CN111507586B - 通航水域水上施工安全风险预警分级方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种通航水域水上施工安全预警分级方法及系统，包括核心指标数据模块、实时监测接收模块、风险分析模块、风险预警模块。核心指标数据模块包括三级安全指标体系单元和自定义安全指标单元，各安全指标的量化依据国家法律法规、行业规范和行业专家的经验；实时监测接收模块用于实时显示各安全指标的施工监测数据，并定时将监测数据传输至风险分析模块；风险分析模块包括实测风险因子识别、划分安全风险等级、单指标风险评价、多指标综合风险评价四个单元，用于评判各项因素和耦合多因素的整体施工环境的安全风险程度；风险预警模块通过可视化安全预警平台向施工人员展示各安全指标因素和综合评价结果的风险等级及对应的安全措施建议，用于风险预警。

Description

通航水域水上施工安全风险预警分级方法及系统

技术领域

本发明属于水上施工风险预警领域，具体涉及一种通航水域水上施工安全风险预警分级方法及系统。

背景技术

我国水运工程建设呈现出复杂化、大型化、深水化等发展趋势。这其中，一方面施工水域环境变得更加恶劣，另一方面，施工水域与船舶航线的重叠和临近，进一步增加了水上施工环境的复杂性。尤其是在繁忙的通航水域开展的水上施工，航行的船舶与大型水上施工装备之间相互影响且该影响不断发生变化。

通航水域多维复杂的施工环境不仅给水上施工带来了不可忽视的安全隐患，也对施工人员的生命安全构成了威胁。然而，在目前的水上施工工程中，在局部多维因素动态耦合复杂环境条件下，存在着风浪流等环境因素监测手段落后、量化系统的分级标准缺失、航行和施工重叠区域风险预警手段不足等问题，给通航水域的施工安全带来的巨大的挑战：

(1)施工水域环境监测缺乏实时性和精确性

在施工过程中，对施工水域环境开展合理有效的监测能够为通航水域的水上施工风险预警和安全提供重要保障。但是目前传统的施工船舶普遍缺乏针对风浪流等的实时环境监测手段，大部分的环境信息来源于施工组织设计阶段针对施工区域搜集的长期水文、航道等各方面的信息资料，在实际施工过程中施工人员主要依靠气象预报大致评估施工期间的风浪流等条件，针对特定施工区域的具体环境尚无实时、精确的监测手段。总的来讲，现有的环境监测手段不足且监测精度和时效性方面均无法为施工过程中的风险预警提供及时、有效的信息支持。

(2)水上施工安全性的分级判别标准缺失

判断面临的环境条件是否满足正常施工的要求，主要包括以下两个方式：一是判断面临的环境条件是否满足正常施工的要求，主要依据行业规范规定的如流速、波浪等单因素造成的施工条件是否严重影响施工工程的安全，一旦单因素的影响程度严重超出极限可允许的条件，则判定该工况下无法正常进行施工，但是针对同时存在风、浪、流、通航船舶密度等多种条件，单一因素均未超出极限可允许的范围，但是多种条件均处于可能带来安全隐患的情况，则无法依据行业规范来判断考虑多重因素的复杂环境下整体施工环境的安全风险程度及是否满足正常施工的条件；二是取决于船长的经验来综合预判施工环境的安全风险程度，但是该方法明显受到船长的个人水平和经验限制，可能会出现低估整体环境的安全风险程度带来安全隐患问题或者高估施工面临的安全风险程度从而导致施工效率降低等不同方式的误判，继而引发船舶碰撞、设备损坏、火灾等事故。

(3)风险预警措施不足

目前关于施工风险预警措施的研究主要集中在船舶航行安全风险评估、大桥(风机)等具体工程施工的风险分析两个方面，对于广泛的水上施工工程安全风险评估研究较少，尤其是针对通航领域的水上施工工程，尚缺乏科学全面的安全技术指标体系的建立和成熟的安全风险预警系统和方法的研究。

因此，针对复杂的通航水域施工环境，非常有必要提出一种既融合行业规范和施工经验，又简单快捷、便于施工人员使用的判断施工安全风险的系统和方法，这对于提高风险预警和安全防患水平、保障施工人员安全具有十分重要的工程意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种通航水域水上施工安全风险预警分级方法及系统，建立全面的安全指标体系，将总体评价目标分解为不同的因素，按照因素之间相互影响及隶属关系将因素进行不同层次的组合，将评价过程层次化、数量化，并针对通航水域水上施工的特点和需求，融合国家法律法规、行业规范、行业专家的经验量化安全指标，形成一个动态的、多层次的、耦合多重因素评判通航水域水上施工安全风险模型，可实时分级风险预警并提出对应安全措施建议，为通航水域水上施工的风险预警和相关人员的安全决策提供科学有效的参考依据，减少复杂多变的施工环境造成的安全事故。本发明保障水上施工安全，促进疏浚行业发展。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种通航水域水上施工安全预警分级方法，包括以下步骤：

(1)确定参与安全风险评价的因素集：收集工程施工区域的基础资料和信息，依据危险源的统计分析，确定是否需要额外手动删除现有的安全指标或者添加未知的安全指标。如有需要添加，则根据基础资料和信息添加新的安全指标，并按照统一量化规则进行量化。设U＝{u₁,u₂,…,u_s}为刻画被评价对象的s种评价因素集，其中s是评价因素的个数。具体地，如果划分为三级评价因素集，则第一级指标第i个因素的二级评价因素集可表示为u_i＝{u_i1,u_i2,…,u_im}，u_im表示对应第一级指标u_i的第二级指标集合的第m个因素。第二级指标第m个因素的三级评价因素集可表示为u_im-n表示对应第二级指标u_im的第三级指标集合的第n个因素，依此类推。

(2)实时监测并采集评价因素数据：收集施工区域的基本资料和利用现场仪器设备对评价因素的施工数据进行动态监测和采集，并定时存储和处理，提供给步骤(3)用于计算评价因素对于不同风险等级的隶属程度。

(3)建立基于模糊评价的水上施工安全风险评价模型：依据步骤(1)建立的安全指标体系，构建单指标风险评价模型和多指标综合风险评价模型。

——单指标风险评价模型：利用隶属度函数判断评价因素对各风险等级的隶属程度，当计算结果越靠近某一风险等级，可认定该评价因素处于此风险等级。在进行隶属度计算时，首先判断评价因素的类型。若评价因素的安全性随数值的增大而增大，则采用升半梯形隶属度函数；若评价因素的安全性随数值的增大而减小，则采用降半梯形隶属度函数。

升半梯形隶属度函数：

降半梯形隶属度函数：

其中，x表示某评价因素u_i的实测值，由步骤(2)提供；α、β分别表示该评价因素u_i对应等级v_j的安全阈值上下限，该数据以国家法律法规、行业标准规范等为理论基础，采用专家调查法确定评价因素的风险等级分级标准，即量化各级风险等级的安全指标阈值上下限α、β。

进而得到模糊关系矩阵：

r_i＝(r_i1,r_i2,...,r_in)

其中，r_ij表示某个被评价对象从因素u_i对等级模糊子集v_j的隶属度，对r_i＝(r_i1,r_i2,…,r_in)一般会进行归一化处理使得其目的是消除量纲的影响。

——多指标综合风险评价模型：将权重分配模糊矢量A与模糊关系矩阵R合成得到各评价因素的模糊综合评价结果矢量B，然后利用评价因素的模糊综合评价结果矢量B与各风险等级的秩k_i加权求和，得到被评价对象的相对位置，通过与各风险等级的位置做对比，即可确定最终整体施工环境的风险等级，其具体表达方式如下：

模糊综合评价矢量：

其中，b_j表示被评级对象从整体上看对评价等级模糊子集元素v_j的隶属程度，j＝1,2,…,n；A＝(a₁,a₂,…,a_m)为权重分配模糊矢量，其中a_i表示第i个因素的权重，反映了各因素的重要程度，该值的确定通过邀请行业专家根据Santy的1—9标度方法，对不同级别的参评因素相对于上一级的某一个因素的相对重要性进行比较，构建判断矩阵并经过归一化处理获得，并且该结果能够通过层次单排序及一致性检验、层次总排序及一致性检验。

为了方便从判断矩阵获得对应的权重分配，则定义了两个概念，即正互反矩阵和一致性矩阵。首先给出正互反矩阵的定义,若矩阵A＝(a_ij)_n×n满足：

(I)a_ij>0；

则称之为正互反矩阵(a_ii＝1,i＝1,…,n)；

其中满足的互反矩阵称为一致矩阵。利用一致性矩阵的性质可以算出不同因素的比例：

若A的最大特征矩阵λ_max对应的特征向量为W＝(w₁,…,w_n)^T，则公式中的w就是权重，通过比较矩阵的最大特征值所对应的特征向量，可以获得不同因素的权重。

然后，通计算随机一致性比率CR值，当一致性比率CR<0.1时，则认为A的不一致程度在容许范围之内，有满意的一致性，通过一致性检验。

层次单排序一致性比率：

层次总排序一致性比率：

式中，CI表示一致性指标，其中，λ为判断矩阵的特征值，n为判断矩阵的阶数；a₁,a₂,…,a_m表示上一层A层m个因素A₁,A₂,…,A_m对于总目标Z的排序。

进而综合多项评价因素的整体施工环境的风险等级M可表示为：

其中，k_i是各等级的秩，表示各风险等级的量化值。

(4)风险预警：基于步骤(3)风险分析结果，分为单指标风险预警和多指标综合风险预警两个部分。当单指标(多指标评价结果)处于高风险等级，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警红色字体显示，并显示建议的安全措施；当单指标(多指标评价结果)处于处于低风险和高风险等级之间，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警橙色字体显示，并显示建议的安全措施。

基于上述方法，进一步开发实现的系统：

一种通航水域水上施工安全预警分级系统，其包括核心指标数据模块、实时监测接收模块、风险分析模块、风险预警模块。其中，

核心指标数据模块包括三级安全指标体系单元和自定义安全指标单元，各安全指标的量化融合国家法律法规、行业规范和行业专家的经验，用于确定安全指标不同安全风险等级的阈值。

实时监测接收模块用于实时显示各安全指标的施工监测数据，并定时将实测数据传输至风险分析模块。

风险分析模块利用模糊综合评价法对各安全指标的动态风险进行分析，用于评判各项因素和耦合多因素的整体施工环境的安全风险程度。

风险预警模块通过可视化安全预警平台向施工人员展示各安全指标因素、对应的风险等级和综合多指标的安全风险评价结果，用于风险预警。

进一步地，核心指标数据模块的三级安全指标体系单元的第一级安全指标体系单元包括人、物、环三个因素；该人、物、环因素的第二级安全指标体系分别为：

人因素的第二级安全指标体系包括健康状况、专业技能和安全措施因素，

物因素的第二级安全指标体系包括设备、特殊物品、安全设施因素，

环因素的第二级安全指标体系包括水文、气象和航道因素；

更进一步地，所述健康状况、专业技能、安全措施因素的第三级安全指标体系为：

健康状况的第三级安全指标体系包括生理状况和心理状况因素，

专业技能的第三级安全指标体系包括专业知识、持证上岗、指挥能力、安全生产教育和培训因素，

安全措施的第三级安全指标体系包括安全生产责任制、施工方案、专项施工方案、应急预案因素；

更进一步地，所述设备、特殊物品、安全设施因素的第三级安全指标体系为：

设备的第三级安全指标体系包括设备的选择、设备的安全控制、设备的检修与保养因素，

特殊物品的第三级安全指标体系包括特殊物品的储存与处置、特殊物品的定期检验因素，

安全设施的第三级安全指标体系包括安全警示标志、安全防护设施、安全应急设施因素；

更进一步地，所述水文、气象、航道因素的第三级安全指标体系为：

水文的第三级安全指标体系包括流速、水深、波浪、潮汐因素，

气象的第三级安全指标体系包括风、能见度、冰冻因素，

航道因素的第三级安全指标体系包括航道宽度、航道水深、航道弯曲半径、通航船舶密度、交叉区域和碍航物因素。

更进一步地，核心指标数据模块的三级安全指标体系单元的各安全指标有删除项选择，操作人员可根据不同的工程工况手动删除不符合工程需求的安全指标。

更进一步地，核心指标数据模块的自定义安全指标单元可经操作人员手动添加新的安全指标并将其按照量化规则进行量化。

进一步地，风险分析模块包括实测风险因子识别单元、划分安全风险等级单元、单指标风险评价单元和多指标综合风险评价单元。实测风险因子识别单元用于将传输的实测数据分类至对应安全指标的范围内；划分安全风险等级单元，可手动选择三级至五级的风险分级方式；单指标风险评价单元，通过单因素的隶属度分析，判断各指标的安全风险等级；多指标综合风险评价单元，分级耦合多重因素评判整体施工环境的风险等级。

进一步地，风险预警模块包括单指标风险预警单元和综合指标预警单元。当单指标(综合评价结果)处于低风险等级，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈默认黑色字体显示，无对应安全措施建议；当单指标(综合评价结果)处于低风险和高风险之间，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警橙色字体显示，显示对应安全措施建议；当单指标(综合指标结果)处于高风险等级，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警红色字体显示，显示对应安全措施建议。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种通航水域水上施工安全风险预警分级系统及方法，分级建立全面的安全指标体系，将总体评价目标分解为不同的因素，并按照因素之间相互影响及隶属关系将因素进行不同层次的组合，将评价过程层次化、数量化，形成一个动态的、耦合多重因素的、多层次的综合评判整体施工安全风险评价模型，并实时分级风险预警并提出对应安全措施建议。该系统和方法提供的量化指标融合国家法律法规、行业规范和行业专家的经验，计算流程方便快捷，能够极大程度地减少人为因素造成的误差，可为通航水域水上施工的风险预警和相关人员的安全决策提供科学有效的参考依据，对降低水运工程施工安全风险、保障人民生命财产安全具有重要意义，为健全我国交通运输基础设施施工安全保障体系和提升施工安全保障能力提供重要支撑。

附图说明

图1为本发明通航水域水上施工安全风险预警分级系统结构示意图。

图2为本发明通航水域水上施工安全风险预警分级系统中核心指标数据模块的三级安全指标体系。

图3为航水域水上施工安全风险预警方法流程图。

图4为实施例提供的大型绞吸船的核心指标数据模块的三级安全指标体系。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明应用于某项目大型绞吸船吹填砂工程，利用模糊综合评价方法，建立大型绞吸船吹填砂工程的风险预警系统和方法，其中风险预警分级系统见图1。以环境因素对通航水域大型绞吸船的影响为例，进行风险评估的主要步骤如下：

(1)确定参与安全风险评价的因素集：经过前期施工基础资料调研和相关危险源识别，确定适用于该工程的安全风险评价因素集如图4所示。其中，安全风险评价因素集U＝(人u₁，物u₂，环u₃)；第二级风险因素分别为人u₁＝(健康状况u₁₁，专业技能u₁₂，安全措施u₁₃)，物u₂＝(设备u₂₁，特殊物品u₂₂，安全设施u₂₃)，环u₃＝(水文u₃₁，气象u₃₂，航道因素u₃₃)；第三级风险因素分别为健康状况u₁₁＝(生理状况u_11-1，心理状况u_11-2)，专业技能u₁₂＝(专业知识u_12-1，持证上岗u_12-2，指挥能力u_12-3，安全生产教育和培训u_12-4)，安全措施u₁₃＝(安全生产责任制u_13-1，施工方案u_13-2，专项施工方案u_13-3，应急预案u_13-4)，设备u₂₁＝(设备的选择u_21-1，设备的安全控制u_21-2，设备的检修与保养u_21-3)，特殊物品u₂₂＝(特殊物品的储存与处置u_22-1，特殊物品的定期检验u_22-2)，安全设施u₂₃＝(安全警示标志u_23-1，安全防护设施u_23-2，安全应急设施u_23-3)，水文u₃₁＝(流速u_31-1，水深u_31-2，波浪u_31-3，潮汐u_31-4)，气象u₃₂＝(风u_32-1，能见度u_32-2，冰冻u_32-3)，航道因素u₃₃＝(碍航物u_33-1，航道水深u_33-2，交叉区域u_33-3)。

(2)采集实测数据：

采集工程某天各安全指标的实测值，具体见表1。

表1环境因素分级参评因素的实测值

(3)建立基于模糊评价的水上施工安全风险评价模型：依据步骤(1)建立的安全指标体系，构建单因素风险评价模型和多因素综合风险评价模型。

——单指标风险评价模型

划分风险等级：手动选择三级风险分级方式，具体划分等级及各等级代表的含义如表2所示。

表2安全风险等级划分表

级别	程度	说明
			1级	高风险	施工不安全
2级	一般风险	施工较不安全
			3级	低风险	施工安全

确定环境因素的各级参评指标的风险等级标准：以《中华人民共和国安全生产法》、《公路水运工程安全生产管理办法》、《疏浚工程手册》、《疏浚工程技术规范》(JTJ319-99)、《疏浚与吹填工程设计规范》(JTS181-5-2012)等标准和规范为理论基础，采用专家调查法确定环境因素的风险等级分级标准如表3所示。

表3环境因素的风险等级分级标准

计算参评因素的隶属函数R：正指标(数值越高，安全性越好)采用升半梯形隶属度函数；逆指标(数值越高，安全性越差)采用降半梯形隶属度函数。则经过计算和归一化处理，得到的隶属度结果如下：

水文因素的隶属度结果：

气象因素的隶属度结果：

航道因素的隶属度结果：

因此，各单指标的风险等级结果如表4所示：

表4环境因素参评因素的风险等级

——多指标综合风险评价模型

确定评价因素的权重：邀请专家依据Santy 1—9标度方法对各级指标两两之间的相对重要程度打分，获取对应的每级风险因素子集相互比较判断表如表5-1至表5-4所示。

表5-1环境因素的第二级参评因素子集相互比较判断结果

相对重要程度	水文	气象	航道因素
				水文	1	1	3
气象	1	1	3
				航道因素	1/3	1/3	1

表5-2水文因素的第三级参评因素子集相互比较判断结果

相对重要程度	流速	水深	波浪
				流速	1	3	5
水深	1/3	1	4
				波浪	1/5	1/4	1

表5-3气象因素的第三级参评因素子集相互比较判断结果

相对重要程度	风速	能见度	冰冻
				风速	1	3	1/5
能见度	1/3	1	1/7
				冰冻	5	7	1

表5-4航道因素的第三级参评因素子集相互比较判断结果

相对重要程度	碍航物	航道水深	交叉区域
				碍航物	1	3	3
航道水深	1/3	1	1/5
				交叉区域	3	5	1

然后以上述结果为基础，构建对比矩阵，并经过归一化处理，各级参评因素的权重及一致性比率结果详细见表6，结果表明均通过一致性检验。

表6环境因素分级参评因素和对应权重系数

水文因素的评价向量：

航道因素的评价向量：

因此，大型绞吸船环境因素的总评价集为：

令高风险对应5，一般风险对应3，低风险对应1。则根据加权平均得到的最终整体施工环境的风险等级：

因为3.05介于3～5之间，且更接近于3。因此，最终整体施工环境的风险等级为一般风险。

(4)风险预警：由上述结果可知，各单指标和多指标综合风险等级及对应安全措施的预警结果如表7所示。

表7环境因素分级参评因素的风险预警结果

本发明提出的一种通航水域水上施工安全风险预警分级系统及方法，分级建立全面的安全指标体系，将总体评价目标分解为不同的因素，并按照因素之间相互影响及隶属关系将因素进行不同层次的组合，将评价过程层次化、数量化，形成一个动态的、耦合多重因素的、多层次的综合评判整体施工安全风险评价模型，并实时分级风险预警并提出对应安全措施建议。该系统和方法提供的量化指标融合国家法律法规、行业规范和行业专家的经验，计算流程方便快捷，能够极大程度地减少人为因素造成的误差，可为通航水域水上施工的风险预警和相关人员的安全决策提供科学有效的参考依据，对降低水运工程施工安全风险、保障人民生命财产安全具有重要意义，为健全我国交通运输基础设施施工安全保障体系和提升施工安全保障能力提供重要支撑。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员更好地理解本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种通航水域水上施工安全预警分级方法，其特征在于，通过通航水域水上施工安全预警分级系统实施，方法实施包括以下步骤：

(1)确定参与安全风险评价的因素集：收集工程施工区域的基础资料和信息，依据危险源的统计分析，确定安全指标；设U＝{u₁，u₂，…，u_s}为刻画被评价对象的s种评价因素集，其中s是评价因素的个数；具体地，如果划分为多级评价因素集，第一级指标第i个因素的二级评价因素集表示为u_i＝{u_i1，u_i2，…，u_im}，u_im表示对应第一级指标u_i的第二级指标集合的第m个因素；第二级指标第m个因素的三级评价因素集表示为u_im-n表示对应第二级指标u_im的第三级指标集合的第n个因素；

(2)实时监测并采集评价因素数据：收集施工区域的基本资料和利用现场仪器设备对评价因素的施工数据进行动态监测和采集，并定时存储和处理，提供给步骤(3)用于计算评价因素对于不同风险等级的隶属程度；

(3)建立基于模糊评价的水上施工安全风险评价模型：依据步骤(1)建立的安全指标体系，构建单指标风险评价模型和多指标综合风险评价模型；

所述单指标风险评价模型：利用隶属度函数判断评价因素对各风险等级的隶属程度，当计算结果越靠近某一风险等级，认定该评价因素处于此风险等级；在进行隶属度计算时，首先判断评价因素的类型，若评价因素的安全性随数值的增大而增大，则采用升半梯形隶属度函数；反之，若评价因素的安全性随数值的增大而减小，则采用降半梯形隶属度函数；

升半梯形隶属度函数：

降半梯形隶属度函数：

其中，x表示某评价因素u_i的实测值，由步骤(2)提供；α、β分别表示该评价因素u_i对应等级v_j的安全阈值上下限，该数据以国家法律法规、行业标准规范为理论基础，采用专家调查法确定评价因素的风险等级分级标准，即量化各级风险等级的安全指标阈值上下限α、β；采用专家调查法确定环境因素的风险等级分级标准如下表：

进而得到模糊关系矩阵：

r_i＝(r_i1，r_i2，...，r_in)

其中，r_ij表示某个被评价对象从因素u_i对等级模糊子集v_j的隶属度，对r_i＝(r_i1，r_i2，…，r_in)一般会进行归一化处理使得其目的是消除量纲的影响；

所述多指标综合风险评价模型：将权重分配模糊矢量A与模糊关系矩阵R合成得到各评价因素的模糊综合评价结果矢量B，然后利用评价因素的模糊综合评价结果矢量B与各风险等级的秩k_i加权求和，得到被评价对象的相对位置，通过与各风险等级的位置做对比，确定最终整体施工环境的风险等级，其具体表达方式如下：

模糊综合评价矢量：

其中，b_j表示被评级对象从整体上看对评价等级模糊子集元素v_j的隶属程度，j＝1，2，…，n；A＝(a₁，a₂，…，a_m)为权重分配模糊矢量，其中a_i表示第i个因素的权重，反映了该因素的重要程度，该值的确定通过邀请行业专家根据Santy的1-9标度方法，对不同级别的参评因素相对于上一级的某一个因素的相对重要性进行比较，构建判断矩阵并经过归一化处理获得，并且该结果能够通过层次单排序及一致性检验、层次总排序及一致性检验；

为了方便从判断矩阵获得对应的权重分配，则定义了两个概念，即正互反矩阵和一致性矩阵；首先给出正互反矩阵的定义，若矩阵A＝(a_ij)_n×n满足：

(I)a_ij＞0；

则称之为正互反矩阵(a_ii＝1，i＝1，...，n)；

其中满足的互反矩阵称为一致矩阵；利用一致性矩阵的性质算出不同因素的比例：

若A的最大特征矩阵λ_max对应的特征向量为W＝(w₁，…，w_n)^T，则公式中的w就是权重，通过比较矩阵的最大特征值所对应的特征向量，获得不同因素的权重；

然后，计算随机一致性比率CR值，当一致性比率CR＜0.1时，则认为A的不一致程度在容许范围之内，有满意的一致性，通过一致性检验；

层次单排序一致性比率：

层次总排序一致性比率：

式中，CI表示一致性指标，其中，λ为判断矩阵的特征值，n为判断矩阵的阶数；a₁，a₂，…，a_m表示上一层A层m个因素A₁，A₂，…，A_m对于总目标Z的排序；

进而综合多项评价因素的整体施工环境的风险等级M表示为：

其中，k_i是各等级的秩，表示各风险等级的量化值；

(4)风险预警：基于步骤(3)风险分析结果，分为单指标风险预警和多指标综合风险预警两个部分；当单指标或多指标评价结果处于高风险等级，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警红色字体显示，并显示建议的安全措施；当单指标或多指标评价结果处于低风险和高风险等级之间，该指标和对应的风险等级在风险预警平台呈预警橙色字体显示，并显示建议的安全措施；

所述的通航水域水上施工安全预警分级系统，包括核心指标数据模块、实时监测接收模块、风险分析模块、风险预警模块；

所述核心指标数据模块包括三级安全指标体系单元和自定义安全指标单元，各安全指标有可删除选项，其量化依据国家法律法规、行业规范和行业专家的经验；

所述实时监测接收模块用于实时显示各安全指标的施工监测数据，并定时将监测数据传输至所述风险分析模块；

所述风险分析模块利用模糊综合评价法对所述安全指标的动态风险进行分析，用于评判各项因素和耦合多因素的整体施工环境的安全风险程度；

所述风险预警模块通过可视化安全预警平台向施工人员展示各安全指标因素和综合安全风险评价结果的对应的风险等级及对应安全措施建议，用于实时预警；

所述核心指标数据模块的三级安全指标体系单元的第一级安全指标体系包括人、物、环三个因素，人因素的第二级安全指标体系包括健康状况、专业技能和安全措施因素，物因素的第二级安全指标体系包括设备、特殊物品、安全设施因素，环境因素的第二级安全指标体系包括水文、气象和航道因素，健康状况因素的第三级安全指标体系包括生理状况和心理状况因素，专业技能因素的第三级安全指标体系包括专业知识、持证上岗、指挥能力、安全生产教育和培训因素，安全措施因素的第三级安全指标体系包括安全生产责任制、施工方案、专项施工方案、应急预案因素，设备因素的第三级安全指标体系包括设备的选择、设备的安全控制、设备的检修与保养因素，特殊物品的第三级安全指标体系包括特殊物品的储存与处置、特殊物品的定期检验因素，安全设施的第三级安全指标体系包括安全警示标志、安全防护设施、安全应急设施因素，水文因素的第三级安全指标体系包括流速、水深、波浪、潮汐因素，气象因素的第三级安全指标体系包括风、能见度、冰冻因素，航道因素的第三级安全指标体系包括航道宽度、航道水深、航道弯曲半径、通航船舶密度、交叉区域和碍航物因素；

对于未包含在默认的三级安全指标体系里的因素，所述核心指标数据模块经操作人员通过设置自定义安全指标单元，手动添加新的安全指标并将其按照量化规则进行量化；

所述风险分析模块包括实测风险因子识别、划分安全风险等级、单指标风险评价、多指标综合风险评价，共计四个计算单元；具体为：

所述实测风险因子识别单元用于将实测数据分类至对应安全指标的范围内；

所述划分安全风险等级单元，通过操作人员手动选择不同级别的风险分级方式；

所述单指标风险评价单元，通过单因素的隶属度分析，判断各指标的安全风险等级；

所述多指标综合风险评价单元，分级耦合多重因素评判整体施工环境的风险等级。