路等级低、路面条件差、交通拥堵、人员密集路段。在运输时间上，也应避免雨雪冰冻以及大雾等恶劣天气运输，降低不利天气对运输安全的影响。

4)开展驾驶员安全培训。参与该次运输任务的驾驶员虽然在驾驶技能、驾驶经验、心理素质等方面表现较好，但对于该型炮弹基本情况了解不多，针对性的安全培训参与不够。因此在运输任务准备阶段，应增加驾驶员安全培训内容，学习相关管理规定、弹药安全基本知识及突发情况的处理方法等内容，以减少炮弹公路运输事故发生的可能性，提升运输安全水平。

5 结束语

笔者以炮弹公路运输安全评估为研究对象，针对评估过程中单一赋权方法无法兼顾主观经验与客观信息的问题进行了探讨，选择炮弹公路运输安全评估指标，构建了安全评估指标体系，提出运用组合赋权-云模型的方法对炮弹公路运输过程进行安全评估。通过实例验证，得出了某次炮弹公路运输任务的安全水平，分析了该次任务中影响炮弹公路运输安全的主要因素，并针对分析结果给出了提高运输安全的意见和建议。研究表明，该方法所得结果与部队实际情况基本相符，能够较好地反应评价对象的安全水平，可行性、操作性较强，能够为制定安全防范措施、降低炮弹公路运输风险提供一定理论支撑。