基于PSO优化算法的海洋渔业收入评估模型获奖科研报告

基于PSO优化算法的海洋渔业收入评估模型获奖科研报告摘

要：长期以来，渔业一直是挪威，英格兰、加拿大等沿海城市经济的重要组成部分。到2050年，大量海洋生物将从热带水域迁徙到更冷的水域，以平均每10年40到45公里的速度向极地地区移动。如果海洋温度继续上升，将导致一些处于耐温边缘的生物将从当地水域消失。为了评估鱼类的跨领海迁徙活动对渔国的经济收入的影响，本文将从与邻国合作和不与邻国合作两个角度，结合粒子群优化算法，对鱼类跨越本国领海后的影响进行分析和比较。

关键词：全球变暖;海洋渔业;海洋生态系统

1.引言

由于全球变暖以及鱼类生长活动的影响，洄游鱼类会随着水温的升高跨越本国领海以及专属经济区[1]。说明在全球变暖这一背景的影响下，该国渔业公司可在本国领海内捕获的鱼量逐年递减。1982年通过的《联合国海洋法公约》适应了国际社会对海洋的需求，采取分区域措施保护世界海洋渔业资源[2]。当一部分鱼类跨越海洋边界时，相关的沿海国家可任意开展渔业捕捞合作活动，目的是利用跨越海洋边界的共享性海洋渔业资源种群以及管理该海域生态系统的多样性和整体性[3]。

2.模型的建立与求解

为了评估鱼类的跨领海迁徙活动对渔国的经济收入的影响，本文将从与邻国合作和不与邻国合作两个角度，结合粒子群优化算法，對鱼类跨越本国领海后的影响进行分析和比较。

2.1不与相邻渔国合作

若该国不选择与相邻渔国开展合作，则该国鱼类的减少量会影响其收益，并且破坏其渔业生态系统。设为该国渔业生态系统损失函数，为该国减少数量的鱼的成本，为最初的数量，为游向他国领海的鱼量。

则该国的最小损失成本：

最优化条件为：

说明此时减少的鱼的捕获量损失的成本等于为避免该国渔业生态系统退化造成的损失成本。

全球变暖导致游向他国领海的鱼量不断增加，而与具有正相关性，必定会打破其最优化条件。得出结论：如果相邻两国不采取一系列渔业合作的活动，则会引发北大西洋渔场的鱼类资源分配不合理，该国渔民的收入将大幅度减少，导致私自跨海捕鱼的现象发生，容易在周边国家引起冲突。

2.2与相邻渔国合作

若该国选择与相邻渔国开展合作，其收益则由鱼量、劳动力、捕捞工具、捕捞技术等因素综合影响。能否被分配到公平的收益是其面对的主要问题。

假设有3家渔业公司进行渔业合作，3家公司各拥有自己的渔船、捕鱼设备、劳动力，净收益为捕鱼所得利润减去进行捕鱼活动的各方面损耗（单位万英镑）。单独经营渔场的年净收益分别为;两两合作捕鱼的年净收益分别为;三家公司一起合作的年净收益为。将3家渔业公司模拟为一个粒子群，三家公司分别为三个粒子，每个公司根据其他公司的各项情况，给每个公司一个合适的收入分配值。公司对公司提出的收入分配值为。

因此，该粒子群提出的初始收入分配方案矩阵，记为：

其中，矩阵的第行表示所有公司对公司提出的收入分配值。

本文设粒子群算法的适应度函数包含两部分，一部分为：所有渔业公司提出收入分配方案后，公司的分配收入数据的标准差，记作：;另一部分为：公司的最大被分配收入值与最小分配收入值之间的差值，记作。

因此，粒子群的适应度函数可表示为：

通过研究可以知道，粒子的适应度随着粒子迭代不断收敛，在迭代50次左右以后趋于平稳。得出结论：在按照各渔业公司初始的协商规则不断迭代的过程中，可以达到所有成员提出的分配方案一致的状态，并且在迭代过程中始终保持有效性和个体理性。即受洄游鱼类资源跨区域游动影响较大的国家，可以通过与相邻渔国渔业公司建立合作关系，获取更有保障的收益，减小鱼类活动对其造成的直接损失。

3.结论

当一部分鱼类进入他国领海，该国渔业经济必然会有一定的损失。如果不选择与他国进行渔业合作，则其经济损失将直接并且长期受鱼类的减少量的影响，大幅度的捕获剩余的鱼类会破坏海洋的生态系统。久而久之容易引发北大西洋渔场的鱼类资源分配不合理，私自跨海捕捞则会在周边国家引起冲突。

如果选择与他国进行渔业合作，则其收益受本国鱼量，劳动力、捕捞工具，捕捞技术等因素综合影响，可以减小鱼类活动造成的损失。根据上述粒子群算法，得出存在符合所有合作