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船舶操纵性评估的模糊分析网络过程模型

王新刘正江蔡瑶吴兆林

（大连海事大学，大连116026）

摘要：本文提出了一种新的模糊层次分析法（ANP）模型来评估船舶操纵性。 针对模糊性和模糊性问题，构建指标评价决策矩阵，利用三角模糊数对指标属性值进行模糊化处理。 同时，由于能够克服标准或因素之间的相互依赖性和相互作用，评价指标权重是通过分析网络过程来确定的。 本研究与其他研究的主要区别及其贡献在于提出了一种通过模糊ANP方法消除船舶操纵性评估模糊和不足的模型。 所提出的模糊ANP模型可以分析船舶操纵性评估因素间的模糊相互作用，并且可以根据这些分析结束时获得的因素权重来测量船舶的可操纵性。 最后，将真实船舶处理的测试参数应用于案例研究，以说明所提议的方案的有效性和优点。 结果表明，所提出的模糊ANP方法是一种可行且高效的方法，可以作为评估船舶操纵性的有效工具。 此外，与模糊层次分析模型进行比较来评估船舶操纵性，实验结果令人鼓舞。

关键词：船舶操纵性; 评估过程; ANP; 三角形模糊数字

介绍

船舶机动性衡量船舶由操作员处理或受外界环境力量干扰时的响应能力。 DJ对船舶操纵性能的研究是船舶研究中一个重要而又重要的问题

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海上安全和环境保护。 因此，应进行船舶不可处理性评估，以了解船舶不可处理性的性能是否符合安全要求。 基本上，评估是一个多标准决策（MCDM）问题。 随着多标准决策技术研究的发展，近年来提出了多种替代方法来实现对船舶操纵性的评估，取得了许多显着成果。

根据机动试验数据，选择6艘大型船舶并建立评估指标，采用层次分析法（AHP）对船舶操纵性进行排序。 [zJ 基于AHP和模糊理论建立了船舶航海性能综合评估模型。 C3J基于对船舶操纵性特征的研究以及各种性能评估系统，用户友好的DHGF船舶性能综合方法 评测 是 建议。 C4J通过引入加权矢量和归一化决策矩阵及其对评估过程的相应影响，将偏差最大化算法应用于船舶操纵性综合评估。 [SJ 一个 intergrated 评测 指数 系统 对于 建立了船舶操纵性能评估模型，并结合熵权法和模糊数值法综合评估了船舶操纵性能。 C5J为提高船舶操纵性评估的目的，提出了基于关联理论和TOPSIS的船舶操纵性评估方法。 C7J

然而，在上述方案中存在一个限制，那就是各种因素之间的独立性假设。 就像很多MCDM问题一样，船舶操纵性的动态性决定了决策问题中考虑的因素往往不是独立的，决定将主要影响不仅一个因素的表现，而是影响其他因素的表现。 [sJ因此，船舶操纵性评估将需要在评估过程中进行密集和稳健的分析，并应从整体角度评估船舶操纵性。

为了克服先前提出的方法的缺点，分析

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船舶操纵性评估的模糊分析网络过程模型

网络过程（ANP）用于考虑关键因素及其相互依赖关系。 ANP由Saaty引入，是AHP的推广。 C9J Saaty建议使用层次分析法解决替代品或标准的独立性问题，以及使用ANP解决替代品或标准之间相互依赖的问题。 ANP反馈方法用层次之间的关系不易表示为更高或更低，主导或从属的网络来替代层次结构。 [例如，标准的重要性不仅决定替代品的重要性，而且替代品的重要性可能会影响标准的重要性。 因此，ANP是可用于分析公司决策的最全面的框架。 它允许元素集合（内部依赖）和集群（外部依赖）内的交互和反馈。 反馈元素捕捉人类社会中相互影响的复杂影响，特别是当涉及风险和不确定性时。 [nJ]在可用的多属性决策方法中，由于标准的相互影响引起的依赖关系和反馈，只有ANP可以用来系统地评估绩效。 几项研究已经通过了ANP来评估性能。 D²¹J例如，文献[12]提出了一个系统ANP模型来评估环境实践和程序分析各种项目，技术或商业决策的选择。 为了解决制造系统的相关属性，文献[13]采用了ANP方法并开发了一个性能测量模型。

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尽管如此，ANP并不考虑因素之间的不确定性。 由于决策环境中的信息或知识不完整，复杂性和不确定性，决策者在评估过程中做出正确的判断或客观评估相对困难。 因此，在ANP的成对比较中引入了可用于处理不确定参数和信息的模糊逻辑，以弥补传统ANP中的这种不足。 为了解决ANP的局限性，许多研究者将模糊集理论与ANP结合起来，并将模糊ANP应用于几个研究领域。 D 7-23J具体来说，文献[20]提出了一个用于建设项目环境影响评估的综合决策支持框架。 量化质量指标并处理

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21[J]在文献[22]中，模糊ANP用于确定错误行为风险从整体角度考虑工作系统。

虽然模糊ANP已被应用于少数决策或评估

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性能过程。

[ l - J 但是没有使用模糊ANP的研究

评估船舶操纵性的方法。 与此同时，船舶操纵系统包含很多因素，一个因素会影响船舶的安全系数。 而且，系统的各种因素之间可能存在着重要关系。 由于以上原因，本研究集中于将模糊ANP模型应用于船舶操纵性评估。

本文提出了一种新的模糊ANP模型来评估机动性

的船。 ANP是一种系统化的方法，用于解决船舶操纵性因素或标准间的依赖问题。 在研究范围内，首先确定影响船舶操纵性评估的因素和次要因素，然后考察模型与因素之间的内在依赖关系。 根据这些检查的相关性确定子因素的权重，并将这些权重用于真实船舶操纵测试参数以评估真实船舶的可操纵性，其用于说明所提议的方案的有效性和优点。 然后与之前的模糊层次分析模型进行比较，进行结果分析和讨论。 所提出的船舶操纵性评估模型可以为管理人员提供评估船舶机动性能的有价值参考。

模糊ANP

2. 1 模糊集和模糊数

Zedeh（1965）引入了模糊集理论来处理由于不精确性和模糊性造成的不确定性。 模糊集理论的一个主要贡献是其表示模糊数据的能力。 该理论还允许数学运算符和程序设计应用于模糊领域。 模糊集合是一类具有连续等级成员关系的对象。 这样的一组特点是

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一个专业（特征）功能，它为每个对象赋予一个介于0和1之间的专业等级。 模糊集合理论提供了用来表示决策者对定量数据的定性判断的方法。 本文使用三角模糊数来评估决策者的偏好。

三角模糊数N）被定义为三元组（l，m，u）。 参数l，m和u分别表示描述模糊事件的最小可能值，最有希望的值和最大可能值。 （l，m，u）以下面的形式表示[nJ：

2. 2 ANP

（x-1）/（m-1）， l x m

（许）/（MU）， mlt;x u

x lt;1或xgt; u

(1)

ANP是一种适用于定量和定性数据类型的综合决策技术，能够克服替代方案或标准之间的相互依赖和反馈问题，以促进更系统的分析。

ANP使用网络而无需像层次结构那样指定级别。

一般来说，系统分为两部分：ANP下的控制层和网络层。 控制级别包括目标和决策标准。 网络级别由控制级别控制的元素组成。 元素之间相互作用并形成网络结构。 ANP的典型结构模型如图1所示。[ziJ

控制级别 网络级别

集群C1

集群CN

标准P1

目标

标准P

图1 ANP的典型结构模型

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1. 3 IMO船舶操纵性标准

国际海事组织（IMO）为了防止船舶制造的可操作性差，通过了MSC的决议。 137（76）是2002年12月颁布的“船舶操纵性标准”。该标准的目标是评估船舶操纵性并改进船舶设计，建造，修理和运行的责任，以确保船舶遵守标准。

根据IMO决议MSC。 137（76），船舶操纵性评估标准包括[z4J：

• 1. 转向能力。

转向能力可以衡量船舶运动占用的最小水域面积。 转向能力的因素包括前进，转移，战术直径，最终直径等。 一般来说，提前量不应超过

4.转弯机动时，船长（L）的5倍，战术直径不得超过船长的5倍。

• 1. 初始转向能力。

初始转弯能力由航向变化定义，根据每航向单位距离的航向偏差对中度驾驶员做出响应。 对于左舷/右舷应用10°舵角时，在航向与原始航向相差10°时，船舶航行时间不应超过2.5倍。

• 1. 偏航检查和课程保持能力。

偏航检查能力意味着船只以一定的速度转向，然后将方向舵转向相反的方向。 船舶的偏航检查能力1是对在一定转弯状态下施加的反向舵的反应的度量。

航向保持能力是衡量船舶在预定航向上保持直线路径的能力的标准，不会有过度的方向舵或航向振荡。 课程保持能力与直路上的动态稳定性有关。

（[）10°/ 10°曲折测试中第一个超调角的值不得超过：

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10°，如果LIV小于10秒;

（5 11Z（L / V））0

,

如果LIV大于等于10秒但小于30秒; 和

20°，如果LIV是30秒或更多，

其中L和V分别以m和ml表示。

@ 10°OO曲折测试中第二次超调角的值不应超过第一次超调的上述标准值超过15°。

reg;20°IZ0°锯齿形测试中第一个超调角的值不应超过25°。

• 1. 停止能力。

停止能力是指可以通过任何速度和任何时间使用发动机倒车使船舶停止的性能。 在完全后退停止测试中的航迹长度不应超过船长的15倍。

1. 基于所提出的FANP模型评估船舶操纵性

提出的FANP模型用于评估船舶操纵性的研究在本节中进行。 海事组织确定了模型中使用的因素和子因素。 用于计算因子和子因子权重的成对比较矩阵由专家组形成。 该应用基于文献[22]中建议的模型进行，用于评估船舶操纵性，并与结果一起逐步展开。

步骤1：确定在这一步骤中确定用于评估船舶操纵性的因素和子因素。 研究中使用了IMO提出的因素和次要因素。 表1显示了相关因素和子因素。

表1模型中使用的因素和子因素

因素	子因素
转向能力CTA）	提前（A） 转移CT）战术直径（TD）

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（继续）

因素	子因素
课程改变能力（CCA）	l0°方向舵中的第一个超调角（FOl）l0°方向舵中的第二个超调角（SOl）20°方向舵中的第一个超调角（FO2）
碰撞停止能力（CSA）	Track达到CTR）Head Reach C HR） 横向偏差（LD）

第2步：构建ANP模型。 由第一步确定的因素和子因素形成的ANP模型如图2所示.ANP模型由三个阶段组成。 第一步包括模型的目标，确定为“船舶操纵性评估”。 第二阶段和第三阶段有相关的因素和子因素。 第二阶段的因素通过单向箭头连接到目标。 第二阶段的箭头表示这些因素之间的相互依赖性。 考虑到这个阶段中各因素之间的相互依赖性，并通过这种方式分析这些因素对彼此的影响。 与这些因素相关的子因素处于模型的第三阶段，并且步骤1中确定的因素也处于此阶段。

阶段1的目标 阶段2的因素 阶段3子因素

rl 提前（A） I

- I

转向能力（TA）

I

转移（T） I

船舶评估

课程改变

y 战术直径（TD）I

RL 10°方向舵中的第一个超调角（F01）I

I

机动性

-

能力（CCA） I10°方向舵（SO1）I中的第二个超调角

20°舵中的第一个超调角（FO2）I

Track Reach（1R） I

碰撞停止能力（CSA）

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