基于层次分析法的底播扇贝养殖区选址适宜性评价方法

本发明涉及海洋牧场建设、环境、地质、信息，特别涉及一种基于层次分析法的底播扇贝养殖区选址适宜性评价方法。

背景技术：

1、海洋牧场既能够实现渔业资源的高效产出和可持续发展，又能够修复并保护沿海生态环境。海洋牧场建设技术包括现代化工程设施设备研发技术，牧场科学选址、生境适宜性评价、生态灾害预警预报等相关技术以及牧场管理技术，其中海洋牧场选址是其建设的基础环节。

2、目前海洋牧场选址评价研究通常在评价指标体系构建方面选取的环境因素不够全面，部分研究缺少将评价指标进行层次划分来降低评价复杂性的考虑。其次，研究中的定量指标的量化过程没有进一步地考虑指标本身的实测变化特征，所使用的量化处理方法不具针对性，且部分研究中仍存在定性指标。再者，评价过程中缺乏对实际养殖过程中遇到的养殖问题和产品产量、质量等要求的考虑。而且在确定评价指标权重时通常采用专家打分方法，使评价存在一定的主观性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于层次分析法的底播扇贝养殖区选址适宜性评价方法，以达到使评价更全面、更有针对性和合理性，避免了人为主观因素的影响，排除了不适宜环境情况对评价的干扰的目的。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于层次分析法的底播扇贝养殖区选址适宜性评价方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、结合文献调查法和层次分析法构建选址评价指标体系，体系中划分一级指标和一级指标下的二级指标；

5、步骤s2、采用多种归一化方法针对性地对所有二级指标进行量化处理，建立每个二级指标对应的定量评价标准；结合对养殖活动中遇到的养殖生产和产品质量问题的考虑，增加针对二级指标体系的量化过程，具体包含对两类不适宜环境情况的评价判定以及相应评价判定规则的设定；

6、步骤s3、基于对养殖生产情况以及产品产量、质量要求的考虑，分析一级指标的相对重要性，结合层次分析法，利用1-9的数字量表和两两比较法构建相应的判断矩阵，利用判断矩阵计算一级指标权重值；

7、步骤s4、通过建立的定量评价标准，分步计算所有二级指标归一化值，然后利用二级指标归一化值计算一级指标归一化值；利用一级指标归一化值和一级指标权重值，采用加权线性组合方式计算评价结果数值，实现目标海区选址的适宜性评价。

8、上述方案中，所述步骤s1中，一级指标包括社会环境b、物理环境c、化学环境d、生物环境e；所述社会环境b对应的二级指标包括海洋功能区划b1；所述物理环境c对应的二级指标包括水深c1、水流c2、水温c3、盐度c4、底质类型c5；所述化学环境d对应的二级指标包括水质d1、沉积物质量d2、赤潮d3；所述生物环境e对应的二级指标包括浮游植物e1、浮游动物e2，所述水质d1和沉积物质量d2为多参数指标，所包含的参数均参与评价结果计算过程。

9、上述方案中，所述步骤s2中，归一化方法包括二元化法、赋值法和隶属度函数法，所述二元化法用于海洋功能区划b1指标的定量评价标准的建立；所述赋值法用于底质类型c5、赤潮d3、浮游植物e1、浮游动物e2指标的定量评价标准的建立；所述隶属度函数法用于水深c1、水流c2、水温c3、盐度c4、水质d1、沉积物质量d2指标的定量评价标准的建立。

10、进一步的技术方案中，多种归一化方法将指标归一化值限定在0～1的标准范围，其中，0代表不适宜，1代表最适宜；其中，二元化法针对不适宜功能区和适宜功能区仅赋值0、1情况；赋值法结合指标的适宜性等级划分区间，在0～1之间赋予合适的适宜性数值；隶属度函数法根据指标的适宜性分布特征选择适合函数模型，包括s型、z型和通用型，其中，函数的隶属度范围设定在0～1之间。

11、上述方案中，步骤s2中，两类不适宜环境情况具体包括：第一类情况，单一环境参数实测结果超限，即量化处理出现零值；第二类情况，水质d1指标中除ph值和溶解氧参数外的其他参数、沉积物质量d2指标所有参数中出现多个参数实测结果接近超限的情况。

12、进一步的技术方案中，针对两类不适宜环境情况的评价判定设定的评价判定规则如下：

13、规则1：针对第一类情况进行“所有指标归一化值乘积”处理，乘积为0为不适宜，反之为适宜；

14、规则2：针对第二类情况，设立一个多参数综合指标m用于判定，多参数综合指标m的物理意义为：当一个参数实测值xi与阈值yi的比值接近1，其他参数对应比值小于0.5的最高限值；其中yi对应隶属度函数中的阈值，比值大于0.5为接近超限；

15、多参数综合指标m的公式如下：

16、

17、式中，n为指标中包含的参数个数；

18、当两类情况的评价判定结果均符合对应规则时，评价结果能够被正常计算获得，否则评价结果为“不适宜”。

19、上述方案中，步骤s3的具体过程如下：

20、步骤s31、基于对底播扇贝养殖目标产品产量、质量要求的考虑，客观分析一级指标相对重要性，并设定二级指标对于各自对应的一级指标的相对重要性相等；

21、步骤s32、基于ahp方法原理，结合一级指标相对重要性的排序结果和两两比较法，利用1-9数字量表对4个一级指标进行重要性赋值，依据相关规则构建对应判断矩阵；

22、步骤s33、对判断矩阵进行一致性检验，检验指标为一致性比率cr：

23、

24、式中，ci为一致性指标，ri为矩阵的随机指标，仅与矩阵维数n有关；

25、

26、式中，n为矩阵维数，λmax为最大特征值；

27、当cr≤0.1时，则通过检验；

28、步骤s34、最后根据判断矩阵计算得到一级指标权重。

29、进一步的技术方案中，步骤s34的具体计算过程为：

30、(1)对判断矩阵每列元素进行求和计算；

31、(2)将每个元素除以其列和，构建相应比值矩阵，并将比值放在该元素的对应位置；

32、(3)求比值矩阵的第i行元素均值，即为对应一级指标的权重值。

33、上述方案中，步骤s4的具体过程如下：

34、步骤s41、通过建立的定量评价标准，分步计算所有二级指标归一化值；其中，水质d1和沉积物质量d2这两个多参数指标计算对应参数归一化值；然后结合所有经评价标准直接获取到的二级指标以及对应参数的归一化值进行评价指标体系的整体量化规则的评价判定过程；其中，若评价判定结果均符合规则，计算最终的选址适宜性评价数值，即评价结果的数值；若评价判定结果不符合规则，直接说明目标海区不适宜建设底播扇贝养殖区；

35、步骤s42、利用二级指标归一化值计算对应的一级指标的归一化值，所述一级指标的归一化值为对应的二级指标归一化值的平均值；其中，所述的二级指标中的两个多参数指标归一化值为对应参数归一化值平均值；

36、步骤s43、结合一级指标归一化值和步骤s3计算得到的一级指标权重值，通过加权线性组合计算得到适宜性评价数值，公式如下：

37、

38、式中：s为评价结果的数值，即适宜性评价数值；si为一级指标的归一化值；wi为一级指标的权重值；

39、步骤s44、对选址评价结果进行适宜性等级划分，划分的等级与适宜性评价数值相对应；

40、步骤s45、将适宜性评价数值及对应的适宜性等级作为目标海区选址适宜性评价结果。

41、进一步的技术方案中，步骤s44的具体过程如下：

42、(1)首先将0.2作为基础下限，代入加权线性组合计算获得适宜性评价数值的下限值为0.2706；

43、(2)将归一化标准范围上限值1作为适宜性评价数值上限值；

44、(3)根据所述上限值和下限值将适宜性等级均等划分5个适宜性等级：0～0.2706为不适宜、0.2706～0.4529为较不适宜、0.4529～0.6353为基本适宜、0.6353～0.8176为比较适宜、0.8176～1为完全适宜。

45、通过上述技术方案，本发明提供的一种基于层次分析法的底播扇贝养殖区选址适宜性评价方法具有如下有益效果：

46、(1)本发明采用文献调查法，结合对国家标准、海洋牧场选址评价研究成果以及底播扇贝养殖生态、生物学研究成果的分析而构建的底播扇贝养殖区选址评价指标体系更完善；多层次指标的划分简化了评价结果数值计算过程；指标的选取和其中多参数指标的设定与养殖活动开展实际情况、产品产量、产品质量及相关限制因素密切相关，使评价过程更具科学性和合理性。

47、(2)本发明采用三种归一化处理方法针对性地对所有二级指标进行量化处理，其建立的评价标准也更具有全面性、针对性和合理性。

48、(3)本发明除了二级指标对应的量化处理过程，还增加了对二级指标整体的量化处理过程，具体包含了对两类不适宜环境情况分别进行评价判定和规则设定，有效排除多指标复合影响下出现不适宜环境情况对评价结果的干扰。

49、(4)本发明基于对养殖目标产品产量、质量的考虑，依据底播扇贝养殖生态、生物学研究成果，分析一级指标相对重要性并获取其权重，保证评价结果的客观性和统一性，尽可能避免采用专家系统打分方法可能存在的主观随意性因素的影响。

50、(5)本发明中评价结果包含“适宜性评价值，适宜性等级”，其呈现形式更清晰明了，更具直观性。使用python编程语言创建的评价系统实现了对评价结果的高效计算和直观呈现。