1、 本科毕业论文 （ 20 届） 应用灰色预测模型对舟山市海洋捕捞产量的预测与分析 所在学院 专业班级 农业资源与环境 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 2 目录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 1前言 .4 2. 材料与方法 .6 2.1 灰色预测模型建模方法与理论 .6 2.2 数据 .6 3结果 .7 3.1 国内捕 捞产量 .7 3.2 远洋捕捞产量 .8 4 讨论 . 11 致谢 . 错误 !未定义书签。 参 考 文 献 . 15 3 摘要 渔业资源可持续利用是实现渔业可持续发展的基础，本文使用灰色预测模型分别对舟山市 20032
2、007 年国内捕捞产量及 1998-2007 和 2003-2007 年远洋捕捞产量进行了拟合分析，并根据历史数据对未来 5 年的产量进行了预测，以其通过对海洋捕捞量的预测和分析对舟山市的渔业资源的合理利用提供理论参考。研究结果表明，灰色预测模型在对两种捕捞产量 均得到较好的拟合结果，平均相对误差分别为 0.000446 和 0.022847。根据模型预测，2008-2012 年舟山市国内捕捞产量稳中有降， 1998-2007 年远洋捕捞产量则呈现出持续增加的趋势，然而 2003-2007 年的远洋渔业产量出现了下降的趋势，通过比较得到以最近 5 年的预测较为准确，总捕捞产量基本保持稳定。将
3、2008 年和 2009 年的实际产量与预测产量比较，误差小于 5%。 关键词 舟山市 国内捕捞产量 远洋捕捞产量 灰色预测模型 Predictions and Analyses of Marine Capture Productions in Zhoushan Citiy Based On Grey Prediction 4 Model Abstract Domestic capture fisheries production in 20032007 and distant capture fisheries production in 1998-2007 of Zhoushan city
4、 were fitted and analyzed based on grey prediction model. The productions of the next 5 years were predicted based on historical data. The research results showed that good fitted results were obtained according to the grey prediction models, and the average relative errors were 0.000446 and 0.02284
5、7 respectively. Based on the prediction models, the domestic capture fisheries production of Zhoushan city will slowly reduced, and distant capture fisheries production will continuously increase. Therefore, the total production will basically remain stable. The errors of actual and predicted produc
6、tions in 2008 and 2009 were smaller than 5%. Keywords Zhoushan city domestic capture fisheries production distant capture fisheries production grey prediction model 1、前言 舟山渔场地处东海北部、长江口渔场之南，海域面积达 1.08 万平方公里，有长江、钱塘5 江两大江河的淡水注入，东边有黑潮暖流通过，北侧有苏北沿岸水和黄海冷水团南伸，南面有台湾暖流北进，沿岸有舟山群岛众系的岛屿分布，自然环境优良，鱼类物种丰富，是我国重要的天然近
7、海渔场是中国最大的渔场，是浙江省、江苏省、福建省和上海市 3 省 1 市渔民的传统作业区域。以 大黄鱼 (Larimichthys crocea)、小黄鱼 (Larimichthys polyactis)带鱼（ Trichiurus lepturus） 和墨鱼 （乌贼） 4 大家鱼为主要渔产。众多的经济鱼虾类的产卵、索饵场所，中国沿海冬季群众渔业规模最大、产量最多的带鱼渔场，是底拖网作业的良好区域，成为全国最著名的渔场。该海区重要的作业类型还有灯光围网，流刺网和帆张网等，舟山渔场是中国最大的近海渔场，与苏联的千岛渔场、加拿大的纽芬兰渔场、秘鲁的秘鲁渔场齐名。渔民习惯按各作业海域，把舟山渔场划分
8、为大戢渔场、嵊山渔场、浪岗渔场、黄泽渔场、岱衢渔场、中街山渔场、洋鞍渔场和金塘渔场，舟山渔场自开发以来，一直为沿海渔民共同捕捞场所。解放以来，浙江、江苏、福建省以及上海市 (简称“ 三省一市” )来舟山渔场捕捞的渔船不断增加，辽宁、河北、山东、天津等省、市的一部分渔船亦一度来舟山渔场捕捞。近年来海洋捕捞业的迅速发展，随着捕捞强度的持续增加和海洋环境的日益恶化，导致舟山渔场渔业资源出现了严重的衰退。已无进一步发展渔业的潜力。为保护和可持续利用海洋渔业资源，应当适度的开发远洋渔业。 随着进入二十世纪 90 年代，舟山市海洋捕捞产量迅速增加，从 1991 年的约 55 104t，增加至 1998 年
9、的近 130 104t。随后的 1999 2001 年间，海洋捕捞产量基本保持稳定。 2002年开始，海洋捕捞产量逐渐 下降，但基本稳定在 110 104-120 104t 之间， 2007 年产量约为111 104t。这其中，以国内捕捞产量为主，其产量变动趋势与海洋总捕捞产量相似。远洋渔业虽然所占份额较少，但发展迅速，从上世纪 90 年代初的不足 1%，到 2007 年已经占到海洋捕捞产量的 15%。 由于渔业资源的衰退，东海区域已经不能提供更多的捕捞产量。作为国内捕捞的补充，远洋渔业得到舟山市的高度重视，在远洋渔业发展中给予大力扶植。 2009 年舟山 市明确提出要打造国家远洋渔业基地 。
10、因此，舟山市远洋渔业的产业规模将不断扩大，远洋渔业产量还将持 续、快速的增加，海洋渔业产业结果也将进一步优化。 灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授于 1982 年首先提出来的，是一种研究少数据、信息不确定性问题的方法。灰色系统理论以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控 1, 2。灰色预测是根据过去和现在已知或未确知的信息，建立从过去引伸到将来的灰色预测模型（ Grey Prediction Model），从而确定所研究系统未来发 展变化的趋势，为决策
11、提供依据。灰色预测应用最广泛的是灰色序列预测，它是利用 GM（ 1， 1）灰色预测模型对时间序列进行数量大小的预测，是一阶单变量微分方程，并通过对模型生成拟合值与原始数值的回代检验，验证该灰色建模的可信度，进行残差修正，并根据以上计算求得需的预测值 3, 4。 渔业系统是典型的灰色系统，适用于灰色系统理论的研究。到目前，已有多位学者使用灰色预测模型对渔业产量进行预测，并得到了合理的结果 3, 5-8。本文应用灰色预测模型，对19912007 年舟山市海洋捕捞产量（包括国内和远洋捕捞）进行分 析，使用最近 5 年（国内捕捞）和 10 年（远洋捕捞）的产量数据对未来的海洋捕捞产量进行了预测，探讨舟
12、山市海洋捕捞产量的变动及产业结构的变化。 6 2.材料与方法 2.1 灰色预测模型建模方法与理论 舟山市 19912007 年海洋捕捞产量统计数据取自舟山市统计局发布的舟山统计年鉴 9。 本文经过八个步骤建立灰色 GM（ 1， 1）模型及对产量进行预测和分析 10： 第一步，选取一定年份捕捞产量，生成原始序列。， nkkxnxxxX ,2,1,0)()(,),2(),1( )0()0()0()0()0( （ 2-1） 第二步，一次 累加生成序列 )(,),2(),1( )1()1()1()1( nxxxX ，其中 ki nkixkx 1 )0()1( ,2,1),()( 。 （ 2-2） 第三
13、步，生成紧邻均值序列，)1()(21)()(,),3(),2( )1()1()1()1()1()1()1( kxkxKznzzzZ ， （ 2-3） 第四步，求参数列 YBBBbaa TTT 1)(, ，其中111)()3()2()()3()2()1()1()1()0()0()0(nzzzBnxxxY ， 。 第五步，确定 GM（ 1， 1）模型为 baxdtdx )1()1( ，其时间响应式为nkabeabxkx ak ,2,1)1()1( )0()1( ，。 （ 2-4） 第六步，求 )1(X 的模拟值。 )(,),2(),1( )1()1()1()1( nxxxX 。 （ 2-5） 第七
14、步，还原求出 )0(X 的模拟值。由 )1()()()( )1()1()0()0()0( kxkxkxakx ，得)(,),2(),1( )0()0()0()0( nxxxX （ 2-6） 第八步，检验误差。相对误差检验使用公式 %1 0 0)( )()()( )1()1()1()1( kx kxkxkq，（ 2-7） 然后计算平均相对误差，对模型误差进行检验 nk kqn 2)1( )(11 。 （ 2-8） 2.2 数据 进入上世纪 90 年代以后，舟山市海洋捕捞产量经历了 90 年代初迅速增加和 90 年代末开始趋于平稳并逐渐下降两个阶段（图 1）。这期间，国内捕捞与远洋捕捞产量的变化趋
15、势截然不同。国内捕捞产量与总产量变化趋势相似，上世纪 90 年代末，由于产 量“零增长”政策的7 实施，国内捕捞产量比较稳定，维持在 110 104t。 2003 年以后，由于受到渔业资源衰退的影响及“产量负增长”政策的实施，产量有所下降，但基本稳定在 95-98 104t 之间。 相反，舟山市远洋渔业发展迅猛，捕捞产量持续增加。从 1991 年舟山统计年鉴有远洋捕捞产量记录的 4200t，增长到 2004 年的最高值近 20 104t，虽然之后有小幅下降，但基本维持在 16 104t 左右。近期舟山市提出要打造国家远洋渔业基地，因此远洋渔业产业规模将不断扩大，远洋捕捞产量也必将进一步增加。随
16、着 2009 年舟山市 政府 57 号文件关于进一步促进开放型经济转型升级意见明确提出要打造“国家远洋渔业基地”，这是基于舟山经济发展的现实所作出的科学决策。当前舟山经济结构面临调整转型升级，全省加快推进海洋经济发展带建设的大背景下，建设国家远洋渔业基地，壮大舟山远洋渔业。 0204060801001201401990 1995 2000 2005 2010年份 Y e a r产量Production(104t)总捕捞产量国内捕捞产量远洋捕捞产量图 1 19912007 年舟山市海洋捕捞产量变化趋势（ 104t） Fig. 1 Marine capture fisheries producti
17、ons of Zhoushan city in 19912007 (104t) 研究显示，基于长时间序列， 产量波动较大的产量数据，灰色模型难以得到准确的预测结果（本文未发表数据）。而对于产量相对稳定的短期预测，灰色模型的预测效果则相对较好。因此，本文分别选取舟山市 20032007 5 年 间的国内捕捞产量数据建立 GM（ 1， 1）模型，对国内捕捞产量进行拟合。舟山市远洋捕捞产量的拟合则分别使用了 1998-2007 十年和2003-2007 五年间的数据，一方面近 10 年的国内捕捞产量有呈现出波峰的趋势，先增加然后减少，而进 10 年的远洋捕捞产量趋势是持续的增加的。然后使用该模型对之
18、后 5 年的国内捕捞和远洋捕捞产量变动趋势进行预 测。 3 结果 3.1 国内捕捞产量 选取舟山市 19982007 年的国内捕捞产量作为原始数据列，)9 5 . 0 89 7 . 3 79 6 . 1 801.9799.95()0( ，X ；进行一次累加生成累加序列)62.48154.38618.28900.19399.95()1( ，X ；生成紧邻均值 ， 得到紧邻均值序列)08.43486.37309.41250.144(Z )1( ， ；构造矩阵 B 和 Y，求参数序列YBBBbaa TTT 1)(, ，经计算得到 a=0.00475， b=97.7823；代入时间响应方程并求导还原得
19、 6 7 3 8 3.2 0 5 8 233- 2 0 4 8 6 . 6 8 1)1( 0 . 0 0 4 7 5)1( kekx 。 （ 3-1） 8 根据该模型得到的舟山市 20032007 年国内捕捞产量的拟合结果（图 2）。 国内捕捞量 D o m e s t i c c a p t u r e80901001102002 2003 2004 2005 2006 2007 2008年份 Y e a r捕捞量Capture(104t)预测值 P r e d i c t e d实际值 A c t u a l图 2 2003-2007 年舟山市国内捕捞产量实际值与预测值（ 104t） Fi
20、g. 2 Actual and predicted values of domestic water capture fisheries productions of Zhoushan city in 20032007 (104t) 该模型较好的拟合了 2003-2007 年的国内捕捞数据，平均相对误差 仅为 0.000446。因此，根据该模型，代入相关的时间值，可以对随后几年的产量数据进行预测和分析（表 1）。 2003-2007 年 5 年内的数据分别为 95.99 万 t， 97.01 万 t， 96.18 万 t， 97.37 万 t 和 95.08万 t。这 5 年内的捕捞量基本稳定
21、。最大值和最小值之间就才差 2.29 万 t，没有出现什么较大波动，所以对其预测较为准确。从得出的预测值和实际值可以发现，两者的差别不是很大。 3.2 远洋捕捞产量 舟山市远洋渔业产量从整体上看是增长的趋势，然而年间波动较大，特别是从近几年来看，产量有下降的趋势。因此，我们 分别使用长时间序列（ 19982007）和短时间序列（ 20032007）的产量数据进行预测。 3.2.1 长时间序列（ 19982007） 使用上述方法，以舟山市 19982007 年远洋渔业建立 GM（ 1， 1）模型。通过图标可以看出实际的数据是呈现一个波浪图，说明在这近 10 年舟山的远洋捕捞产量变化巨大。接着我们
22、运用灰色预测模型，得到的模型为 4 0 7 3 2 3 9.5144 6 9 4 2 3 9.572)1( 70 . 0 2 5 7 0 9 7 9)1( kekx 。该模型基本拟合出了舟山市 19982007 年远洋捕捞产量增加的趋势，平均相对误差 =0.022847（图3）。因此，根据该 模型对未来 5 年的海洋捕捞产量进行预测，结果如表 1 所示。 9 远洋捕捞量 D i s t a n t w a t e r c a p t u r e05101520251996 1998 2000 2002 2004 2006 2008年份 Y e a r捕捞量Capture(104t)预测值 P
23、r e d i c t e d实际值 A c t u a l图 3 1998-2007 年舟山市远洋捕捞产量实际值与预测值（ 104t） Fig. 3 Actual and predicted values of distant capture fisheries productions of Zhoushan city in 19982007 (104t) 表 1 基于 19982007年远洋渔业产量数据得到的舟山市 20082012年海洋捕捞产量的灰色预测（ 104t） Tab. 1 Grey prediction of marine capture fisheries productio
24、ns of Zhoushan city in 20082012 based on the distant water capture data from 1998 to 2007(104t) 年份 Year 2008 2009 2010 2011 2012 国内捕捞量 Domestic water capture 95.27 94.82 94.37 93.92 93.48 远洋捕捞量 Distant water capture 17.31 17.76 18.23 18.70 19.19 总捕捞量 Total fisheries capture 112.58 112.58 112.60 112.
25、62 112.67 通过上面的数据分析，得到的舟山市国内捕捞产量和远洋捕捞产量，预测的结果是国内捕捞产量稳中有降，这和舟山市近外海渔业资源的衰退有关系。远洋捕捞是呈现出一个稳中有升的趋势。总的捕捞量基本保持不变。 3.2.2 短时间序列（ 20032007） 从长期来看，舟山市远洋渔业产量是增加的趋势，但如果使用近期数据进行预测 ，结果就 会 有 所 不 同。 以 20032007 年 产 量 建立 GM （ 1， 1 ） 模 型。 得 到 的模 型 为6 0 9 4 8 7 7.2 7 58 1 5 8 8 7 7.2 5 8)1( 13- 0 . 0 7 4 6 1 0 9)1( kekx
26、 。该模型反映出了 20032007 年远洋捕捞减产的趋势，平均相对误差 =0.007222（图 4）。根据该模型对未来 5 年的海洋捕捞产量的预测结果如表 2 所示。预测值是一个略有下降的趋势，和长期的预测正好相反。 10 远洋渔业产量 D i s t a n t c a p t u r e05101520252003 2004 2005 2006 2007年份 Y e a r捕捞量Captur(104t)预测值 P r e d i c t e d实际值 A c t u a l图 4 2003-2007 年舟山市远洋捕捞产量实际值与预测值（ 104t） Fig. 4 Actual and p
27、redicted values of distant capture fisheries productions of Zhoushan city in 20032007 (104t) 表 2 基于 20032007年远洋渔业产量数据得到的舟山市 20082012年海洋捕捞产量的灰色预测（ 104t） Tab. 2 Grey prediction of marine capture fisheries productions of Zhoushan city in 20082012 based on the distant water capture data from 2003 to 200
28、7(104t) 年份 Year 2008 2009 2010 2011 2012 国内捕捞量 Domestic water capture 95.27 94.82 94.37 93.92 93.48 远洋捕捞量 Distant water capture 13.80627 12.81368 11.89244 11.03744 10.24391 总捕捞量 Total fisheries capture 109.0763 107.6337 106.2624 104.9574 103.7239 从图表中可以看到 5 年内的远洋的预测是一个下降的趋势，和长期的预测有一个明显的不一样，由于远洋渔业产量的
29、预测差异，使得舟山市海洋总捕捞产量呈现不同的趋势。长期来看，舟山市国内海洋捕捞产量和总捕捞产量总体趋势基本保持稳定。 2008 年和 2009 年舟山市国内捕捞产量预测值与舟山市统计部门报道值相比，差异小于 5%。长时间序列远洋捕捞产量数据对 2009 年和 2010 年产量预测出现较大差距。由于鱼发不好，远洋渔业不景气， 2009年产量大幅受挫， 产量 比 2008 年 下降 38.2%， 仅有 10.42 万吨，到了 2010 年虽有回升，也只有 12.18 万吨，远未达到 2008 年的水平。但是随着国家对舟山远洋捕捞的重视程度的增加，国内市场和国外市场对水厂的开放程度的提高，捕捞产量还是会得到进一步的提高。若使用20032007 的短时间序列，则基本上预测出产量的变化趋势。从上述的情况我们可以发现由于数据的不同造成的结果的不一样，出现的差异与灰色预测模型失败无关，建议应用 5 年的数据进行预测。这样会比较准确，以及可信。想要使得灰色理论的运用得以准确，特别需要重视前期的资料收集和准备工作。收集系统、完整和全面的预测资料对于预测结论的精 度具有重大的意义。收集的数据资料越多越详实就越能使的预测拟合值更接近真实值。在理论模型
