引航员登离轮水域风险评价研究

1、引航员登离轮水域风险评价研究 摘 要：以引航员登离轮水域为研究对象，系统分析引航员登离轮水域选址需考虑的各方面因素，重点分析引航员登离轮作业及引航过程的安全风险，对引航员登离轮水域风险因子进行辨识，在此基础上建立基于云模型的引航员登离轮水域风险评价方法，对引航员登离轮水域的安全风险进行定量评价。 关键词：引航员登离轮水域 风险评价 云模型 abstract：taking pilot boarding&disembarking waters as the object of study. by analyzing every factor that should be concerned， th

2、e paper has emphasized the security risk and obtained its identification of risk factors， then found up the risk assessment method of pilot boarding&disembarking waters based on cloud model and taken quantitative evaluation for it. key words：pilot boarding water， risk assessment，cloud model 风险评价方法一般

3、分为定性、定量、定性与定量相结合三类，在海上通航风险评价方面多采用定性与定量相结合的方法，常用的方法有层次分析法、模糊综合评价法、事故树理论、事件数理论、贝叶斯网络方法、人工神经网络评价法等。 李德毅院士在基于概率论和模糊数学理论的基础上提出的云模型，把空间实体的模糊性和随机性集成到一起，减少了人工的干预，在一定程度上克服了以上方法的局限性，能够较好地实现定性概念与定量之间的不确定转换，为定性与定量相结合的信息处理提供了有力工具。基于云模型，以青岛港为例，对案例海港的引航员登离轮水域进行风险评价，为沿海港口引航员登离轮水域的选址设置提供相关理论依据及应用参考。 云模型基本理论 1、云的定义 设

4、u是一个用精确数值表示的定量论域，c是u上的定性概念，若定量值xu，且x是定性概念c的一次随机实现，x对c的确定度（x）0，1是有稳定倾向的随机数：u0，1，x（x），则在论域u上的分布称为云，每一个x称为一个云滴。 云滴是对定性概念的定量描述，云滴的产生过程表示定性概念和定量值的不确定性映射，每个云滴的确定度反映了模糊性，且云滴本身也是一个随机值。云是用语言值表示的某个定性概念与其定量表示之间的不确定性转换模型，由云滴组成，云滴越多，越能反映这个定性概念的整体特征。 云的数字特征用期望ex、熵en、超熵he三个数值来表征如图1所示。 2、云发生器 云发生器是指生成云滴的算法或硬件。包含正向云

5、、逆向云、x条件云和y条件云发生器。正向正态云发生器是某个定性的语言描述概念同定量数值表示之间相互转化不确定性的模 型，是由定性到定量的关系映射，具有前向直接的特点。 正向正态云发生器算法： 输入：参数（ex，en，he），生成云滴的个数n。 输出：n个云滴drop（xi，yi），i=1，2，3，n。 （1）生成以ex为期望值，en为方差的正态随机数x； （2）生成以en为期望值，he为方差的正态随机数en； （3）计算 y=exp-（x- ex）2/2（en） 2； （4）组合（x，y），形成一个云滴； 重复（1）（4），直至生成所需n个云滴。 引航员登离轮水域风险评价云模型的构建 1、风险

6、识别 引航安全包括引航员登轮过程的安全性及引航过程的安全性，在引航员执行引航任务的全过程中，影响引航员人身安全的最主要环节是在登离轮的过程中，引航过程的安全也与登轮水域位置关系密切，因此登离轮水域的设定是否合理至关重要。通过分析引航员登离轮过程中各项关联因素，总体上存在的风险因素如图2所示。 2、评价指标体系的建立与量化 为了引航员登离轮水域风险进行评价，首先需建立评价指标体系，评价指标体系的各级评价因子可根据上文风险识别中 的风险因子确定，选取自然环境、水域环境、交通环境4个一级评价因子，9个二级评价因子，建立相应的评价指标体系并确定各个评价因子的评价标准，风险评价标准采用百分制，分5个区间

7、，分别对应风险高、较高、一般、较低、低5个评价等级，如表1所示。 3、评价因子权重确定 在评价过程中，各评价因子权重的确定对于评价结果起到决定性的作用。目前常用的评价因子权重确定方法主要层次分析法、专家评分法等。文中评价因子权重的确定采取专家询问并结合层次分析法，根据不同专家引航员登离轮水域风险的认识程度，给出各评价指标之间的两两重要度对比，得到加权平均后的指标权重，确定各级评价因子对引航员登离轮水域风险的权重wi，wij，见表1： 4、评价标准的概念云模型描述 利用正态云模型来描述已确定的引航员登离轮水域风险评价评语集的5个评价标准。评价标准采用百分制，分为5个区间。每个评价标准的等级状态都

8、有对应的评语取值范围，具有上下界，形如cmin，cmax，利用正态云模型将其云化。云参数计算式为： ex=（cmin+cmax）/2 en=（cmax-cmin）/6 he=k 式中，k为常数，其大小可根据变量本身的稳定性进行调整。 对于只有单边界限的评语取值范围，形如cmin，+或-，cmax，可先确定其缺省边界的参数或期望值，然后再按照上述公式来计算云参数。 引航员登离轮水域风险评价标准如表2所示。 根据上述建立的风险评价标准及评价标准的概念云模型表述方法，本文5级风险评价标准的概念云模型可表示为：高（100，10/3，0.5）、较高（80，10/3，0.5）、一般（60，10/3，0.5

9、）、较低（40，10/3，0.5）、低（0，10，0.5），如图3所示。 5、评价因子的评价云模型确定 根据上文建立的引航员登离轮水域风险评价指标体系确定并列出一级评价对象u=u1，u2，um，二级评价因子对象ui=（ui1，ui2，uim）（i=1，2，m）。然后再根据港口水域实际通航环境，通过理论分析、专家经验判断和专家询问相结合的方法确定并列出评价集v=v1，v2，vt。 假设给定m位专家参加评判，每位专家对每个指标给出评价的分值，将所有专家的分值利用逆向发生器云算法进行计算，得出云模型参数（ex，en，he），再根据上述结果运用正向云发生器即可得到每个属性的实际云模型。 基于云模型的风

10、险评价 选取青岛港作为案例港口进行引航员登离轮水域风险评价。结合青岛港港区布置、航路航线及通航环境条件，广泛调研当地引航及海事相关专家意见，初选出5处引航员登离轮水域，5处登轮水域均位于青岛港进出港航线上及附近，从外至内依次编号为p15号。p1号登离轮水域为青岛港第二航线、第三航线的交汇水域；p2登离轮水域为青岛青岛港第一航线、第一预备航线与主航道的交汇水域；p3登离轮水域为第三警戒区；p4登离轮水域为第二警戒区，即青岛第四航线与主航道的交汇水域；p5登离轮水域为第一警戒区，即主航道至各个港区航道的交汇水域。5个登离轮初选水域的位置见图4。 5级风险评价标准的概念云模型可表示为：高（100，1

11、0/3，0.5）、较高（80，10/3，0.5）、一般（60，10/3，0.5）、较低（40，10/3，0.5）、低（0，10，0.5）。 以p3登离轮水域为例，二级风险因子评价云模型如表3所示。 引航员登离轮水域风险评价因子有四个一级评价因子（d11d14），其中前三个一级评价因子（d11d13）下共有9个二级评价因子（d21d29），底层评价因子即为9个二级评价因子（d21d29），采用浮动运算法对9个底层评价因子进行集结，形成一级评价因子的虚拟云，如表4所示。 根据上述结果运用正向云发生器即可得到四个一级评价因子（d11d14）的评价云模型，如图5所示。 利用云算法对一级评价因子进行虚拟

12、云计算，得到p3引航员登离轮水域风险评价云模型为（67.9，6.5，0.72）。运用正向云发生器即可得到p3登离轮水域的综合评价云模型，如图6所示。 由结果分析可知，p3登离轮水域风险等级介于一般与较高之间。我们对5个初选登离轮水域分别进行了计算，综合评价云模型参数计算结果如表5所示： 根据上述结果运用正向云发生器即可得到5个初选登离轮水域的综合评价云模型，对结果进行对比分析，p1的风险等级为一般偏上（期望值为62.5），p2的风险等级为一般偏下（期望值为59.5），p3的风险等级介于一般与较高之间（期望值为67.9），p4的风险等级为一般偏下（期望值为55.2），p5的风险等级较高偏下（期望

13、值为71.7）。5个初选登离轮水域的风险等级由高到低的顺序为p5、p3、p1、p2、p4。 结语 引航工作是船舶进出港作业的最重要一环，对于维护国家主权、保证船舶航行安全、船舶周转速度、港口作业效率、维护航行秩序以及保护港口水域环境，都具有重要作用。通过研究风险识别方法及评价理论，对引航员登离轮水域的安全风险因素进行了识别，在此基础上建立了基于云模型的引航员登离轮水域风险评价方法，该方法可对引航员登离轮水域风险进行定量评价，且充分考虑海上通航风险的随机性及不确定性。 在对引航员登离轮水域进行风险评价时，利用的风险识别方法仍有一定的局限性，难免会遗漏一些潜在的风险因子，风险因子的划分还不够详细具体；进行风险因子的权重计算及风险评分时，虽然利用云模型考虑了风险的不确定性及随机性，尽可能地消除了专家主观因素造成的影响，但风险评价过程仍较多地依托专家经验，主观因素仍然存在。 参考文献： 1王玉怀，潘德祥，李祥仪.应用层次分析法及模糊评价进行煤矿安全评价研究j.煤炭工程，2005，（3）：60-62 2何正风.模糊数学建模以及层次分析法在矿山安全评价中的应用j.科技信息（学术版），2006，（11）：227-231 3胡甚平，方泉根，蔡存强.基于贝叶斯网络推理的船舶航行风险评价.船舶航泊安全的新经验新技术论