本發(fā)明涉及一種基于灰色系統(tǒng)的漁情預(yù)報(bào)方法，特別是涉及西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：漁情預(yù)報(bào)是漁業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)西北太平洋柔魚(Ommastrephesbartramii)冬春生群體資源豐度的預(yù)報(bào)有利于西北太平洋柔魚冬春生群產(chǎn)量、中心漁場位置和魚汛期的預(yù)報(bào)。柔魚一般生命周期為一年，其產(chǎn)卵期為1—4月，當(dāng)年產(chǎn)卵孵化成功與否直接決定了其補(bǔ)充量的大小進(jìn)而決定了資源的豐欠，而當(dāng)年產(chǎn)卵場環(huán)境的好壞必然導(dǎo)致了其資源的變化。外界的環(huán)境因子包括海表面溫度(Seasurfacetemperature,SST)、葉綠素濃度(Chlorophyll-aconcentration,Chl-a)、厄爾尼諾指數(shù)(El-ninoindex)和太平洋年代際震蕩指數(shù)(PacificDecadalOscillation,PDO)。漁情預(yù)報(bào)是漁場學(xué)研究的重點(diǎn)。準(zhǔn)確的漁情預(yù)報(bào)可以指導(dǎo)企業(yè)合理安排漁業(yè)生產(chǎn)，縮短尋找漁場的時(shí)間，減少成本、提高漁獲產(chǎn)量。通常漁情預(yù)報(bào)包括漁場預(yù)報(bào)和資源豐度預(yù)報(bào)，本發(fā)明涉及資源豐度的預(yù)報(bào)。我國于20世紀(jì)50年代開始對(duì)近海主要經(jīng)濟(jì)魚種進(jìn)行漁情預(yù)報(bào)工作，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)80年代以來，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展為漁情分析和漁場預(yù)報(bào)研究提供了強(qiáng)大的分析工具。海洋衛(wèi)星遙感技術(shù)的普及使得人們能快速獲取大范圍內(nèi)的海況信息，實(shí)時(shí)船位監(jiān)控及海事衛(wèi)星通訊技術(shù)使得遠(yuǎn)洋漁船能有效地接收漁情預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，這些高新技術(shù)發(fā)展為開發(fā)高效的漁情預(yù)報(bào)提供了支撐。然而，在目前的資源豐度預(yù)報(bào)中，人們往往利用影響某一預(yù)報(bào)種類的一個(gè)環(huán)境因子，或者幾個(gè)環(huán)境因子，采用線性模型來進(jìn)行預(yù)報(bào)，這些預(yù)報(bào)盡管取得了較好的預(yù)報(bào)結(jié)果，通常預(yù)報(bào)精度在70％左右，但是由于海洋生態(tài)系統(tǒng)通常是非線性的，影響因子是相互影響和相互作用的，線性模型不一定能夠很好的模擬；此外，利用線性模型在統(tǒng)計(jì)上往往需要很長的時(shí)間序列，一般來說其樣本要在30個(gè)以上，這樣才符合統(tǒng)計(jì)學(xué)的要求。這些條件和要求制約著傳統(tǒng)資源豐度預(yù)報(bào)模型精度的提高。預(yù)測(cè)實(shí)際上就是借助于對(duì)過去的探討來推測(cè)、了解未來的發(fā)展趨勢(shì)。灰色系統(tǒng)理論是我國著名學(xué)者鄧聚龍教授1982年創(chuàng)立的一門新興橫斷學(xué)科，它以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要通過對(duì)“部分”已知信息的生成、開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的有效控制?；疑A(yù)測(cè)則通過原始數(shù)據(jù)的處理和灰色模型的建立，發(fā)現(xiàn)、掌握系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律，對(duì)系統(tǒng)的未來狀態(tài)做出科學(xué)的定量預(yù)測(cè)。但同一預(yù)測(cè)又可以利用不同的灰色預(yù)測(cè)模型，因此選用哪種結(jié)構(gòu)的灰色預(yù)報(bào)模型是合適的、精度更高，就需要我們進(jìn)行對(duì)比和選擇。選擇正確的預(yù)報(bào)模型可以有效地提高漁船的生產(chǎn)效率，并給企業(yè)的年度規(guī)劃提供參考依據(jù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中漁情預(yù)報(bào)中所存在的問題，提出一種基于灰色系統(tǒng)的西北太平洋柔魚冬春生群體豐度預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案采用西北太平洋柔魚生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)卵場環(huán)境數(shù)據(jù)，其特征包括以下步驟：(1)通過遙感衛(wèi)星獲取nino3.4距平、PDO數(shù)據(jù)、海表面溫度SST和葉綠素濃度chl-a4個(gè)海洋環(huán)境與氣候因子；(2)對(duì)4個(gè)海洋環(huán)境與氣候因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，即以當(dāng)年的CPUE為母序列，以對(duì)應(yīng)當(dāng)年產(chǎn)卵時(shí)間內(nèi)各月的產(chǎn)卵場環(huán)境指標(biāo)及氣候指標(biāo)為子序列，分別計(jì)算各個(gè)子序列與母序列的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度，通過灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)；(3)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果選擇關(guān)聯(lián)度最高的4個(gè)因子為：3月份產(chǎn)卵場平均海表面溫度SST、1月份太平洋年代際震蕩指數(shù)PDO、4月份nino3.4距平和4月份平均葉綠素濃度chl-a；(4)根據(jù)選取的4個(gè)因子建立8種基于灰色系統(tǒng)的西北太平洋柔魚冬春生群資源豐度預(yù)報(bào)模型，分別為：GM(0,1)、GM(0,2)、GM(0,3)、GM(0,4)、GM(1,1)、GM(1,2)、GM(1,3)、GM(1,4)；(5)對(duì)8種預(yù)報(bào)模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，選取灰色關(guān)聯(lián)模型GM(1,4)結(jié)構(gòu)作為西北太平洋柔魚冬春生群體豐度的預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明由于采用1998-2007年西北太平洋柔魚生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)卵場環(huán)境數(shù)據(jù)，使用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析和灰色預(yù)測(cè)建模的方法，對(duì)產(chǎn)卵期影響柔魚冬春生群體資源豐度的環(huán)境因子進(jìn)行分析，由此得到各指標(biāo)的重要性評(píng)價(jià)，選擇關(guān)聯(lián)度最高的4個(gè)因子，并以此建立8種西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的灰色預(yù)測(cè)模型，并比較其預(yù)報(bào)精度，最終選取灰色關(guān)聯(lián)模型GM(1,4)結(jié)構(gòu)作為西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的預(yù)測(cè)方法。該灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的預(yù)測(cè)精度達(dá)到90％以上，比傳統(tǒng)預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)精度(70％)有了明顯的提高。西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的預(yù)報(bào)結(jié)果及時(shí)提供給用戶及相關(guān)部門，以供漁業(yè)生產(chǎn)與安排的科學(xué)參考，今后可作為一種產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布。具體實(shí)施方式基于灰色系統(tǒng)的西北太平洋柔魚冬春生群體豐度預(yù)測(cè)方法，采用西北太平洋柔魚生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)卵場環(huán)境數(shù)據(jù)，其特征在于包括以下步驟：(1)通過遙感衛(wèi)星獲取nino3.4距平、PDO數(shù)據(jù)、海表面溫度SST和葉綠素濃度chl-a等4個(gè)海洋環(huán)境與氣候因子；(2)對(duì)4個(gè)海洋環(huán)境與氣候因子進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，即以當(dāng)年的CPUE為母序列，以對(duì)應(yīng)當(dāng)年產(chǎn)卵時(shí)間內(nèi)各月的產(chǎn)卵場環(huán)境指標(biāo)及氣候指標(biāo)為子序列，分別計(jì)算各個(gè)子序列與母序列的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度，通過灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)各指標(biāo)的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)；灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法如下：現(xiàn)假設(shè)有母序列X0和子序列X1、X2、X3、X4和X5，求母序列與個(gè)子序列的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度。第一步：進(jìn)行始點(diǎn)零化由可求得；x00(1)=x0(1)-x0(1)=0]]>x00(2)=x0(2)-x0(1)=2.72-2.64=0.08]]>同理可獲得其他零點(diǎn)化值，如下。第二步：求|s0|、|si|和|si-s0||s0|=|Σk=26x00(k)+12x00(7)|=0.19]]>|s1|=|Σk=26x10(k)+12x10(7)|=83.59]]>|s2|=|Σk=26x20(k)+12x20(7)|=77.25]]>|s3|=|Σk=26x30(k)+12x30(7)|=151.92]]>|s4|=|Σk=26x40(k)+12x40(7)|=5.72]]>|s5|=|Σk=26x50(k)+12x50(7)|=1.18]]>|s1-s0|=|Σk=26(x10(k)-x00(k))+12(x10(7)-x00(7)|=83.78]]>|s2-s0|=|Σk=26(x20(k)-x00(k))+12(x20(7)-x00(7)|=77.06]]>|s3-s0|=|Σk=26(x30(k)-x00(k))+12(x30(7)-x00(7)|=152.11]]>|s4-s0|=|Σk=26(x40(k)-x00(k))+12(x40(7)-x00(7)|=5.91]]>|s5-s0|=|Σk=26(x50(k)-x00(k))+12(x50(7)-x00(7)|=1.37]]>第三步：求絕對(duì)關(guān)聯(lián)度同理分別可求得：ε02＝0.50；ε03＝0.50；ε04＝0.54；ε05＝0.63(3)根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果選擇關(guān)聯(lián)度最高的4個(gè)因子為：3月份產(chǎn)卵場平均海表面溫度SST、1月份太平洋年代際震蕩指數(shù)PDO、4月份nino3.4距平和4月份平均葉綠素濃度chl-a；(4)根據(jù)選取的4個(gè)因子建立8種基于灰色系統(tǒng)的西北太平洋柔魚冬春生群資源豐度預(yù)報(bào)模型，分別為：GM(0,1)、GM(0,2)、GM(0,3)、GM(0,4)、GM(1,1)、GM(1,2)、GM(1,3)、GM(1,4)；以GM(1，1)模型為實(shí)例進(jìn)行分析。選取1983-1994年海洋捕撈產(chǎn)量建立GM(1,1)灰色序列預(yù)測(cè)模型，其具體計(jì)算如下：選取1983～1994年產(chǎn)量為原始數(shù)據(jù)列X(0)＝(46.54，52.50，53.20，59.94，71.76，80.98，89.93，103.27，113.84，138.40，155.57，160.82)一次累加生成數(shù)列為X(1)＝(46.54，99.04，152.24，212.18，283，94，364.92，454.85，558.12，671.96，810.36，965.93，1126.75)構(gòu)造累加矩陣B與常數(shù)項(xiàng)向量Yn求灰參數(shù)a'a'＝(BTB)-1BTYn，經(jīng)計(jì)算得：a＝－0.1202055，μ＝41.3759。代入時(shí)間相應(yīng)方程并求導(dǎo)還原得：X'(t+1)＝390.7498e0.1202055t-344.2097B=-72.791-125.641-182.211-248.061-324.431-409.891-506.491-615.041-741.161-888.151-1046.341Yn=52.5053.2059.2071.7680.9889.93103.27113.84138.40155.57160.82]]>計(jì)算結(jié)果及檢驗(yàn)從下表的計(jì)算結(jié)果和回代檢驗(yàn)看，上述模型實(shí)際值與擬合值的平均相對(duì)誤差為2.19％。表明計(jì)算結(jié)果的精確度和可信度較高，因此認(rèn)為灰色序列預(yù)測(cè)模型對(duì)海洋捕撈產(chǎn)量預(yù)測(cè)是適用的。表灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)1983～1994年產(chǎn)量的計(jì)算及檢驗(yàn)(5)對(duì)8種預(yù)報(bào)模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，GM(0,1)、GM(0,2)、GM(0,3)、GM(0,4)、GM(1,1)、GM(1,2)、GM(1,3)模型預(yù)報(bào)的精度均在60-80％之間，平均精度為75％；而GM(1,4)模型的預(yù)報(bào)相對(duì)精度在90％以上。因此，選取灰色關(guān)聯(lián)模型GM(1,4)結(jié)構(gòu)作為西北太平洋柔魚冬春生群體資源豐度的預(yù)測(cè)方法。當(dāng)前第1頁1 2 3