基于证据理论的长江江苏段引航安全评价研究

2020-06-23 03:28:48 中国水运 2020年5期

符建华 李进

摘 要:目前,长江江苏段黄金水道功能得到充分发挥,船舶通航密度不断增加,通航环境愈加复杂,船舶引航安全面临越来越大的压力与挑战。因此,本文基于证据理论(D-S)构建安全评价模型,对长江江苏段引航安全状况进行评估分析,以减少引航事故,提高引航安全。

关键词:长江江苏段;船舶引航;证据理论;安全评价

1 引言

目前,随着一带一路、长江经济带、长三角区域一体化等战略的实施,长江江苏段黄金水道的能力得到充分发挥,进江海船越来越多,通航密度愈加增大,通航环境愈加复杂,同时船舶引航风险也越来越大。虽然在海事及引航等部门的努力下,引航事故呈逐年降低趋势,但依然时有发生,带来了严重的损失。鉴于此,为了减少引航事故,本文基于D-S证据理论建立引航安全评价模型,分析长江江苏段引航安全状况,提高长江江苏段船舶引航安全。

2 构建评价指标体系

由于影响长江江苏段船舶引航安全的因素较多,且存在一定的层次性,通过查阅文献及咨询相关专家,并结合引航实况,从引航员、船舶、环境和管理四个方向入手,前期归纳总结出许多长江江苏段船舶引航安全的影响因素[1,2,3],然后利用主成分分析法确定11个具有代表性和关键性的影响因子,最终建立的引航安全评价指标体系如图1所示。

3 确定安全评价模型

证据理论最初是由Dempster提出以解决两个信息融合的决策理论,经Shafer研究改进后发展为D-S证据理论[4]。D-S证据理论可以很好地描述决策问题的不确定性,由于长江江苏段船舶引航安全评价问题具有不确定性,因此可运用D-S证据理论进行分析研究[5]。

3.1 基本概念

(1)识别框架:一个互不交容事件的完整的样本集合  ,可表示为:

3.3 基于D-S的安全评估步骤

长江江苏段船舶引航安全评价是一个由“引航员-船舶-环境-管理”组成的多层次系统问题。评估过程中,先通过专家获取最底层指标元素关于评估目标的确信程度,然后计算出各指标的基本概率赋值,再重复运用合成规则由下而上融合各层数据,最终确定整个系统即长江江苏段船舶引航安全状况的评估量化值[6]。具体步骤如下:

(1)构建指标体系,计算权重向量。在建立了引航安全评价指标体系的基础上,利用层次分析法(AHP)求取各层指标权重向量。

(2)建立评语集。借鉴相关文献中关于划分安全评价等级的科学方法,为本系统的评价结果设定了5个级别,评语集V={V1,V2,V3,V4,V5}={危险,较危险,一般,较安全,安全}。为量化最终的评估结果,需先量化评语集,即P(Vj)={P(V1),P(V2),P(V3),P(V4),P(V5)}={1,2,3,4,5}。

(3)计算各指标基本可信度函数值。向专家发放调查问卷以获得各指标的可信度βvn(Uij)。考慮各个专家理论知识和经验的不同以及在确信度赋值时的主观影响,需要对专家们给出的可信度值进行量化修正处理。设 为专家对评价指标Uij的主观系数,一般取值为0.9≤1,本文取0.9。设每个评价指标集里面指标权重最大的指标为关键指标,其指标权重记为Wmax,其他的则为非关键指标。由确信度βvn(Uij)建立各指标的基本信任分配函数值公式如下:

(4)对各底层指标的使用合成规则实现融合,计算其上层指标的可信度值,以此类推,直到计算出整个系统关于评价级别的可信度值。

(5)采用作为安全评价量化函数,计算长江江苏段船舶引航安全的量化值,然后将此量化值与划分的评价等级量化值对比分析,最终得出长江江苏段的船舶引航安全状况的评估结果。

4 实例分析

由于船舶引航安全评价具有不确定性,因此通过调查问卷法获取评估的基础数据,利用层次分析法(AHP)求得各层指标因素权重向量为:

根据证据理论安全评价模型的计算步骤,先求得各指标的mass函数值,再利用合成规则,求出各层的可信度值。以U1为例,求取引航员子系统可信度,如表2所示。

同理,可依次计算得出船舶、环境和管理三个子系统的可信度值,分别为m2、m3、m4,最后将4个子系统的可信度值进行合成,得到整个系统关于各个评价等级的总的可信度m,如表3所示。

由计算可知,长江江苏段船舶引航安全性处于危险层面的可信度为0.0021,处于较危险层面的可信度为0.0190,处于一般层面的可信度为0.1476,处于较安全层面的可信度为0.6026,处于安全层面的可信度为0.1560。整个系统的安全状态为:

计算结果表明长江江苏段船舶引航安全状态处于一般及较安全之间,且偏向于较安全状态,表明了在采取一系列安全保障措施的基础上,船舶引航风险处于可控范围之内,符合实际情况。

5 结束语

长江江苏段船舶引航面临越来越大的风险挑战,考虑到引航安全评估的不确定性特点,本文建立基于D-S证据理论的评价模型,通过计算客观分析当前的长江江苏段引航安全状况,评估结果符合实际情况,有助于提高长江江苏段船舶引航安全。

参考文献:

[1]张文泉.基于AHP的船舶引航风险模糊评价研究[J].中国水运(下半月),2017,17(11):17-18.

[2]陈海波.基于SPA的南京港船舶引航风险研究[J].中国水运(下半月),2018,18(11):24-25.

[3]符建华.草鞋峡水道船舶引航风险评价研究[J].中国水运(下半月),2017,17(12):23-24.

[4]杨岚,王柏霖.基于证据理论的董家口港区北三突堤通用泊位安全评估[J].中国水运(下半月),2019,19(08):45-46+49.

[5]杨春岳.基于证据理论的龙口港引航安全评价[J].中国水运,2011(12):52-53.

[6]孙健.基于证据理论的集装箱船大风浪航行安全评估[D].大连海事大学,2013.