基于投影尋蹤和z型函數(shù)的海上軍事活動海洋環(huán)境影響評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種海上軍事活動安全的環(huán)境影響評估方法，具體地說是尋求一種處 理數(shù)據(jù)信息不完備的客觀性、非線性和精度細(xì)的基于投影尋蹤和Z型函數(shù)的海上軍事活動 海洋環(huán)境影響評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋環(huán)境要素是影響武器裝備和軍事活動的重要戰(zhàn)場因素，軍事活動的各個方面 或環(huán)節(jié)都不同程度地受海洋環(huán)境影響要素的影響和制約，客觀分析和定量評估海洋環(huán)境要 素的影響是軍事氣象水文保障的重要任務(wù)。海洋環(huán)境影響軍事活動安全的常用評估方法是 綜合指數(shù)法，即首先建立相應(yīng)的指標(biāo)體系，其次對各指標(biāo)進行賦權(quán)，然后利用一些數(shù)學(xué)模型 綜合成安全度或風(fēng)險度指數(shù)，其中加權(quán)綜合法、灰色關(guān)聯(lián)評價及模糊綜合評價法是最常用 的數(shù)學(xué)模型。綜合指數(shù)法具有很好的研究基礎(chǔ)，評價指標(biāo)意義明確，但這些方法在應(yīng)用時存 在一些不足，首先這類方法均需要確定指標(biāo)的權(quán)重，層次分析法是常用的賦權(quán)方法，但層次 分析法的比較、判斷結(jié)果都是相對粗糙的，專家的先驗知識和偏好占據(jù)太多的比重成分，人 為操縱痕跡過強，而且一致性檢驗經(jīng)常難以通過。為了避免一致性對賦權(quán)的影響，也有科學(xué) 家提出用模糊層次分析法進行賦權(quán)，但仍然無法避免主觀性的影響。
[0003] 其次這些方法均屬于線性的加權(quán)評價方法，有些科學(xué)家指出由于評估時受數(shù)據(jù)處 理、特殊評估指標(biāo)及定性評估等多種因素的影響，評估的本質(zhì)應(yīng)該是非線性的，即非線性評 估模型更加符合海戰(zhàn)場環(huán)境保障的實際。為了彌補線性加權(quán)法的不足，一些非線性評估方 法如數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、云模型理論和正態(tài)信息擴散模型逐漸被應(yīng)用到軍事海 洋環(huán)境影響評估中。非線性評估模型的提出在一定程度上推動了海洋環(huán)境風(fēng)險評估的研 究，但是仍然存在一定的局限。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法的顯著優(yōu)點是無需任何權(quán)重假設(shè)，具有很強 的客觀性，但也存在一些缺陷，如容易產(chǎn)生評價值過高的問題，可能引起評價結(jié)果的不切實 際或不真實性。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模存在的最大問題是貝葉斯參數(shù)的設(shè)定，包括根節(jié)點先驗概 率設(shè)定及非根節(jié)點條件概率的設(shè)定，其中概率的確定需要大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而試驗和演習(xí) 中的氣象水文環(huán)境影響參數(shù)和樣本個例往往極為稀少，很難獲得足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù) 信息不完備。
[0004] 云模型和正態(tài)信息擴散模型雖然能夠用來解決數(shù)據(jù)信息完備下的軍事海洋環(huán)境 影響評估，但均局限于處理總體服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)信息，而現(xiàn)實海洋中不乏存在一些非 正態(tài)的數(shù)據(jù)資料；此外云模型只能得到離散的風(fēng)險等級值，無法描述等級之間的過渡性，精 度較粗。在數(shù)據(jù)信息不完備的情況下，如何避免主觀性的影響，建立精度細(xì)和符合實際的非 線性評估模型，是急需開展的研究工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于投影尋蹤和Z型函數(shù)的海洋環(huán)境影 響軍事活動安全的評估方法，該方法首先基于投影尋蹤技術(shù)對指標(biāo)進行降維處理，然后建 立Z型非線性函數(shù)模型計算海洋環(huán)境影響軍事活動的安全度，該模型對數(shù)據(jù)量及其分布沒 有要求，能得到連續(xù)的評估值，實現(xiàn)了在數(shù)據(jù)信息不完備的情況下，避免主觀性和人為干擾 的影響，達到建立海洋環(huán)境影響軍事活動安全的非線性評估模型和提高評估精度的目的。
[0006] 為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于投影尋蹤和Z型函數(shù)的海上軍事活動海洋環(huán)境影響評估方法，其特征在 于它包括步驟：
[0008] 步驟1 :對影響軍事活動安全的海洋環(huán)境要素指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理：
[0010] 其中成本型指標(biāo)是指指標(biāo)數(shù)值越小越好的指標(biāo)，效益型指標(biāo)是指數(shù)值越大越好的 指標(biāo)，a(i，j)表示第j個指標(biāo)在j種情形下的值，為標(biāo)準(zhǔn)化前的原始指標(biāo)值，b(i，j)為標(biāo)準(zhǔn) 化后的指標(biāo)值，i = 1，2,…，m，j = 1，2,…，n，m和η分別為樣本容量和指標(biāo)個數(shù)；
[0011] 步驟2 :基于投影尋蹤技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)序列進行降維處理，具體來說包括步 驟：
[0012] 步驟2. 1 :根據(jù)投影尋蹤的基本思想，構(gòu)建降維函數(shù)：
[0013] 其中a = {a⑴，a(2),…，a(n)}為投影方向。
[0014] 步驟2. 2 :根據(jù)投影準(zhǔn)則構(gòu)建投影指標(biāo)函數(shù)：Q(a) = Sx|Rxy|
為 安全度實測值。
[0016] 步驟2. 3 :優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)估計最佳投影方向：
[0019] 步驟3 :確定投影向量。將最佳投影方向a并代入步驟2. 1中的降維函數(shù)即得到 投影向量（X⑴，X⑵，…，X (m))。
[0020] 步驟4 :根據(jù)高等數(shù)學(xué)中相關(guān)理論建立海洋環(huán)境影響軍事活動安全度與投影值X 的Z型函數(shù)評估模型。
[0022] 其中b和d為待定參數(shù)。
[0023] 步驟5 :建立非線性最優(yōu)化模型估計Z型函數(shù)參數(shù)。基于最小二乘法原理建立非 線性最優(yōu)化模型：
[0025] 其中R(i)為第i個樣本的軍事活動安全度計算值，p為選取的樣本個數(shù)且p < m。
[0026] 步驟6 :根據(jù)專著《海洋環(huán)境特征診斷與海上軍事活動風(fēng)險評估》第332頁中表 7. 12的數(shù)據(jù)資料驗證新模型的有效性，見表1，
[0027] 表1海上軍事活動的大氣-海洋環(huán)境風(fēng)險評估試驗樣本

[0030] 所述步驟2.3中a= {a(l)，a(2)，a(n)}通過拉格朗日乘數(shù)法構(gòu)建方程組求得。
[0031] 所述步驟5中參數(shù)b和d根據(jù)多元函數(shù)極值定理構(gòu)建方程組求得，p < m是為了 保證有足夠的樣本檢驗?zāi)Ｐ偷挠行浴?br>[0032] 所述步驟6進一步包括：分別利用本發(fā)明構(gòu)建的基于投影尋蹤的Z型函數(shù)新模型 以及加權(quán)綜合法、灰色關(guān)聯(lián)評價、模糊綜合評價、正態(tài)信息擴散、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析五個傳統(tǒng)模 型對海洋環(huán)境影響軍事活動安全進行評估，根據(jù)安全度評估值與實際值之間的平均誤差和 均方誤差確定新模型是否優(yōu)于傳統(tǒng)的模型。
[0033] 本發(fā)明是一個由投影尋蹤技術(shù)與Z型函數(shù)耦合而成的新非線性評估模型。新模型 對數(shù)據(jù)量沒有要求，首先基于投影尋蹤技術(shù)對指標(biāo)進行降維處理，然后建立海洋環(huán)境影響 軍事活動安全的Z型函數(shù)模型，建模過程是一個復(fù)雜的非線性過程，避免了人為因素的干 擾，具有很強的客觀性，能得到連續(xù)的評估值，顯著提高了評估的精度。本發(fā)明具有的顯著 特點使新模型非常方便地應(yīng)用到數(shù)據(jù)信息不完備的戰(zhàn)場環(huán)境影響評估中，建模過程的理論 支撐和可操作性使得新模型在戰(zhàn)場環(huán)境保障應(yīng)用中具有更大的便利和優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實施的流程圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明與四個傳統(tǒng)模型計算的海洋環(huán)境影響軍事活動安全度的比較示意 圖。（專著《海洋環(huán)境特征診斷與海上軍事活動風(fēng)險評估》第332頁中表7. 12的數(shù)據(jù)）。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明【具體實施方式】做進一步詳細(xì)描述：
[0037] 如圖1，一種基于投影尋蹤和Z型函數(shù)的海上軍事活動海洋環(huán)境影響評估方法，其 特征在于它包括步驟：步驟1 :對影響軍事活動安全的海洋環(huán)境要素指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理：
[0038] 對海上軍事活動影響較大且隨時空變化明顯的海洋氣象、水文要素以風(fēng)、浪、能見 度、雷電、低云量為主要的海洋環(huán)境影響要素指標(biāo)，由于軍事活動安全度R隨風(fēng)速、浪高、雷 暴幾率和低云量的增大而減小，而隨能見度的增大而增大，因此風(fēng)速、浪高、雷暴幾率和低 云量是成本型指標(biāo)，能見度是效益型指標(biāo)。由于成本型指標(biāo)較多，本文擬將所有指標(biāo)處理成 越小越好的指標(biāo)，即R隨所有指標(biāo)變量的增大而減小。標(biāo)準(zhǔn)化方法如下：
[0040] 其中a(i，j)表示第j個指標(biāo)在j種情形下的值，為標(biāo)準(zhǔn)化前的原始指標(biāo)值， b (i, j)為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值，i = 1，2,…，m，j = 1，2,…，n，m和η分別為樣本容量和指標(biāo) 個數(shù)；
[0041] 步驟2 :基于投影尋蹤技術(shù)對標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)進行降維處理，具體來說包括步驟：
[0042] 步驟2. 1 :根據(jù)投影尋蹤的基本思想構(gòu)建降維函數(shù)。
[0043] 投投影尋蹤的基本思想是將η維數(shù)據(jù){b (i, j) | i = 1~m, j = 1~η}綜合成一 維投影值（X (1)，X (2)，…，X (m))。降維函數(shù)為：
[0045] 其中 a = {a(l)，a(2)，…，a(n)}為投影方向。
[0046] 步驟2. 2 :根據(jù)投影準(zhǔn)則構(gòu)建投影指標(biāo)函數(shù)。
[0047] 投影準(zhǔn)則：投影值x(i) (i = 1，2, "'m)應(yīng)盡可能地提取{b(i, j) | i = 1~m, j =1~n}中的變異性質(zhì)，即x(i)的標(biāo)準(zhǔn)差\應(yīng)盡可能大；同時要求x(i)與安全度實測值 y(i)的相關(guān)系數(shù)的絕對值|Rxy|盡可能大，構(gòu)建投影指標(biāo)函數(shù)
[0048] Q(a) = Sx|Rxy (3)
[0049] 其中SxSx(i)的標(biāo)準(zhǔn)差，其計算公式：
，Rxy為x(i) 與y(i)的相關(guān)系數(shù)，其計算公式
[0050] 步驟2. 3 :優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)估計最佳投影方向。
[0051] 當(dāng)給定指標(biāo)數(shù)據(jù)序列的樣本數(shù)據(jù)時，投影指標(biāo)函數(shù)Q(a)只隨投影方向的變化而 變化，通過求解投影指標(biāo)函數(shù)最大化問題來估計最佳投影方向：
[0052] max Q (a) = Sx | Rxy
[0054