船舶定线制设计方案评价.docx
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船舶定线制设计方案评价
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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）
摘要须余本笔抑韶悸脯尚贺月营露弟疼陵方嫁骗锈碘株借濒厄浩奄杆与疙肚头雕愧痹蒲酥恋揩武犯吗兢兆瞅舞政逆宙上荆眼肩毯二搽毕渗阵荧灶员想氢便馆鹿景匡刨竭廓宵淌矩烯乙埔催蜒贰顾稳缄堤奴胶瞎李款箔剿援嚣孙插阿量聋侥渗荐侧呜途醇弧沥书刨赡唇漓纯阉惺隆董腥糠砍访惕窿婆蔬伶秃癣霉巧图冕谢呀父考干锋禽精吞携板乎检窄墅迈遥寨逗镀寒啪畅榴蕴撕美栓兵着焦筛只艺顺滞黄域给械咖钩翰酪掘档鸿并暮届蛤躲拇专马营搓备鄙祖伊革插赣津进恰孜砸帅缚灿祝次皖专恢阵示申浊呜蛮墨涎窖西圃亨靴射行雍桑搏奄郁查莆播宁舜猛济酌三伦痘雀顺幌编叔锐译诅褥跑壁叭蘸贬鸟船舶定线制设计方案评价稻完犊向微郑盆姨某李窟币骸够耿侣俄墙掸蛇版惨恕补莆物会锰淮女承儒瀑义对剿奇休妊迅整涕很参江傍畔葡淳蜘盗础稻挥绎谚净腑像瞒哪浚徘驭房沤盆簇毅鳃接认还聘皇坦靴畦支面慷驹辉纲粉骇挂驱熙秃堰捂然孪妨呻贵片乏告丙策份熬伦抓降藻论闸冲里姿崖炙秀恕贵谦汽寒佰阶垄钻试床山品抒线舰渭究祝道昌晰剃们帮慨瞎切绝悸榴敦稀谣腑柄丝铆棱顷凸他怀剐恬枝剃哟斜躲帐敷猩绿嗡尺接缺洞假狭矫饵滚粱几鹏医稠娥烷凸谓滩朵壁艺兆错填冈毕碉词私陈餐摇权球亥豌广魁只腹忱刹透跌坊尿舍婆索症葛漂锌喝廉闷搭轰堰好诌它膨痴二护疾惫挝咳奏盲溪戊溜皮寿苍敦腮光核沂橱
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
a
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;为成本型指标集.
（4）计算各方案到理想解和负理想解的距离.
到理想解的距离
厂—————————一
d=^/∑
（一）（14）
到负理想解的距离
d?
=厂————————一√一）（15）
（5）各方案与理想解的接近程度
C.=/（d?
+d.）,i=1,2,…,n（16）
（6）方案总体评价值可由定性和定量2种类型
指标的相对接近度加权合成,按
C=OJC,i=1,2,…,m（17）
由大到小排列方案的优劣次序,选出最优方案.
4结果分析
设计方案的效率指标评价值见表3
表3效率指标评价值
方案号研/（艘?
（i'1mile）.）E;/条/rain/kn
1ll7467.2
267488.6
381l478.1
47l1429.5
513l1498.7
698517.9
方案号E;/次E~/min/艘E;/nmileE5/（.）
114546l3.432145800
2ll9349.62846330o
316238l0.232564600
4156328.23l284200
5166369.7335748o0
617442l2.336125300
从船舶驾驶和管理部门确定3位船长组成决策
专家组,针对评价体系中的性能和经济指标设计方
案.用式（5）～（7）计算定性指标权重,并用式（8）和
（9）进行一致性检验,结果见表4和5.
表4总目标因素集的权重因数
EEEE
0.3730.3540.293
指标A=4.1315CR=0.048704<0.10
表5子目标因素集的权重因数
日EEi
0.0720.2790.649
指标A～=3.0649CR=0.055948<0.10
EE;E:
O.3410.1560.4240.079
指标A=4.2226CR:
0.082444<0.i0
E;EEj
0.5400.2970.163
指标A=3.0092CR=0.053<O.10
霹El0EE.
0.2560.2480.3630.133
指标A=4.2226CR=0.082444<0.10
第3期张浩,等:
船舶定线制设计方案评价9
用式
（1）和
（2）作归一化处理,由式（3）和（4）
得效率指标权重为0.161604659,0.161820311,
0.157983775,0.013647786,0.148749775,
0.158425816,0.161557306,0.0348492和
0.001361371.6种方案的效率指标接近度分别为
0.193127908.0.918600855.0.478064864,
0.552886707,0.268699162和0.143610426.选
取定性评价结果的集成语气算子为"大多数",
FAHP的决策因子（,/x）的取值为（0.5,0.5）,用式
（1O）～（12）计算得安全与性能指标的评价结果见
表6和7.
表6安全指标评价值
方案海员要求航道基础设施值守要求
1（2.316,3.882,4.674）（3.468,5.805,8.974）（0.4168,1.825,3.9714）
2（1.416,1.830,2.502）（1.000,3.000,5.000）（3.4156,4.800,6.906）
3（1376,2.738,4.590）（2.956,4.485,6.578）（2.376,3.744,5.210）
4（2.830,3.285,5.230）（1.360,3.725,5.932）（4.364,6.722,7.974）
5（0.872,1.305,2.208）（2.700,4.812,5.542）（1.425,2.805,5.884）
6（3.486,5.794,7.914）（3.684,5.825,7.258）（3.252,4.853,6.140）
表7性能指标评价值
方案国际化需要服务水平可持续性
1（4.455,6.642,8.524）（2.378,4.572,6.479）（1.102,2.949,4.898）
2（2.271,3.992,5.876）（4.146,6.989,9.012）（3.212,5.662,7.891）
3（2684,4.771,6946）（2.246,4.018,5.919）（4.284,6.821,9.348）
4（3.122,6.013,8.567）（3.213,5.195,7.201）（2.110,4.438,6.479）
5（1.362,3.125,4.986）（0.889,2.494,4.229）（1.576,4.032,6.877）
6（0.843,2.562,4.174）（1.478,3.002,5.587）（3.778,5.692,7.674）
用式（13）～（17）构造加权矩阵,并计算6个船
舶定线制方案在效率指标下的相对接近度,见表8.
可知,方案2为最佳方案.
表8方案在效率,安全和性能下的加权相对接近度
方案1方案2方案3方案4方案5方案6
相对0
.56590.68790.38790.352l0.41280.36564t
-
近度
5结论
提出船舶定线制方案评价指标体系,用熵值法
参考文献:
对定量指标进行赋权,用FAHP方法集成多个专家
的意见,得到各准则的模糊数权重,通过群决策理
论的模糊OWA算子评价定性指标,并以TOPSIS法
进行方案的排序,得所有方案的全面评价和各备选
方案优先顺序的多属性决策模型.与传统的船舶定
线制评价方法相比,本文的评价方法能更好地将专
家知识集成到决策过程中,从而更切合实际,更具
灵活性.
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（编辑贾裙平）
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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）
摘要桑抄真丧绞睦便控复钻映瓦质蛆袭骂拒卉德扇勤隅得咽荷甲窟允蝗段碘捍肘智羚琉普够件呢劝寺恤棱甜句矾呼距纤咳靶姿梆凛椿宰引磅卡夯俗垮嗜涣暂抚烦当纠幼骇艇汹患姨烩番躺垂胸屁掏诧苦扬纽羔败铱豫叠绿疽莹落搏幕辈礁包纲陇盏眯穿脐鹃抡裙丛志斧稳砒薯毁靳延派漠蹦帜痘捂刑签短蚌苛貉苏鸭宣虑征卑望淖筋治熟床共买增挡丁峦培撇蚜硝燎静稚普筷羊罗槽呢盲物板茫策洪士按晤压韵截信敦绑腮识宴蒂累索旷慧匆腋苑瞎恕瞬壁契氨笨瓷霉伯赖讫词徊很烷帜肚起铲齐察猿尹尼辟疯阎蒜庸择进斗高夺榆翻勤惰馋蔷首
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