第2卷第3期 智能系统学报 Vol.2 Ne 3 2007年6月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jun.2007 基于模糊证据理论的水质环境状态估计 徐立中1林志贵2黄凤辰 (1.河海大学计算机及信息工程学院，江苏南京210098：2.天津工业大学信息与通信工程学院，天津300160) 摘要：从信息融合的角度，将湖泊水质环境多因子综合评价过程看成是一个多源数据融合处理与状态估计过程， 提出基于相似度的模糊证据理论，评估湖泊水体富营养状况.通过引入模糊集合的相似度，一方面，确定模糊焦元的 权值，并修改证据模型；另一方面，确定模糊焦元对类别焦元的信任函数的贡献因子，并建立状态估计与评价模型， 使其能够处理湖泊水体富营养状况的突发性带来的某些焦点元素的显著变化问题.对太湖水体富营养状况的评估 做了实证分析，并与营养状态指数评价方法进行比较，结果一致，说明基于相似度的模糊证据理论的估计方法可行. 关键词：信息融合：模糊证据理论：相似度：水体富营养化评价 中图分类号：TP118,X824文献标识码：A文章编号：16734785(2007)03-0079-05 Water environmental quality assessment based on fuzzy evidence theory XU Li-zhong'L IN Zhi-gui2,Huang Feng-chen' (1.College of Computer and Information Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.School of Information& Communication Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300160,China) Abstract:The process of assessing lake water quality,as viewed from the perspective of data fusion,is a process involving multi-source data fusion and state estimation.This paper proposes using fuzzy-evidence theory to assess the eutrophication of lake water based on degrees of similarity..On one hand,by introdu- cing degrees of similarity with fuzzy sets,the weights of fuzzy focal elements are determined and the evi- dence model is modified.On the other hand,by using the degree of similarity with fuzzy sets,the contri- bution factors of fuzzy focal elements to the belief functions of focal elements of the class are determined, and models of state estimation and assessment are established which can handle problems due to obvious changes in some focal elements induced by abrupt changes of lake water eutrophication.This proposed method was tested by water eutrophication assessment of Taihu lake in China.Results were analyzed and compared with those obtained by the trophic status index method,indicating that the proposed method based on degree of similarity is feasible for water quality assessment. Key words:information fusion;fuzzy-evidence theory;similarity degree;assessment of water body eutroph ication 湖泊水质环境的复杂性及湖泊水体富营养状况 评价模型】.由于影响富营养化程度的因素很多， 变化的突发性，可能带来监测数据的模糊性、不确定 评价因素与富营养化等级之间的关系复杂，各等级 性.如何有效地处理具有不确定性的水质监测数据， 之间的关系模糊，并且这些方法均有其适用条件和 对湖泊水体富营养化状况进行综合评价，显得越来 局限性，至今尚未形成统一的、确定的评价模型 越重要.近年来国内外学者提出了特征法、营养状态 DS证据理论作为一种不精确推理策略，在不 指数法、模糊综合评判法、人工神经网络模型等多种 确定性的表示、量测及组合方面的优势受到广泛的 收稿日期：200611-23. 重视，文献[3]将DS证据理论应用于水质监测数 基金项目：因家自然科学基金资助项目(60374033)；教育部科学技术 据融合与湖泊水体富营养化状况评估.考虑到融合 研究重点项目(107057)：江苏省高技术研究重大项目 (BG2006003). 对象、目标具有模糊性和不精确性，因为传统的证据 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 2 卷第 3 期 智 能 系 统 学 报 Vol. 2 №. 3 2007 年 6 月 CAA I Transactions on Intelligent Systems J un. 2007 基于模糊证据理论的水质环境状态估计 徐立中1 ,林志贵2 ,黄凤辰1 (1. 河海大学 计算机及信息工程学院 ,江苏 南京 210098 ;2. 天津工业大学 信息与通信工程学院 ,天津 300160) 摘 要 :从信息融合的角度 ,将湖泊水质环境多因子综合评价过程看成是一个多源数据融合处理与状态估计过程 , 提出基于相似度的模糊证据理论 ,评估湖泊水体富营养状况. 通过引入模糊集合的相似度 ,一方面 ,确定模糊焦元的 权值 ,并修改证据模型 ;另一方面 ,确定模糊焦元对类别焦元的信任函数的贡献因子 ,并建立状态估计与评价模型 , 使其能够处理湖泊水体富营养状况的突发性带来的某些焦点元素的显著变化问题. 对太湖水体富营养状况的评估 做了实证分析 ,并与营养状态指数评价方法进行比较 ,结果一致 ,说明基于相似度的模糊证据理论的估计方法可行. 关键词 :信息融合 ;模糊证据理论 ;相似度 ;水体富营养化评价 中图分类号 : TP118 ,X824 文献标识码 :A 文章编号 :167324785 (2007) 0320079205 Water environmental quality assessment based on fuzzy evidence theory XU Li2zhong 1 ,L IN Zhi2gui 2 , Huang Feng2chen 1 (1. College of Computer and Information Engineering , Hohai University , Nanjing 210098 , China ; 2. School of Information & Communication Engineering , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300160 , China) Abstract :The process of assessing lake water quality , as viewed from the perspective of data f usion , is a process involving multi2source data f usion and state estimation. This paper proposes using f uzzy2evidence t heory to assess t he eutrop hication of lake water based on degrees of similarity. . On one hand , by introdu2 cing degrees of similarity wit h f uzzy sets , t he weights of f uzzy focal elements are determined and t he evi2 dence model is modified. On t he ot her hand , by using t he degree of similarity wit h f uzzy sets , t he contri2 bution factors of f uzzy focal elements to t he belief f unctions of focal elements of the class are determined , and models of state estimation and assessment are established which can handle problems due to obvious changes in some focal elements induced by abrupt changes of lake water eutrop hication. This proposed met hod was tested by water eutrop hication assessment of Taihu lake in China. Results were analyzed and compared wit h t hose obtained by t he trop hic stat us index met hod , indicating t hat t he proposed met hod based on degree of similarity is feasible for water quality assessment. Keywords : information f usion ; f uzzy2evidence t heory ; similarity degree ; assessment of water body eutrop h2 ication 收稿日期 :2006211223. 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(60374033) ;教育部科学技术 研究重点项目 ( 107057) ; 江苏省高技术研究重大项目 (B G2006003) . 湖泊水质环境的复杂性及湖泊水体富营养状况 变化的突发性 ,可能带来监测数据的模糊性、不确定 性. 如何有效地处理具有不确定性的水质监测数据 , 对湖泊水体富营养化状况进行综合评价 ,显得越来 越重要. 近年来国内外学者提出了特征法、营养状态 指数法、模糊综合评判法、人工神经网络模型等多种 评价模型[1 - 2 ] . 由于影响富营养化程度的因素很多 , 评价因素与富营养化等级之间的关系复杂 ,各等级 之间的关系模糊 ,并且这些方法均有其适用条件和 局限性 ,至今尚未形成统一的、确定的评价模型. D2S 证据理论作为一种不精确推理策略 ,在不 确定性的表示、量测及组合方面的优势受到广泛的 重视 ,文献[ 3 ]将 D2S 证据理论应用于水质监测数 据融合与湖泊水体富营养化状况评估. 考虑到融合 对象、目标具有模糊性和不精确性 ,因为传统的证据