CN114757549A - 内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法 - Google Patents

内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，包括以下步骤：S1、研究水上服务区的服务功能需求；S2、建立功能决策模型；S3、确定水上服务区吸引船舶驶入比例，进而确定水上服务区建设规模。本发明不仅可以让过往船舶和船民享受到更多的优质服务，实现水上服务区社会效益和经济效益的良性互动，而且可以实现与沿线区域社会经济的融合发展，是交通运输行业做好服务国民经济和社会发展全局、务实为民的重要体现。

Description

内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法
技术领域
本发明涉及水上服务区功能与规模决策方法，更具体地说，涉及一种内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法。
背景技术
水上服务区是保障我国内河水上运输高速化、高效性，为水上运输提供高质量服务的配套设施，其主要功能是满足航道上过往船员和船只的各种服务要求，包括提供船员必备的生活购物需求，等待过闸休息需求，必要的餐饮娱乐需求，以及提供船舶停靠、加油、交费、维修以及废油回收等需求。
目前我国内河干流航道水上服务区的建设中，暂无明确的方法来对服务区功能选择和建设规模做出详细论证。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够实现与沿线区域社会经济的融合发展，为交通运输行业做好服务国民经济和社会发展全局、务实为民的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，包括以下步骤：
S1、研究水上服务区的服务功能需求；
S2、建立功能决策模型；
S3、确定水上服务区吸引船舶驶入比例，进而确定水上服务区建设规模。
按上述方案，所述步骤S2中功能决策模型包括以下步骤：
S201、输入变量与影响因素模糊化：根据水上的运输需求得到内河水上服务区服务功能设置的二十一项影响因素；
S202、运用层次分析法建立阶级层次模型：所述阶级层次模型包括位于最高的目标层、中间层和位于最低的措施层，所述目标层有一个元素决定目标，所述中间层的元素由一个或多个属于上一级的元素决定，各个只存在上下级影响的元素相互独立；
S203、构造判断矩阵：确定某一元素对于上一级对应元素的影响程度，将其以数字形式填入矩阵相对应的位置；
S204、权重的计算：由构造矩阵中的元素，采用方根法进行计算，到对于上层准则的权重；
S205、判断矩阵的一致性检验：判断最终结果是否处在允许的误差范围内，如果一致性比率较大，说明权重的偏差已经超出了合理的范围，需要对判断矩阵重新进行调整，确保计算的公正性；
S206、计算各层次对目标层的组合权重，得出水上服务区项目推荐设置的功能，确定所述水上服务区的建设功能。
按上述方案，所述步骤S3中确定水上服务区建设规模的具体内容为：充分考虑相关因素对服务区功能的影响并给出综合得分，综合得分与驶入内河航道服务区船舶占船舶总艘数的比例高度相关，推荐各功能得分区间对过往船舶的吸引艘次测算所需泊位数，即可确定水上服务区的建设规模。
按上述方案，所述二十一项影响因素的具体内容如下：
(1)价钱因素；
(2)日均船舶流量；
(3)船舶加油量；
(4)船舶加气量；
(5)船舶加水量；
(6)交通流密集程度；
(7)就近服务设施距离；
(8)就近服务设施规模；
(9)恶劣天气天数；
(10)风级；
(11)年均事故数量；
(12)航道条件；
(13)船员连续航行时间；
(14)货船数量占比；
(15)就近海事处距离；
(16)船舶吨位；
(17)交通便利条件；
(18)就近城镇距离；
(19)就近景区距离；
(20)旅游资源；
(21)水上漂浮物状况。
按上述方案，所述元素根据在系统中所占据的位置，划分为不同的层次，相同属性的位于同一层次。
实施本发明的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，具有以下有益效果：
本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法通过将水上服务区功能及规模决策模型应用于长江干线航道水上服务区项目的决策工作中，探讨各项服务功能的特征和配置方法，以及服务区建设的合理规模，推动水上服务区低碳、节能、可持续发展，不仅可以让过往船舶和船民享受到更多的优质服务，实现水上服务区社会效益和经济效益的良性互动，而且可以实现与沿线区域社会经济的融合发展，是交通运输行业做好服务国民经济和社会发展全局、务实为民的重要体现。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的流程图；
图2是长江干线水上服务区功能需求调查结果统计图；
图3是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的输入变量与影响因素模糊化；
图4是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的层次分析等决策模型构建；
图5是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的构建判断矩阵并检验；
图6是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的计算各层次对目标层的组合权重；
图7是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的综合评分；
图8是本发明内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法的层次分析法结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-8所示，本发明的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法包括以下步骤：S1、研究水上服务区的服务功能需求；S2、建立功能决策模型；S3、确定水上服务区吸引船舶驶入比例，进而确定水上服务区建设规模。
一、功能决策
1、输入变量与影响因素模糊化
层次分析法的第一步是将输入变量进行模糊化表示，在进行内河水上服务区规模决策时，主要依据的是所在水域的水上运输需求。根据对水上运输需求的分析，可以得到内河水上服务区服务功能设置的影响因素主要包括以下二十一项：
(1)价钱因素：内河水上服务区内提供各项服务的价钱将直接服务的需求程度。
(2)日均船舶流量：本文以日均船舶流量来反应内河水上服务区所在水域过往船舶的数量，这将直接影响其服务的需求程度。
(3)船舶加油量：内河水上服务区为过往船舶提供的主要服务即为水上加油服务，因此，其所在水域过往船舶的加油量将会影响服务区的水上加油功能的选择。
(4)船舶加气量：过往船舶天然气需求程度将会影响服务区水上加气功能的选择。
(5)船舶加水量：过往船舶淡水需求程度将会影响服务区水上加水功能的选择。
(6)交通流密集程度：与日均船舶流量不同，交通流密集程度反应的是过往船舶的密集程度，它与日均船舶流量以及航道宽度等多项因素共同对内河水上服务区的功能设置产生影响。
(7)就近服务设施距离：若内河水上服务区选址附近有码头等其他服务设施，两者之间将产生相互影响。
(8)就近服务设施规模：若内河水上服务区选址附近有其他服务设施，其规模对内河水上服务区的功能设置产生影响。
(9)恶劣天气天数：船舶在航行及作业过程中受恶劣天气的影响，可能发生碰撞、搁浅等事故，将影响过往船舶对于内河水上服务区停泊、救援等功能的需求程度。
(10)风级：风级作为自然环境中对内河水上服务区影响最大的因素，其大小将对各项功能的设置产生间接的影响。
(11)年均事故数量：内河水上服务区所在水域发生事故的数量对于救援、溢油应急等功能产生影响。
(12)航道条件：本文以船长与航道宽度的比值表达，能够更为直观的明确航道条件。
(13)船员连续航行时间：船员连续航行的时间是影响内河水上服务区船员服务功能的因素，时间越长，船员的生活补给、医疗等方面的需求程度越高。
(14)货船数量占比：本文以货船占船舶总数量的比值来反应内河水上服务区所在水域货船的数量，该项因素对于航运服务等功能的设置产生一定影响。
(15)就近海事处距离：内河水上服务区的拓展功能中包括有海事服务功能，附近海事处的距离对该项功能的设置产生一定的影响。
(16)船舶吨位：船舶吨位能够直接反应内河水上服务区所在水域过往船舶的大小，将对于部分功能的取舍产生影响。
(17)交通便利条件：内河水上服务区作为岸基式设施，其交通便利条件指的是陆上交通是否便利，这对于一些拓展功能的设置产生影响。
(18)就近城镇距离：城镇的距离这一影响因素针对的是综合型服务区，主要影响为附近城镇居民服务的功能设置。
(19)就近景区距离：景区距离对于内河水上服务区的影响在于特殊型水上服务区的旅游功能服务。
(20)旅游资源：内河水上服务区附近水域的旅游资源将对旅游功能的设置产生一定的影响。
(21)水上漂浮物状况：内河水上服务区附近水域的水上漂浮物状况对清飘服务的设置产生一定的影响。
本文将上述因子作为输入变量，并对部分输入变量进行模糊化，一般根据较为直观的因子确定描述影响因素的语言变量将其转化为具有模糊特征的语言变量，例如日均船舶流量、船舶加油量等。其余部分输入变量，例如价钱因素、交通流密集程度的处理则是根据调研的实际情况以及专家咨询进行并根据内河水域的情况进行适当调整。具体如表1所示。
表1输入变量模糊化
Figure BDA0003612343430000061
Figure BDA0003612343430000071
2、建立阶级层次模型
根据系统中的各个元素所占据的位置，将其划分为不同的层次，相同属性的位于同一层次。目标层即最高层，只能有一个元素决策目标；准则层从属于目标层，准则层中的元素受制于决策目标；子准则层的地位又低于准则层，其中的元素受准则层中元素的支配，它的元素可以属于上一级中的一个或多个元素，包括一个元素可以隶属于上一层中的所有元素。同理往下推，评价体系还可以有n层子准则层，每一层都按照从属于上一级的顺序排列，这些准则层和子准则层统称为中间层。一般中间层的层数与系统问题的复杂相关，同时也要考虑评价分析所需要的细致程度。系统越复杂，所需要分析的元素要多，层数就越多。为了在对指标的重要性进行分级时，能够比较快速地做出判断，一般各层次的元素不能超过九个，如果要考虑的元素过多，可以进一步细化，重新进行分组，将其分配到下一层。与最高层相对应，层次模型中还有一个最底层，即措施层，它隶属于最后一个子准则层。层次分析法的结构图如图所示，其中的各个元素是互相独立的，只在上下级之间存在影响。
3、构造判断矩阵
层次分析法的递阶层次模型仅仅是一个决策体系的分步骤构架图，要获取这一级元素对上一级元素的影响程度，最终确定措施层中各元素对目标层决策的影响大小，就需要构造判断矩阵，确定某一元素对于上一级对应元素的影响程度，将其以数字形式填入矩阵相对应的位置。
假设所建立的递阶层次模型共有四个层次，其中分析第二层相对于第一层的影响程度时，我们需要构造一个判断矩阵；分析第三层次对第二层次的影响时，(第三层次中有m个子集，这m个子集分别属于第二层中的各个元素)，需要构造m个判断矩阵；当分析第四层次相对于第三层次的影响大小时(第四层中有n个子集，这n个子集分别隶属于第三层中元素)，由此可得，要计算措施层中元素相对于目标层决策的影响程度，就应当构造m+n+1个判断矩阵。
判断矩阵如表2所示，矩阵元素的确定规则如表2所示。
表2两两判断矩阵
B<sub>1</sub> B<sub>2</sub> … B<sub>n</sub>
B<sub>1</sub> b<sub>11</sub> b<sub>12</sub> … b<sub>1n</sub>
B<sub>2</sub> b<sub>21</sub> b<sub>22</sub> … b<sub>2n</sub>
… … … …
B<sub>n</sub> b<sub>n1</sub> b<sub>n2</sub> … b<sub>nn</sub>
Figure BDA0003612343430000081
其中矩阵A中的元素bij，符合下面的条件：
bii＝1
Figure BDA0003612343430000082
表3矩阵元素的确定规则
Figure BDA0003612343430000083
矩阵A中两两元素的比较可以按表所示，进行影响程度的分级。当i和j相比，作用相同时，bij的值为1；当i比j作用稍大时，bij的值为3；i和j相比，i作用大时，bij的值为5；i和j相比，i作用明显大时，bij的值为7，i和j相比，i作用绝对大时，bij的值为9；当作用效果介于以上5种之间时，bij可以取各个作用强度的中间值2，4，6，8。
4、权重的计算
由构造矩阵中的元素，采用方根法进行计算，可以得到：
矩阵A每一行元素的乘积mi
Figure BDA0003612343430000091
计算mi的n次方根
Figure BDA0003612343430000092
Figure BDA0003612343430000093
将
Figure BDA0003612343430000094
归一化，求出相对权重wi
Figure BDA0003612343430000095
最终由w1，w2，…，wn，可以得到对于上层准则的权重：
Figure BDA0003612343430000096
5、判断矩阵的一致性检验
评价体系从最高层到最底层，鉴于问题的复杂性，中间层次往往比较多，矩阵中的各个元素都是将定性指标进行比较得出的，带有认识的偏差，所以在对权重进行赋值以后，需要检验矩阵的一致性，即判断最终结果是否处在允许的误差范围内。如果一致性比率较大，则说明权重的偏差已经超出了合理的范围，需要对判断矩阵重新进行调整，以确保计算的公正性。
计算一致性指标C.I.
C.I.＝(Lmax-n)/(n-1)
其中，最大特征值
Figure BDA0003612343430000097
(Aw)i是指向量Aw的第i个分量的代数和，n为判断矩阵的阶数。
当Lmax＝n时，C.I.＝0，矩阵A是完全一致的，C.I.越大说明矩阵的不一致性越高。
计算一致性比率C.R.
C.R.＝C.I./R.I.
其中，R.I.为平均随机一致性指标，其值如表4所示。
表4随机一致性指标R.I.的数值
Figure BDA0003612343430000101
当一致性比率C.R.＜0.1时，说明判断矩阵的不一致性可以接受，这个矩阵最大特征值Lmax所对应的特征向量，就可以作为模型中一级元素对于上一级元素的权重向量。如果C.R.≥0.1时，说明偏差较大，判断矩阵有问题，得到的相对权重也有问题，需要对其进行调整。
6、计算各层次对目标层的的组合权重
组合权重的确定是分层次进行的，从最高层开始，计算各层次的相对权重，并进行一致性检验，检验通过，说明相对权重符合实际，对相对权重进行合成，就是整个评价体系的组合权重。
第k层的元素对目标层的组合权重向量w(k)
Figure BDA0003612343430000102
其中，
Figure BDA0003612343430000103
是第k层的元素对于第k-1层元素的相对权重。
在得出各级相对于上一级的指标权重后，进行一致性检验，同理也可以得到最终的一致性指标C.I.(k)，一致性比率C.R.(k)。
Figure BDA0003612343430000104
Figure BDA0003612343430000105
其中，平均随机一致性指标
Figure BDA0003612343430000106
当C.R.(k)＜0.1时，说明从最高层开始，直到第k层为止，所构建的层次模型是没有问题的，否则就要对这一层次进行调整，直到其一致性比率小于0.1，这样就保证了按由上到下各个层次的满意度，从而最终得到整个评价体系的满意一致性。
通过各层次对目标层的的组合权重评分，可得出该水上服务区项目推荐设置的功能，由此确定水上服务区的建设功能。
二、规模决策
水上服务区的相关设计规范规定：“驶入内河航道服务区船舶占船舶(包括空载)总艘数的比例，可根据锚泊区设置密度、单趟船舶运输距离、船舶装置的油料、水量、休息、通航安全有序需要和生活物质等因素确定，如无资料，一般可取4％～12％，内河航道服务区设置密度大、单趟船舶运输距离较短的取小值，反之取大值。”
从重庆到上海，有近60座大型水上加油站在为过往船只服务，湖北境内有15座，主要分布在武汉、宜昌、荆州、黄石等地，南京段23座水上加油站。受加油站的竞争，调研发现服务区进港船舶艘次在4％～8％之间，且服务区功能越健全，对过往船舶靠泊的吸引能力越大。水上服务区功能决策模型充分考虑了相关因素对服务区功能的影响并给出综合得分，综合得分与驶入内河航道服务区船舶占船舶(包括空载)总艘数的比例高度相关，推荐各功能得分区间对过往船舶的吸引比例如表所示。通过吸引船舶的艘次测算所需泊位数，即可确定水上服务区的建设规模。
表5水上服务区评价得分与吸引比例对照表
Figure BDA0003612343430000111
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、研究水上服务区的服务功能需求；
S2、建立功能决策模型；
S3、确定水上服务区吸引船舶驶入比例，进而确定水上服务区建设规模。
2.根据权利要求1所述的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，其特征在于，所述步骤S2中功能决策模型包括以下步骤：
S201、输入变量与影响因素模糊化：根据水上的运输需求得到内河水上服务区服务功能设置的项影响因素；
S202、运用层次分析法建立阶级层次模型：所述阶级层次模型包括位于最高的目标层、中间层和位于最低的措施层，所述目标层由一个元素决定目标，所述中间层的元素由一个或多个属于上一级的元素决定，各个只存在上下级影响的元素相互独立；
S203、构造判断矩阵：确定某一元素对于上一级对应元素的影响程度，将其以数字形式填入矩阵相对应的位置；
S204、权重的计算：由构造矩阵中的元素，采用方根法进行计算，到对于上层准则的权重；
S205、判断矩阵的一致性检验：判断最终结果是否处在允许的误差范围内，如果一致性比率较大，说明权重的偏差已经超出了合理的范围，需要对判断矩阵重新进行调整，确保计算的公正性；
S206、计算各层次对目标层的组合权重，得出水上服务区项目推荐设置的功能，确定所述水上服务区的建设功能。
3.根据权利要求1所述的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，其特征在于，所述步骤S3中确定水上服务区建设规模的方法为：充分考虑相关因素对服务区功能的影响并给出综合得分，综合得分与驶入内河航道服务区船舶占船舶总艘数的比例高度相关，推荐各功能得分区间对过往船舶的吸引艘次测算所需泊位数，即可确定水上服务区的建设规模。
4.根据权利要求2所述的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，其特征在于，所述内河水上服务区服务功能设置的影响因素包括：
(1)价钱因素；
(2)日均船舶流量；
(3)船舶加油量；
(4)船舶加气量；
(5)船舶加水量；
(6)交通流密集程度；
(7)就近服务设施距离；
(8)就近服务设施规模；
(9)恶劣天气天数；
(10)风级；
(11)年均事故数量；
(12)航道条件；
(13)船员连续航行时间；
(14)货船数量占比；
(15)就近海事处距离；
(16)船舶吨位；
(17)交通便利条件；
(18)就近城镇距离；
(19)就近景区距离；
(20)旅游资源；
(21)水上漂浮物状况。
5.根据权利要求2所述的内河干流航道水上服务区功能与规模决策方法，其特征在于，所述步骤S202中的元素根据在系统中所占据的位置，划分为不同的层次，相同属性的位于同一层次。
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