基于熵理论的海上航标系统效能研究

来源:用户上传      作者:宋绍珍　韩毅　孔超　李建民　王中冉

　　摘要：为找到合理的航标效能评价方法，考虑影响航标效能发挥因素的多样性和复杂性，以航标、人、环境和管理为要素，基于系统工程学构建海上航标系统。充分考虑系统的复杂性和不确定性，从熵理论和耗散结构理论出发研究系统的安全性与稳定性，绘制系统熵流机理图，建立安全熵评价模型，剖析系统安全性与系统效能间的关系。构建海上航标系统评价指标体系，获得系统效能熵值四边形，进而判断影响系统效能正常发挥的指标。通过实际工作进行验证，结果表明，该模型能有效处理评价指标的主观性和模糊性，进而提高评价的客观性和准确性，可用于海上航标系统效能评价。
　　关键词： 海上航标; 航标效能; 熵理论; 耗散结构理论; 系统安全熵
　　中图分类号： U644.8文献标志码： A
　　Efficiency study of system for marine aids to navigation
　　based on entropy theory
　　Abstract： In order to find a reasonable method to evaluate the efficiency of marine aids to navigation （AtoN）， considering the diversity and complexity of factors influencing AtoN efficiency， the marine AtoN system is constructed based on the system engineering with AtoN， people， environment and management as the elements. Taking into the consideration of the complexity and uncertainty of the system， the safety and stability of the system are studied based on the entropy theory and the dissipative structure theory， the diagram for the system entropy flow mechanism is drawn， and the safety entropy evaluation model is built to reveal the relationship between system safety and system efficiency. The evaluation index system of the marine AtoN system is established. The entropy quadrangle of the system efficiency is obtained so as to judge the indices influencing the normal performance of the system. Tested by practical work， it proves that， the model can effectively deal with the subjectivity and fuzziness of the evaluation indices， and then improve the objectivity and accuracy of the evaluation， which can be used for the efficiency evaluation of the marine AtoN system.
　　Key words： marine aids to navigation; efficiency of aids to navigation; entropy theory; dissipative structure theory; system safety entropy
　　引言
　　水上航耸侵腹┐舶定位、导航或者用于其他专用目的的助航设施，包括视觉航标、无线电导航设施和音响航标。航标效能是指所设置航标的助航服务与其他相关功能的总和，具体表现为由其提供的助航服务所带来的船舶航行的便利、安全风险的降低、营运效率的提高、船舶污染水域环境风险的降低[12]。航标效能的优劣直接决定着辖区海域交通流量和航行风险程度，从侧面反映船舶航行安全保障能力、助航设施维护水平。近年来，国内外学者对航标效能进行了大量研究，并提出多种研究方法，如模糊综合评价法[34]、云模型[5]、基于船舶碰撞频率的测算方法[6]。由于航标效能受海域环境复杂性、设备不确定性、人员管理多样性的共同影响，更适合以系统论为基础，以系统安全性、稳定性为着眼点开展航标效能研究。
　　1海上航标系统的构成
　　从“人机环境”系统工程学和海上交通工程角度看[7]，海上航标系统可概括为人、航标、环境等3个子系统，但在实际工作中，有效的管理贯穿系统运行的始终，是保障航标效能发挥的重要组成部分。因此，基于航标、人、环境和管理构建海上航标系统，见图1。在海上交通安全研究中，人子系统常被认为是影响海上交通安全的主要因素[89]，对于海上航标系统而言，航标效能研究属于海上交通安全研究的一部分，其人子系统包括航标管理和使用人员、主要研究人员结构、人员技术水平对航标效能发挥的影响;航标子系统是航标效能发挥的重要因素，既包括航标标体及其附属设备，也包括与这些设备相匹配的技术水平、信息系统等;环境子系统是导致航标效能失常的诱导因素，主要包括天气海况（航标周围水文气象条件）、航行水域情况（主要指航道适应性）、交通条件（主要包括交通事故种类和频率、船舶流量和密度）;管理子系统是导致航标效能失常的重要原因，包括航标日常维护能力、应急反应能力以及与之相配套的管理机制，主要研究管理机制的有效性和质保体系的合理性对航标效能发挥的影响。图1中4个子系统之间通过非线性作用相互影响，环境子系统时刻影响着航标子系统的效能状态，航标子系统又通过自身效能状态反馈于人子系统，人子系统通过管理子系统的实施、体系的优化影响航标效能的发挥。可见，海上航标系统具有典型的复杂系统特点，可基于系统论开展研究。

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