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GIS 建模的海水环境质量可变模糊识别评价

摘要: 对海水环境质量可变模糊识别进行评价,在识别和评价过程中,使用可变模糊评价法要以对立统一与质量互变定理为基础。在对海水环境质量可变模糊识别评价进行深入探讨时,分析可变模型评价方法的原理,以栅格数据为基础,有效发挥地理信息系统栅格数据在表达空间信息方面的优势,计算地理信息系统的空间折叠性以及地理信息系统空间建模,结果发现,该模型能够对海水水质进行综合评价,具有较高的可行性,还能为海洋环境领域的多目标综合评价提供更加先进的理念和有效方法。
关键词: GIS 建模; 海水环境质量评价; 可变模糊识别模型
       海洋经济产业在迅速发展。目前,我国沿海城市对海洋开发利用的程度越来越高。为了在海洋中获取更多的资源,国家在各个港口城市建立的基础设施以及海工程建设项目越来越多。海洋在为人类提供资源时,人们并没有意识到要对海洋进行保护,因此排入海洋的污染物呈现逐年增加的趋势,污染物使海洋富营养化趋势逐渐加深。
       自上世纪50年代以来,国内外学者针对海洋环境质量进行了深入的探讨并提出灰色聚类法、物元分析法等多种对海洋环境质量评价的方法。目前,在海洋评价实际工作中,使用范围较为广泛,次数频繁的评价方法是模糊综合评价法,该方法能够解决经典数学模型中只能以“非此即彼”来描述确定性问题的局限性,同时采用一次一笔的模糊结合理论来对一些非确定性的问题进行有效评价。但是,模糊综合评价方法在对海水质量进行评价过程中仍存在着不确定性,而且很难进行自我调整以及自我验证。海水质量评价是一个既具有确定性评价指标,也具有不确定性评价的分析过程。研究人员在对海水质量进行评价时,要考虑到多种因素。海洋水质所存在的环境会受到多种因素的影响,针对研究地区的海水水质综合评价的过程中,使用可变模糊综合评价模型与地理信息系统建模结合的方式进行具体操作,在评价过程中结合地理信息系统栅格数据在空间信息表达方面的优势,对莱州湾在2012—2018年海水水质状况进行评价。通过验证之后,发现该方法能够对海水质量进行有效评价,具有一定的准确性和可靠性,能够为海水环境质量评价提供新的方法。
1、模型与方法
1.1  对立统一与质量互变定理的可变模糊集定理
       假设所讨论的区域x中的任意元素A的对立模糊概念,在一个连续统一的区间中就有任意一个点上具有对立基本模糊属性的相对属性。在连续的统计圈中,左端点或右端点之间存在一定的联系,它们之间的中介是对立模糊概念或者对立基本模糊概念的相对隶属度相等。
1.2  基于可变模糊及定理的海水水质模糊评价模型
       以可变模糊及理论为基础进行分析,海水的质量要根据多个指标进行评价,多个指标又按照多个级别进行识别,最终结果会呈现出以级别特征为形式的海水水质样本特征,具有一定的标准性,同时需要以固定的矩阵进行分析。
2、基于地理信息系统栅格数据的可变模糊综合评价模型
      地理信息系统主要是以地理空间信息作为基础,建立起各种复杂的数学模型。除此之外,对于自然界现象或者社会现象以及系统过程现象,也能进行模拟设计。
2.1  信息地理系统栅格数据生成
       本研究主要是以地理信息建模在海水环境质量评价过程中所产生的作用进行探讨,研究过程中使用的地理信息系统、栅格数据生成以及可变模糊识别模型要借助某个平台上的统计分析模块以及栅格计算器工具等进行操作。首先在对水质采样点、指标数据的空间分布进行考察时,可以利用统计分析模块进行操作。可以对水质采样点的指标数据变换成对数形式,同时还能进行逆变换以及反正弦变换等,最终使各项数据指标变成正态分布的形式。研究人员可以根据海水水质采样点的距离以及半方差的情况对水质的采样数据进行分组讨论。在经过最小2乘法计算以及交叉验证法验证的方式,计算出海水质量评价结果。
2. 2 基于信息地理系统栅格的可变模糊综合评价模型
       在对海水质量进行级别特征值的计算式,可以使用AreGIS的modelBUilder模块以及栅格计算器进行具体计算操作,但是,在计算过程中,为了避免出现最优相对隶属度矩阵计算或数学公式太过复杂,使最终计算出现较大的误差,可以引入具体的计算公式。
3、实例分析
3. 1 研究区概况
       作为本次研究对象的莱州湾,这里海水营养比较充足,许多渔民都会在莱州湾养殖鱼、虾、蟹等海洋产品,它是中国北方最重要的海产品捕捞地之一。从宽度和范围进行分析,莱州湾西起黄河口,东至龙口市屺姆岛。虽然该地区的海洋产品比较丰富,但是养殖者为了获取更大的利益,随着沿岸经济开发力度的加大,该区域河流污染越来越严重,特别是河口以及近岸区域的水质污染情况非常糟糕。
3. 2 评价指标及其标准确定
       在选择评价指标以及评价因子时,结合莱州湾海水污染的具体情况以及国家海洋公报评价标准,最终选择出评价因子,主要包括化学耗氧量、溶解氧、无机氧、活性磷酸盐以及油类这5项,水质标准参考中华人民共和国海水水质标准。具体评价标准参见表1
海水水质评价指标标准值(mg/L)_文章发表






表1 海水水质评价指标标准值(mg/L)
3. 3 基于地理信息模型多源栅格的莱州湾海水环境实现可变模糊识别模型
       本研究进行数据分析时,提取了莱州湾2012—2018年20个监测点的水质监测数据作为基础数据,所有检测样本都是按照海洋监测规范规定的方法进行采集、处理、保存、运输以及分析。在进行水质指标的空间差值时,本研究采用普通课礼金差值法进行操作,得到评价指标图像后,再利用公式进行可变模糊栅格计算。通过资料查询以及研究人员的讨论,将本次研究5个指标的权重排列为化学耗氧量、无机盐、溶解氧、石油类和活性磷酸盐。我们认为,溶解氧和化学耗氧同样重要,而无机盐与石油类处于较为重要的地位,比活性磷酸盐更重要。经过连续多年的检测,最终的检测结果表明,莱州湾的海水水质处于较差的水平,从年份上对水质综合等级进行评价,发现从西部地区到东北方向地区水质的综合等级呈现出逐年递减的趋势,同时水质污染的程度还呈现出向外扩散的趋势。
4、结果与讨论
4. 1 结果
       有关学者在对环境、土地资源以及地质灾害等多个领域研究时,都会使用可变模糊评价数学模型来进行操作,就具体使用情况来看,该理论方法要限制在借助常规数学工具前提下,作为一种对单元属性数据进行评价的标准,该数学模型最终得出的评价结果具有非可视化表达特点。在针对莱州湾海水水质进行评价时,使用可变模糊评价模型与地理信息技术建模结合的方式对海水水质评价,最终实现了水质评价结果的可视化表达,该方法不仅容易构建,还可在原有基础上进行修改,不需要复杂编程,具有较高的使用价值。
4. 2 讨论
       目前,使用可变模糊识别模型与空间数据进行结合研究的案例较少。本研究以地理信息系统建模的可变模糊综合评价模型对海洋水质进行探讨,最终得到的评价结果具有一定的可靠性。而将地理信息系统建模与可变模糊综合评价模型进行综合利用的方式,能够拓宽可变模糊模型的使用范围,同时将其引入多级别宏观评价以及多指标宏观评价领域。
参考文献:
[1]柯丽娜,张一民,韩旭,等.基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价[J].地理科学,2017,37(08):128-135.
[2]马建琴,郭晶晶,刘晓洁.基于GIS的城市景观水水质可变模糊评价[J].水电能源科学,2011,29(08):18-20.
 
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