文摘

海洋经济产业的快速发展,探索和利用海洋资源的活动越来越多,并且有越来越多的海洋工程,造成富营养化的趋势和赤潮的频繁发生。因此,海水质量已成为人们普遍关心的话题。海水质量评价可以被认为是一个分析过程相结合的评价指标确定和评价因素与不确定性及其变化。本文建立了海水环境质量评估模型基于多目标可变模糊集理论(VFEM)。中国青岛海洋弃置网站作为一个评估的例子。通过水质数据的定量研究,从2004年到2008年,该模型比其他传统方法更可靠,海水质量的不确定性和模糊性评估被认为是和贸易的稳定的海水质量评价结果作为最终结果,有效地解决了模糊边界的影响的评价标准和监控错误,更适合评价多索引,多层次、非线性海洋环境系统和已被证明是一个有效的工具,海水质量评价。

1。介绍

自1950年代以来,海洋环境质量已经被国内外学者研究细节,和许多海水质量评价方法,包括单因子指数法(1- - - - - -3),模糊综合评价方法(4- - - - - -6),BP神经网络方法(7,8),灰色聚类方法(9)和支持向量机(SVM) [10),等等。这两种方法都有自己的优点和缺点。海水质量评估结合一定的评价指标和标准不确定评价因素和多种因素的影响是一个复杂的过程耦合和其内容的变化。评估指标往往与模糊变量的不确定性。通常,水质量评估的传统方法治疗评价标准和参考点(11,12),因此这些方法的应用有一定的局限性。近年来,应用模糊综合评价变得越来越受欢迎的在真实的情况下(13- - - - - -17),为解决经典的限制问题描述不确定性的数学模型要么- - - - - -或只有。在模糊集理论中,我们使用这个和那个描述不确定性的问题(18),我们可以有效地解决模糊边界的问题和监控错误在环境影响评价结果的评价。然而,有一些不确定性,模糊综合评价方法和模型难以进行自我调节和自我验证。因此,科学评价海水环境质量与可行性,我们提出一个新的海水环境质量评估模型基于可变模糊识别模型和应用在青岛的海水质量状态评估从2004年到2008年在中国海洋垃圾堆积场。结果证明方法,我们可以合理地确定相对隶属度和评价指标的相对隶属函数在所有水平或间隔的适用标准和评估水质更实际和合理的等级,这将是重要的一个新概念和参考改善海水的性能评估在中国和世界上可能。

2。材料和方法

2.1。变量为海水质量评价模糊模型

海水的综合质量水平的一个对象标识的标准吗指数和的成绩。在标准区间,每个索引的水平,点肯定会存在,因此,相对隶属度的水平,等于1。的变量被定义为标准的价值指数-级时,。(1)根据指数和成绩,确定吸引域矩阵,变量集海水质量评价的范围域矩阵,,点值矩阵。可以根据以下公式确定: 如果,然后,如果,然后,如果,然后。(2)计算相对隶属度矩阵:当落在左边的点相对隶属度模型,计算如下: 当落在了右侧的点相对隶属度模型,计算如下: 在这和函数模型是一个线性函数。(3)的综合相对隶属度向量样本水平计算如下: 在哪里模型优化的标准参数,是距离参数,和可以有4个组合给出如下。(一)当,模糊综合评价模型,该模型是: (b)当,模型是TOPSIS模型: (c)当,,该模型是一个神经元的激活函数模型: (d)当,模糊优化模型,该模型是:

条件的模糊概念分类,利用最大隶属度原则确定评估对象的水平对海水质量很容易产生不正确的结果。水平特征值方程提出了由陈和胡19)能够充分表达的整体分布特征和(),最好能让信息变量的相对隶属度水平一定程度,可以用作可变模糊集理论的标准来判断,识别、确定级别:

2.2。确定重量

2.2.1。确定重量的经验由非结构性决策模糊理论模型

把一个二进制的AHP模型的局限性比较元素的属性的比较分析了重要性,和非结构性决策模糊理论模型提出了由陈教授(20.]。两个形容词用来描述的模糊边界值0.5和1.0根据他们的重要性程度,同样重要的是,无比重要,并进一步划分为11个心情运营商:“同样,””,“”,“”,“”显然,“值得注意的是,“非常”“额外的”,“非常”,“极”和“无比”,它代表的是不同的模糊尺度(表1)。目的的相对隶属度的模糊概念的重要性计算达到目标设定的重量。具体计算步骤如下。(1)一组客观用于比较的重要性和建立一个二进制序列重要性矩阵根据目标的重要性程度的元素。(2)安排的总和矩阵行从大到小,获得目标设定的重要性顺序。(3)根据矩阵,使一个二进制重要性判断的经验。(4)由不同的心情运营商和模糊尺度之间的关系,计算相对隶属度的模糊概念和目的的重要性达到nonnormalized权重向量根据公式(4): 是二进制目标1和目标之间重要性模糊标度值;是客观的相对隶属度的重要性。

2.2.2。确定客观权重水质标准水平的方法

考虑

为做

在上面的公式中,的测量值是污染因素;是标准的海水质量的价值污染因子在水平;平均海水质量的四个级别的价值污染因素;污染因素的数量;和在海水质量标准水平数。

2.2.3。全面的重量

重量由非结构性决策模糊理论模型是一个体验重量和很容易受到人为因素的影响。在评价过程中,有些指标可能被夸大或缩小的效果;重量决定的标准方法是数学的体重水平。一些指标的相对重要性尚未考虑。这两种类型的减肥方法都有一定的优势和局限性。

这里指的摘要(22),采用组合权重提高的可靠性权重设置,结合二元模糊聚类权重的标准重量,计算公式如下: 在这个公式,组合权重,经验的重量是由非结构性决策模糊模型,客观的重量是由标准的层次模型,的灵敏度系数的值。一般来说,的范围是0.5 ~ 0.7。加强组合权重的重要性,获得了一个中间值0.6,被视为组合权重的灵敏度系数。

3所示。结果与讨论

青岛海洋倾倒网站是第一个海洋倾倒网站三级疏浚材料由国家海洋局指定和经国务院批准的实现规定的中华人民共和国控制在海洋倾倒废弃物。倾倒地点位于胶州湾河口东南,从青岛6.7公里,面积约7公里²120°18′之间,延长00′′和120°20′00′′东经从35°59 24′′′35°58 39′′′北纬。这个网站接收疏浚材料主要来自青岛港口,其他小型港口和航道。

从1986年11月到2009年,疏浚材料倾倒在这网站超过8.00×10的体积⁷米³。这海域接近航道,水产养殖面积和度假胜地。生态敏感地区,经济发展也很重要。因此,重要的是要准确、及时评估当前环境条件阻止海洋倾倒垃圾堆积场的破坏生态环境,海洋资源和海底地形。

为了便于比较,本研究利用监测数据(表2)海水质量的青岛海洋倾倒网站(23]。针对疏浚污染环境的材料和垃圾堆积场的海水污染现状(23,24),9个选择评价因素,也就是说,鳕鱼、油、无机氮、PO₄- p、铜、铅、锌和Cd的指数标准,请查看海水质量标准(GB 3097 - 1997)。采用可变模糊模型来评估情况的海水质量在青岛海洋垃圾堆积场。

(表14监测的数据点2)在青岛海洋倾倒网站被用来验证变量的模糊模型。特征值矩阵和海水质量的指数标准价值矩阵建立了根据以下海水质量标准(GB 3097 - 1997)和海水质量监控数据的采样点14青岛倾销网站(23),也就是说,和:

在参考标准海水质量价值和实际的海水质量状况在青岛垃圾堆积场,吸引域矩阵,范围域矩阵,矩阵变量的模糊测定海水质量评价模型。在这里,石油,阿宝₄、铜、和Cd、相邻级别的标准价值是相同的,所以两个级别的平均值是用于实际的分类进一步分割相邻的指数水平。例如,阿宝₄指数,标准的二级和三级是0.015 ~ 0.030 mg / L;为了便于评价,二级的间隔为0.015 ~ 0.0225 mg / L,而三级的间隔为0.0225 ~ 0.030 mg / L。实践证明,它没有对评价结果的影响。可以由公式(1)。

因此,相应的吸引域矩阵,范围域矩阵,矩阵变量的模糊海水质量评价模型如下:

如果是左边,选择公式(2)计算相对隶属度,否则选择公式(3)计算相对隶属度。

在考虑专家意见的基础上,中可用的许多研究文献[25- - - - - -29日),和相应的语气运营商之间的关系和模糊尺度值表1,二维矩阵的9个指标重要性比较一致的规模由大变小可以确定,模糊的和测量值如下:

通过规范模糊测度值矩阵,我们获得的重量9索引的海水质量评价: 使用公式(11)和(12)、体重()得到如下: 根据公式(13),我们可以获得9个指标的组合权重:

使用(4)- (9)计算样本的特征水平值的时候,;,;,;,,然后最终评估结果根据以下公式(20.),如表所示3:

如表所示3,14个采样点的评价结果基于可变模糊评价模型更符合评价结果基于BP网络,模糊综合评价方法和模糊遗传神经网络方法,只有轻微的评价结果之间的差异变量模糊评价模型和其他模型的结果中发现了一些采样点。与的变化()参数可变模糊识别模型,四个不同的数学模型的特征水平值采样点保持小波动范围之内。此外,与其它评价方法相比,可变模糊评价模型可以提供一个更准确的水质级别的位置。海水质量的条件下可以准确区分根据采样点特征值水平。可变模糊评价方法的评价结果在采样点2和5略与其他方法的结果不一致。现在,差异变量模糊识别模型和模糊综合评价模型进一步分析了差异在这些点。

采样点2,基于可变模糊评价模型的评价结果之间I和II,趋向于二世,而结果基于BP网络和模糊遗传神经网络是三级,和二级模糊综合评价方法的结果。根据分析的原始数据点2,鳕鱼,的值,无机氮,阿宝₄- p、铜和Cd 0.705 mg / L, 7.620 mg / L, 121μ6.35 g / Lμ4.393 g / Lμg / L和0.208μg / L,分别属于一级的范围;铅和镉的浓度是1.94μg / L和73.767μg / L,分别属于二级的范围;的内容,只有石油,是0.049 mg / L,这是接近三级标准,但仍属于一级或二级的范围。基于实际的海水质量状况在青岛垃圾堆积场,石油、铅和锌强烈影响青岛的海水质量垃圾堆积场。这些指标的权重值是0.122,0.202和0.162,分别占总重量的48.6%,所以一级和二级之间的分类结果,趋向于II级,是合理的。平均水平特征值的变量模糊评价模型为1.66,这个评价结果比其他模型的结果更可靠,更符合实际情况的2点。BP网络的结果,模糊遗传神经网络和模糊综合评价方法是二级或三级,过分强调一些污染重因素,导致评价结果过高。同样,5是相似的点到2点的情况。

BP网络之间的差异的原因分析,模糊综合评价方法,模糊遗传神经网络评价法和可变模糊评价模型在表3,模糊综合评价方法确定水质级别的基础上最大隶属度原则,因此,当水质的隶属度级别网站没有显著区别相邻级别(例如,会员度一级,二级,三级,和第四年级是0,0.34,0.37和0.29,分别地),可能会丢失很多重要的信息,因此,这常常会导致最终的评价结果不正确。BP神经网络和遗传神经网络采用前馈网络,及其网络结构是由经验决定的,它总是显示了很大的随机性。结果,有时可以得到一个非常小的全局最优,导致最终结果的误判。

本文结合海水质量指标的监测值与国家标准建立海水质量评价模型在可变模糊识别模型,解决更大的主观性问题有限的水资源质量评价数据。在某种程度上,我们将客观衡量水质评价的模糊性和不确定性,提高信誉等级的样本点(30.]。

海水质量评价模型的方法本文基于可变模糊集理论能够把线性模型和非线性模型通过改变变量模型的参数(,)。这种方法不仅避免了评价结果的不稳定性造成的单一模型还可以反映不同的隶属度,相邻的水位,最后以稳定级别值为最终评价结果的海水环境。它可以安排各种样品的水环境质量状况,清楚地确定水质状态,使评价结果更值得信赖。根据评价对象的线性或非线性特性,海水质量评价基于可变模糊识别模型可以选择变量模型与变量模型参数的变化(),并结合线性特性的非线性特性评价客观,这削弱了指标权重对最终结果的影响。它使模型更加灵活和准确,避免“过度学习”,因为太大的神经网络结构。它还确保模型具有更好的泛化能力和预测能力。

然而,对于可变模糊识别模型,理性的重量设置仍然是一个重要的因素来确定评价结果的可靠性。由于cross-iteration参数变量的模糊识别模型和指标权向量的可变性,是非常重要的合理设置指标权重根据实际情况的本质和在实践中实际决策目标的重要性。

我们使用重量测定法的综合权重相结合的主观非结构性决策模糊权重与客观标准水平权重和重量设置提供参考。在未来,如何设置指标权重更加合理在实际海洋环境评价和如何确定海水质量根据特征水平的水平值将研究改善应用程序的目标变量为海水质量评价模糊识别模型。每个水质评价方法有不同的重点。可变模糊识别模型可以结合的线性特性和非线性特性的评价目标和多目标决策提供参考解决方案和评估可以促进其他多索引,多层次、非线性系统。

使用海水质量的监测数据在青岛倾销网站(1985 - 2003),青岛垃圾堆积场的综合情况(1985 - 2003)是评价变量模糊综合评价模型。评价结果如表所示4。从表4的结果,我们可以看到海水质量在青岛垃圾堆积场所有满足指定的二级标准海水质量标准(gb3097 - 1997)。在1997年和2003年,青岛的海水质量垃圾堆积场相当贫穷和特征值分别为1.59和1.64,分别,这是二级的范围之内。在其他年份,青岛垃圾堆积场的水质是满意和满足的标准等级。从1998年到2003年,海水质量的顺序如下:2002 > 2000 > 1985 > 1991 > 1997 > 2003。总的来说,青岛的海水质量堆填区提出了drop-rise-drop趋势。从1985年开始,青岛倾倒区域的海水质量开始下降。在1997年,它达到了最低点,青岛倾销的级别值特征面积只有1.59,只有与二级的标准。从2000年开始,青岛的海水质量堆填区倾向于改善。然而,在2003年,海水质量开始恶化,和青岛倾销的级别值特征区域在2003年为1.64,这是最糟糕的海水质量状况的检查。主要影响因子影响的海水质量青岛堆填区重金属铅、锌和油;Pb尤其最严重的因素的海水质量青岛堆填区。 From 1985 to 2003, the content of Pb is always within the range of Grade II or Grade III; only in 2000, the content of Pb is satisfied with the standard of Grade I. Secondly, the more serious pollutants are oils and Zn. In 1997, the content of oil exceeded the standard of Grade II 0.49 times. The dumped dredged materials are the primary cause affecting the seawater quality of this area, and the wastes dumped into the sea are mainly the dredged materials of Grade III. In these dredged materials, there are a number of pollutants which may affect the marine environment of the Qingdao dumping area, such as Pb, Zn, oils, and the compounds of other elements. These pollutants are transformed into harmful substances through chemical reactions and biological reactions, which affected the seawater environment of the Qingdao dumping area. Nevertheless, compared with the environmental conditions of the time when the dumping area was delimited, the environmental conditions of the dumping area have essentially remained unchanged. The benthic community structure in the dumping area has not undergone any significant changes due to the dumping of dredged materials. The dumped wastes of the Qingdao dumping area are somewhat controlled within the predicted management, and the dumping of dredged materials has no impact on the offshore marine environment; the basic function of the ocean dumping area is still to be maintained.

4所示。结论

我们构建一个海水环境质量评价模型基于可变模糊识别模型,不确定性和模糊性的海水质量评价是,海水质量评价指标的监测值和海水质量的标准价值的总和。通过该模型的应用青岛海洋垃圾堆积场水质评价和比较性能与其他模型,该模型被证明是海水质量评价的有效工具。可以得出以下结论。(1)海水环境质量评估模型基于可变模糊识别模型考虑了不确定性和模糊性的海水质量评价,结合监测值的海水质量评价指标和标准海水质量的价值,并选择正确的变量模型的不同的参数根据评价对象的线性或非线性特性。因此,该方法比其他模型更加灵活,和评价结果更稳定。它可以安排各种样品的水环境质量状况,清楚地确定水质状态,使评价结果更可信;因此,它更适合评价多索引,多层次、非线性海洋环境系统。(2)不同的指标在不同的海水环境中有不同的海水质量的对评价结果的影响。本文综合体重的重量测定方法相结合的主观非结构性决策模糊权重与客观标准重量和水平提供了一个参考重量设置。评价模型应用于其他应用程序时,需要根据具体情况合理地设置指标权重的海水质量评价。(3)在未来,如何确定海水质量根据特征水平的水平值是一个重要的部分,需要改进的多目标可变模糊识别模型的应用海水质量评价。