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      港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型研究

      2012-03-09 08:13:58
      關(guān)鍵詞:危險度港區(qū)賦權(quán)

      (武漢理工大學(xué)航運學(xué)院 武漢 430063)

      港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價主要涉及到評價指標(biāo)的選取、權(quán)重的計算和評價方法的確定.目前,權(quán)重的計算方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法.其中主觀賦權(quán)法單純依靠決策者的主觀判斷,帶有較大的主觀隨意性,評價結(jié)果易受決策者專業(yè)知識和經(jīng)驗的影響;客觀賦權(quán)法運用數(shù)學(xué)方法分析資料數(shù)據(jù)所反映的統(tǒng)計信息,往往忽略決策者對指標(biāo)重要性的主觀認(rèn)知,有時會出現(xiàn)“重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)小,不重要指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)大”的現(xiàn)象.為了既能反映專家的意見,同時又充分利用樣本資料的統(tǒng)計信息,達(dá)到主、客觀的統(tǒng)一,進(jìn)而使評價結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠,本文提出了一種主客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法來確定港區(qū)水域通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)的權(quán)重.關(guān)于通航環(huán)境評價方法,目前國內(nèi)文獻(xiàn)多采用模糊評價法[1-2]和灰色系統(tǒng)理論法[3-5].這些方法均是對單個港口的通航環(huán)境進(jìn)行評價,不適合對多個港口的通航安全狀況快速地做出評價.有鑒于此,本文提出一種新的方法——距離函數(shù)建模法.

      1 權(quán)重的確定及模型的構(gòu)建

      1.1 主客觀組合賦權(quán)法

      本文利用專家打分法來確定主觀權(quán)重.專家打分法的基本原理是各位專家根據(jù)自己的專業(yè)知識、經(jīng)驗和主觀認(rèn)知對各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行打分,然后將打分結(jié)果進(jìn)行綜合來求取權(quán)重.專家打分法的基本步驟為:

      則W=(w1,w2,…,wn)就是用專家打分法所確定的各評價指標(biāo)的主觀權(quán)重.

      對于客觀權(quán)重,本文采用變異系數(shù)法來加以確定.變異系數(shù)法是根據(jù)各指標(biāo)在所有被評價對象上觀測值變異程度的大小來求取指標(biāo)權(quán)重.當(dāng)指標(biāo)變異程度較大時,賦予權(quán)重的也較大;反之,賦予的權(quán)重就較?。ǔTu價指標(biāo)分為效益型,成本型和固定型.效益型指標(biāo)是指那些數(shù)值越大越好的統(tǒng)計指標(biāo)(也稱為正向型指標(biāo));成本型指標(biāo)是指數(shù)值越小越好的指標(biāo)(亦稱為逆向型指標(biāo));固定型指標(biāo)是指數(shù)值越接近某個常數(shù)越好的指標(biāo)(又稱為適度型指標(biāo)).如果各指標(biāo)的屬性不一致,則在進(jìn)行綜合評價評估時容易出現(xiàn)偏差,因此必須確定各評價指標(biāo)的屬性.變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟如下[6-7].

      1)建立原始評價矩陣X=(xij)m×n.式中:m為評價對象的個數(shù);n為評價指標(biāo)數(shù).

      2)確定各評價指標(biāo)的屬性,處理原始評價矩陣.

      1.2 距離函數(shù)建模法

      距離函數(shù)建模法的基本思想是利用向量之間的距離來衡量2個向量之間的接近程度.首先建立一個實測數(shù)據(jù)矩陣和一個評價標(biāo)準(zhǔn)矩陣,然后運用數(shù)學(xué)方法計算實測數(shù)據(jù)矩陣到評價標(biāo)準(zhǔn)矩陣的距離,從而確定原始評價指標(biāo)的等級.為了確保結(jié)果的可靠性,分別利用歐氏距離和絕對值距離進(jìn)行建模.

      設(shè)向量A=(aij),向量B=(bkt).則:

      dist(A,B):計算A中的每個行向量到B 中每個列向量之間的歐氏距離.

      mandist(A,B):計算A中的每個行向量到B中每個列向量之間的絕對值距離.

      2 評價指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)的確定

      目前在研究航運安全時,一般都把人-船-環(huán)境-管理作為一個大的系統(tǒng)來進(jìn)行綜合評價.環(huán)境作為系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié),對于船舶的安全航行有著十分重要的影響.由于船舶航經(jīng)港區(qū)水域時,影響其安全航行的環(huán)境因素有很多,我們不可能把所有與之有關(guān)的環(huán)境因素都進(jìn)行評價.為了保證評價的快速性和評價結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文通過綜合有關(guān)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究成果和專家咨詢的方法確定評價指標(biāo),力求使所選取的評價指標(biāo)能反映港區(qū)水域船舶航行的安全性[8].綜合考慮各方面因素,本文選取以下11項指標(biāo)對港區(qū)水域通航環(huán)境危險度進(jìn)行評價:能見度、風(fēng)、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息.

      關(guān)于港區(qū)水域通航環(huán)境危險度目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn),本文結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)的研究結(jié)論,將港區(qū)水域通航環(huán)境的危險程度從低到高分為5個危險等級(1,2,3,4,5),并對各項指標(biāo)的危險度的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了確定,見表1.

      3 港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型的實際應(yīng)用

      已知我國部分港口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見表2)和專家打分法得到的權(quán)重結(jié)果(0.165,0.01,0.04,0.08,0.12,0.086,0.1,0.08,0.17,0.08,0.069),下面運用變異系數(shù)法對這些港口通航環(huán)境危險度的權(quán)重進(jìn)行分析,然后運用距離函數(shù)建模法對這些港口的通航環(huán)境進(jìn)行綜合評價.

      表1 通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)及等級劃分

      表2 我國部分港口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

      3.1 確定權(quán)重

      根據(jù)表1和表2,得到實際數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)10×11和等級標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y=(yij)11×5.其中

      處理原始評價矩陣得到新矩陣U=(uij)10×11和V=(vij)11×5.在此基礎(chǔ)上根據(jù)變異系數(shù)法確定權(quán)重的步驟,得到客觀權(quán)重結(jié)果W′=(0.022 4,0.094 3,0.077 1,0.105 6,0.079 8,0.084 0,0.085 7,0.182 8,0.123 1,0.072 6,0.072 6).因此主客觀組合賦權(quán)法確定的最終結(jié)果γ=(0.093 7,0.052 2,0.058 6,0.092 8,0.099 9,0.085,0.092 9,0.131 4,0.146 6,0.076 3,0.070 6).

      權(quán)重的大小說明能見度、風(fēng)、流、航道長度、航道寬度、彎曲度、交叉狀況、礙航物、交通流量、交通管理、助航信息這11種指標(biāo)對上述港口通航環(huán)境所起的作用.由γ可知,各指標(biāo)的作用不盡相同,相對而言,交通流所起作用最大,礙航物狀況次之,風(fēng)所起的作用最?。?/p>

      3.2 綜合評價

      運用距離函數(shù)建模法計算向量U=(uij)10×11到向量V=(vij)11×5的歐氏距離和絕對值距離,計算結(jié)果見表3和表4.

      表3 歐氏距離判別表

      835 2 2港口2 1.334 1 1.215 1 1.406 4 1.872 2 2.072 8 2港口3 1.572 0 1.393 4 1.470 9 1.800 0 1.884 7 2港口4 1.427 8 1.296 1 1.454 7 1.911 6 2.075 8 2港口5 1.500 9 1.177 2 1.152 6 1.482 6 1.794 8 3港口6 1.452 8 1.220 7 1.298 9 1.744 6 2.158 4 2港口7 2.362 2 1.938 7 1.570 9 1.313 9 1.091 8 5港口8 1.263 5 1.007 7 1.127 2 1.641 3 2.007 7 2港口9 1.461 8 1.194 2 1.189 6 1.507 5 1.765 0 3港口10 1.284 1 1.076 0 1.176 8 1.623 6 1.級別港口1 1.484 9 1.285 3 1.372 4 1.704 0 1.港口 歐氏距離di1 di2 di3 di4 di5 898 7 2

      表4 絕對值距離判別表

      由上面的計算結(jié)果可知,盡管歐式距離和絕對值距離意義不同,但是對于港區(qū)水域通航環(huán)境的評價等級結(jié)果基本相同.港口7通航環(huán)境危險度等級為“高度危險”,船舶在此水域航行時需要謹(jǐn)慎;港口9通航環(huán)境危險度等級為“一般”,港口5通航環(huán)境危險度等級介于“一般”和“較低”之間,其余港口通航環(huán)境危險度等級為“低”,船舶航行時較為安全.

      4 結(jié)束語

      運用主客觀組合賦權(quán)法和距離函數(shù)建模法建立的港區(qū)水域通航環(huán)境綜合評價模型,能夠快速地對港區(qū)水域通航環(huán)境做出綜合評價,評價結(jié)果具有穩(wěn)定性和可靠性,且借助于MATLAB工具,評價的計算量也較少.如果港區(qū)水域通航環(huán)境危險度評價指標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)能夠進(jìn)一步完善,模型評價的精度將更高.

      [1]陳佳云.汕頭海區(qū)通航環(huán)境安全評價與規(guī)劃研究[D].大連:大連海事大學(xué)航海學(xué)院,2006.

      [2]陳 宏.福州港閩江通海航道航行環(huán)境安全評價[J].中國航海,2008(3):63-66.

      [3]張 鵬.航道水域船舶航行環(huán)境危險度的評價[D].大連:大連海事大學(xué)航海學(xué)院,2007.

      [4]馬 會,吳兆麟.港口航道水域操船環(huán)境危險度的綜合評價[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,1998,24(3):15-18.

      [5]譚志榮,李 勇.港口操船環(huán)境危險度的評判方法的研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)航運學(xué)院,2002.

      [6]陳偉炯,郝育國,秦 庭,等.港口航行環(huán)境安全組合評價模式[J].交通運輸工程學(xué)報,2005,5(1):75-78.

      [7]趙 宏,馬立彥,賈 青,等.基于變異系數(shù)法的灰色關(guān)聯(lián)分析模型及其應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2007,35(2):26-27.

      [8]江福才,吳立川,文元橋,等.浙江沿海通航環(huán)境風(fēng)場要素氣候變化特征分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版,2010,32(7):173-177.

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