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成山角定线制方案模糊多准则优选方法_范中洲

　第３６卷第２期　２

０１３年６月中　国　航　海

ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ　ＯＦ　

ＣＨＩＮＡＶｏｌ．３６Ｎｏ．２　

Ｊｕｎ．２０１３　

收稿日期：２０１３－０１－

１７基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７９０１９

）作者简介：范中洲（１９７０－），男，浙江湖州人，副教授，船长，博士生，从事船舶安全和航路规划研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｆｚｚ１０１＠１６３．ｃｏｍ．

文章编号：１０００－４６５３（２０１３）０２－００５０－０５

成山角定线制方案模糊多准则优选方法

范中洲，　吴兆麟，　谢洪彬，　胡宗华

（大连海事大学航海学院，辽宁大连１１６０２６

）摘　要：为了从成山角东北水域的推荐定线制方案中选出一个最佳的方案，同时也要最大程度满足各用海单位的意见。基于多准则决策理论，

以问卷调查的方式决定评估准则，并用多准则层次分析法获得各个准则的权重。最后以理想点法（ＴＯＰＳＩＳ）进行方案的排序，依此模式获得成山角水域船舶定线制的最佳推荐方案。关键词：水路运输；船舶定线制方案；多准则决策理论；层次分析法；理想点法中图分类号：Ｕ６７６．１文献标志码：Ａ

Ａ　Ｆｕｚｚｙ　

Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｃｒｉｔｅｒｉａ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ　Ｒｏｕｔｅｉｎｇ　

Ｓｃｈｅｍｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｎｓｈａｎｊｉａｏ　ＡｒｅａＦａｎ　Ｚｈｏｎｇｚｈｏｕ，　Ｗｕ　Ｚｈａｏｌｉｎ，　Ｘｉｅ　Ｈｏｎｇｂｉｎ，　Ｈｕ　Ｚｏｎｇ

ｈｕａ（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｄａｌｉａｎ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ　ａｎ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｒｏｕｔｅｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　Ｃｈｅｎｓｈａｎｊｉａｏ　ａｒｅａ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｏｐｉｎｉｏｎｓ　ｏｆ　ｍｏｓｔ　ｕｓｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒ－ｅａ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔｅｓｔ　ｅｘｔｅｎｔ，ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅｓ，ａｎｄ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅ　Ｃｒｉｔｅｒｉａ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ－Ｍａｋｉｎｇ，ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ＡＨＰ．Ｔｈｅ　ｄｒａｆｔ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｒａｎｋｅｄｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｏｒｄｅｒ　Ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｙ　Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ　ｔｏ　ａｎ　Ｉｄｅａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ（ＴＯＰＳＩＳ）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｒｅｃｏｍｍｅｎ－ｄｅｄ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｒｏｕｔｅｉｎｇ　

ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｓｈａｎｊｉａｏ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｗａｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｓｈｉｐ　ｒｏｕｔｅｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ；ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ－Ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ；ＡＨＰ；ＴＯＰ－ＳＩＳ

我国山东半岛成山角水域的特点为：

雾大、风大、浪大、流急，自然条件复杂，航线密集，通航密度大，船舶种类繁多、大小不一，船舶航路纵横交错，船舶转向点和交汇区多，

通航空间也相当有限，且渔船遍布，鱼栅密集，渔船和小型船舶随意抛锚撒网作业

和穿越时有发生［

１］

。成山角既是重要的海上通航枢纽，也是碰撞事故的多发区。种种状况表明，长期形成的习惯航路在发展到一定阶段时必须进行系统的规划和管理，规范船舶交通流，以提高航行安全和通

航效率［

２］

。航经成山角水域的大型船舶为避开密集交通流、减少追越和转向次数，在进出环渤海湾港口时不使用现有的成山角船舶定线制，

而是在现行定线制水域以东航行，与环渤海湾港口和日、韩港口间来往船舶在现行船舶定线制警戒区东北处形成明显的交

汇区。交汇区域集中，局面复杂，航行秩序混乱，由此导致大型、超大型船舶在通航分道以东航行密度增大，同时会遇点北移或东移，造成船舶碰撞风险增加。随着行驶在该海域的船舶大型化、

快速化及总体交通量的不断增加，这一特定水域的航行安全问题已经受到了海事局和其他海事界众多学者的关注。２０１０年５月至１１月在该海域发生的两起涉及到１８万ｔ散矿船的碰撞事故说明，在成山角东北水域为大型船规划航路已刻不容缓。

１　成山角水域的交通流调查分析

根据成山角水域船舶流向的特点，对该通航水域设立４个门限，

并对主交通流进行分析（见图１和表１

）。成山角现有分道通航制以东水域的交通密集区离成山角约１５～２０ｎｍｉｌｅ，２个主流向分别为

Ｓ／Ｎ和ＳＥ／ＮＷ

。

图１　２０１０年成山角东部水域船舶交通流量示意图Ｆｉｇ．１　Ｔｒａｆｆｉｃ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｇ　

Ｓｈａｎｊｉａｏ　ｉｎ　ｙｅａｒ　２０１０表１的统计数据表明，２０１０年约有８５　

５７６艘商船还是选择在现有分航通道中航行，

但还是有３１　

２７３艘船选择在现有分道通航制以东航行，其中大型船占大多数。

表１　２０１０年成山角以东水域各门限的船舶流量统计

Ｔａｂ．１　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｆｌｏｗ　ｅａｓｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｎｇ

Ｓｈａｎｊｉａｏ　ｉｎ　ｙ

ｅａｒ　２０１０流向门线

客船

货船

非运输船

油船

危险品船

总计

分道通航制

１　６７　６３　６７８　８　６７４　１１　５２０　１　６３７　８５　

５７６Ｓ／Ｎ　２　８８　６　５７０　５６８　１　２３３　５０７　８　９６６ＳＥ

／ＮＷ　３　１０２　１４　５２８　１　１０７　２　８４５　１　５９２　２０　１７４

Ｅ／Ｗ　４　５３１　１　１４３　６２　

２０７　

１９

０　２　

１３３总计

＼７８８　８５　９１９　１０　４１１　１５　８０５　３　９２６　１１６　

８４９２　定线制的推荐方案

各用海单位对成山角水域设立定线制方案的不同的理解及不同的利益所在，对优选方案有不同的意见。为此，参考国际海事组织有关定线的一般规定的基本原则，

在用海单位的问卷调查及实地调查的基础上［３－

４］，成山角水域船舶定线制和报告制的课

题组提出了４个推荐方案。２．１　在成山角东北设置推荐航路

推荐航路是为方便船舶通过而设立的未规定宽度的航路，

是一种常见定线形式（见图２）。２．２　在成山角东北设置大型船的双向航路

双向航路是定线制中分隔交通流的一种常见定线形式（

见图３）。２．３　在成山角东北设置分道通航制方案一

大型船的分道通航制一的设置见图４。２．４　在成山角东北设置分道通航制方案二

大型船的分道通航制二的设置见图５。

图２　推荐航路示意图

Ｆｉｇ．２　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｒｏｕｔｅｓ　ｏｆ　ｃｈｅｎｇ　

ｓｈａｎｊｉａｏ图３　推荐双向航路示意图Ｆｉｇ．３　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｔｗｏ　ｗａｙ　

ｒｏｕｔｅ图４　推荐分道通航制方案一Ｆｉｇ

．４　Ｎｏ　１ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ＴＳＳ３　定线制设计方案的评价与优选

３．１　评价指标体系的建立

为了对定线制设计方案进行多层次、多因素评价，需构建适当的评价指标体系。通过分析文献和对成山角东侧海域的实地考察，在综合考虑各因素的基础上，将评价指标分为两层并建立了评价指标体系（

见图６）。１

５范中洲，等：成山角定线制方案模糊多准则优选方法

图５　推荐分道通航制方案二Ｆｉｇ

．５　Ｎｏ　２ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ＴＳ

Ｓ图６　定线制设计方案的综合评价指标体系Ｆｉｇ．６　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ｓｙ

ｓｔｅｍ　ｏｆ　ＴＳＳ３．２　评价指标权重的确定

权重是各项指标对实现总目标的贡献程度，只有合理地分配指标权重才能得到客观的评价效

果［５］

。采用综合相容矩阵法的思路，从定线制的设

计者、使用者和管理者的角度进行问卷调查，通过对问卷的统计分析和比较进行赋权运算。３．２．１　构造判断矩阵

建立判断矩阵是以其上一层的要素为判断准

则，对下一层次的要素进行两两比较确定判断矩阵的元素值，即要确定下个层次各个要素对所属的本层某要素的相对重要性的量化值。

本项目通过向ＶＴＳ（Ｖｅｓｓｅｌ　Ｔｒａｆｆｉｃ　

Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）中心、航海领域专家、成山角大型船舶高级船员发放调查问卷表，获得关于效率性、安全性和规范性各因素在成山角大型船舶定线制设计中的重视程度。本次问卷共发送８０份，其中向ＶＴＳ中心发放２０份、具有多年航海经验和航海研究的专家发放２０份、

成山角大型船舶高级船员发放４０份。最终回收有效问卷７２份，有效率为９０％。经过对问卷数据采用几何平均数法的整合、处理，通过对比分析得到各层次的评价矩阵。

３．２．２　求取各指标权重

第一层效率性、安全性和规范性评价指标的权重对矩阵按行元素求积得到向量：ｗ＝０．１６６　７３６熿燀燄

燅

０．１６６７，由珡ｗｉ＝ｎ∏ｎ

ｋ＝１

ａ

ｉ槡

ｊ取ｎ＝３，得珡ｗｉ＝０．５５０　４３．３０１　９０．熿燀燄

燅

５５０　４，由公式ｗｉ＝

ｗｉ

∑ｎｉ＝１

珡

ｗ

ｉ

归一化后，得权重系数Ｗ＝

０．１２５０．７５熿燀燄燅

０．１２５。采用同样的数学计算方法可以得到第二层效率性、

安全性及规范性各因素评价指标的权重。３．２．３　对层次排序进行一致性检验

第一层各因素评价指标排序的一致性检验。

将Ａ、ｗｉ、ｎ＝３代入公式λｍａｘ＝１ｎ∑ｎ

ｉ＝１（Ａｗ）ｉ

ｗｉ

求得特征根λｍａｘ＝３

。因此，一致性检验指标：Ｃ．Ｉ＝λｍａｘ－

ｎｎ－１＝３－３２

＝０。查表得到相应的随机一致性指

标Ｒ．Ｉ＝０．９０，得到一致性比例Ｃ．Ｒ＝Ｃ．ＩＲ．Ｉ

＝０＜

０．１。

采用同样的数学方法进行计算，得到评价体系每层各指标排序具有满意的一致性，最终得到第一层效率性、安全性和规范性评价指标的权重：Ｗ＝０．１２５０．７５０．熿燀燄燅

１２５。

第二层效率性、安全性和规范性因素评价指标权重分别为：

２

５　

　中　国　航　海２０１３年第２期

ｗ１＝０．０６９　３０．２５８　１０．１１０　３０．

熿燀

燄

燅

５６２　２

，ｗ

２＝

０．１１２　８

０．０７２　３

０．０３１　５

０．０４７　４

０．１９６　０

０．３５９　７

０．

熿

燀

燄

燅

１８０　３

，ｗ

３＝

０．４６６　８

０．１６０　３

０．０９５　３

０．

熿

燀

燄

燅

２７７　６

。

３．２．４　各因素综合权重

问卷回收后，依照层级分析法进行运算与检验。使用几何平均数法整合各问卷结果，经过标准化即可得到各准则的权重（见表２）。

表２　设计方案影响因素权重列表

Ｔａｂ．２　Ｗｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ

ｒｏｕｔｅｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ

第一层第一层

权重

第二层

权重

综合

权重

效

率性０．１２５　０

累计转向角度Ｉ１１０．０６９　３　０．００８　７

转向次数Ｉ１２０．２５８　１　０．０３２　３

航行总时间Ｉ１３０．１１０　３　０．０１３　８航线附近船舶数量Ｉ１４０．５６２　２　０．０７０　３

安

全性０．７５０　０

能见度Ｉ２１０．１１２　８　０．０８４　６

水深及碍航物Ｉ２２０．０７２　３　０．０５４　２

助航设施Ｉ２３０．０３１　５　０．０２３　６ＶＴＳ监管作用Ｉ２４０．０４７　４　０．０３５　６

会遇交叉局面Ｉ２５０．１９６　０　０．１４７　０

船舶交通密集程度Ｉ２６０．３５９　７　０．２６９　８

渔船的航行影响Ｉ２

７０．１８０　３　０．１３５　２

规

范性０．１２５　０

海员航海习惯Ｉ３１０．４６６　８　０．０５８　４

海事监管的便利Ｉ３２０．１６０　３　０．０２０　０

ＩＭＯ关于定线制的

相关规定

４．６７５　４．５８４　４．５７５　４．５４６对原有定线制的影响３．７５７　３．６８５　３．５６４　３．５８９

３．３．３　ＴＯＰＳＩＳ优选

定线制方案优选：先将各评价准则的平均值进行数值标准化和无量纲化处理以建立标准化评估值矩阵，再加入准则权重的运算即可得到评估矩阵与理想解和反理想解的数值，利用ＴＯＰＳＩＳ方法中介绍的公式计算出方案的分离度与相对接近度［７］，见表４。

表４　设计方案评估分离度与相对接近度表

Ｔａｂ．４　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｒｏｕｔｅｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ

方案分离度

与相对接近度方案一

（推荐

航路）

方案二

（双向

航路）

方案三

（分道通

航制１）

方案四

（分道通

航制２）

理想解Ｓ＋ｉ０．０３６　３４　０．０２８　１３　０．００２　３１　０．００５　８６反理想解Ｓ－ｉ０．００２　６４　０．００８　９５３　０．０３６　３８　０．０３０　８６相对接近度Ｃ　０．０６７　８２　０．２４１　３９　０．９４０　２８　０．８４０　２４

４　结　语

由于航路规划的特性的原因，航路规划需要设定多个目标。要想设立一个能防止所有海难并令所有使用者满意的定线制是十分困难的事。比较理想的定线制方案需要建立在多角度和多重考虑因素的基础上才能得出。航道评估的特性综合来说具有以下几个方面的特点［８］：

１．应对数个定线制方案进行评估，从中找出最佳方案。

２．定线制的评估具有多个目标，多个准则，而各个标准之间存在一定的矛盾，具有强烈的相互冲突性，需要找到其重点矛盾，以便对定线制方案进行综合分析，获得较为理想的方案。

３．定线制应考虑到多方用海单位的意见，最后以群体决策的方式决定，避免产生单方决策的偏颇。

参考文献

［１］　我国沿海船舶航路规划研究报告［Ｒ］．大连：大连海事大学，２０１１．

［２］　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｐｒｏｖｉ－ｓｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｓｈｉｐｓ＇Ｒｏｕｔｅｉｎｇ（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ａ．５７２（１４）），ａｓａｍｅｎｄｅｄ．Ｌｏｎｄｏｎ：ＩＭＯ，２００８．

［３］　吴兆麟，海上避碰与交通安全研究［Ｍ］．大连：大连海事大学出版社，２００１

［４］　吴兆麟，朱军．海上交通工程［Ｍ］．第２版，大连：大连海事大学出版社，２００４．

［５］　庞彦军，刘开第，张博文．综合评价系统客观性指标权重的确定方法［Ｊ］．系统工程理论与实践，２００１（８）：３７－４２．

Ｐａｎｇ　Ｙａｎｊｕｎ，Ｌｉｕ　Ｋａｉｄｉ，Ｚｈａｎｇ　Ｂｏｗｅｎ．Ｔｈｅ　Ｍｅｔｈｏｄｏｆ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　Ｉｎｄｅｘ　Ｗｅｉｇｈｔ　ｉｎ　ｔｈｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ，２００１（８）：３７－４２．

［６］　徐华，邱彤，赵劲松．模糊判断矩阵构造和矩阵一致性检验的同步方法［Ｊ］．清华大学学报：自然科学版，２０１０

（６）：９１３．

Ｘｕ　Ｈｕａ，Ｑｉｕ　Ｔｏｎｇ，Ｚｈａｏ　Ｊｉｎｓｏｎｇ．ＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄＭｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａ　Ｆｕｚｚｙ　Ｊｕｄｇｅｍｅｎｔ　Ｍａｔｒｉｘａｎｄ　Ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ｉｔｓ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＴｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１０

（６）：９１３．

［７］　于秀金，张皓斐．一种将ＡＨＦ和ＴＯＰＳＩＳ融合的决策方法［Ｊ］．电脑与信息技术，２０１２，２０（６）：２８－２９．

Ｙｕ　Ｘｉｕｊｉｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｈａｏｆｅｉ．Ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　ＡＨＰＩｎｔｅｇｒａｔｅ　ａｎｄ　ＴＯＰＳＩＳ　ｔｏ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　Ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ

［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，２０

（６）：２８－２９．

［８］　林彬，曾承志．航道系统方案之评估模式［Ｊ］．航运季刊，２００５，１４（１）：１９．

Ｌｉｎ　Ｂｉｎ，Ｚｅｎｇ　Ｃｈｅｎｇｚｈｉ．Ａ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ＤｒａｆｔＳｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｈｉｐｐｉｎｇ　Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ，２００５，１４（１）：１９．

４

５中　国　航　海２０１３年第２期