李 菁

(西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710077)

石油是一種重要的應(yīng)用資源，其產(chǎn)出具有區(qū)域性特征，因此石油運(yùn)輸對(duì)于保障石油供應(yīng)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1-2]。石油運(yùn)輸中存在大量風(fēng)險(xiǎn)因素，易導(dǎo)致危險(xiǎn)產(chǎn)生，需研究一種有效的石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[3]，以衡量石油運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

當(dāng)前普遍使用的評(píng)估方法多以人工蜂群算法或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估集對(duì)模型為核心，評(píng)估結(jié)果普遍存在誤差[4-5]。主要是因?yàn)檫@種方法都沒有考慮石油運(yùn)輸?shù)亩鄬哟涡?，雖然層次分析法也是一種普遍使用的評(píng)估方法，在評(píng)估應(yīng)用中具有突出優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際事物分析過程中，層次分析法存在較為顯著的主觀性問題。本文利用熵權(quán)法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并將其應(yīng)用于石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，降低權(quán)值計(jì)算的主觀性，提升評(píng)估結(jié)果客觀性。

1 改進(jìn)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.1 層次分析法實(shí)現(xiàn)流程

以層次化形式呈現(xiàn)不同因素的層次分析法，通過逐一對(duì)比不同關(guān)聯(lián)因素為分析或預(yù)測(cè)事物未來趨勢(shì)提供依據(jù)，該方法具體實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。層次分析法分析影響事物的各個(gè)因素，依照一定邏輯劃分這些影響因素的組別，構(gòu)建具有一定秩序性的層次結(jié)構(gòu)，并在其中對(duì)比各層內(nèi)不同影響因素的相對(duì)關(guān)鍵度，構(gòu)建判斷矩陣。確定矩陣內(nèi)特征上限值即其對(duì)應(yīng)的特征向量，獲取一層內(nèi)不同影響因素對(duì)上層內(nèi)某影響因素的關(guān)鍵度次序[6]，由此獲取相應(yīng)的權(quán)重向量。

圖1 層次分析法實(shí)現(xiàn)流程Fig.1 Implementation flow of AHP

1.2 構(gòu)建層次化結(jié)構(gòu)體系

造成石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)的因素較多，可分為運(yùn)輸工具的安全性、運(yùn)輸路線的安全性、運(yùn)輸管理能力3個(gè)一級(jí)因素以及若干二級(jí)因素。石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的詳細(xì)分層如圖2所示。

1.3 判斷矩陣構(gòu)建

兩兩對(duì)比全部影響因素(即圖2內(nèi)所示的各評(píng)估指標(biāo))，同時(shí)通過相對(duì)尺度對(duì)比法統(tǒng)一量化對(duì)比不同單位量綱等難以對(duì)比的因素，是層次分析法的核心。利用判斷矩陣能夠描述當(dāng)前層內(nèi)全部影響因素對(duì)上層內(nèi)某影響因素相對(duì)關(guān)鍵度的對(duì)比情況[7]，對(duì)比結(jié)果可通過1～9標(biāo)度法表示。

圖2 石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchy structure of oil transportation safety risk assessment index

判斷矩陣內(nèi)全部元素均需實(shí)施n(n-1)/2次對(duì)比(其中n為全部影響因素?cái)?shù)量)，考慮矩陣絕對(duì)一致性較難實(shí)現(xiàn)，可在不完全一致條件下確定不同影響因素對(duì)上層某影響因素的權(quán)重。以一致性指數(shù)RCI為標(biāo)準(zhǔn)確定判斷矩陣一致性，其計(jì)算公式為：

(1)

式中，λmax為判斷矩陣特征上限值。

在RCI值為0的條件下即可定義矩陣具備完全一致性，由此在矩陣階數(shù)小于等于2的條件下，其具備完全一致性。矩陣階數(shù)大于2的條件下，可以隨機(jī)一致比RCR為標(biāo)準(zhǔn)，在RCR值小于0.1的條件下可定義判斷矩陣具有近似一致性；相反，需再次構(gòu)建判斷矩陣，令其符合一致性標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 權(quán)向量計(jì)算

影響因素的熵值與其變異水平之間呈反比例相關(guān)，同指標(biāo)信息量與關(guān)鍵度之間呈反比例相關(guān)，也就是某一影響因素的熵值越大，其變異水平越小，包含的信息量與關(guān)鍵度就越低[10-13]。這也說明此影響因素的權(quán)重越小。實(shí)際評(píng)估過程中，依照不同影響因素的變異水平，通過熵確定不同影響因素的熵權(quán)，基于不同影響因素的熵權(quán)分析評(píng)估全部影響因素，提升最終評(píng)估結(jié)果的精度[14]。判斷矩陣構(gòu)建與權(quán)向量計(jì)算的具體過程如下。

針對(duì)m個(gè)待評(píng)估石油運(yùn)輸方法和n個(gè)評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建初始判斷矩陣R=(rij)：

(2)

式中，aij為第j個(gè)影響因素下第i個(gè)石油運(yùn)輸方案的評(píng)估值。

(3)

利用式(4)確定第j個(gè)影響因素的熵值：

(4)

式中，k值為1/lnm。

利用式(5)確定第j個(gè)影響因素的熵權(quán)：

(5)

將上述所獲取的熵權(quán)同層次分析法所獲取的主觀權(quán)重相結(jié)合可獲取綜合權(quán)重。依照最小相對(duì)信息熵概念，利用式(6)確定綜合權(quán)重：

(6)

利用上述過程即可獲取石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系內(nèi)不同影響因素的權(quán)重。

1.5 風(fēng)險(xiǎn)綜合計(jì)算模型

根據(jù)綜合權(quán)重wi同圖2內(nèi)各影響因素?zé)o量綱化處理后的值yi實(shí)施計(jì)算，獲取石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值：

(7)

為分析石油運(yùn)輸?shù)膶?shí)際安全情況，劃分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值等級(jí)[15]，相應(yīng)量化值采取10分制，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分情況見表1。在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為A級(jí)和B級(jí)時(shí)，說明石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)極高，需即時(shí)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避；在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為C級(jí)時(shí)，說明石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)較高，需制定針對(duì)性風(fēng)險(xiǎn)管控措施；在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D級(jí)時(shí)，說明石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中等，需制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)管控措施；在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為E級(jí)時(shí)，說明石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低，可定期通過相應(yīng)措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控；在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為F級(jí)和G級(jí)時(shí)，說明石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)極低，無需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分Tab.1 Risk grade classification

2 應(yīng)用實(shí)例

為測(cè)試基于改進(jìn)層次分析法的石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)估效果，以某省石化公司為研究對(duì)象，在當(dāng)前所使用的汽車陸運(yùn)、地下管道運(yùn)輸以及海上郵輪運(yùn)輸3類不同石油運(yùn)輸方案中分別選取對(duì)應(yīng)的石油運(yùn)輸方案，分別命名為汽1、汽2、地1、地2、海1、海2，采用本文方法評(píng)估不同石油運(yùn)輸方案。

2.1 評(píng)估結(jié)果與分析

以汽車陸運(yùn)石油運(yùn)輸方案為例，采用本文方法評(píng)估其安全風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)圖2內(nèi)所示的石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)內(nèi)各評(píng)估指標(biāo)，計(jì)算其綜合權(quán)重值，結(jié)果如圖3所示。

基于圖3所示的各指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算研究對(duì)象汽車陸運(yùn)石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為5.34分，安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為D級(jí)。采用相同過程獲取地下管道運(yùn)輸以及海上郵輪運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值與安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)果如圖4所示。

圖3 指標(biāo)權(quán)重Fig.3 Index weights

分析圖4得到，采用本文方法評(píng)估研究對(duì)象汽車陸運(yùn)、地下管道運(yùn)輸以及海上郵輪運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別為D級(jí)、E級(jí)和D級(jí)。同時(shí)由于本文方法中采用2種不同權(quán)值計(jì)算方法獲取的綜合權(quán)值，提升不同影響因素權(quán)值計(jì)算的精度。因此，本文方法評(píng)估結(jié)果與所選方案實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)情況基本一致，由此驗(yàn)證了本文方法的可用性。

圖4 不同石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果Fig.4 Safety risk assessment results of different oil transportation schemes

2.2 應(yīng)用性分析

應(yīng)用性分析可從2方面進(jìn)行，分別是評(píng)估結(jié)果的波動(dòng)性和最優(yōu)運(yùn)輸通道選取。

2.2.1 評(píng)估結(jié)果波動(dòng)性

針對(duì)圖4內(nèi)本文方法對(duì)3種石油運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，對(duì)3種石油運(yùn)輸方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控與方案優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，采用本文方法進(jìn)行二次評(píng)估，對(duì)比前后2次評(píng)估結(jié)果(圖5)，確定本文方法的應(yīng)用效果。分析圖5得到，二次評(píng)估后，汽車陸運(yùn)方案的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低2級(jí)，地下管道運(yùn)輸方案安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不變，但風(fēng)險(xiǎn)值下降，海上郵輪運(yùn)輸方案的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低1級(jí)。由此說明，采用本文方法能夠顯著抑制石油運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，提升石油運(yùn)輸安全性與經(jīng)濟(jì)性。

圖5 評(píng)估結(jié)果波動(dòng)情況Fig.5 Fluctuation of evaluation results

2.2.2 最優(yōu)運(yùn)輸通道選取

基于本文方法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果選取最優(yōu)安全運(yùn)輸路線同樣是本文方法應(yīng)用目標(biāo)之一。選取一個(gè)項(xiàng)目，對(duì)該目標(biāo)待選的6個(gè)運(yùn)輸方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(表2)。

表2 待評(píng)估方案規(guī)劃Tab.2 Scheme planning to be evaluated

以表2的待評(píng)估方案規(guī)劃為基礎(chǔ)，根據(jù)綜合權(quán)重wi同圖2內(nèi)各影響因素?zé)o量綱化處理后的值yi獲取石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，所得結(jié)果如圖6所示。分析圖6得到，采用本文方法評(píng)估6個(gè)不同運(yùn)輸方案的風(fēng)險(xiǎn)值，汽2方案和海1方案風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值與其他4個(gè)運(yùn)輸方案相比較低。由于該石油運(yùn)輸項(xiàng)目中運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，因此地下管道運(yùn)輸方案并不適用；考慮石油運(yùn)輸?shù)某霭l(fā)地與目的地所在區(qū)域，選擇汽1方案時(shí)，雖考慮了輸運(yùn)工具的安全性，但運(yùn)輸路線的安全性和運(yùn)輸管理能力的風(fēng)險(xiǎn)顯著提升，因此汽1方案風(fēng)險(xiǎn)高于汽2方案；海上運(yùn)輸方案中，海1著重考慮基礎(chǔ)建設(shè)投入度與運(yùn)輸路線，卻忽略了區(qū)域地形特點(diǎn)影響與途經(jīng)區(qū)域的政治穩(wěn)定性，因此其風(fēng)險(xiǎn)高于海2。汽2和海1相比，在運(yùn)輸工具安全性以及通道容量上具有一定差異性。通過以上分析得到，海1方案風(fēng)險(xiǎn)值最低，是待評(píng)估的6個(gè)運(yùn)輸方案中的最優(yōu)運(yùn)輸方案。

圖6 不同運(yùn)輸方案Fig.6 Different transport schemes

3 結(jié)語

為了得到更優(yōu)的石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，提出了基于改進(jìn)層次分析法的石油運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，結(jié)合熵權(quán)法改進(jìn)層次分析法中權(quán)值計(jì)算的主觀性問題，通過綜合權(quán)重計(jì)算提升評(píng)估結(jié)果精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本文方法的應(yīng)用效果較好，可在一定程度上提升石油運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益與安全性。