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船舶定线制设计方案评价
船舶定线制设计方案评价
第31卷第3期
2010年9月
V01.31No.3
Sept.2010
文章编号:
1672—9498(2010)03?
0005—05
船舶定线制设计方案评价
张浩,俞斌一,肖英杰,杨小军,白响恩
(1.上海海事大学商船学院,上海201306;2.中化国际(控股)股份有限公司,上海200121)
摘要:
为推进船舶定线制的规划和实施,结合近年来进行的长江口船舶定线制研究工作,建立船
舶定线制设计方案评价模型.该模型用群体决策方法确定定性评价指标值;用熵权法确定方案定量
指标值;用逼近理想解排序法实现方案的排序和优选.通过对6种不同的船舶定线制设计方案的评
价表明,该模型对船舶定线制设计方案评价具有适用性.
关键词:
船舶定线制;熵权模糊层次分析;群体决策;逼近理想解
中图分类号:
U675.5;U676.1文献标志码:
A
Alternativedesignevaluationofship'Srouteingsystem
ZHANGHao,YUBin,XIAOYingjie,YANGXiaojun,BAIXiang'en
(1.MerchantMarineCollege,ShanghaiMaritimeUniv.,Shanghai201306,China;
2.SinochemInternationalCorporation,Shanghai200121,China)
Abstract:
Inordertoadvancetheplanningandimplementationoftheship'Srouteingsystem,anevalua—
ti,nmodelfortheship'Srouteingsystemisestablished,combinedwiththeresearchofship'Srouteingat
theentranceofYangtzeRiverinrecentyears.Qualitativeevaluationindexesareobtainedbygroupdeci-
sion—makingmethod;quantativeevaluationindexesareobtainedbyentropyweightmethod;andordering
andoptimizationofalternativesarecarriedoutbythemethodofOrderPreferencebySimilaritytoIdeal
Solution.Resultsoftheevaluationmodelbeingusedinevaluatingsixdifferentdesignsshowthatthepro—.
posedmethodisapplicabletothedesignevaluationofship'Srouteingsystem.
Keywords:
ship'Srouteingsystem;entropyweight;fuzzyhierarchyanalysis;groupdecision—making;
similaritytoidealsolution
0引言
目前,全球120多个地区已建立分道通航制,其
他的定线制和强制报告制也已经建立8O多个.实践
表明,建立船舶定线制可大量减少船舶碰撞事故.
2000年我国开始在烟台成山头实施定线制,然
后在长江口,长江江苏段,大连大三山和宁波一舟山
核心港区深水航道,青岛水域,珠江口以及琼州海峡
等水域实施船舶定线制,在我国香港地区也实施分
道通航制.近1O年来,交通运输部一直致力于我国
船舶定线制的规划研究和实施工作,并将其作为推
进新安全管理理念的突破口.…
船舶定线制方案的设计过程涉及因素众多,需
综合考虑实际交通流量,船员的习惯航路,航道因素
收稿日期:
2009—12—31修回日期:
2010—03-02
基金项目:
上海市科学技术委员会2009年度创新行动计划(09170502000);上海海事大学校基金(C800209024)
作者简介:
张浩(1982一),男,湖北襄樊人,博士研究生,研究方向为海上交通风险评估,(E—mail)58609304@sina.con
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海
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L一
6上海海事大学第31卷
和管理因素等,对其评价也是1个多准则,多目标的
决策问题,需考虑评价指标体系的建立和评价方法
的选择.邵哲平等通过对厦门湾附近水域海上交
通状况的调查和海难事故的统计分析,提出厦门湾
附近水域船舶定线制的设计方案;翁跃宗等在此
基础上提出符合船舶定线制设计的数据分析方法,
将船舶定线制方案准确表达在电子海图上,具有一
定的通用性;卓永强等在船舶交通系统建模的基
础上提出1种新的基于航路的船舶交通系统模拟方
法;张寿桂等对我国台湾海峡现有船舶定线制连
接部分的类型,组合方式,尺度和位置等问题进行分
析,提出该海域船舶定线制设计方案.综上,国内外
学者对定线制的研究多限于对方案的定性或定量分
析,对方案的评价方法也多为单一方法,鲜有将定性
和定量分析相结合的综合评价,且评价结果与海事
部门的实际情况往往存在较大分歧.
1船舶定线制方案的综合评价方法
结合近年来的长江口船舶定线制研究工作并征
求相关专家的建议,从警戒区,通航分道,长江口灯
船,锚地和引航作业区等方面提出6个不同的设计
方案.6个方案的相同点是全部采用南北槽航道与
相应警戒区相连并在附近辅以锚地和引航作业区的
方式;不同点是警戒区及区外的连接航道,通航分
道,锚地位置和引航作业区位置等的设置不同.
评价方法总体架构见图1.
图1评价方法总体架构
在决策过程中,运用熵值法评价以保证定量指
标评价的客观性,利用模糊层次分析法(Fuzzy—Ana—
lyticHierarchyProcess,FAHP)解决定性指标评价的
模糊性,最后基于逼近理想解排序方法(Technique
forOrderPreferencebySimilaritytoIdealSolution,
TOPSIS)实现方案的排序与优选.
2船舶定线制方案的评价指标体系
结合长江口船舶定线制实际情况,船舶定线制
设计方案的评价指标从效率,安全性和服务性等3
个方面产生,其评价指标体系见图2,其中:
效率指
标为定量指标,安全指标和性能指标为定性指标.
评
价
指
标
效
盔
指
标
()
安
全
指
标
()
性
能
指
标
(£)
航道基础设施()
国际化需要(E
服务水平(的
图2评价指标体系
本文优选的定量评价指标分为两类:
一类根据
船舶定线制仿真结果的标准测量和判定指标性能;
另一类通过计算对定线制设计的安全,有序,畅通和
高效产生影响的因素得到评价参数.
一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一
一一一一一一一
一一一一一一一一一
第3期张浩,等:
船舶定线制设计方案评价7
3船舶定线制方案的评价方法
3.1熵值法的原理和步骤
熵的概念产生于热力学,用于描述离子或分子
运动的不可逆现象.后由SHANNON引人信息论中,
现已被工程技术和社会经济等领域广泛应用.根据
信息论的基本原理,信息是系统有序程度的度量;
而熵是系统无序程度的度量,二者绝对值相等,符号
相反.信息熵在确定指标权重方面具有较好的客观
性,本文利用熵值法测量船舶定线制设计效率指标
评价结果的不确定性.
以熵值法进行综合评价的步骤:
(1)将各指标同度量化.
正向指标
兰
尸=,∈m;∈n()
p
厶
=
lmax(x)
负向指标
高,:
兰
1P
i∈m;∈n
(2)
(2)计算第.项指标的熵值
=~Polnpk=l/Inn(3)
i=1
(3)定义第项指标的熵权
n
W,=(1一E,)/(n—E)(4)
百
3.2FAHP确定定性指标权重
针对一般FAHP不能保证评判矩阵的正反性和
一
致性且不能处理非对称三角函数的问题,提出改
进的FAHP模型_8J,具体计算步骤如下:
步骤1三角模糊数表示为(z,m,u),专家
通过比较表1所示的语言变量值获得矩阵A的上
三角数值,通过取反得下三角数值.
表1语言变量值的模糊数
语言变量值(Z,m,Ⅱ)
同等重要(0.00,0.10,0.25)
稍微重要(0.15,0.30,0.45)
较为重要(0,35,0.50,0.65)
重要(0.55,0.70,0.85)
极其重要(0.75,0.90,1.00)
步骤2每位专家获得模糊比较矩阵,指第
位专家,根据
£L£
=
(z,mij,")=(∑z,∑m,∑4)/Lk=1k:
1=1
(5)
得专家群体对指标的模糊比较矩阵.
步骤3计算矩阵A的特征向量,将三角模糊
判断矩阵转化为非模糊判断矩阵,实质就是利用一
定的方法将三角模糊数对应于某一非模糊数,可将
中的每个元素转化为非模糊实数,从而构成非
模糊判断矩阵..截集的置信水平
F=[f+OL(m—f),M+(m一")],
∈[0,1];0<OL≤1;i√=1,2,…,n(6)
根据专家满意度因子可进一步预估矩阵元素a:
的准确数值
面=t.ta@+(1一)a,∈[0,1](7)
式中:
r上=1+Ot(m一1),.aa=+(m一").当和
肚固定时,模糊比较矩阵可反模糊化.
步骤4检验矩阵A的一致性.j
一
致性指标
c,:
(8)
n—l
随机一致性指标
厂,
CR=RI(9)
式中:
A…为矩阵的最大特征向量;n为矩阵的维度;
(凡)为提前设定的任意算子,对于3~9阶判断矩
阵,平均随机一致性指标R,的取值见表2
表2肼取值表
n3456789
R,O.58O9O1.121.241.321.4l1.45
注:
1阶和2阶判断矩阵总具有完全一致性,RI=0.O0.
若CR<0.10,则判断矩阵求得的权重因数可以
接受;否则对A加以调整,重新计算.
步骤5通过归一化得指标权重,同时可调整
和以应对不同环境下决策的可能变化.
3.3基于群体决策的定性指标评价
模糊语义变量表示风险指标的评估结果,其表
示尺度见表1.按照隶属函数值进行量化,对结果运
用模糊排序加权平均算子进行集成,集结权重
山=Q(i/k)一Q((i一1)/k),
=
1,2,…,k(10)
式中:
Q的定义为
8上海海事大学第31卷
r
0,<Ⅱ
O(x)={—三手,.≤<6;口,6,∈Eo,1]
【1.≥b
(11)
q(x)代表不同模糊语义的量化词,通常分为"大多
数","至少一半"和"尽可能多",对应的参数(CI,,b)
分别为(0.3,0.8),(0,0.5)和(0.5,1),见图3.评
价指标体系的上层指标评价结果由下层指标评价结
果加权后相加得到.
00308005005l0
图3模糊语义量词
3.4基于TOPSIS的设计方案排序
TOPSIS根据各被评估对象与理想解和负理想
解之问的距离排列对象的优劣次序.…
(1)定量指标的评价值直接由效益指标按式
(1)或
(2)得到.定性评价生成的模糊数可用下式进
行反模糊化
r=(口+26+c,)/4(12)
(2)构造加权评价矩阵
(13)
(3)确定理想解和负理想解.
理想解
X=}={(max,I∈J),
(minI.『∈J2)},i=1,2,'一,凡
负理想解
.
=
{}={(rainl∈J1),
(maxlj-∈J2)},i=1,2,…,n
式中:
.,为效益型指标集;为成本型指
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