- 相關(guān)推薦
淺談水利工程的模糊邏輯環(huán)境評(píng)價(jià)法
1 前言
模糊邏輯在近幾十年的研究領(lǐng)域中得到了十分廣泛的關(guān)注，而其在智能相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦、地球物理異常活動(dòng)識(shí)別、老人家庭監(jiān)護(hù)等先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新中更是發(fā)揮了不可代替的作用。模糊邏輯在發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)中，但國(guó)內(nèi)在這方面的研究則相對(duì)落后，而基于模糊邏輯的水利工程評(píng)價(jià)則幾乎沒(méi)有被提到過(guò)。本文主要介紹模糊邏輯的基本原理與優(yōu)勢(shì)、提出水利工程的模糊邏輯環(huán)境評(píng)價(jià)法，從而對(duì)提高水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)效率提供參考。
2 原理
在水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)中，很大一部分的分析是基于評(píng)價(jià)者的個(gè)人（經(jīng)驗(yàn)）判斷，這就使相關(guān)工作者無(wú)法使用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)法來(lái)代替人腦勞動(dòng)以提高工作效率，因?yàn)榻?jīng)典集合是確定性的而個(gè)人思維語(yǔ)言卻往往是模糊的。具體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)數(shù)學(xué)表達(dá)法主要是基于經(jīng)典集合，而經(jīng)典集合反映的是二進(jìn)制邏輯（0-1邏輯），即其只能表達(dá)明確的“對(duì)”（1）或者“錯(cuò)”（0），而無(wú)法反映人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)判斷中大量而又極其常見(jiàn)的模糊詞匯，如“大”,“低”,“高”,“強(qiáng)”等。
例如，在對(duì)某灌渠工程進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)時(shí)評(píng)價(jià)者需要判斷“水庫(kù)蓄水量”是“大”、“中”還是“小”.如果評(píng)價(jià)者定義“約為 4×108m3到 6×108m3”的水庫(kù)蓄水量為“中”,則評(píng)價(jià)者基本上會(huì)將“3.99999999×108m3”也歸類(lèi)為“中”.然而，經(jīng)典集合中的定義是絕對(duì)嚴(yán)格的、確定性的，“約”字這樣的人類(lèi)思維常見(jiàn)詞匯無(wú)法得到表達(dá)，因此在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)表達(dá)法中“4.00000001×108m3”會(huì)被認(rèn)為是中型蓄水量而“3.999999999×108m3”則會(huì)被認(rèn)為是“小”,盡管兩者的差距幾乎可以忽略不計(jì)。
模糊邏輯則在表達(dá)人類(lèi)思維語(yǔ)言方面更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠淇梢郧度攵x的模糊性。不同于二進(jìn)制邏輯只可識(shí)別 0 和 1 兩個(gè)單值，模糊邏輯則在 [01] 之間定義了元素的連續(xù)隸屬度。
例如，“5×108m3”在“中型蓄水量”集合中的隸屬度為 1,4.00000001×108m3的隸屬度則略大于 3.9999999×108m3（圖 1）, 這就完全符合人類(lèi)的思維語(yǔ)言，從而表明模糊邏輯可以用于代替水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)中的個(gè)人（經(jīng)驗(yàn)）判斷從而極大地提高評(píng)價(jià)效率。
3 方法
模糊邏輯的執(zhí)行軟件或模型有很多，而本文推薦使用MATLAB 的 Fuzzy Logic Toolbox,一是因?yàn)槠洳僮飨鄬?duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)它在前期與后期的數(shù)據(jù)分析方面優(yōu)勢(shì)明顯。本文提出的水利工程模糊邏輯環(huán)境評(píng)價(jià)法主要基于 MATLAB,在其它軟件或模型中該方法也基本適用只是具體步驟會(huì)略有差異。該方法主要可分為七步 :
�。�1）分析或者提出水利工程方案。水利工程中的許多參數(shù)都與工程的環(huán)境影響密切相關(guān)，如設(shè)計(jì)流量、取水口位置、修建時(shí)間等。這一步是要確定與環(huán)境影響有關(guān)的工程參數(shù)并過(guò)濾不需分析的因素；（2）選取受影響的環(huán)境因素。不同的水利工程對(duì)環(huán)境會(huì)造成不同方面的影響，而這一步則是判斷水利工程可能影響的環(huán)境因素，如灌溉水質(zhì)、土壤侵蝕、植物群落等；（3）模糊化輸入量。收集到的水利工程參數(shù)為確定性的具體數(shù)據(jù)，這一步則是將這些數(shù)據(jù)模糊化以使它們可以用來(lái)進(jìn)行模糊邏輯計(jì)算。這里主要包括兩部分：一是定義論域，如定義蓄水量的論域?yàn)?[1×105,1×109]m3;二是選取模糊邏輯隸屬方程來(lái)確定不同值在某一集合中的隸屬度，如較常用的高斯式方程；（4）定義輸出量。模糊邏輯計(jì)算可以提供不同的輸出量，針對(duì)水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)，本文建議定義計(jì)算輸出量為單一的環(huán)境影響優(yōu)度指數(shù)，該指數(shù)可以對(duì)水利工程決策提供實(shí)際的指導(dǎo)，例如當(dāng)它較大時(shí)則說(shuō)明該方案的負(fù)面環(huán)境影響越小；（5）建立計(jì)算規(guī)則。建立計(jì)算規(guī)則是模糊邏輯法的核心，它主要用于表達(dá)和代替人類(lèi)的判斷思維過(guò)程，即這一步是將水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)者的分析思路數(shù)字化、程序化，從而通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行或重復(fù)同樣的評(píng)價(jià)過(guò)程。較為常用的模糊邏輯規(guī)則為“IF-THEN”規(guī)則，使用該規(guī)則可以表達(dá)諸如“如果蓄水量大或者耕地面積小，則灌溉水量充足”之類(lèi)的評(píng)價(jià)思維；（6）去模糊化。模糊邏輯計(jì)算得到的結(jié)果為模糊數(shù)據(jù)，但在實(shí)際水利工程環(huán)境評(píng)價(jià)中一個(gè)簡(jiǎn)單的、確定性的結(jié)論更有實(shí)際指導(dǎo)意義，因此需要將模糊分析得到的模糊邏輯結(jié)果轉(zhuǎn)化為確定性的單個(gè)標(biāo)量。例如，如果之前定義某水利工程的環(huán)境影響優(yōu)度指數(shù)為分析輸出量且其定義域?yàn)閇01],則經(jīng)過(guò)這一操作后，模糊邏輯系統(tǒng)將會(huì)把模糊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)介于 0 和 1 之間的單個(gè)標(biāo)量，其值越偏向于 0 則表明該工程的負(fù)面影響越大，反之亦然。（7）分析數(shù)據(jù)。模糊邏輯分析的最后一步是分析得到的數(shù)據(jù)以便最終確定某水利工程對(duì)環(huán)境的影響程度或者比較不同方案在環(huán)境影響方面的優(yōu)劣性。
4 結(jié)論
模糊邏輯在許多前沿的科技領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用，而它同樣也可以應(yīng)用于水利工程的環(huán)境評(píng)價(jià)中。本文提出的水利工程模糊邏輯環(huán)境評(píng)價(jià)法主要可分為七步，計(jì)算結(jié)果用于判斷水利工程對(duì)環(huán)境的影響程度或者比較不同方案間在環(huán)境影響方面的優(yōu)劣。該方法可以在一定程度上代替?zhèn)�人（經(jīng)驗(yàn)）判斷過(guò)程，從而節(jié)省人力、提高評(píng)價(jià)效率。
參考文獻(xiàn)：
[1] 裴道武 . 關(guān)于模糊邏輯與模糊推理邏輯基礎(chǔ)問(wèn)題的十年研究綜述 [J]. 工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào) ,2004（2）：249-258.
[2]Bede, B.Mathematics of Fuzzy Sets and Fuzzy Logic. New York:Springer,2013.
【淺談水利工程的模糊邏輯環(huán)境評(píng)價(jià)法】相關(guān)文章：
基于模糊邏輯理論的居民出行需求合理性評(píng)價(jià)03-07
AFS模糊邏輯理論及其應(yīng)用11-22
淺談水利工程的造價(jià)管理03-06
淺談科技翻譯中邏輯判斷的運(yùn)用03-01
淺談材料的結(jié)構(gòu)和邏輯聯(lián)系12-10
淺談水利工程景觀規(guī)劃03-16
淺談水利工程施工管理03-16
淺談懸臂澆筑施工法03-06
淺談帕斯卡概率邏輯的批判性反思03-26