本發(fā)明針對圍填海工程對漁業(yè)資源影響的評估方法，提出了一種多級的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價算法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國沿海地區(qū)經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人口迅猛增長，土地資源越來稀缺。為緩解土地供求矛盾，沿海地區(qū)通過圍填海活動拓展生存和發(fā)展空間，圍填海也為區(qū)域社會、經(jīng)濟的發(fā)展提供重要空間保障。

圍填海在帶來巨大社會和經(jīng)濟效益的同時，也限制了海洋漁業(yè)的發(fā)展空間，損害了生態(tài)效益。圍填?；顒油ㄟ^填埋的方式覆蓋生物棲息地，引起生物多樣性降低等諸多生態(tài)問題，給周邊海洋漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展帶來很大的沖擊。此外，在施工過程中產(chǎn)生的大量懸浮泥沙，導(dǎo)致水體混濁、溶解氧濃度降低，直接對生物尤其是生物幼體的呼吸和消化系統(tǒng)造成影響。圍填海還會改變海洋水動力條件，造成潮流動力減弱，水流攜沙能力降低，引起水體和底質(zhì)理化性質(zhì)改變，影響生物生理及生活史過程。因而，圍填海的過度開發(fā)勢必影響海洋漁業(yè)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

圍填海開發(fā)活動對漁業(yè)資源的影響評估是建設(shè)項目海洋環(huán)境影響評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何快速、定量評價圍填海開發(fā)活動對漁業(yè)資源的影響程度已經(jīng)成為海洋環(huán)境影響評價領(lǐng)域的一項技術(shù)難題。目前，從國內(nèi)外相關(guān)文獻來看，許多學(xué)者運用模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次分析法、灰色理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論等建立評價模型，取得不少研究成果。模糊綜合評價和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，是目前使用較為廣泛的方法。模糊綜合評價的優(yōu)點是能很好地解決模糊性和不確定性問題，簡單易行，但模糊合成運算存在信息丟失、模糊集量化具有主觀隨意性的問題，有時亦會出現(xiàn)分類不清、結(jié)果不合理的現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是具有自適應(yīng)能力和可容錯性，能夠處理非線性、非局域性問題，評價結(jié)果客觀。缺點是只適宜于處理一些定量數(shù)據(jù)，缺乏對定性指標(biāo)的分析、處理能力。本項發(fā)明結(jié)合了模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，規(guī)避了兩種評價方法的不足，使得評價結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確、合理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圍填海工程對漁業(yè)資源影響評價方法，本發(fā)明采用模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，既考慮到了模糊性，也利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的學(xué)習(xí)能力、加速權(quán)重的學(xué)習(xí)調(diào)整的優(yōu)點。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圍填海工程對漁業(yè)資源影響評價方法，它包括以下步驟：

1)分析圍填海工程對漁業(yè)產(chǎn)生影響，提取受影響的主要要素，構(gòu)建圍填海對漁業(yè)影響程度評價指標(biāo)體系；

2)構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)學(xué)習(xí)權(quán)重和評價矩陣，完成第一級模糊綜合評價，評估圍填海工程對各類漁業(yè)要素影響程度；

3)構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)完成第二級模糊綜合評價，評估圍填海工程對漁業(yè)影響程度；

4)比較本發(fā)明使用的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與單獨使用模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評價結(jié)果。

進一步，在上述步驟1)中的主要要素是指水環(huán)境質(zhì)量、沉積環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)三個要素。

進一步，在上述步驟2)中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)是對每一類漁業(yè)資源要素建立一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；模糊綜合評價中的權(quán)重和評判矩陣作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，再根據(jù)誤差反傳法對作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重的評價矩陣進行修正，最后根據(jù)修正后的加評價矩陣，按照最大隸屬度加權(quán)平均偏差法來調(diào)整權(quán)重。

進一步，在上述步驟3)中模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)是對漁業(yè)資源建立一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用子網(wǎng)學(xué)習(xí)成功得到的評判結(jié)果矩陣作為主網(wǎng)學(xué)習(xí)的評價矩陣，得到的評判結(jié)果為圍填海工程對漁業(yè)資源影響程度的評價。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本發(fā)明提出的多級的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價算法，既考慮到了模糊綜合評價分析不確定性問題，也利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的學(xué)習(xí)能力、加速權(quán)重的學(xué)習(xí)調(diào)整的優(yōu)點。經(jīng)驗證(見后文步驟4的具體實施)，效果明顯優(yōu)于單獨使用模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估圍填海工程對漁業(yè)資源影響。

附圖說明

圖1圍填海工程對漁業(yè)資源影響的評估方法的流程圖；

圖2模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

圖3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

圖4模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的比較；

圖5排序后模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的比較。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。

實施例

圖1為圍填海工程對漁業(yè)資源影響的評估方法的流程圖

步驟1：分析圍填海工程對漁業(yè)資源產(chǎn)生影響，提取受影響的主要要素，構(gòu)建圍填海對漁業(yè)資源影響程度評價指標(biāo)體系。

步驟2：構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)學(xué)習(xí)權(quán)重和評價矩陣，完成第一級模糊綜合評價，評估圍填海工程對各類漁業(yè)資源要素影響程度。

步驟3：構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)完成第二級模糊綜合評價，評估圍填海工程對漁業(yè)資源要素影響程度。

步驟4：比較本發(fā)明使用的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與單獨使用模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評價結(jié)果。

所述的步驟1具體說明如下：

圍填海工程對漁業(yè)影響主要是對漁業(yè)環(huán)境和漁業(yè)價值生產(chǎn)影響，因此水環(huán)境、沉積環(huán)境和漁業(yè)生產(chǎn)3個重要受影響要素是分析圍填海工程對漁業(yè)影響的關(guān)鍵。

圍填海在施工過程中會產(chǎn)生大量懸浮泥沙，導(dǎo)致水體混濁、溶解氧濃度降低，直接對生物的呼吸和消化系統(tǒng)造成影響，特別是生物幼體難以逃逸。懸浮顆粒使海水透明度下降，不利于浮游植物的光合作用，浮游植物減少，影響整個食物鏈。圍填海還會改變海洋水動力條件，造成潮流動力減弱，水流攜沙能力降低，引起水溫和鹽度改變，而生物需要在一定范圍的溫度和鹽度才能生存。

圍填海從事生活生產(chǎn)活動勢必對沉積物造成一定的影響，主要是重金屬污染，生理學(xué)表明重金屬汞、鎘、鉛、銅及砷對海洋生物的毒性較大。

圍填海毀壞生物的棲息地，縮減了可供捕撈和養(yǎng)殖的面積，另外圍填海開發(fā)了新的行業(yè)，造成漁業(yè)生產(chǎn)衰退，海洋捕撈產(chǎn)量、海水養(yǎng)殖面積、魚卵仔稚魚數(shù)量和漁業(yè)資源成體數(shù)量減少了。

因此，可以構(gòu)建圍填海對漁業(yè)影響程度評價指標(biāo)體系，如表1所示：

表1圍填海對漁業(yè)影響程度評價指標(biāo)體系

所述的步驟2具體說明如下：

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)是對每一類漁業(yè)影響要素建立一個模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。評價圍填海對漁業(yè)u_i影響程度模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是一個五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由一個輸入層、一個輸出層和三個隱層構(gòu)成。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖含義如下：

第一層：輸入層，漁業(yè)影響要素u_i,i＝1,2,3對應(yīng)的二級指標(biāo)x_ij,j＝1,2,...,n_i,n_i為漁業(yè)影響要素u_i對應(yīng)的指標(biāo)數(shù)目。

第二層：模糊綜合評價中的權(quán)重，由最大隸屬度加權(quán)平均偏差法計算求得。

第三層：模糊綜合評價中的評價矩陣，r_ijh為指標(biāo)x_ij與第h個評語具有的模糊關(guān)系的程度，評語分別為{嚴重，較嚴重，一般，較輕微，輕微}，取值分別為[0.8，1]，[0.6，0.8)，[0.3，0.6)，[0.1，0.3)，[0，0.1)。

第四層：是取大運算。

第五層：是輸出層，輸出的評判結(jié)果b_ih。

調(diào)整權(quán)重和評判矩陣的具體程序算法如下：

1.給定漁業(yè)影響要素u_i的初始評價矩陣期望輸出向量給定誤差閾值ε_i，記為t時期的評價矩陣：

2.計算最大隸屬度其中

3.計算評判矩陣的偏差，記為

4.計算權(quán)重向量根據(jù)最大隸屬度加權(quán)平均偏差法可得：

5.由模糊綜合評價模型計算出實際網(wǎng)絡(luò)的輸出；

6.計算相對誤差若則轉(zhuǎn)入下一步，否則回到第2步；

7.修正評價矩陣，記得到t+1時期的評價矩陣其中

8.重復(fù)第2步到第5步，若滿足則轉(zhuǎn)入下一步，否則回到第2步；

9.比較與對給定的ε_i，若則即為所求評價矩陣，停止迭代，否則回到第2步。

所述的步驟3具體說明如下：

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它也是一個五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖含義如下：

第一層：輸入層，漁業(yè)影響要素u_i,i＝1,2,3。

第二層：3個評判子網(wǎng)構(gòu)成完成系統(tǒng)的第一級評判，其輸出結(jié)果構(gòu)成了第二級評判的評價矩陣。

第三層：加權(quán)運算，第二層的輸出與對應(yīng)的權(quán)值(W₁,W₂,W₃)做乘積運算。

第四層：是求和運算。

第五層：是輸出層，得到最終評判結(jié)果b_h,h＝1,2,...,5。

主網(wǎng)的算法步驟與子網(wǎng)相似，具體程序如下：

1.初始網(wǎng)絡(luò)權(quán)值A(chǔ)⁽⁰⁾，期望輸出向量給定誤差閾值ε；

2.輸入指標(biāo)值和期望輸出值，得到實際網(wǎng)絡(luò)的輸出B^(t)；

3.計算相對誤差若則網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束，否則轉(zhuǎn)入下一步；

4.修正網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，記得到t+1時期的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值其中

5.重復(fù)第2步到第3步，若滿足則轉(zhuǎn)入下一步，否則回到第1步。

結(jié)果輸出的判別結(jié)果就是本發(fā)明評估的圍填海對漁業(yè)的影響程度。

所述的步驟4具體說明如下：

單獨使用模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評價圍填海對漁業(yè)要素的影響程度，與本發(fā)明的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法比較，比較結(jié)果如表2及圖4和圖5所示：

表2模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊綜合評價及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的比較

從表2和圖4、5可以看出，排序后模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)折線比較平緩，波動較小，而且拉大了各圍填海項目評判結(jié)果的距離，降低了結(jié)果的模糊性。由此可見，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在解決評判問題方面，不僅克服了模糊系統(tǒng)中的精度問題，而且效果比一般單獨使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的效果好。

綜合以上分析，本發(fā)明所述的本發(fā)明采用模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，既考慮到了模糊綜合評價分析不確定性問題，也利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的學(xué)習(xí)能力、加速權(quán)重的學(xué)習(xí)調(diào)整的優(yōu)點。經(jīng)驗證，效果明顯優(yōu)于單獨使用模糊綜合評價和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估圍填海工程對漁業(yè)的影響。