基于SPA的方法的通航安全评估

摘要

港口水域航行安全的影响因素很多，其中大部分是不定的，因此，我们可以把它们作为一个不确定系统的一部分，其中包括船舶子系统，人的子系统，环境子系统，船员服务子系统和港口服务子系统。本文提出了一套评价港口水域通航安全的集对分析（SPA）理论，并充分利用港口水域通航安全影响因素。利用SPA理论对港口水域通航安全进行评价，不仅充分考虑了港口水域通航安全的影响因素，也充分考虑了各要素的权重，并反映了各因素之间的关系。SPA可以改善港口水域的通航安全，防止水上交通事故的发生，也有助于改善港口水域的安全状况和港口水域的航行效率。基于SPA的港口水域通航安全评价是一种新方法，也是可行的。并展望了SPA在港口安全评价中的应用，可以拓展在空间和时间方面。

1.引言

港口水域通航安全评价是港口水域交通风险评估的一个重要手段，有助于海事管理部门改善港口水域的安全状况，保障航行安全，提高航行效率。该方法可分为三类，它们是水环境模拟、数学模型和系统分析方法的应用（Jun, et.al. 2005）。港口水域通航安全评价方法的数学模型包括概率论和数理统计法、安全指数法、灰色理论、模糊理论、神经网络方法等。概率论和数理统计法和安全指数法要求大量以前的事故数据，对过去的事故进行统计分析是困难而复杂的，而且评价是基于过去的数据，所以实验模型是滞后的。灰色系统理论和模糊数学理论可以采用定量评价和定性评价，同时综合使用时，计算复杂。神经网络方法评价结果单一，评价过程不透明，具有严重的局限性。运用集对分析理论，在确定安全系数的基础上，确定其权重，建立港口水域通航安全的接触系数，分析港口水域通航安全状况。该方法借鉴了层次分析法、灰色理论和模糊数学理论的优点，反映了港口水域安全指标对通航安全的影响，计算简单。

2.SPA

集对分析，这是由赵可勤创立，中国学者，利用接触系数，其表达是，其特征是承认存在的各种不确定性和处理不确定性，包括模糊问题，随机问题，中间问题和信息不完全的问题，SPA具有确定性和不确定性的问题是确定性和不确定性的IDO系统（身份差异对立的系统）进行辩证分析和数学处理（可勤，1994）。在公式中，a被认为是认同度，b是差异度，c是反对（Shao-hong，2005）

港口水域通航安全是一个模糊的概念和不确定的系统。通过专家判断，AHP（分析层级过程），对过去事故统计和模拟技术的分析可以获得指标，影响港口水域的通航安全及其重量，并可以通过SPA评估港口水域的通航安全。 评估步骤如图1所示。

影响导航安全的因素和每个因素的权重

SPA

建立通航安全系数

通过接触系数评估通航情况

提出安全建议和改进措施

图1、基于SPA的评估过程

3.因素影响港口通航安全

影响港口水域通航安全的因素

引航服务

引航服务

港口服务

船舶服务

港口服务

人为因素港口服务

环境因素港口服务

港口服务

港口服务

图2.影响导航安全的因素

分析层次过程，系统分析等方法肯定会影响评估指标，进而影响港口水域通航安全。假设港口水域的航行安全为“人机环境”制度，影响港口水域航行安全的因素可分为人为因素，航运因素，环境因素和管理因素（船员服务和港口服务）。下钻因素影响航行安全，通过AHP分析因素，得到如图2所示的评价指标（郭玉等，2006）。

4.基于设置对分析理论的评估模型

港口水域通航安全是一个复杂而不确定的系统，由多个因素组成。 为了评估港口安全的情况水域合理地需要分析每个f评估指标，并且确定每个指标的权重，然后建立基于SPA的评估模型，以评估港口水域的通航安全。

4.1确定评估因素

确保安全评价的准确性，所选指标应科学、全面、典型、手动和独立（郭玉等，2006）。U是评价因素集，其中包括影响港口水域通航安全的各种因素，（U=｛u1，u2，u3，···，ui，un｝），其中ui（i=1，2，3，···，n）这些都是U的因子。如图所示，港口水域的评价因素包括船舶和可操作性的大小等，U集合中包含21个因素，

4.2确定评价因子权重集

各指标对航行安全的影响程度各不相同，有必要找出各指标的权重增益。Wi是Ui的权重。w是评价因子权重的集合，w=｛w1，w2，···，wi，···，wn｝，其中

层次分析法、德尔菲法和熵值法是确定评价指标权重的重要方法。为了得到准确的重量的因素对港口水域通航安全，使基于一致性和专家调查法，结合层次分析法和基于OWGA（层次有序加权几何平均）建立一个新的一般系统模型方面的相关数据，（n是序数）（郭玉等，2006年）。

4.3确定评价因素的水平

风险可分为“非常安全”、“安全”、“一般”、“危险”和“非常危险”5个层次。是因子水平的集合，如表1所示。隶属度，应该扩大，扩大为

表1、风险评估水平

4.4建立基于集对分析理论的隶属度

基于集对分析理论的港口水域通航安全隶属度建立：

1

其中，

简化方程1可得到方程2：

2

方程2可以表示为方程3：

3

其中

4.5分析隶属度

在方程3中，a是非常安全因子的权重之和，b1是安全因子的权重之和，b2是一般因素权重之和，b3是危险因子权重之和，C是危险因子权重之和。通过方程3，可以清楚地显示通航安全的情况，并可以找到一个更好的方式，以促进通航安全，并确保通过港口水域的航行安全通过公式

此外，在方程3中，可以采用特殊值显示：=0.75（四分之三的放在a，四分之一的放在c），=0.25（的一半在a，一半的放在c），=0.25（四分之一的放在a，四分之三的放在c），然后隶属度（mu;）可以通过方程或计数来定量显示港口水域通航安全评估。当mu;=0时，港口水域通航安全的权重等于重量的危险航行港口水域。

5.应用实例

根据实际的水文、气象、航道、港口的管理和服务，和参考文献（郭玉等，2009）和（yan等，2007）等，可以得到评价指标和指标的权重。非常安全指标表示A，安全指数表示B，一般指数表示C，危险指数表示d，非常危险指数表示E，如表2所示。

表2.港口水域各评价指标的权重和等级

根据表2建立港口水域航行安全隶属度，表达式为：

a=0.3956x0.0987 0.2708x0.4695 0.110x(0.4853 0.1867 0.0485x0.5033=0.2645

=0.3956x(0.2931 0.0506) 0.2708x(0.2883 0.1709 0.0712) 0.1741x(0.1644 0.0668) 0.110x0.2530 0.0485(0.2733 0.0786)=0.3647

=0.3956x(0.4013

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