武汉船舶职业技术学院学报２０１１年第４期 对影响沿海海域主航道通航环境因素的评估 刘天喜黄秋赢 （武汉理工大学航运学院，湖北武汉４３００６３） 摘要进港主航道的通航环境主要包括自然环境和交通环境。自然环境主要包括水文、气象等因素。各因素下面又 包括很多子因素，其中每一个因素发生变化都有可能对整个通航环境的安全产生影响。本文探讨了进港航道水域通航 环境综合评价主要涉及到评价指标的选取、权重的计算和评价方法的确定，通过层次单排序法建立评价矩阵得出影响通 航环境的主要影响因素。 关键词 通航环境；主航道；层次单排序法 中图分类号 Ｕ６１ 文献标志码 Ａ文章编号 １６７１—８１００（２０１１）０４—００２２—０４ 通航环境是指船舶运动所处的空间与条件， 通过上述分析，主航道水域通航环境因素一 涉及到航行水域、该水域的自然条件和交通条件 般包含该水域的自然环境因素（风、台风，雨、雪 三方面的因素。航行水域是船舶运动的场所或空 （热带没有）、雾；潮汐、潮流、波浪、水深）；航道宽 间，通常由港口和航路组成。航道是水道中具有 度、航道长度、航道弯曲程度、交叉航路、导标与浮 一定深度、宽度、净空高度和弯曲半径且能供船舶 标；水下障碍物、浅滩、禁航区；船舶交通量、船舶 安全航行的水域，一般位于港口及其附近。船舶 尺度与类型等。其中，风及台风等空气流动对水 在航道内航行可能因船舶密度大、交通拥挤而易 线上船体产生风动力而影响船舶运动，将其归并 发生交通事故＿１］。同时，由于航道水域中气象、水 为影响航行安全的“风”因素。雨、雪、雾等对船员 文及地形等自然条件对船舶的运动也会造成一定 值班了望造成视线障碍从而使操船产生困难，归 的影响和空间上的，因而加大了通航的危险 并为“能见度”因素。潮汐、潮流、波浪等水的流动 程度。 对水线下船体产生水动力而影响船舶运动和控 １ 影响沿海海域主航道通航环境 制，将其归并为主航道水域通航环境影响航行安 全的“流”因素。水下障碍物、浅滩、禁航区等 因素 船舶航行空间而造成航行困难的，归并为影响通 对沿海港口主航道水域通航环境风险状况进 航安全的“障碍物距离”因素。综合港口航道水域 行评价，即对围绕着主航道及附近水域的环境中 通航环境影响航行安全的各方面因素及其它学者 对船舶航行安全造成影响及直接造成船舶运动在 的研究结论，本论文采用“层次单排序法”开展研 空间上的的因素进行综合评价。水文气象和 究，因此确定如下各评价指标：（１）能见度，（２）风速， 航道条件是主航道水域通航环境风险评价的必选 （３）风舷角，（４）流速，（５）流舷角，（６）船长／航道宽度， 因素；另外，主航道中通航船舶的类型、大小、密度 （７）航道弯曲角度，（８）航道交叉角度，（９）碍航物距 也直接制约和影响着船舶的航行安全，也反映了 离，ｑＣ９交通密度，ｑＪ）助航标志完善率ｌ＿３］。 主航道水域通航环境的危险程度，也应作为评价 因素加以考虑；再者，助航标志的完善程度也对船 ２层次单排序法 舶的航行有很大的影响，因此也应该加以考虑，以 层次单排序就是计算出各要素的重要程度。 便较全面评价水域的安全状况【２］。 本文利用该方法计算己确定的１１个评价指标的 收稿日期：２０１１—０４—１９ 作者简介：刘天喜，男，主要从事船舶航运方面的研究。 ２２ 对影响沿海海域主航道通航环境因素的评估 刘天喜，等 权重值。 ２．１评判矩阵的建立 评判矩阵表示影响主航道通航环境各因素 ａ１，ａ２…ａｎ…ａｌ１之间的相对重要性，构造的评判 矩阵的形式如下 ： ｔ １１ 口１２ ａ２１ 口２２ Ａ：＝ 口ｉｌ ａｉ２ 口 １ ａｎ２ 评价矩阵Ａ中的元素ａ 表示需要考虑要素 ａ。对ａｊ的相对重要性，即： 口 一Ｗ ／ｗ， （１） 式中：Ｗ ——Ａ。的重要度； Ａ，——Ａ，的重要度 显然，Ａ ＝＝＝１，Ａ“＝＝：１／Ａｉ 通常Ａｉｊ取１，２，３，…，９及它们的倒数，其含 义见表１。 表１评判矩阵的评价尺度 评价尺寸 定义 对影响主航道通航环境而言，Ａ．和Ａ 同样重要 对影响主航道通航环境而言，Ａ 和Ａ 稍微重要 对影响主航道通航环境而言，Ａｉ和 重要 对影响主航道通航环境而言，Ａ 和Ａ．重要的多 对影响主航道通航环境而言，Ａ，和Ａ，绝对重要 重要程度介于上述两相邻评价尺度之间 ２．２依照评判矩阵进行权重计算 设评判矩阵为Ａ， 为其最大特征根，ｗ为 其特征向量，则求得ｗ并对其进行正规化处理后 可将其作为元素Ａ。，Ａ ，…，Ａ 在影响沿海海域 主航道通航环境下的权重［５］。 …和 的计算方 法有多种，常用的有幂法、和积法和方根法，其中 后两种是比较简便的近似计算方法，本文将采用 方根法。方根法的计算步骤如下： ①计算判断矩阵Ａ每一行元素的乘积Ｍ ｎ Ｍｉ＝＝＝Ｕ口 （ ，Ｊ一１，２… ） （２） Ｊ＝１ ②计算Ｍｊ的ｎ次方根 Ｗ 一 Ｍ （ 一１，２… ） （３） ③对 ＝（ ， 。，…，Ｗ～ ）进行归一化处理， 即 Ｗ 一 （ ：＝：１，２… ） （４） ∑ ｉ－－１ 则ｗ一（叫 ，叫。，…，Ｗｎ） 即为所求的特征向量。 ④计算判断矩阵的最大特征根 一奎—‘。ｉ。——１ （ＡＷｌｌＷ—）ｉ Ｉ （５） 式中（Ａｗ） 表示向量Ａｗ的第ｉ个元素。 （４）一致性检验 求出 后要进行一致性检验，这是保证结 论可靠性的必要条件。 ①计算一致性指标ＣＩ（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅ ｉｎｄｅｘ） ＣＩ一 （６） 一ｌ 当Ａ为完全一致性矩阵时，ＣＩ一０，Ａ 一ｎ。 …一ｎ愈大，ＣＩ愈大，矩阵的一致性愈差。当Ａ 对一致性偏离不大时， 一稍大于ｎ，这就是ＣＩ可 作为一致性检验指标的依据。为了检验评价矩阵 是否具有满意的一致性，需要将ＣＩ与平均随机一 致性指标ＲＩ进行比较。在不同的参考书上，其 ＲＩ值将会不一致，主要是由于在计算ＲＩ均值时， 由于计算样本容量不同而导致的，一般样本容量 为１０００左右。由于不同的ＲＩ均值只存在小的误 差，因此总体上对一致性检验不会有影响。平均 随机一致性指标ＲＩ的计算过程如下： １）对于固定的ｎ，从１，２，…，９，１／２，…，１／９ 中地随机抽取丛 个值，作为矩阵上三 角元素，主对角线元素自动取１，下三角元素取上 三角对称元素的倒数，由此得到随机正互反矩阵” Ａ。 ２）计算所得矩阵Ａ的一致性指标 ＲＩ一］ｔｒｍ－ｘ——＿ｎ （７） 一ｌ ３）重复上述步骤得到足够的数量样本，计算 ＲＩ的样本均值。 表２给出了样本容量为１０００时的１—１２阶 矩阵的平均随机一致性指标ＲＩ均值。 ２３ 武汉船舶职业技术学院学报２０１１年第４期 表２ １一ｌ２阶矩阵的平均随机一致性指标 ②计算一致性比例 赋值，通过问卷调查，并对部分调查表数据进行了 ＣＲ—ｅｌ／Ｒ （８） 必要的调整＿６］。同时采用几何平均法归纳整理得 当ＣＲ＜Ｏ．１０时，一般认为的一致性可以接 到评判矩阵，如在２５份调查表中，能见度和风速 受。否则，应重新调整评价矩阵中的元素，直至具 相比所填写的数值分别为ａ ，ａ ，…，ａ。 ，则采用 有满意的一致性为止。 几何平均法整理得到能见度和风速相比一栏的值 ３ 影响沿海海域主航道通航环境因 为： ａ１×ａ ，×…×ａ２５，则风速与能见度相比一 ｚ５厂广—— —————Ｔ 素权重的计算 栏的值为： ／三×一Ｊｔ×…× 。通过几何平均法 本文采用层次单排序分析法对评价指标进行 归纳整理得到评判矩阵Ａ见表３。 表３判断矩阵权重确定 根据方根法（２）、（３）、（４）和（５）式计算判断矩阵 由（５）式得 Ａ的最大特征根 ～及对应得特征向量Ｗ，见表４。 一 一１１．０２９ —裹４判断矩阵的最大特征根及特征向量的计算 —ｚ１ ｉ 由（６）式得 一 一 ＿０．００２９ ｎ—ｌ ｌＵ 根据（７）式和表４得 ＧＲ一 ＝＝＝ ＿０．００１９＜ｏ．１ 即完全满足一致性指标。 因此各评价指标：能见度、风速、风舷角、流 速、流舷角、船长／航道宽度、航道弯曲角度、航道 交叉角度、碍航物距离、交通密度、助航标志完善 率对应的权重 如下： Ｗ—Ｅ０．２０３，０．１００，０．０７６，０．１１２，０．０８４， ０．０４７，０．０４３，０．０３８，０．０３２，０．２３８，０．０２７：］ ４ 结 语 由计算的权重可知，能见度与交通密度对船 ２４ 对影响沿海海域主航道通航环境因素的评估 刘天喜，等 舶在沿海海域主航道航行的影响最大，风速与流 吴兆麟．海上交通与交通安全研究［Ｍ］．大连：大连海事大学 速对船舶在沿海海域主航道航行的影响次之。风 出版社，２００１．３９４—４０７． ． ３ 项峰，郭国平．船舶交通安全评价方法比较研究［Ｊ］．船海 舷角、流舷角对船舶在沿海海域主航道航行的影 工程，２００７（４）：１３２—１３４ 响也比较大。航道宽度，航道弯曲角度，航道交叉 ４ 翁跃宗，吴兆膦．厦门港船舶航行环境系统的安全分析口］．大 角度，碍航物距离，助航标志完善率对船舶在沿海 连海事大学学报，２００１（１）：１Ｏ一１５． 马会，吴兆麟．港口航道水域操船环境危险度的综合评价 海域主航道航行也有所影响，但相对而言比较小。 口］．大连海事大学学报，１９９８，２４（３）：１５—１８． 参 考 文 献 陈伟炯，郝育国，秦庭．港口航行环境安全组合评价模式［Ｊ］． 交通运输工程学报，２００５，５（１）：７５—７８． １ 黄曙路．水上交通安全评价方法选择初探ｒＪ］．中国水运， ２Ｏ０７（９） ４６—４７． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｉｒｗａｙ ｉｎ Ｓｅａ Ａｒｅａｓ ＬＩＵ Ｔｉａｎ—ｘｉ，ＨＵＡＮＧ Ｑｉｕ－ｙｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ｗｅｉｇｈｔｓ ｏｆ ｈａｒｂｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｂｙ ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｓｕｂ— ｊｅｃｔｉｖｅ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｖｉｅｗｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｔｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍａｋｅ ｆｕｌｌ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｎ ｕｓｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ＭＡＴＬＡＢ ｔｏ ｍａｋｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｐｏｒｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ．Ｍｏｄｅｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ。ｗｈｉｃｈ ａｓｓｅｓｓｅｓ ｈａｒｂｏｒ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｑｕｉｃｋｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｐｏｒｔ ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ，ｍａｒｉｔｉｍｅ ａｄｍｉｎｉｓ— ｔｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｎａｖｉｇａｔｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｆａｉｒｗａｙ；ＡＨＰ （责任编辑：谭银元） ２５
