Scientia Geographica Sinica 2017 , 37 (8): 1251-1258 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.016

Orginal Article

基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价

柯丽娜¹^,²^,, 张一民¹, 韩旭¹, 王辉¹^,², 王权明³, 王利¹^,²

1.辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁大连 116029
2.辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心,辽宁大连 116029
3.国家海洋环境监测中心,辽宁大连 116023

Variable Fuzzy Recognition Model of Seawater Environmental Quality Based on GIS Modeling Technique

Ke Lina¹^,²^,, Zhang Yimin¹, Han Xu¹, Wang Hui¹^,², Wang Quanming³, Wang Li¹^,²

1.College of Urban and Environmental Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China
2. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China
3. National Marine Environment Monitoring Center, Dalian 116023, Liaoning, China

中图分类号: P748

文献标识码: A

文章编号: 1000-0690（2017）08-1251-08

收稿日期: 2016-09-2

修回日期: 2017-01-13

网络出版日期: 2017-08-15

基金资助: 国家自然科学基金（41501594,41771159）和中国博士后科学基金面上基金（2014M561248）资助

作者简介:

作者简介:柯丽娜（1978-）,副教授,博士,主要研究方向为海洋资源开发与利用、遥感及地理信息系统应用研究。E-mail: kekesunny@163.com

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摘要

基于对立统一与质量互变定理的可变模糊评价方法引入海水水质综合评价,构建基于对立统一与质量互变定理的海洋环境质量可变模糊评价模型,首先分析可变模糊评价方法的原理和方法,然后结合GIS栅格数据在表达空间信息方面具有的独特优势,以栅格数据为基础,利用地理信息系统空间叠置分析、地理信息系统空间建模等计算,建立基于多源栅格数据的海水环境可变模糊综合评价模型,得到莱州湾2004~2010年海水环境空间分布图。实践证明,该模型应用于海水水质综合评价是完全可行的,为海洋环境领域的多目标综合评价与决策提供了新的思路与方法。

关键词： 可变模糊识别模型 ; 海水环境质量评价 ; GIS

Abstract

Fuzzy comprehensive evaluation method is widely used in the comprehensive evaluation of seawater quality. But its model calculation is more complicated, and the model is difficult to self adjustment and self validation.This paper will introducethe unity of opposites and variable quality Exchange Theorem of fuzzy evaluation, and bulid a variable fuzzy recognition model of seawater environmental quality. Firstly, the principle and method of variable fuzzy evaluation method is analyzed, and then a variable fuzzy comprehensive evaluation model of seawater environment based on multi source raster data is established, based on the unique advantages of GIS raster data, geographic information system spatial overlay analysis, spatial modeling of geographic information system and so on. In the expression of spatial information, the spatial distribution of seawater environment in Laizhou Bay from 2004 to 2010 was obtained. It is proved that the model is feasible in the comprehensive evaluation of seawater quality, and provides a new method for the comprehensive evaluation and decision of multi objective in the field of marine environment. The monitoring results of many years show that the water quality of Laizhou Bay is poor as a whole, the comprehensive evaluation grade value is between 1.60~3.32, the content of dissolved inorganic nitrogen is generally higher, the evaluation grade is decreasing from west and southwest to the northeast, and is fanning out. There is a small range in the central area of the Laizhou Bay estuary, the spatial distribution maps showed obvious protrusions.

Keywords： Variable Fuzzy Recognition Model ; seawater quality evaluation ; GIS

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柯丽娜, 张一民, 韩旭, 王辉, 王权明, 王利. 基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价[J]. , 2017, 37(8): 1251-1258 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.016

Ke Lina, Zhang Yimin, Han Xu, Wang Hui, Wang Quanming, Wang Li. Variable Fuzzy Recognition Model of Seawater Environmental Quality Based on GIS Modeling Technique[J]. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(8): 1251-1258 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.016

随着海洋经济产业的迅速发展,沿海城市对海洋开发利用的程度越来越高,各种港口泊位、人工岛、防波堤和围填海等涉海、用海工程建设项目越来越多,排入海中的污染物逐年增加,营养化趋势日益加剧,赤潮频繁发生,使海水养殖业遭受巨大损失,海水水质已成为人们普遍关注的焦点^[1]。自20世纪50年代以来,国内外学者对海洋环境质量进行了深入的研究,相继提出了单项指数法^[2]、模糊综合评判法^[3,4]、灰色聚类法^[5]、物元分析法^[6]、BP神经网络法^[7]和支持向量机^[8]等评价方法,在实际海洋工作中,模糊综合评价法是应用较多的一种评价方法,它解决了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,采用“亦此亦彼”的模糊集合理论来描述非确定性问题,有效地解决了环境评价中表现出的边界模糊的过渡性质问题^[9,10],但模糊综合评判法在评价过程中存在一定的不确定性,且模型难以自我调整与自我验证。实质上海水水质评价是一个具有确定性评价指标和评价标准与具有不确定性评价因子及其含量变化相结合的分析过程,是一个多因素多水平耦合作用的复杂分析过程^[11]。陈守煜教授创立的可变模糊评价方法^[12~14]能够将确定性与不确定性作为一个系统进行综合考虑,并予以辩证分析和数学处理,能较好地解决包括多目标、非线性、高维数以及包容模糊、灰色等常见不确定的具体问题,为多指标多级别综合评价提供了新的思路与方法,在水资源可持续利用、土地承载力评价等方面有所应用^[13~16]。本文将这种方法引入到海水水质综合评价中,构建基于对立统一与质量互变定理的海水水质可变模糊评价模型,并结合GIS栅格数据在空间信息表达方面适于建立各种复杂数学模型的优势,以GIS多源栅格数据为基础,对莱州湾2004~2010年海水水质状况进行定量评价研究,验证其应用于水质评价的准确性和可靠性,以期为海水环境质量评价提供一种新的方法和思路。

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简介

设论域U中任意元素u的对立模糊概念（事物、现象）或对立的基本模糊属性以 $\begin{matrix} \underset{~}{A} \end{matrix}$ 与 $\begin{matrix} {\underset{~}{A}}^{c} \end{matrix}$ 表示。在连续统区间[1,0](对 $\begin{matrix} \underset{~}{A} \end{matrix}$ )与[0,1]（对 $\begin{matrix} {\underset{~}{A}}^{c} \end{matrix}$ ）的任一点上,对立基本模糊属性的相对隶属度分别为 $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ 、 $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ ,左端点：P₁: $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ =1, $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ =0;右端点P_r: $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ =0, $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ =1。且

$\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) + μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) = 1 \end{matrix}$ （1）

式中：0≤ $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ ≤1,0≤ $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ ≤1。

在连续统区间左、右端点P₁与P_r之间必存在确定的中介点P_m,该点的对立模糊概念（事物、现象）或对立基本模糊属性的相对隶属度相等^[12]：

$\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) = μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) = 0.5 \end{matrix}$ （2）

P_m为对立统一矛盾性质的转化点,则在P₁→P_m区间： $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ > $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ ;在 P_m→P_r区间, $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ < $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A^{c}}} (u) \end{matrix}$ ,变点,即 $\begin{matrix} μ_{\underset{~}{A}} (u) \end{matrix}$ = $\begin{matrix} μ_{{\underset{~}{A}}^{C}} (u) \end{matrix}$ =0.5（图1）。

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图1 对立模糊集示意图

Fig.1 Schematic diagram of opposite fuzzy sets

1.2 基于可变模糊集定理的海水水质模糊评价模型

在可变模糊集理论的基础上^[12~14],海水水质依据m个指标,按c个级别进行识别,其最终结果以级别特征值形式h (h=1,2,3…,c)表示,则建立的海水水质样本特征值矩阵与指标标准特征值矩阵分别为：

$\begin{matrix} X = (x_{ij}) i = 1,2, \dots, m; j = 1,2, 3, \dots n \end{matrix}$ （3）

$\begin{matrix} Y = (y_{ij}) i = 1,2, \dots, m; j = 1,2, 3, \dots c \end{matrix}$ （4）

为统一指标样本特征值、指标标准特征值矩阵的量纲,需对其进行规格化处理,处理公式为：

$\begin{matrix} r_{ij} = \{\begin{matrix} \begin{matrix} 0, x_{ij} < y_{ic} (越小越优型指标) 或 \\ x_{ij} > y_{ic} (越大越优型指标) \end{matrix} \\ \frac{x_{ij} - y_{ic}}{y_{i 1} - y_{ic}}, y_{i 1} > x_{ij} > y_{ic} 或 y_{i 1} < x_{ij} < y_{ic} \\ \begin{matrix} 1, x_{ij} < y_{i 1} (越小越优型指标) 或 \\ x_{ij} > y_{i 1} (越大越优型指标) \end{matrix} \end{matrix} \end{matrix}$ （5）

$\begin{matrix} s_{ih} = \{\begin{matrix} \begin{matrix} 0, y_{ih} < y_{ic} (越小越优型指标）或 \\ y_{ih} > y_{ic} (越大越优型指标） \end{matrix} \\ \frac{y_{ih} - y_{ic}}{y_{i 1} - y_{ic}} ， y_{i 1} > y_{ih} > y_{ic} 或 y_{i 1} < y_{ih} < y_{ic} \\ \begin{matrix} 1, y_{ih} > y_{i 1} （越大越优型指标）或 \\ y_{ih} < y_{i 1} (越小越优型指标） \end{matrix} \end{matrix} \end{matrix}$ （6）

式中：r_ij为样本j指标i特征值对于模糊概念 $\begin{matrix} \underset{~}{A} \end{matrix}$ 的相对隶属度,即规格化指数;y_i₁、y_ic、y_ih为指标i的1级、c级、h级的标准特征值;s_ih为指标i对于级别h的标准特征值y_ih的规格化指数。

利用可变模糊识别公式（7）：

$\begin{matrix} u_{hj} = \{\begin{matrix} 0, 1 \leq h < a_{j} 或 c≥h > b_{j} \\ {\{{\overset{b_{j}}{\sum_{k = a_{j}}} [\frac{\overset{m}{\sum_{i = 1}} {[w_{i} |r_{ij} - s_{ih}|]}^{p}}{\overset{m}{\sum_{i = 1}} {[w_{i} |r_{ij} - s_{ik}|]}^{p}}]}^{\frac{α}{p}}\}}^{- 1}, a_{j} < h < b_{j} \end{matrix} \end{matrix}$ （7）

式中: a_j为决策j的级别下限值;b_j为决策j的级别上限值。α=1或2,p=1或2,w_i为各项指标的权重。α与p的不同和组合针对不同的情况,当评价对象间表现为弱非线性时,采用组合α=1,p=1;表现为一般线性相关时,采用组合α=1,p=2或组合α=2,p=1;表现为强线性相关时,采用公式α=2,p=2;当非线性程度难以确定时,采用4个组合的平均值。

则建立的海水水质样本集对评价标准的最优相对隶属度矩阵为：

U=（u_hj）,h=1,2,3…,c;j=1,2,3…,n （8）

再根据文献[12~14]提出的级别特征值模型,求出待评价样本集的级别特征值：

H=（1, 2, … c ）×U_hj （9）

2 基于GIS栅格数据的可变模糊综合评价模型

GIS作为一种交互式的、可视化的决策支持工具,以地理空间信息为基础,方便建立各种复杂数学模型,能够提供对各种自然社会现象及其系统过程的模拟,及多种空间的、动态的地理信息的表达。

2.1 GIS栅格数据生成

文中GIS栅格数据生成及可变模糊识别模型是在ArcGIS 10.2平台上借助于地统计分析模块、Model Builder模块及栅格计算器工具实现的^[17~21]。利用ArcGIS地统计分析模块,首先考察水质采样点指标数据的空间分布,对其指标数据进行对数变换、幂变换及反正弦变换等使指标数据成正态分布,并根据海水水质采样点间距离及其半方差情况确定合理的步长,进一步对水质采样数据进行分组,计算各组样本点的平均距离及平均半方差,按照最小二乘法拟合求取其最佳半方差理论模型,进一步计算水质预测点的最佳估计值,并采用交叉验证法检验所拟合模型的合理性及预测的精度,最后得到经过插值后的海水水质评价指标集栅格数据 $\begin{matrix} \{X_{1}, \dots, X_{m}\} \end{matrix}$ 。

2.2 基于GIS栅格的可变模糊综合评价模型

利用ArcGIS的Model Builder模块及栅格计算器进行级别特征值的计算,为避免最优相对隶属度矩阵计算时数学公式太过复杂,容易引入计算误差,在这里引入变量f_hj、d_hj、d_sum,公式为:

$\begin{matrix} f_{hj} = {\overset{5}{\sum_{i = 1}} [w_{i} |r_{ij} - s_{ih}|]}^{p}, h = 1,2, 3,4, 5 ， j = 1 \end{matrix}$ （10）

$\begin{matrix} d_{hj} = {f_{hj}}^{\frac{1}{p}}, h = 1,2, 3,4, 5 ， j = 1 \end{matrix}$ （11）

$\begin{matrix} d_{sum} = {\overset{b_{j}}{\sum_{k = a_{j}}} d_{hj}}^{- α} \end{matrix}$ （12）

则可变模糊识别模型公式(7)可转化为：

$\begin{matrix} u_{hj} = \{\begin{matrix} 0, h_{ij} < a_{j} 或 h_{ij} > b_{j} \\ ({d_{hj}}^{α} \times d_{sum})^{- 1}, d_{hj} \neq 0 ， a_{j} < h_{ij} < b_{j} \\ 1, d_{hj} = 0 \end{matrix} \end{matrix}$ （13）

在Model Builder中建立可变模糊识别模型的具体流程图见图2。

3 实例分析

3.1 研究区概况

莱州湾位于渤海南部,山东半岛西北部,36°25′N~37°47′N,118°17′E~120°44′E,黄河、小清河、潍河和虞河等众多河流汇入湾内,是渤海三大海湾之一,西起黄河口,东至龙口市屺姆岛,宽96 km,海岸线长319. 06 km,面积6 966 km²,水深在20 m以内,沿海水深不足10 m,滩涂长,水交换差。莱州湾入海径流丰富,营养盐充足,是传统的多种鱼、虾、蟹的产卵场和索饵地,因此这里一直是中国北方重要的海产品捕捞地。但随着沿岸经济开发力度的加大、注入莱州湾河流污染物浓度的增加以及沿岸地区污染物的排放,莱州湾的污染状况,特别是河口及近岸区域的水质污染日益严重^[22~25]。

3.2 评价指标及其标准确定

结合莱州湾海水污染现状^[22~25],同时与国家海洋公报评价相结合,这里选择主要评价因子： COD（化学耗氧量）、DO（溶解氧）、无机氮、活性磷酸盐、油类5个项目,水质标准采用《中华人民共和国海水水质标准》（GB 3097-1997）,具体评价标准参见表1。

表1 海水水质评价指标标准值（mg/L）

Table 1 The standard values of the seawater quality evaluation index (mg/L)

评价指标	指标标准值
评价指标	第一类	第二类	第三类	第四类	劣四类
化学耗氧量x₁≤	2	3	4	5	>5
溶解氧x₂>	6	5	4	3	≤3
无机氮x₃≤	0.2	0.3	0.4	0.5	>0.5
活性磷酸盐(以P计) x₄≤	0.015	0.030	0.030	0.045	>0.045
石油类x₅≤	0.05	0.05	0.30	0.50	>0.50

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由表1可得到5×5阶海水评价指标标准特征值矩阵：

$\begin{matrix} Y = [\begin{matrix} 0 & 2 & 3 & 4 & 5 \\ 6 & 5 & 4 & 3 & 0 \\ 0 & 0.2 & 0.3 & 0.4 & 0.5 \\ 0 & 0.15 & 0.03 & 0.03 & 0.45 \\ 0 & 0.05 & 0.3 & 0.3 & 0.5 \end{matrix}] = y_{ih} \end{matrix}$ （14）

利用公式（6）可以得到海水评价指标标准特征值相对于级别h的指标标准特征值隶属度矩阵S：

$\begin{matrix} S = [\begin{matrix} 1 & 0.6 & 0.4 & 0.2 & 0 \\ 1 & 0.863 & 0.67 & 0.5 & 0 \\ 1 & 0.6 & 0.4 & 0.2 & 0 \\ 1 & 0.67 & 0.33 & 0.33 & 0 \\ 1 & 0.9 & 0.4 & 0 & 0 \end{matrix}] = s_{ih} \end{matrix}$ （15）

3.3 基于GIS多源栅格的莱州湾海水环境可变模糊识别模型实现

本文利用了莱州湾 2004~2010 年7~9月的 20个监测点的水质监测数据( 监测点位置见图3) ,所有样品均按《海洋监测规范》规定的方法采集、处理、保存、运输和分析。由3.2节可知海水环境评价指标为i=5 [COD、DO、无机氮、活性磷酸盐、油类5个指标],根据莱州湾海水水质监测数据的空间分布情况,以及文献[20,21]的研究结果,本文采用普通克里金插值法进行水质指标的空间插值,得到评价指标栅格图像X={grid₁,grid₂,…grid_i},再利用公式（5）对栅格图像进行可变模糊栅格计算,确定其单指标隶属函数,栅格的属性数就是其单指标隶属度值,则所有栅格图像按照可变模糊识别模型构成j个隶属函数的栅格图像,即grid₁将生成grid₁₁、grid₁₂、…、grid₁_j,本例中j=1（h=1,2,3,3,5级）。再结合ArcGIS空间叠置分析、ModelBuilder、矢量栅格转换、栅格计算等功能建立基于多源栅格数据的海水环境可变模糊综合评价模型,则评价对象对级别h的综合相对隶属度为：

$\begin{matrix} v_{h} (u) = {[\begin{matrix} w_{1} \cdot G_{1}^{1} & w_{2} \cdot G_{2}^{1} & ... & w_{m} \cdot G_{m}^{1} \\ w_{1} \cdot G_{1}^{2} & w_{2} \cdot G_{2}^{2} & ... & w_{m} \cdot G_{m}^{2} \\ ... & ... & ... & ... \\ w_{1} \cdot G_{1}^{c} & w_{2} \cdot G_{2}^{c} & ... & w_{m} \cdot G_{m}^{c} \end{matrix}]}^{p} \\ = [\begin{matrix} \overset{m}{\sum_{i = 1}} {(w_{i} G_{i}^{1})}^{p} \\ \overset{m}{\sum_{i = 1}} {(w_{i} G_{i}^{2})}^{p} \\ ... \\ \overset{m}{\sum_{i = 1}} {(w_{i} G_{i}^{c})}^{p} \end{matrix}] = [\begin{matrix} v_{1} (G^{1}) \\ v_{2} (G^{2}) \\ \dots \\ v_{c} (G^{c}) \end{matrix}] \end{matrix}$ （16）

这里需要说明的是,由于GIS平台中的栅格叠置分析功能不能直接实现数据矩阵与图像矩阵之间的合成运算^[27~29],因此需要按照可变模糊识别模型公式对公式展开进行栅格叠置分析运算（图2）,分别求得a=1,p=1;a=1, p=2;a=2,p=1;a=2,p=2这4种情况下的级别特征值向量栅格矩阵,再对其进行叠加求取平均值栅格向量矩阵,从而得到莱州湾2004~2010年海水水质级别特征空间分布（图3）。

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图2 GIS多源栅格数据的可变模糊识别模型

Fig.2 Variable fuzzy recognition model based on GIS multi-source raster data

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图3 2004~2010年莱州湾海水水质等级空间分布

Fig.3 The spatial distribution of seawater environmental quality in Laizhou Bay from 2004 to 2010

文中5个指标的权重见参考文献[12~14],运用经验知识经考虑后,确定各指标重要性的排序度依次为：化学耗氧量、无机氮、溶解氧、石油类、活性磷酸盐,同时认为溶解氧和化学耗氧一样重要,与无机氮和石油类比处于略为重要,与活性磷酸盐相比处于较为重要,从而得到经归一化处理的各指标权向量为： $\begin{matrix} w = (0.26,0.26,0.17,0.14,0.1) \end{matrix}$ 。

ArcGIS栅格计算器计算各变量的具体语法为：

指标相对隶属度矩阵R的计算语法为：

Con("%x_i%">y_i₅,0,Con("%x_i%" < y_i_1,1,("% x_i%" - y_i₅)/(y_i₁-y_i₅))),其中i=1,2,3,4,5。

变量f_hj的计算语法为：

Power(0.26*Abs("%r₁₁%"-s₁_h)+0.26*Abs("%r₂₁%"-s₂_h)+0.17*Abs("%r₃₁%"-s₃_h)+0.14*Abs("%r₄₁%"-s₄_h)+0.17*Abs("%r₅₁%"-s₅_h),p)

变量d_hj的计算语法为：

Power("%f_hj%",1/p),其中h=1,2,3,4,5。

变量d_sum的计算语法为：

Power("%d₁₁%",-α)+Power("%d₂₁%",-α)+Power("%d₃₁%",-α)+Power("%d₄₁%",-α)+Power("%d₅₁%",-α),其中α=1或2。

最优相对隶属度矩阵u_hj的计算语法为：

Con("%d_hj%"==0,1,Power(Power("%d_hj%",α)*"%d_sum%",-1))

级别特征值H的计算语法为：

1*"%u₁₁%"+2*"%u₂₁%"+3*"%u₃₁%"+4*"%u₄₁%"+5*"%u₅₁%"

上式中Power函数为计算数据的n次方,Abs函数为计算函数的绝对值,Con函数为判断函数,具体的语法规则为Con(<condition>, <true_expression>, <false_expression>)。

连续多年的监测结果表明,莱州湾水体水质整体较差,评价综合等级值在1.60~3.32之间,各年份水质综合等级呈现由西部及西南部向东北方向递减,并呈扇型逐渐向外扩散的趋势;另一方面,在莱州湾口中部海域有一小范围的高值区,水质较差,并向四周逐渐递减分布,在空间分布图上表现为明显的突起,究其原因,主要为该区域有机物矿化分解再生使部分采样点活性磷酸盐含量较高,从而导致个别采样点水质综合等级较高。

实践证明,将可变模糊评价模型方法与GIS建模方法结合起来,应用到海水水质评价中是完全可行的,该方法以各指标生成的栅格数据作为基本研究对象,借助于GIS栅格叠置分析、空间建模功能,实现了可变模糊评价数学模型分析评价复杂模糊的自然现象及系统过程的可能性,克服了可变模糊评价数学模型仅应用于评价分析属性数据方面的不足,实现了评价结果的GIS可视化表达,且该模型不需要进行复杂的编程,容易实现、修改,为可变模糊模型应用到类似的综合评价与决策领域提供了新的思路与方法,扩展了可变模糊模型在类似的多目标、多指标评价领域应用的广度和深度。

4 结论与讨论

4.1 结论

可变模糊评价数学模型已经在环境、土地资源、地质灾害等众多领域得到广泛的应用,但目前该理论方法还仅限于借助常规的数学工具,作为评价单元的属性数据,且无法直接给出评价结果的可视化表达。本文将可变模糊评价模型与GIS建模方法结合起来,建立基于 GIS建模的海水环境质量可变模糊评价方法,该方法模型以多指标栅格数据为基本研究对象,确定空间中各指标数据相对于各等级级别的隶属函数,从而将隶属函数的概念扩展到二维平面上,实现了水质评价结果的可视化表达,该方法既容易构建又容易修改,而且不需要进行复杂的编程,为解决类似的多指标、多源栅格数据的可变模糊评价与决策提供了新的思路与方法。

4.2 讨论

1）可变模糊识别模型目前还很少和空间数据结合起来,实现对复杂模糊的现象及系统的模拟及表达,本文建立的基于GIS建模的可变模糊综合评价模型,有望拓宽可变模糊模型在相关的多指标、多级别宏观评价领域应用的广度和深度,可以推广到相关的区域生态环境质量、水资源可持续利用、土地承载力评价、水环境评价、灾害风险评价等领域的评价及结果的表达。

2）基于GIS建模的可变模糊识别模型以栅格为基本研究对象,其计算结果的精度表达与栅格单元的大小有明显关系：栅格单元过大,则分析结果精确度降低;单元过小,则会产生大量冗余数据、计算速度降低,因此在应用过程中应根据实际情况确定合理的栅格单元大小。

3）基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价模型,从隶属度的计算到隶属层的形成都较大限度地避免了人为因素的介入,但是应该指出,对于可变模糊评价模型来说,权重设置的合理性仍然是决定评价结果可靠性的一个重要因素,如何更合理地进行可变模糊综合评价模型权重的设置以及根据级别特征值进行海水水质级别的划分是可变模糊评价模型应用于海水水质评价应用需要进一步完善的部分。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[1]	孙才志, 于广华, 王泽宇, 等. 环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析 [J]. 地理科学, 2014, 34(5): 513-521. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1049-1050.1753 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准，通过D-S 证据合成理论将主客观权重相结合确定综合权重，应用信息扩散技术确定小样本情况下样本指标值在指标评价域上的信息分配，进而确定隶属度，在此基础上利用模糊综合评判方法对环渤海17 个沿海城市的海域承载力进行评价，并运用自然断裂法进行空间表达。研究结果表明，2000~2011 年，环渤海地区海域承载力虽有波动，但总体上呈上升趋势，各地海域承载力不断提高，但级别特征值都在1.8~4.0 之间，整体水平不高；区域空间分异明显，空间峰值效应显著。</p> [Sun Caizhi, Yu Guanghua,Wang Zeyu et al. Marine carrying capacity assessment and spatio-temporal analysis in the Bohai Sea Ring Area. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(5): 513-521.] https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1049-1050.1753 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准，通过D-S 证据合成理论将主客观权重相结合确定综合权重，应用信息扩散技术确定小样本情况下样本指标值在指标评价域上的信息分配，进而确定隶属度，在此基础上利用模糊综合评判方法对环渤海17 个沿海城市的海域承载力进行评价，并运用自然断裂法进行空间表达。研究结果表明，2000~2011 年，环渤海地区海域承载力虽有波动，但总体上呈上升趋势，各地海域承载力不断提高，但级别特征值都在1.8~4.0 之间，整体水平不高；区域空间分异明显，空间峰值效应显著。</p>
[2]	Noan Fierer,Jennifer L.morse, Sean T. berthrong et al. Environmental controls on the landscape-scale biogeography of stream bacterial communities [J].Ecology, 2007,88(9):2162-2173. https://doi.org/10.1890/06-1746.1 URL [本文引用: 1]
[3]	Li Tao, Cai Shuming,Yang Handong et al. Fuzzy comprehensive-quantifying assessment in analysis of water quality:a case study in Lake Honghu, China [J].Environmental Engineering Science,2009,26(2):451-458. https://doi.org/10.1089/ees.2007.0270 URL [本文引用: 1] 摘要 Fuzzy comprehensive-quantifying assessment (FCQA) is proposed in this paper, which developed the index (Save) by applying a quantifying method to the fuzzy comprehensive assessment (FCA). By using the FCQA method, water quality in Lake Honghu (China) was evaluated and the temporal and spatial variations were analyzed based on the monitoring data collected during 1981-2006. Results show that the...
[4]	章斌, 宋献方. 运用数理统计和模糊数学评价秦皇岛洋戴河平原的海水入侵程度 [J]. 地理科学, 2013, 33(3): 342-348. URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>运用数理统计方法获取秦皇岛洋戴河平原地下潜水和海水的水化学统计特征, 据此优选出4 项海水入侵评判指标, 建立各评判指标的背景值及指标等级体系, 并将模糊数学综合评价法和地理信息系统结合起来评价研究区潜水含水层的海水入侵程度。研究结果表明:氯离子Cl<sup>-</sup>、电导率EC、溶解总固体TDS和潜在盐度是指示本区潜水含水层海水入侵程度的最佳指标, 其判别海水入侵发生的下限值分别为250 mg/L、1 250 μs/cm、700mg/L 和8.5 meq/L;洋戴河平原潜水含水层的海水入侵程度总体上为中等水平, 洋、戴河间浦河一带的潜水含水层海水入侵程度最为强烈。</p> [Zhang Bin, Song Xianfang. Seawater intrusion degree evaluation based on mathematical statistics and fuzzy mathematics in Qinhuangdao Yangdai River Plain. Scientia Geographica Sinica, 2013, 33(3): 342-348.] URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>运用数理统计方法获取秦皇岛洋戴河平原地下潜水和海水的水化学统计特征, 据此优选出4 项海水入侵评判指标, 建立各评判指标的背景值及指标等级体系, 并将模糊数学综合评价法和地理信息系统结合起来评价研究区潜水含水层的海水入侵程度。研究结果表明:氯离子Cl<sup>-</sup>、电导率EC、溶解总固体TDS和潜在盐度是指示本区潜水含水层海水入侵程度的最佳指标, 其判别海水入侵发生的下限值分别为250 mg/L、1 250 μs/cm、700mg/L 和8.5 meq/L;洋戴河平原潜水含水层的海水入侵程度总体上为中等水平, 洋、戴河间浦河一带的潜水含水层海水入侵程度最为强烈。</p>
[5]	赵彦飞, 邹志红, 晓静. 改进的灰色相似关联度模型在水质评价中的应用 [J]. 数学的实践与认识, 2015, 45(12): 154-159. URL [本文引用: 1] 摘要基于灰色系统理论,提出一种改进的灰色相似关联度模型.通过计算评价对象的单因素隶属度矩阵,得到与各标准水质级别在不同评价指标处的灰色相似关联系数,最后根据灰色相似关联系数得到对各标准水质级别的综合隶属度.将此方法应用于延河流域的八个监测断面进行水质综合评价,取得了较好的结果.在此基础上进一步分析和改进了最大隶属度原则,在考虑最大隶属度的同时,综合考虑评价对象对各标准水质级别隶属度的分布,并制定了调整规则. [Zhao Yanfei, Zou Zhihong, Xiao Jing. Improved gray correlation similar model in water quality assessment. Mathematics in Practice and Theory, 2015, 45(12): 154-159.] URL [本文引用: 1] 摘要基于灰色系统理论,提出一种改进的灰色相似关联度模型.通过计算评价对象的单因素隶属度矩阵,得到与各标准水质级别在不同评价指标处的灰色相似关联系数,最后根据灰色相似关联系数得到对各标准水质级别的综合隶属度.将此方法应用于延河流域的八个监测断面进行水质综合评价,取得了较好的结果.在此基础上进一步分析和改进了最大隶属度原则,在考虑最大隶属度的同时,综合考虑评价对象对各标准水质级别隶属度的分布,并制定了调整规则.
[6]	安岩, 邹志红. 基于改进物元分析和对应分析的水质评价研究 [J]. 数学的实践与认识, 2014, 44(13): 160-166. URL [本文引用: 1] 摘要水质评价是控制水体污染,提高水资源管理水平的关键环节.引入粗糙集理论,实现对水质监测指标的权重确定,采用物元分析模型,以天津地区主要河流的水质数据为研究对象进行评价,同时,运用对应分析方法,将样本点与指标有机结合,分析样本点的水质状况和污染因子,从而在客观评价水质的基础上,给出了科学合理的评价结果. [An Yan, Zou Zhihong. Study on modified water quality assessment based on matter element and correspondence analysis. Mathematics in Practice and Theory, 2014, 44(13): 160-166.] URL [本文引用: 1] 摘要水质评价是控制水体污染,提高水资源管理水平的关键环节.引入粗糙集理论,实现对水质监测指标的权重确定,采用物元分析模型,以天津地区主要河流的水质数据为研究对象进行评价,同时,运用对应分析方法,将样本点与指标有机结合,分析样本点的水质状况和污染因子,从而在客观评价水质的基础上,给出了科学合理的评价结果.
[7]	Wu J, Guo Z H,Lu H Y et al. A case study on a hybrid wind speed forecasting method using BP neural network . Knowledge-Based Systems,2011, 24, 1048-1056. https://doi.org/10.1016/j.knosys.2011.04.019 URL [本文引用: 1] 摘要 Wind energy, which is intermittent by nature, can have a significant impact on power grid security, power system operation, and market economics, especially in areas with a high level of wind power penetration. Wind speed forecasting has been a vital part of wind farm planning and the operational planning of power grids with the aim of reducing greenhouse gas emissions. Improving the accuracy of wind speed forecasting algorithms has significant technological and economic impacts on these activities, and significant research efforts have addressed this aim recently. However, there is no single best forecasting algorithm that can be applied to any wind farm due to the fact that wind speed patterns can be very different between wind farms and are usually influenced by many factors that are location-specific and difficult to control. In this paper, we propose a new hybrid wind speed forecasting method based on a back-propagation (BP) neural network and the idea of eliminating seasonal effects from actual wind speed datasets using seasonal exponential adjustment. This method can forecast the daily average wind speed one year ahead with lower mean absolute errors compared to figures obtained without adjustment, as demonstrated by a case study conducted using a wind speed dataset collected from the Minqin area in China from 2001 to 2006.
[8]	张颖, 李梅, 高倩倩. 基于ELMR-SVMR的海水水质预警模型研究 [J]. 大连理工大学学报, 2016, 56(2): 185-192. https://doi.org/10.7511/dllgxb201602012 URL [本文引用: 1] 摘要海水水质预警对海洋环境监控和保护有着重要的意义.极限学习机回归和支持向量机回归(extreme learning machine regression-support vector machine regression,ELMRSVMR)集成预警模型采用预测与评价相结合的方式,实现对未来海水富营养化状况综合预警的目的.其中SVMR方法用于构建海水富营养化评价模型;ELMR用于对未来一段时间的水质状况进行综合预测,ELMR的预测结果作为评价模型的输入变量.集成模型的可靠性直接影响预警的有效性,ELMR-SVMR的可靠性通过分析ELMR预测误差对SVMR评价模型的灵敏度得到.将各参变量的预测误差结果作为评价模型的灵敏度影响参量,通过灵敏度计算可获得对ELMR-SVMR模型的灵敏度评价.通过与其他方法的实验对比及分析,验证了该区域范围内所建ELMR-SVMR预警模型的有效性,为探索建立有效的海水水质预警模型提供了一种新途径. [Zhang Ying, Li Mei, Gao Qianqian. Research on forewarning model of seawater quality based on ELMR-SVMR. Journal of Dalian University of Technology, 2016, 56(2): 185-192.] https://doi.org/10.7511/dllgxb201602012 URL [本文引用: 1] 摘要海水水质预警对海洋环境监控和保护有着重要的意义.极限学习机回归和支持向量机回归(extreme learning machine regression-support vector machine regression,ELMRSVMR)集成预警模型采用预测与评价相结合的方式,实现对未来海水富营养化状况综合预警的目的.其中SVMR方法用于构建海水富营养化评价模型;ELMR用于对未来一段时间的水质状况进行综合预测,ELMR的预测结果作为评价模型的输入变量.集成模型的可靠性直接影响预警的有效性,ELMR-SVMR的可靠性通过分析ELMR预测误差对SVMR评价模型的灵敏度得到.将各参变量的预测误差结果作为评价模型的灵敏度影响参量,通过灵敏度计算可获得对ELMR-SVMR模型的灵敏度评价.通过与其他方法的实验对比及分析,验证了该区域范围内所建ELMR-SVMR预警模型的有效性,为探索建立有效的海水水质预警模型提供了一种新途径.
[9]	刘新颜, 曹晓仪, 董治宝. 基于T-S模糊神经网络模型的榆林市土壤风蚀危险度评价 [J]. 地理科学, 2013, 33(6): 741-747. URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>选择位于风沙过渡区的榆林市为研究区域, 以GIS 技术和T-S 模糊神经网络为依托, 从土壤风蚀影响因子及风蚀动力学机制出发构建区域土壤风蚀危险度模型。基于此模型, 对榆林市土壤风蚀危险度空间分异特征进行了分析, 结果表明:T-S 模糊神经网络模型可有效地揭示出区域土壤风蚀危险度与环境之间的映射关系, 为土壤风蚀预测提供依据;风力、植被、气温、降水、地形等环境要素控制着土壤风蚀危险度空间分异格局;榆林市土壤风蚀危险度空间分异格局表现为:危险度从西北向东南逐渐降低。</p> [Liu Xinyan, Cao Xiaoyi, Dong Zhibao. Soil wind erosion risk assessment in Yulin City using T-S fuzzy neural network model. Scientia Geographica Sinica, 2013, 33(6): 741-747.] URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>选择位于风沙过渡区的榆林市为研究区域, 以GIS 技术和T-S 模糊神经网络为依托, 从土壤风蚀影响因子及风蚀动力学机制出发构建区域土壤风蚀危险度模型。基于此模型, 对榆林市土壤风蚀危险度空间分异特征进行了分析, 结果表明:T-S 模糊神经网络模型可有效地揭示出区域土壤风蚀危险度与环境之间的映射关系, 为土壤风蚀预测提供依据;风力、植被、气温、降水、地形等环境要素控制着土壤风蚀危险度空间分异格局;榆林市土壤风蚀危险度空间分异格局表现为:危险度从西北向东南逐渐降低。</p>
[10]	舒帮荣, 黄琪, 刘友兆, 等. 基于变权的城镇用地扩展生态适宜性空间模糊评价——以江苏省太仓市为例 [J]. 自然资源学报, 2012, 27(3): 402-412. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.03.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要城镇用地生态适宜性评价有助于引导城镇用地合理扩展。针对传统评价方法的不足及生态适宜性的模糊性,提出基于局部惩罚型变权的空间模糊综合评价方法,并选择7项生态适宜性影响因素,在GIS软件的支持下对江苏省太仓市城镇用地的生态适宜性进行综合评判。结果显示,变权模型可灵活而合理地处理各评价单元各因素的权重值;研究区内适宜、基本适宜、较不适宜和不适宜于城镇扩展的土地分别占土地面积的25.89%、8.35%、37.43%和28.33%,其生态敏感性评价结果及其空间分布与实际相符,通过生态敏感性综合分值的比较可为城镇用地扩展区位选择提供依据。研究表明,基于变权的空间模糊综合评价凸显了"瓶颈"因素的否决作用,更能精确、合理地反映城镇用地扩展的生态适宜性状况。 [Shu Bangrong, Huang Qi,Liu Youzhao et al. Spatial fuzzy assessment of ecological suitability for urban land expansion based on variable weights:a case study of Taicang. Journal of Natural Resources, 2012, 27(3): 402-412.] https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.03.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要城镇用地生态适宜性评价有助于引导城镇用地合理扩展。针对传统评价方法的不足及生态适宜性的模糊性,提出基于局部惩罚型变权的空间模糊综合评价方法,并选择7项生态适宜性影响因素,在GIS软件的支持下对江苏省太仓市城镇用地的生态适宜性进行综合评判。结果显示,变权模型可灵活而合理地处理各评价单元各因素的权重值;研究区内适宜、基本适宜、较不适宜和不适宜于城镇扩展的土地分别占土地面积的25.89%、8.35%、37.43%和28.33%,其生态敏感性评价结果及其空间分布与实际相符,通过生态敏感性综合分值的比较可为城镇用地扩展区位选择提供依据。研究表明,基于变权的空间模糊综合评价凸显了"瓶颈"因素的否决作用,更能精确、合理地反映城镇用地扩展的生态适宜性状况。
[11]	柯丽娜, 王权明, 孙新国, 等. 基于可变模糊识别模型的海水环境质量评价研究 [J]. 生态学报, 2013, 33(6): 1889-1899. https://doi.org/10.5846/stxb201208251203 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要海水环境质量评价可以视为是一个具有确定性的评价指标和评价标准与具有不确定性的评价因子及其含量变化相结合的分析过程,各评价指标含量具有中介过渡性,构建了基于可变模糊集合理论的海水环境质量评价方法(简称"VFEM"),并以莱州湾海水水质为研究对象,应用提出的可变模糊评价模型对该区域海水水质状况进行评价,实例应用表明,该模型通过可变模型参数变化(<em>a</em>, <em>p</em>),以线性模型与非线性模型相结合,将最后稳定结果作为海洋水质环境的最后评价结果,从而确定水质评价等级,评价结果更为可信,同时该模型通过级别特征值精确区分各水质采样点的水质优劣,对各水质采样点的水质级别有更准确的定位,为海水环境质量综合评价提供了一种合理而适用的方法。 [Ke Lina, Wang Quanming,Sun Xinguo et al. The seawater environment quality evaluation research base on variable fuzzy pattern recognition model. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(6): 1889-1899.] https://doi.org/10.5846/stxb201208251203 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要海水环境质量评价可以视为是一个具有确定性的评价指标和评价标准与具有不确定性的评价因子及其含量变化相结合的分析过程,各评价指标含量具有中介过渡性,构建了基于可变模糊集合理论的海水环境质量评价方法(简称"VFEM"),并以莱州湾海水水质为研究对象,应用提出的可变模糊评价模型对该区域海水水质状况进行评价,实例应用表明,该模型通过可变模型参数变化(<em>a</em>, <em>p</em>),以线性模型与非线性模型相结合,将最后稳定结果作为海洋水质环境的最后评价结果,从而确定水质评价等级,评价结果更为可信,同时该模型通过级别特征值精确区分各水质采样点的水质优劣,对各水质采样点的水质级别有更准确的定位,为海水环境质量综合评价提供了一种合理而适用的方法。
[12]	陈守煜. 可变模糊集理论与模型及其应用[M]. 大连: 大连理工大学出版社, 2009. [本文引用: 3] [Chen Shouyu.Theory and model of variable fuzzy Sets and its application. Dalian: Dalian University of Technology Press, 2009.] [本文引用: 3]
[13]	陈守煜. 可变集—可变模糊集的发展及其在水资源系统中的应用 [J]. 数学的实践与认识, 2012, 42(1): 92-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0984.2012.01.013 URL [本文引用: 1] 摘要将可变模糊集理论,从模糊系统发展到可变模糊—清晰系统.给出可变集的对立公理与可变集定义,给出基于可变集的唯物辩证法三大基本规律的数学定理对立统一、质量互变与否定的否定定理.给出可变集在地区水资源可持续利用程度变化与发展态势的评估价原理、方法与应用实例.不仅对技术科学,而且对哲学等科学均有重要的科学意义. [Chen Shouyu. Variable sets: the development of variable fuzzy sets and the applications in assessment of water resource. Mathematics in Practice and Theory, 2012, 42(1): 92-101.] https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0984.2012.01.013 URL [本文引用: 1] 摘要将可变模糊集理论,从模糊系统发展到可变模糊—清晰系统.给出可变集的对立公理与可变集定义,给出基于可变集的唯物辩证法三大基本规律的数学定理对立统一、质量互变与否定的否定定理.给出可变集在地区水资源可持续利用程度变化与发展态势的评估价原理、方法与应用实例.不仅对技术科学,而且对哲学等科学均有重要的科学意义.
[14]	陈守煜, 王子茹. 基于对立统一与质量互变定理的水资源系统可变模糊评价新方法 [J]. 水利学报, 2011, 42(3): 253-261. URL [本文引用: 2] [Chen Shouyu,Wang ziru. Water resource systems'variable fuzzy sets evaluation new method based on the opposites unity and quantity-quality exchange theorem. Shuili Xuebao, 2011, 42(3): 253-261.] URL [本文引用: 2]
[15]	郑德凤, 臧正, 孙才志, 等. 基于水资源耦合价值的绿色水价模型及其应用——以下辽河平原为例 [J]. 自然资源学报, 2014, 29(7): 1235-1245. URL [Zheng Defeng, Zang Zheng,Sun Caizhi et al. Model of green water price based on coupling values of water resources and its application in lower Liaohe River Plain. Journal of Natural Resources, 2014, 29(7): 1235-1245.] URL
[16]	于广华, 孙才志. 环渤海沿海地区土地承载力时空分异特征 [J]. 生态学报, 2015, 35(14): 4860-4870. https://doi.org/10.5846/stxb201311302853 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要沿海地区是中国未来社会经济发展的重点区域,近年来沿海地区人地矛盾越来越突出,研究沿海地区土地承载力具有重要意义。针对以往评价中的不足,采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准;利用D-S证据理论进行主客观综合权重的计算,运用可变模糊集理论及模型对土地承载力进行综合评价,并以环渤海沿海地区进行实例分析。研究结果表明,2000-2011年,环渤海地区土地承载力整体呈持续上升趋势,但空间分布差异显著,天津、唐山、大连、盘锦、青岛、烟台、东营、威海土地承载力相对较高,锦州、营口、秦皇岛、滨州、潍坊、日照属于中等水平,沧州、丹东、葫芦岛四市土地承载力相对较低。可变模糊评价模型应用于土地承载力评价,计算简便,可操作性强,评价结果可信度高。 [Yu Guanghua, Sun Caizhi. Land carrying capacity spatiotemporal differentiation in the Bohai Sea Coastal Areas. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(14): 4860-4870.] https://doi.org/10.5846/stxb201311302853 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要沿海地区是中国未来社会经济发展的重点区域,近年来沿海地区人地矛盾越来越突出,研究沿海地区土地承载力具有重要意义。针对以往评价中的不足,采用韦伯-费希纳定律确定指标评价标准;利用D-S证据理论进行主客观综合权重的计算,运用可变模糊集理论及模型对土地承载力进行综合评价,并以环渤海沿海地区进行实例分析。研究结果表明,2000-2011年,环渤海地区土地承载力整体呈持续上升趋势,但空间分布差异显著,天津、唐山、大连、盘锦、青岛、烟台、东营、威海土地承载力相对较高,锦州、营口、秦皇岛、滨州、潍坊、日照属于中等水平,沧州、丹东、葫芦岛四市土地承载力相对较低。可变模糊评价模型应用于土地承载力评价,计算简便,可操作性强,评价结果可信度高。
[17]	李喆, 李永树, 卓云. 一种基于GIS的预报降雨栅格动态生成方法初探 [J]. 地理科学, 2014, 36(4): 757-761. https://doi.org/10.1111/ecc.12122 URL [本文引用: 1] 摘要中国大部分地区的降雨监测点位布设稀少且分布不均,特别是大区域的降雨监测和预报存在着不准确现象。利用GIS技术,以都江堰市为研究区,结合降雨随海拔变化规律与实测降雨数据,初步建立了降雨随海拔高度变化的二次曲线计算公式和等高线对应转折拐点降雨图层,参考对比自定义降雨矩阵点图层生成的预报降雨栅格效果,最后在基于AE开发的山地平原过渡区土地生态安全预警系统中,依据等高线拐点降雨图层动态生成研究区降雨栅格,作为该系统下预警指标动态监测模块的主要指标因子,初步解决了研究区降雨监测点位少的情况下,全区预报降雨可视化程度低和局部预报准确度不高的问题,有效地提高了降雨预报的准确性和直观性。 [Li Zhe, Li Yongshu, Zhuo Yun. A grid dynamically generated method and preliminary inquiry for rainfall forecast based on GIS. Scientia Geographica Sinica, 2014, 36(4): 757-761.] https://doi.org/10.1111/ecc.12122 URL [本文引用: 1] 摘要中国大部分地区的降雨监测点位布设稀少且分布不均,特别是大区域的降雨监测和预报存在着不准确现象。利用GIS技术,以都江堰市为研究区,结合降雨随海拔变化规律与实测降雨数据,初步建立了降雨随海拔高度变化的二次曲线计算公式和等高线对应转折拐点降雨图层,参考对比自定义降雨矩阵点图层生成的预报降雨栅格效果,最后在基于AE开发的山地平原过渡区土地生态安全预警系统中,依据等高线拐点降雨图层动态生成研究区降雨栅格,作为该系统下预警指标动态监测模块的主要指标因子,初步解决了研究区降雨监测点位少的情况下,全区预报降雨可视化程度低和局部预报准确度不高的问题,有效地提高了降雨预报的准确性和直观性。
[18]	白燕, 廖顺宝, 孙九林. 栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25万土地覆被数据为例 [J]. 地理学报, 2011, 66(5): 709-717. https://doi.org/10.11821/xb201105013 URL 摘要选择在600m~30km16个尺度上,在ArcGIS中利用常用的面积最大值法(Rule of Maximum Area,RMA)对2005年四川省1:25万土地覆被矢量数据进行栅格化,并采用两种属性精度损失评估方法:传统的常规分析方法和一种新的基于栅格单元分析方法,来对比分析在这两种评估方法下RMA栅格化的属性(这里是指面积)精度损失随尺度的变化特征。结果表明:(1)在同一尺度下采用基于栅格单元方法分析所得的研究区平均属性精度损失大于常规分析方法分析得到的平均属性精度损失,且二者之间的差异在1~10km内很明显,当栅格单元大于10km时,两种方法得到的平均属性精度损失的差值稳定,且其随尺度的变化曲线趋于平行;(2)基于栅格单元分析方法不仅能够准确地定量估计RMA栅格化的属性精度损失,而且能客观地反映属性精度损失的空间分布规律;(3)对四川省1:25万土地覆被数据进行面积最大值法(RMA)栅格化的适宜尺度域最好不要超过800m,在该尺度域内数据工作量适宜,且RMA栅格化属性精度损失小于2.5%。 [Bai Yan, Liao Shunbao, Sun Jiulin. Evaluating methods and scale effects of attribute information loss in rasterization:a case study of 1:250 000 land cover data of Sichuan. Acta Geographica Sinica, 2011, 66(5): 709-717.] https://doi.org/10.11821/xb201105013 URL 摘要选择在600m~30km16个尺度上,在ArcGIS中利用常用的面积最大值法(Rule of Maximum Area,RMA)对2005年四川省1:25万土地覆被矢量数据进行栅格化,并采用两种属性精度损失评估方法:传统的常规分析方法和一种新的基于栅格单元分析方法,来对比分析在这两种评估方法下RMA栅格化的属性(这里是指面积)精度损失随尺度的变化特征。结果表明:(1)在同一尺度下采用基于栅格单元方法分析所得的研究区平均属性精度损失大于常规分析方法分析得到的平均属性精度损失,且二者之间的差异在1~10km内很明显,当栅格单元大于10km时,两种方法得到的平均属性精度损失的差值稳定,且其随尺度的变化曲线趋于平行;(2)基于栅格单元分析方法不仅能够准确地定量估计RMA栅格化的属性精度损失,而且能客观地反映属性精度损失的空间分布规律;(3)对四川省1:25万土地覆被数据进行面积最大值法(RMA)栅格化的适宜尺度域最好不要超过800m,在该尺度域内数据工作量适宜,且RMA栅格化属性精度损失小于2.5%。
[19]	蔡青, 曾光明, 石林, 等. 基于栅格数据和图论算法的生态廊道识别 [J]. 地理研究, 2012, 31(8): 1523-1534. https://doi.org/10.11821/yj2012080016 URL 摘要利用图论中最短路算法思想和 ArcGIS的空间分析功能,对生境中动物迁徙廊道的识别与构建进行研究。通过对具有不同空间自相关特征的模拟景观进行分析,发现该方法具有较好的适应性,能识别出不同类型模拟景观的廊道。在模拟景观分析的基础上,将该算法应用于长沙市大河西先导区,计算了先导区重要栖息地之间的廊道。研究表明该计算方法提取的生态廊道具有明显的冗余性,充分反映了物种在不同栖息地之间迁徙的需求,具有一定的生态学意义。同时廊道提取结果在一定程度上反映了城市发展对生态系统尤其是生态廊道的胁迫与挤占。通过对廊道空间结构的分析还发现生态廊道存在一定的瓶颈区域,对该区域的生态恢复与重建将对物种多样性的保持起到关键作用。该方法为区域土地管理以及生态环境保护规划提供一定的科学依据。 [Cai Qing, Zeng Guangming,Dan Lin et al. Identifying ecological corridors using shortest path algorithm based on raster data. Geographical Research, 2012, 31(8): 1523-1534.] https://doi.org/10.11821/yj2012080016 URL 摘要利用图论中最短路算法思想和 ArcGIS的空间分析功能,对生境中动物迁徙廊道的识别与构建进行研究。通过对具有不同空间自相关特征的模拟景观进行分析,发现该方法具有较好的适应性,能识别出不同类型模拟景观的廊道。在模拟景观分析的基础上,将该算法应用于长沙市大河西先导区,计算了先导区重要栖息地之间的廊道。研究表明该计算方法提取的生态廊道具有明显的冗余性,充分反映了物种在不同栖息地之间迁徙的需求,具有一定的生态学意义。同时廊道提取结果在一定程度上反映了城市发展对生态系统尤其是生态廊道的胁迫与挤占。通过对廊道空间结构的分析还发现生态廊道存在一定的瓶颈区域,对该区域的生态恢复与重建将对物种多样性的保持起到关键作用。该方法为区域土地管理以及生态环境保护规划提供一定的科学依据。
[20]	汤国安, 杨昕. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M]. 第2版. 北京: 科学出版社, 2012 . [Tang Guoan, Yang Xin. ArcGIS experimental course for spatial analysis. 2nd ed. Beijing: Science Press, 2012.]
[21]	石志华, 刘梦云, 常庆瑞, 等. 基于优化参数的陕西省气温,降水栅格化方法分析 [J]. 自然资源学报, 2015, 30(7): 1141-1152. https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2015.07.007 URL [本文引用: 1] 摘要基于统计、地统计基本原理,运用传统插值法、地统计插值法、多元回归法和模拟气象站点法4大类11种方法,对陕西省2003—2012年平均气温、降水量数据进行栅格化。结果表明:1多元回归法和模拟气象站点法均能大幅提高气温数据的估测准确度,且多元回归法对气温的表示更加精细,其中以"回归+残差IDW(Inverse Distance Weighting)"法精度最高,MAE、RMSE、R2分别为0.498、0.775和0.954 8;2 OK(Ordinary Kriging)法对降水数据的估测准确度最高,MAE、RMSE、R2为46.934、69.251和0.947 8;3气温、降水栅格化方法具有明显的区域性,不存在绝对普适的最优方法,应根据数据类型、地域特征对原始数据进行探索性分析,从而获得区域最适合的栅格化方法;4陕西2003—2012年多年平均气温为10.925℃,标准差2.221℃,气温随纬度、海拔的增加而降低,具有鲜明的纬度和垂直地带性;平均降水量为664.446 mm,标准差213.226 mm,降水呈现由南向北逐渐递减的趋势,纬度地带性较强。 [Shi Zhihua, Liu Mengyun,Chang Qingrui et al. Comparison of temperature and precipitation rasterization methods based on optimized parameters in Shaanxi Province. Journal of Natural Resources, 2015, 30(7): 1141-1152.] https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2015.07.007 URL [本文引用: 1] 摘要基于统计、地统计基本原理,运用传统插值法、地统计插值法、多元回归法和模拟气象站点法4大类11种方法,对陕西省2003—2012年平均气温、降水量数据进行栅格化。结果表明:1多元回归法和模拟气象站点法均能大幅提高气温数据的估测准确度,且多元回归法对气温的表示更加精细,其中以"回归+残差IDW(Inverse Distance Weighting)"法精度最高,MAE、RMSE、R2分别为0.498、0.775和0.954 8;2 OK(Ordinary Kriging)法对降水数据的估测准确度最高,MAE、RMSE、R2为46.934、69.251和0.947 8;3气温、降水栅格化方法具有明显的区域性,不存在绝对普适的最优方法,应根据数据类型、地域特征对原始数据进行探索性分析,从而获得区域最适合的栅格化方法;4陕西2003—2012年多年平均气温为10.925℃,标准差2.221℃,气温随纬度、海拔的增加而降低,具有鲜明的纬度和垂直地带性;平均降水量为664.446 mm,标准差213.226 mm,降水呈现由南向北逐渐递减的趋势,纬度地带性较强。
[22]	张雪, 张龙军, 侯中里, 等. 1980-2008年莱州湾主要污染物的时空变化 [J]. 中国海洋大学学报:自然科学版, 2012, 42(11): 91-98. URL [本文引用: 2] [Zhang Xue, Zhang Longjun,Hou Zhongli et al. Spatio-Temporal variability of principal pollutants in laizhou bay from 1980 to 2008. Periodical of Ocean University of China, 2012, 42(11): 91-98.] URL [本文引用: 2]
[23]	杨建强, 朱永贵, 宋文鹏, 等. 基于生境质量和生态响应的莱州湾生态环境质量评价 [J]. 生态学报, 2014, 34(1): 105-114. https://doi.org/10.5846/stxb201304280850 URL Magsci 摘要莱州湾沿岸海域未来10a是山东省集约用海规划的重要区域。为了降低和减少用海工程对海洋生态系统可能产生的不利影响，确定集约用海适宜规模和科学选址，应用已构建的集约用海对海洋生态影响评价指标体系和方法，从生境质量和生态响应两方面对莱州湾2004年至2012年的生态环境质量状况进行了评价。结果表明：位于莱州湾西部和南部近岸海域的Ⅰ区和Ⅳ区生态环境质量达到“差”的等级，生境质量总体上处于轻度到中度污染水平，水质和生物质量污染较严重，生态受到中度到严重扰动，其中浮游植物和浮游动物密度偏离标准值较大，大型底栖生物密度和生物量总体偏离标准值不大，但其物种组成已发生了明显变化，鱼卵和仔鱼数量急剧下降。在这两个区域要严格控制集约用海工程规模和新的污染排放，密切关注其对海洋生态的影响。位于莱州湾中部和东部的Ⅱ区和Ⅲ区生态环境质量接近“一般”等级，生境质量总体上处于轻度污染水平，水质受到一定程度污染，生态处于中度扰动状况。总体上，2011年和2012年莱州湾生态环境质量综合指数E值明显高于其他年份，生态环境有明显好转趋势。 [Yang Jianqiang, Zhu Yonggui,Song Wenpeng et al. The eco-environmental evaluation based on habitat quality and ecological response of Laizhou Bay. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(1): 105-114.] https://doi.org/10.5846/stxb201304280850 URL Magsci 摘要莱州湾沿岸海域未来10a是山东省集约用海规划的重要区域。为了降低和减少用海工程对海洋生态系统可能产生的不利影响，确定集约用海适宜规模和科学选址，应用已构建的集约用海对海洋生态影响评价指标体系和方法，从生境质量和生态响应两方面对莱州湾2004年至2012年的生态环境质量状况进行了评价。结果表明：位于莱州湾西部和南部近岸海域的Ⅰ区和Ⅳ区生态环境质量达到“差”的等级，生境质量总体上处于轻度到中度污染水平，水质和生物质量污染较严重，生态受到中度到严重扰动，其中浮游植物和浮游动物密度偏离标准值较大，大型底栖生物密度和生物量总体偏离标准值不大，但其物种组成已发生了明显变化，鱼卵和仔鱼数量急剧下降。在这两个区域要严格控制集约用海工程规模和新的污染排放，密切关注其对海洋生态的影响。位于莱州湾中部和东部的Ⅱ区和Ⅲ区生态环境质量接近“一般”等级，生境质量总体上处于轻度污染水平，水质受到一定程度污染，生态处于中度扰动状况。总体上，2011年和2012年莱州湾生态环境质量综合指数E值明显高于其他年份，生态环境有明显好转趋势。
[24]	李岩, 李克强, 王修林, 等. 近海污染物总量控制水质监测体系构建方法——以莱州湾为例 [J]. 中国海洋大学学报:自然科学版, 2015, 45(11): 69-74. https://doi.org/10.16441/j.cnki.hdxb.20140372 URL 摘要水质监测是总量控制实施的重要环节,当前水质监测体系已不能满足总量控制效果评估的需求.为此,本文建立了近海污染物总量控制水质监测站位布设的聚类抽点检验方法,主要分为源强海域水质响应分析、陆海混合区分析、水质浓度分布聚类分析、初始站位设置、抽点检验分析等5个步骤,并给出了监测项目和频次的建议.以莱州湾为例进行了评价,结果表明,利用本文方法得到的2套优化监测站位,不仅可以对排污口进行有效监控,而且水质平面分布可以准确表征水质分布规律,无论是模拟结果还是监测结果,相似度和相关性均超过90％(P＜0.01),相对标准偏差均小于10％,本文所建方法有助于中国近海污染物总量控制环境监测体系的建设. [Li Yan, Li Keqiang,Wang Xiulin et al. Method of construction of water quality monitoring system for pollutants total load control management in coastal area:a case study in laizhou bay. Periodical of Ocean University of China, 2015, 45(11): 69-74.] https://doi.org/10.16441/j.cnki.hdxb.20140372 URL 摘要水质监测是总量控制实施的重要环节,当前水质监测体系已不能满足总量控制效果评估的需求.为此,本文建立了近海污染物总量控制水质监测站位布设的聚类抽点检验方法,主要分为源强海域水质响应分析、陆海混合区分析、水质浓度分布聚类分析、初始站位设置、抽点检验分析等5个步骤,并给出了监测项目和频次的建议.以莱州湾为例进行了评价,结果表明,利用本文方法得到的2套优化监测站位,不仅可以对排污口进行有效监控,而且水质平面分布可以准确表征水质分布规律,无论是模拟结果还是监测结果,相似度和相关性均超过90％(P＜0.01),相对标准偏差均小于10％,本文所建方法有助于中国近海污染物总量控制环境监测体系的建设.
[25]	李广楼, 崔毅, 陈碧鹃, 等. 秋季莱州湾及附近水域营养现状与评价 [J]. 海洋环境科学, 2007, 26(1): 45-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-6336.2007.01.011 URL [本文引用: 2] 摘要根据2004年10月对莱州湾水域调查结果,分析并评价了莱州湾水域秋季营养状况.结果表明,由于受黄河和小清河人海径流的影响,表层无机氮、磷酸盐和硅酸盐水平分布均表现为湾西部和西南部含量较高于其他水域.而底层分布却不尽相同,无机氮为湾南部近岸水域含量较高;磷酸盐为湾东部近岸水域含量较高;硅酸盐为除湾口外水域水平梯度较大外,整个湾内水域分布相对较均匀. 从水域环境质量评价结果看,N/P比值较大于Redfield比值,P显得相对缺乏.与Justic和Dortch等提出的营养盐化学计量限制标准比较符合硅限制条件.根据营养化评价模式和有机污染指数计算结果,2004年秋季莱州湾水域营养水平基本属于磷限制中度营养水平,有机污染程度属2级,表明该水域开始受到有机污染. [Li Guanglou, Cui Yi,Chen Bijuan et al. Status and evaluation on nutrients in Laizhou Bay in Autumn. Marine Environment Science, 2007, 26(1): 45-48.] https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-6336.2007.01.011 URL [本文引用: 2] 摘要根据2004年10月对莱州湾水域调查结果,分析并评价了莱州湾水域秋季营养状况.结果表明,由于受黄河和小清河人海径流的影响,表层无机氮、磷酸盐和硅酸盐水平分布均表现为湾西部和西南部含量较高于其他水域.而底层分布却不尽相同,无机氮为湾南部近岸水域含量较高;磷酸盐为湾东部近岸水域含量较高;硅酸盐为除湾口外水域水平梯度较大外,整个湾内水域分布相对较均匀. 从水域环境质量评价结果看,N/P比值较大于Redfield比值,P显得相对缺乏.与Justic和Dortch等提出的营养盐化学计量限制标准比较符合硅限制条件.根据营养化评价模式和有机污染指数计算结果,2004年秋季莱州湾水域营养水平基本属于磷限制中度营养水平,有机污染程度属2级,表明该水域开始受到有机污染.
[26]	蒋会超,陈海刚,宋秀凯,等. 莱州湾金城海域浮游动物群落结构及与环境因子的关系 [J].生态学报,2015,35(22):7308-7319. https://doi.org/10.5846/stxb201403260565 URL Magsci 摘要于2009年和2010年3-12月在莱州湾金城海域对浮游动物群落结构及其环境因子进行了连续20个月份的综合调查,共记录到浮游动物75种,分属14个不同大类.浮游动物以桡足类和浮游幼虫居多,分别鉴定出22种、20类,占种类总数的29.3%、26.7%,其次为水螅水母类,鉴定出11种,端足类、被囊动物、腹足类和栉水母类分别鉴定出6种、4种、4种、2种,其它枝角类、毛颚动物、等足类、糠虾类、磷虾类以及钵水母类各鉴定出1种.主要优势种为强壮箭虫(优势度<i>Y</i>=0.24)、中华哲水蚤(<i>Y</i>=0.13)、墨氏胸刺水蚤(<i>Y</i>=0.07)、以及洪氏纺锤水蚤(<i>Y</i>=0.02).2009年与2010年浮游动物群落结构的变化趋势比较稳定,同一季节群落结构相似度达到40%以上.浮游动物丰度分别在2009年及2010年的5月份达到最高值951.65 个/m<sup>3</sup>、1348.14个/m<sup>3</sup>.种类数分别在2009年9月和2010年6月达到最高值48种、40种.多样性指数分别在2009年10月及2010年5月达到最高值2.6、2.7,呈现明显的季节变化特征.典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA) 显示,水温和盐度是影响浮游动物群落结构最主要的影响因子,水温与浮游动物种类数的相关系数达到0.87 (<i>P</i>< 0.01).盐度与浮游动物数量的相关系数为0.484 (<i>P</i>< 0.05).透明度、化学耗氧量、pH、叶绿素及总氮总磷等环境参数对浮游动物群落结构的影响较弱. [Jiang Huichao, Chen Haigang,Song Xiukai et al. Zooplankton community structure in Jincheng area of Lizhou Bay and its relationship with environmental factors. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(22): 7308-7319.] https://doi.org/10.5846/stxb201403260565 URL Magsci 摘要于2009年和2010年3-12月在莱州湾金城海域对浮游动物群落结构及其环境因子进行了连续20个月份的综合调查,共记录到浮游动物75种,分属14个不同大类.浮游动物以桡足类和浮游幼虫居多,分别鉴定出22种、20类,占种类总数的29.3%、26.7%,其次为水螅水母类,鉴定出11种,端足类、被囊动物、腹足类和栉水母类分别鉴定出6种、4种、4种、2种,其它枝角类、毛颚动物、等足类、糠虾类、磷虾类以及钵水母类各鉴定出1种.主要优势种为强壮箭虫(优势度<i>Y</i>=0.24)、中华哲水蚤(<i>Y</i>=0.13)、墨氏胸刺水蚤(<i>Y</i>=0.07)、以及洪氏纺锤水蚤(<i>Y</i>=0.02).2009年与2010年浮游动物群落结构的变化趋势比较稳定,同一季节群落结构相似度达到40%以上.浮游动物丰度分别在2009年及2010年的5月份达到最高值951.65 个/m<sup>3</sup>、1348.14个/m<sup>3</sup>.种类数分别在2009年9月和2010年6月达到最高值48种、40种.多样性指数分别在2009年10月及2010年5月达到最高值2.6、2.7,呈现明显的季节变化特征.典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA) 显示,水温和盐度是影响浮游动物群落结构最主要的影响因子,水温与浮游动物种类数的相关系数达到0.87 (<i>P</i>< 0.01).盐度与浮游动物数量的相关系数为0.484 (<i>P</i>< 0.05).透明度、化学耗氧量、pH、叶绿素及总氮总磷等环境参数对浮游动物群落结构的影响较弱.
[27]	陈萍,王兴玲,陈晓玲. 基于栅格的鄱阳湖生态经济区洪灾脆弱性评价 [J].地理科学,2012,32(8):958-964. URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>目前洪灾脆弱性研究主要是基于行政区划上的社会脆弱性评价, 无法揭示评价单元内部脆弱性的空间分布。选取鄱阳湖生态经济区作为研究对象, 根据人与环境系统的特点, 选择影响洪灾脆弱性的15 个变量, 建立了基于栅格的洪灾脆弱性综合指数模型。结果表明, 研究区域的洪灾脆弱性以中度脆弱为主, 极度与高度脆弱区主要分布在人口密集的鄱阳湖东南与西南部的湖滨地区、主要河流的缓冲区以及土地利用类型为水田的区域。从脆弱性的3 个要素(暴露度、敏感性和适应能力)的空间分布揭示了洪灾脆弱性空间分布形成的原因。基于栅格的评价结果, 能够充分反映县市内部和行政边界处洪灾脆弱性的空间分布与变化情况。</p> [Chen Ping, Wang Xingling, Chen Xiaoling. Flood vulnerability assessment of Poyang Lake economical ecological zone at raster level. Scientia Geographica Sinica, 2012, 32(8): 958-964.] URL Magsci [本文引用: 1] 摘要 <p>目前洪灾脆弱性研究主要是基于行政区划上的社会脆弱性评价, 无法揭示评价单元内部脆弱性的空间分布。选取鄱阳湖生态经济区作为研究对象, 根据人与环境系统的特点, 选择影响洪灾脆弱性的15 个变量, 建立了基于栅格的洪灾脆弱性综合指数模型。结果表明, 研究区域的洪灾脆弱性以中度脆弱为主, 极度与高度脆弱区主要分布在人口密集的鄱阳湖东南与西南部的湖滨地区、主要河流的缓冲区以及土地利用类型为水田的区域。从脆弱性的3 个要素(暴露度、敏感性和适应能力)的空间分布揭示了洪灾脆弱性空间分布形成的原因。基于栅格的评价结果, 能够充分反映县市内部和行政边界处洪灾脆弱性的空间分布与变化情况。</p>
[28]	杨雪,张文忠. 基于栅格的区域人居自然和人文环境质量综合评价—以京津冀地区为例 [J].地理学报, 2016, 71(12): 2141-2154. URL [Yang Xue, Zhang Wenzhong. Combining natural and human elements to evaluate regional human settlements quality based on raster data: A case study in Beijing-Tianjin-Hebei region. Acta Geographica Sinica, 2016,71(12):2141-2154.] URL
[29]	秦承志,呼雪梅. 栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法 [J].地理研究,2014,33(2):270-283. https://doi.org/10.11821/dlyj201402007 URL [本文引用: 1] 摘要栅格数字高程模型(DEM)固有的尺度特征给以栅格DEM为基本输入的数字地形分析带来各种尺度问题.对栅格数字地形分析中涉及的尺度进行梳理,以分辨率和分析窗口为重点,对栅格数字地形分析中的多尺度表达、尺度效应、适宜尺度选择、尺度转换等尺度问题及其相互关系进行阐述;分别介绍各类尺度问题的现有定量研究方法,尤其对尺度效应定量刻画和适宜尺度选择方法,根据不同方法计算定量指标所利用的信息类别进行分类归纳;最后讨论了其中有待进一步开展研究的几方面工作. [Qin Chengzhi, Hu Xuemei. Review on scale-related researches in grid-based digital terrain analysis. Geographical Research,2014,33(2):270-283.] https://doi.org/10.11821/dlyj201402007 URL [本文引用: 1] 摘要栅格数字高程模型(DEM)固有的尺度特征给以栅格DEM为基本输入的数字地形分析带来各种尺度问题.对栅格数字地形分析中涉及的尺度进行梳理,以分辨率和分析窗口为重点,对栅格数字地形分析中的多尺度表达、尺度效应、适宜尺度选择、尺度转换等尺度问题及其相互关系进行阐述;分别介绍各类尺度问题的现有定量研究方法,尤其对尺度效应定量刻画和适宜尺度选择方法,根据不同方法计算定量指标所利用的信息类别进行分类归纳;最后讨论了其中有待进一步开展研究的几方面工作.

环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析

2014

... 随着海洋经济产业的迅速发展,沿海城市对海洋开发利用的程度越来越高,各种港口泊位、人工岛、防波堤和围填海等涉海、用海工程建设项目越来越多,排入海中的污染物逐年增加,营养化趋势日益加剧,赤潮频繁发生,使海水养殖业遭受巨大损失,海水水质已成为人们普遍关注的焦点^[1].自20世纪50年代以来,国内外学者对海洋环境质量进行了深入的研究,相继提出了单项指数法^[2]、模糊综合评判法^[3,4]、灰色聚类法^[5]、物元分析法^[6]、BP神经网络法^[7]和支持向量机^[8]等评价方法,在实际海洋工作中,模糊综合评价法是应用较多的一种评价方法,它解决了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,采用“亦此亦彼”的模糊集合理论来描述非确定性问题,有效地解决了环境评价中表现出的边界模糊的过渡性质问题^[9,10],但模糊综合评判法在评价过程中存在一定的不确定性,且模型难以自我调整与自我验证.实质上海水水质评价是一个具有确定性评价指标和评价标准与具有不确定性评价因子及其含量变化相结合的分析过程,是一个多因素多水平耦合作用的复杂分析过程^[11].陈守煜教授创立的可变模糊评价方法^[12~14]能够将确定性与不确定性作为一个系统进行综合考虑,并予以辩证分析和数学处理,能较好地解决包括多目标、非线性、高维数以及包容模糊、灰色等常见不确定的具体问题,为多指标多级别综合评价提供了新的思路与方法,在水资源可持续利用、土地承载力评价等方面有所应用^[13~16].本文将这种方法引入到海水水质综合评价中,构建基于对立统一与质量互变定理的海水水质可变模糊评价模型,并结合GIS栅格数据在空间信息表达方面适于建立各种复杂数学模型的优势,以GIS多源栅格数据为基础,对莱州湾2004~2010年海水水质状况进行定量评价研究,验证其应用于水质评价的准确性和可靠性,以期为海水环境质量评价提供一种新的方法和思路. ...

环渤海地区海域承载力测度与时空分异分析

2014

Environmental controls on the landscape-scale biogeography of stream bacterial communities

2007

Fuzzy comprehensive-quantifying assessment in analysis of water quality:a case study in Lake Honghu, China

2009

运用数理统计和模糊数学评价秦皇岛洋戴河平原的海水入侵程度

2013

运用数理统计和模糊数学评价秦皇岛洋戴河平原的海水入侵程度

2013

改进的灰色相似关联度模型在水质评价中的应用

2015

改进的灰色相似关联度模型在水质评价中的应用

2015

基于改进物元分析和对应分析的水质评价研究

2014

基于改进物元分析和对应分析的水质评价研究

2014

A case study on a hybrid wind speed forecasting method using BP neural network

2011

基于ELMR-SVMR的海水水质预警模型研究

2016

基于ELMR-SVMR的海水水质预警模型研究

2016

基于T-S模糊神经网络模型的榆林市土壤风蚀危险度评价

2013

基于T-S模糊神经网络模型的榆林市土壤风蚀危险度评价

2013

基于变权的城镇用地扩展生态适宜性空间模糊评价——以江苏省太仓市为例

2012

基于变权的城镇用地扩展生态适宜性空间模糊评价——以江苏省太仓市为例

2012

基于可变模糊识别模型的海水环境质量评价研究

2013

基于可变模糊识别模型的海水环境质量评价研究

2013

2009

... 在连续统区间左、右端点P₁与P_r之间必存在确定的中介点P_m,该点的对立模糊概念（事物、现象）或对立基本模糊属性的相对隶属度相等^[12]： ...

... 在可变模糊集理论的基础上^[12~14],海水水质依据m个指标,按c个级别进行识别,其最终结果以级别特征值形式h (h=1,2,3…,c)表示,则建立的海水水质样本特征值矩阵与指标标准特征值矩阵分别为： ...

2009

... 在连续统区间左、右端点P₁与P_r之间必存在确定的中介点P_m,该点的对立模糊概念（事物、现象）或对立基本模糊属性的相对隶属度相等^[12]： ...

可变集—可变模糊集的发展及其在水资源系统中的应用

2012

可变集—可变模糊集的发展及其在水资源系统中的应用

2012

基于对立统一与质量互变定理的水资源系统可变模糊评价新方法

2011

基于对立统一与质量互变定理的水资源系统可变模糊评价新方法

2011

基于水资源耦合价值的绿色水价模型及其应用——以下辽河平原为例

2014

基于水资源耦合价值的绿色水价模型及其应用——以下辽河平原为例

2014

环渤海沿海地区土地承载力时空分异特征

2015

环渤海沿海地区土地承载力时空分异特征

2015

一种基于GIS的预报降雨栅格动态生成方法初探

2014

... 文中GIS栅格数据生成及可变模糊识别模型是在ArcGIS 10.2平台上借助于地统计分析模块、Model Builder模块及栅格计算器工具实现的^[17~21].利用ArcGIS地统计分析模块,首先考察水质采样点指标数据的空间分布,对其指标数据进行对数变换、幂变换及反正弦变换等使指标数据成正态分布,并根据海水水质采样点间距离及其半方差情况确定合理的步长,进一步对水质采样数据进行分组,计算各组样本点的平均距离及平均半方差,按照最小二乘法拟合求取其最佳半方差理论模型,进一步计算水质预测点的最佳估计值,并采用交叉验证法检验所拟合模型的合理性及预测的精度,最后得到经过插值后的海水水质评价指标集栅格数据

\begin{matrix} \{X_{1}, \dots, X_{m}\} \end{matrix}

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一种基于GIS的预报降雨栅格动态生成方法初探

2014

\begin{matrix} \{X_{1}, \dots, X_{m}\} \end{matrix}

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栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25万土地覆被数据为例

2011

栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25万土地覆被数据为例

2011

基于栅格数据和图论算法的生态廊道识别

2012

基于栅格数据和图论算法的生态廊道识别

2012

基于优化参数的陕西省气温,降水栅格化方法分析

2015

\begin{matrix} \{X_{1}, \dots, X_{m}\} \end{matrix}

. ...

基于优化参数的陕西省气温,降水栅格化方法分析

2015

\begin{matrix} \{X_{1}, \dots, X_{m}\} \end{matrix}

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1980-2008年莱州湾主要污染物的时空变化

2012

... 莱州湾位于渤海南部,山东半岛西北部,36°25′N~37°47′N,118°17′E~120°44′E,黄河、小清河、潍河和虞河等众多河流汇入湾内,是渤海三大海湾之一,西起黄河口,东至龙口市屺姆岛,宽96 km,海岸线长319. 06 km,面积6 966 km²,水深在20 m以内,沿海水深不足10 m,滩涂长,水交换差.莱州湾入海径流丰富,营养盐充足,是传统的多种鱼、虾、蟹的产卵场和索饵地,因此这里一直是中国北方重要的海产品捕捞地.但随着沿岸经济开发力度的加大、注入莱州湾河流污染物浓度的增加以及沿岸地区污染物的排放,莱州湾的污染状况,特别是河口及近岸区域的水质污染日益严重^[22~25]. ...

... 结合莱州湾海水污染现状^[22~25],同时与国家海洋公报评价相结合,这里选择主要评价因子： COD（化学耗氧量）、DO（溶解氧）、无机氮、活性磷酸盐、油类5个项目,水质标准采用《中华人民共和国海水水质标准》（GB 3097-1997）,具体评价标准参见表1. ...

1980-2008年莱州湾主要污染物的时空变化

2012

基于生境质量和生态响应的莱州湾生态环境质量评价

2014

基于生境质量和生态响应的莱州湾生态环境质量评价

2014

近海污染物总量控制水质监测体系构建方法——以莱州湾为例

2015

近海污染物总量控制水质监测体系构建方法——以莱州湾为例

2015

秋季莱州湾及附近水域营养现状与评价

2007

秋季莱州湾及附近水域营养现状与评价

2007

莱州湾金城海域浮游动物群落结构及与环境因子的关系

2015

莱州湾金城海域浮游动物群落结构及与环境因子的关系

2015

基于栅格的鄱阳湖生态经济区洪灾脆弱性评价

2012

... 这里需要说明的是,由于GIS平台中的栅格叠置分析功能不能直接实现数据矩阵与图像矩阵之间的合成运算^[27~29],因此需要按照可变模糊识别模型公式对公式展开进行栅格叠置分析运算（图2）,分别求得a=1,p=1;a=1, p=2;a=2,p=1;a=2,p=2这4种情况下的级别特征值向量栅格矩阵,再对其进行叠加求取平均值栅格向量矩阵,从而得到莱州湾2004~2010年海水水质级别特征空间分布（图3）. ...

基于栅格的鄱阳湖生态经济区洪灾脆弱性评价

2012

基于栅格的区域人居自然和人文环境质量综合评价—以京津冀地区为例

2016

基于栅格的区域人居自然和人文环境质量综合评价—以京津冀地区为例

2016

栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法

2014

栅格数字地形分析中的尺度问题研究方法

2014

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基于GIS建模的海水环境质量可变模糊识别评价

Variable Fuzzy Recognition Model of Seawater Environmental Quality Based on GIS Modeling Technique

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简介

1.2 基于可变模糊集定理的海水水质模糊评价模型

2 基于GIS栅格数据的可变模糊综合评价模型

2.1 GIS栅格数据生成

2.2 基于GIS栅格的可变模糊综合评价模型

3 实例分析

3.1 研究区概况

3.2 评价指标及其标准确定

3.3 基于GIS多源栅格的莱州湾海水环境可变模糊识别模型实现

4 结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

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