本發(fā)明屬于環(huán)境保護領域，具體地涉及一種利用結(jié)構方程模糊綜合評估海洋溢油漁業(yè)損害的方法。

背景技術：

2015年，中國已經(jīng)超過美國成為全球最大石油進口國，全年進口規(guī)模接近3.4億噸。海洋運輸是中國石油運輸?shù)闹饕緩?，目前呈持續(xù)上升趨勢，油輪的數(shù)量和噸位也越來越大。由此導致的海上石油泄露和污染事件頻頻發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計每年約有十多萬噸的石油直接排入近海。

海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害主要來自物理和化學兩方面的影響，物理影響包括石油覆蓋在漁業(yè)生物體表，堵塞漁業(yè)生物的呼吸和進水系統(tǒng)，導致生物窒息、悶死，或者粘著于體表，使其喪失游泳、運動能力，或者沉降于潮間帶和海底，使底棲生物失去合適的固著基質(zhì)；化學影響主要是石油污染對生物的毒性作用。另外，石油在海面會形成油膜，隔絕大氣與海水的氣流交換，并減弱太陽光透入海水的能量，導致海洋生態(tài)平衡失調(diào)，從而損害漁業(yè)環(huán)境和漁業(yè)生物。因此，準確評估海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害程度對于有效控制海洋溢油事故帶來的污染損害，保護海洋沿岸生態(tài)環(huán)境是十分必要。

溢油污染對漁業(yè)資源的損害受多因素的影響，因而難以準確界定。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的評價方法，它綜合考慮評價事物的各個相關影響因素，依據(jù)模糊變換原理和最大隸屬度原則，對評價對象進行綜合評價，可以很好地解決漁業(yè)資源損害程度評估中的“不確定問題”。但是模糊綜合評價無法分析這些因素間的關系，基于此，本發(fā)明引入結(jié)構方程模型，結(jié)構方程模型是分析變量間關系的有力工具，能通過路徑分析理清因素間的相互影響關系，有效識別關鍵因素。本發(fā)明綜合結(jié)構方程和模糊綜合評價兩種方法的優(yōu)點，使評價結(jié)果更加科學合理、符合客觀實際。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害程度的評估技術，提出了基于結(jié)構方程模型的模糊綜合評價算法。

本發(fā)明是通過如下技術方案來實現(xiàn)的：

一種海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害評估方法，它包括以下步驟：首先提取決定海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度的因素，分析漁業(yè)資源受損程度與決定因素的關系，并建立海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害評估的指標體系；然后構建結(jié)構方程模型確定決定受損程度的關鍵因素、受損程度、關鍵因素的權重、以及各關鍵因素與對應指標的權重；最后結(jié)合權重，對海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度進行模糊綜合評價分析。

所述的結(jié)構方程模型中內(nèi)生潛變量為漁業(yè)資源受損程度，外源潛變量為決定損害程度的因素，內(nèi)生觀測變量為衡量漁業(yè)資源受損程度的指標，外源觀測變量為衡量各決定因素對應的指標；

所述的模糊綜合評價中因素集有兩級，一級指標為決定因素，二級指標為各決定因素對應的指標；首先結(jié)構方程模型確定的因素與對應指標的權重，模糊綜合評價的權重為結(jié)構方程模型確定的受損程度與因素的權重。

進一步，所述的基于結(jié)構方程模型的模糊綜合評價算法具體步驟如下：

1)海洋溢油污染對漁業(yè)資源的影響因素分析首先從受損對象出發(fā)，提取漁業(yè)資源受損程度的指標，接著從物理、化學和生物3個方面確定溢油污染對漁業(yè)資源損害的影響因素及對應的指標；

2)結(jié)構方程模型分析首先構建以漁業(yè)資源受損程度為內(nèi)生潛變量、影響因素為外源潛變量、各指標為觀測變量的結(jié)構方程模型；接著使用貝葉斯方法估計該模型參數(shù)，評價擬合結(jié)果，修正模型直至模型達到檢驗標準；

3)模糊綜合評價分析首先建立因素集、評價集及隸屬函數(shù)，然后以結(jié)構方程模型確定的權重作模糊評價的權重作模糊綜合評價。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果：

本發(fā)明在模糊綜合評價中引入結(jié)構方程模型，不僅解決了漁業(yè)資源的受損程度評估的“不確定”問題，能通過路徑分析理清因素間的相互影響關系，有效識別關鍵因素。綜合結(jié)構方程和模糊綜合評價兩種方法的優(yōu)點，使評價結(jié)果更加科學合理、符合客觀實際。

附圖說明

圖1海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害評估的流程圖；

圖2海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害的初始結(jié)構方程模型；

圖3海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害的修正后結(jié)構方程模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。

實施例

圖1給出了海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害評估過程，具體步驟如下：

步驟1：海洋溢油污染對漁業(yè)資源的影響因素分析。首先從受損對象出發(fā)，提取決定海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度的因素，分析漁業(yè)資源受損程度與決定因素的關系，并建立海洋溢油污染對漁業(yè)資源損害評估的指標體系(表1)；

步驟2：結(jié)構方程模型分析。構建結(jié)構方程模型確定決定受損程度的關鍵因素，受損程度與關鍵因素的權重，以及各關鍵因素與對應指標的權重。首先構建以漁業(yè)資源受損程度為內(nèi)生潛變量，影響因素為外源潛變量，各指標為觀測變量的結(jié)構方程模型。接著使用貝葉斯方法估計該模型參數(shù)，評價擬合結(jié)果，修正模型直至模型達到檢驗標準。

步驟3：模糊綜合評價分析。結(jié)合權重，利用模糊綜合評價分析海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度；首先建立因素集、評價集及隸屬函數(shù)，然后以結(jié)構方程模型確定的權重作為模糊評價的權重進行模糊綜合評價。

所述的步驟1具體說明如下：

海洋溢油污染主要對天然漁業(yè)資源、漁業(yè)捕撈和養(yǎng)殖生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此可以用天然漁業(yè)資源損失量(y1)、漁業(yè)捕撈減少量(y2)和養(yǎng)殖生產(chǎn)減損量(y3)作為衡量漁業(yè)資源受損程度(eta)的指標。

決定漁業(yè)資源受損程度的因素有溢油污染程度、溢油位置、水文要素、應急系統(tǒng)和生物種群。

溢油污染程度是決定漁業(yè)資源受損程度最直接的因素。溢油污染程度包括溢油量、芳香烴含量、石油黏度和持久性等影響因素，其中溢油量是最基本、最重要的評價指標，溢油量越多，擴展范圍越大，持續(xù)時間越久，溢油污染程度越嚴重。石油在水體中的毒性效應大多來自低分子量的芳香烴，芳香烴含量越多，石油的毒性越大，對海洋生物的損害越大，溢油污染程度越嚴重。石油的黏度越大，油污在水中越難擴散，溢油污染程度越嚴重。石油的持久性越強，溢油事故造成的影響越久，溢油污染程度越嚴重。油的持久性主要取決于油的揮發(fā)性，通常含碳原子少的要比含碳原子多的揮發(fā)性好。

溢油位置指標有離岸距離、海域敏感資源、海岸線類型。離岸越近，漁業(yè)資源分布越密集，受影響程度越大，溢油位置越差。海域敏感程度的高低體現(xiàn)了對溢油抵御能力的強弱，海域越敏感，溢油位置越差。油污接觸不同類型的海岸地貌，清除的難易程度和經(jīng)波浪沖刷后殘留情況不同，表現(xiàn)為易損系數(shù)越大，溢油位置越差。

水文要素是決定漁業(yè)資源受損程度的重要因素。風速的大小決定了溢油的漂移擴散以及處理難度的大小，能見度主要影響應急反應措施的實施難度。海浪越大，油的擴展、分散、乳化就越迅速，乳化后的油對生物幼體和卵的危害較大。較高的溫度可以加快溢油的蒸發(fā)，能降低遺留在海面上溢油的毒性。

溢油應急系統(tǒng)在一定程度上控制油污的運動行為，削弱污染影響。清污設備是溢油應急計劃的實施基礎，建立海區(qū)通訊和遠程通訊保障系統(tǒng)，以保證各單位之間聯(lián)絡暢通，為防污、清污工作提供便利，應急人員的素質(zhì)是開展應急工作的重要條件，快速的應急反應能力是開展應急工作的前提。

溢油對漁業(yè)資源的損害因種類的不同而不同，不同的生物對油的敏感程度不同，通常相對魚類，底棲甲殼動物更容易受石油影響，同一種生物的幼體和卵比成體更容易受石油影響。因此可以用成魚比重(魚類成體數(shù)量與魚類總數(shù)量的比重)、底棲甲殼動物成體比重(底棲甲殼動物成體數(shù)量占底棲甲殼動物總數(shù)量的比重)、魚類與底棲甲殼動物比值(魚類總數(shù)量與底棲甲殼動物總數(shù)量的比值)表示在溢油事故中生物種群的優(yōu)劣。

漁業(yè)資源受損程度的影響因素和指標體系如下表1所示：

表1漁業(yè)資源受損程度的影響因素和指標體系

所述的步驟2具體說明如下：

步驟2的子步驟:

S2.1：模型假設。溢油污染程度、溢油位置、水文要素、應急系統(tǒng)對漁業(yè)資源受損程度產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)步驟1的分析，本發(fā)明提出以下假設：

假設H1：溢油污染程度和漁業(yè)資源受損程度之間存在正相關關系。油污染能力越強，漁業(yè)資源受損程度就越嚴重；反之，溢油污染程度越弱，漁業(yè)資源受損程度就越輕。

假設H2：溢油位置和漁業(yè)資源受損程度之間存在反相關關系。溢油位置越優(yōu)越，漁業(yè)資源受損程度就越輕；反之，溢油位置越差，漁業(yè)資源受損程度就越嚴重。

假設H3：水文要素和漁業(yè)資源受損程度之間存在反相關關系。水文要素越好，漁業(yè)資源受損程度就越輕；反之，水文要素越差，漁業(yè)資源受損程度就越嚴重。

假設H4：應急系統(tǒng)和漁業(yè)資源受損程度之間存在反相關關系。應急系統(tǒng)越強，漁業(yè)資源受損程度就越輕；反之，應急系統(tǒng)越弱，漁業(yè)資源受損程度就越嚴重。

假設H5：生物種群和漁業(yè)資源受損程度之間存在反相關關系。生物種群越優(yōu)，漁業(yè)資源受損程度就越輕；反之，生物種群越差，漁業(yè)資源受損程度就越嚴重。

S2.2：模型設計。本文根據(jù)模型假設，以次溢油事故為樣本，以漁業(yè)資源受損程度為內(nèi)生潛變量，影響因素為外源潛變量，各指標為觀測變量，構建漁業(yè)資源受損程度影響因素的結(jié)構方程模型。從圖2中可以一目了然地看出各潛變量之間、潛變量與測量變量之間的結(jié)構關系及影響關系。

測量方程

結(jié)構方程

η_i＝Bη_i+Γξ_i+δ_i,i＝1,2,…,n

其中x_i＝(x1_i,x2_i,…,x19_i)′,ξ_i＝(xi1_i,xi2_i,…,xi5_i)′,η_i＝eta_i

y_i＝(y1_i,y2_i,y3_i)′,Λ_y＝(Λ_y1,Λ_y2,Λ_y3)′,Γ＝(Γ₁,Γ₂,Γ₃,Γ₄,Γ₅)′,

k＝1,2,…,5是漁業(yè)資源受損程度與影響因素k的權重，

是因素k與各指標的權重,n_k為因素k對應的指標數(shù)目，∈_i、ε_i和δ_i是誤差向量，服從N(0,Ψ_∈)、N(0,Ψ_ε)和N(0,Ψ_δ)，Ψ_∈和Ψ_ε為對角陣，ξ_i和∈_i、η_i和ε_i以及ξ_i和δ_i獨立。

S2.3：模型估計。本發(fā)明在理論假設基礎上，導入樣本數(shù)據(jù)，由于樣本較小，用貝葉斯方法估計模型參數(shù)。

令可觀測數(shù)據(jù)Y＝((x′₁,y′₁)′,(x′₂,y′₂)′,…,(x′_n,y′_n)′)和潛在變量Ω＝((ξ′₁,η′₁)′,(ξ′₂,η′₂)′,…,(ξ′_n,η′_n)′)，并令θ表示包含Λ_x,Λ_y,B,Γ,∈_i,

ε_i,δ_i,Ψ_∈,Ψ_ε和Ψ_δ中未知參數(shù)的向量。在貝葉斯方法中，借助MCMC方法抽樣，通過Gibbs抽樣從聯(lián)合后驗分布p(θ,Ω|Y)中抽取足夠多的樣本，樣本收斂后利用經(jīng)驗分布近似后驗分布。

Gibbs抽樣實現(xiàn)如下：

在第t+1次迭代中，當前值為Ω^(t)和θ^(t)。

1.從p(Ω|θ^(t),Y)中抽取Ω^(t+1)；

2.p(θ|Ω^(t+1),Y)抽取θ^(t+1)

令{(Ω^(t),θ^(t)):t＝1,2,…,T}是給定Y時，通過Gibbs抽樣從(θ,Ω)的聯(lián)合后驗分布中抽取的樣本。θ的貝葉斯估計以及它們的方差估計可由下式計算得到：

S2.4：模型修正。貝葉斯估計顯示潛變量間的標準化路徑系數(shù)如下：

表2潛變量間的標準化路徑系數(shù)

標準化路徑系數(shù)反映各因素對漁業(yè)資源受損程度的影響程度。從表2中，可以很直觀看出，對漁業(yè)資源受損程度影響最大的因素是“溢油污染程度”，其路徑系數(shù)達到0.53，而“水文要素”而言，對漁業(yè)資源受損程度的影響是最小，路徑系數(shù)只有0.03。因此剔除“水文要素”指標，而保留“溢油污染程度”、“溢油位置”、“應急系統(tǒng)”和“生物種群”四個因素。修正后的結(jié)構方程模型如圖3所示。修正后的貝葉斯估計顯示潛變量間的標準化路徑系數(shù)和潛變量與觀測變量的標準化路徑系數(shù)如表3、4所示：

表3潛變量間的標準化路徑系數(shù)

表4潛變量與觀測變量的標準化路徑系數(shù)

所述的步驟3的子步驟具體說明如下：

S3.1：海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度分級標準的確定

本發(fā)明在對眾多實際海洋溢油事故案例廣泛分析，以及征求相關專家意見的基礎上，將海洋溢油污染對漁業(yè)資源的損害程度分為極輕損害、輕度損害、中度損害、重度損害、嚴重損害五個等級，分別取值為[0，0.1)，[0.1，0.3)，[0.3，0.6)，[0.6，0.8)，[0.8，1]。

S3.2：根據(jù)步驟2結(jié)構方程模型確定的關鍵因素，建立模糊綜合評價的因素集，因素集分為二級指標，其中的一級指標在下文中常稱為“因素”，二級指標常稱為“指標”，因素集具體如表5所示：

表5模糊綜合評價的因素集

S3.2：根據(jù)各指標的特征，擬定各隸屬函數(shù)。

對定量指標通過隸屬度函數(shù)曲線，采取定量的方法確定隸屬度，其數(shù)學表達式為：

其中μ_1j-μ_5j分別為指標j對于極輕污染、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴重污染的隸屬度函數(shù)，V_1j-V_5j是指標j的5個分界點值，x_j是指標j的觀測值。

定性變量的隸屬函數(shù)的確定則借鑒翁躍宗的相關研究，決策人員根據(jù)經(jīng)驗以及判斷準則和方法所得到的各個指標的具體評價標準與五個危害程度等級建立對應關系，構造指標因素評價標準的隸屬度模糊子集表來實現(xiàn)隸屬函數(shù)的功能。

S3.3：將各指標的實際值帶入隸屬函數(shù)，因素為k的指標j的評價集為(R_kj1,…,R_kj5)′，單因素評價矩陣為：

S3.4：單因素模糊評價。由單因素評價矩陣和權重集，可得單因素的模糊評價為根據(jù)最大隸屬度原則，得到單因素使這次溢油事故污染程度達到的等級。根據(jù)不同因素的污染程度評價結(jié)果可以針對性地提出溢油污染防治方案。

S4.2：模糊綜合評價。將單因素模糊評價作為模糊綜合評價算法的評價矩陣，結(jié)合權重，可得模糊綜合評價為根據(jù)最大隸屬度原則，得到這次溢油事故污染程度達到的等級。

綜合以上分析，本發(fā)明所述的基于本發(fā)明在模糊綜合評價中引入結(jié)構方程模型評估海上漁業(yè)資源受損程度，既可以解決漁業(yè)資源受損程度評估中的“不確定”問題，又可以分析影響溢油污染因素的關系，綜合結(jié)構方程和模糊綜合評價兩種方法的優(yōu)點，使評價結(jié)果科學合理、符合客觀實際。