模糊聚类和模糊推理在评价海冰灾害中的应用

【摘要】： 与陆地相比,海洋的石油勘探与开发要复杂得多,而主要原因之一是海洋灾害。“南风北冰”是我国海洋灾害的主要形式。“北冰”主要指渤黄海的海冰灾害,其中,辽东湾北部是我国海冰灾害最严重的海域。 对于结构物来说,流冰总体的危害水平取决于结构物所在海域的各种尺寸及强度的冰盘分布。冰盘危害性主要是由冰盘能量及强度所决定的。那么,在一个典型的冰情年份,收集一典型海域的流冰数据,根据冰盘的若干特性指标进行聚类分析,将其分成具有不同危害程度的若干类别,并统计出各类的冰量,结果对于抗冰措施的设计具有重要的参考价值。因此,本文给出了如何根据结构物的形式及其所在海域的特点对流冰进行模糊分类的方法。 针对辽东湾北部流冰对斜坡式人工岛的危害问题,选择一典型海域,应用FCM算法将该海域在一重冰年的流冰按面积和厚度进行聚类分析,最终将所有冰盘分成15个不同危害程度的类别。一方面,形成了一个该海域流冰对斜坡人工岛危害水平的评价,另一方面也证明了FCM聚类算法可以应用于流冰分类,方法可行。 在结构物前,海冰堆积发生与否以及堆积的危害程度与海冰的总量、冰盘厚度、冰盘漂移速度、风的速度和方向、结构物防护墙高度等诸多因素相关。针对冰盘个体来说,能否越过结构物的防护墙对设备造成危害是由冰盘的尺寸、厚度及速度等因素决定的。因流冰自身的变化、流冰场的复杂性以及流冰对结构物的不同危害机制,很难建立一个精确的数学模型来描述该过程。但却可以对观测及实验资料进行分析,并参考危害过程中的基本力学原理,构造合适的模糊推理规则来评价冰盘个体的危害程度。在本文中,就如何根据结构物的形式及所在海域的特点建立一个合适的模糊推理系统评价冰盘对结构物的危害程度,给出了具体的实施步骤。 根据斜坡人工岛形式及其所在海域的气象水文特点,结合观测及实验中的现象、结论,构造了若干模糊推理规则,建立了一个根据冰盘直径、厚度及速度评价其对斜坡人工岛危害程度的模糊推理系统。此外,应用在近岸人工岛产生的现象对其进行了检验,效果较好。因此,该推理系统对冬季海上石油生产的防灾工作具有参考价值。同时也说明了应用模糊推理解决类似问题方法可行。