金宇鋒， 張 健

(上海海洋大學(xué) 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;

國(guó)家遠(yuǎn)洋工程技術(shù)研究中心;農(nóng)業(yè)部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，上海 201306)

0 引言

漁具的選擇性是指漁具在作業(yè)過(guò)程中只能捕獲特定種類(lèi)或者具有特定生物特征捕撈對(duì)象的特性，它是漁具設(shè)計(jì)和漁業(yè)管理的重要依據(jù)。在拖網(wǎng)漁具選擇性研究中，早期對(duì)于比較試驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法因缺乏嚴(yán)謹(jǐn)統(tǒng)計(jì)模型而被質(zhì)疑［1-2］，而SELECT模型的建立和提出解決了這一難題，并被廣泛運(yùn)用于各類(lèi)漁具的選擇性研究中［3-4］。SELECT模型作為廣義線性模型，在具體的漁具選擇性分析中有多種實(shí)現(xiàn)手段，除了使用SAS、Splus等統(tǒng)計(jì)分析軟件的線性函數(shù)［5-6］、或者使用Fortran或者R語(yǔ)言編寫(xiě)的處理程序包以外［7-8］，還有使用專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)的軟件，例如Constat的拖網(wǎng)漁具選擇性分析軟件CC2000［9-12］以及Herrmann等開(kāi)發(fā)的分析軟件SELNET［13-14］。此外，基于表格處理軟件Excel的“規(guī)劃求解”(SOLVER Add-in)功能實(shí)現(xiàn)模型解析的方法自運(yùn)用于拖網(wǎng)選擇性分析以來(lái)也得到了廣泛的運(yùn)用［15-18］，在科研和教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，要充分利用這一方法實(shí)現(xiàn)拖網(wǎng)等漁具的選擇性分析不僅需要對(duì)SELECT模型的充分認(rèn)識(shí)，還需要具備一定的Excel函數(shù)知識(shí)。本文根據(jù)對(duì)SELECT模型的解析，結(jié)合Excel內(nèi)置的VBA(Visual Basic for Application)程序語(yǔ)言，開(kāi)展模型在拖網(wǎng)等過(guò)濾性漁具選擇性分析中的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的研究和探討，為今后開(kāi)展?jié)O具選擇性研究或教學(xué)提供參考。

1 模型簡(jiǎn)介

1.1 SELECT 模型原理

SELECT 模型［3，19］從捕撈對(duì)象的分布特點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為在漁具選擇性研究中，特定漁具i(研究對(duì)象)所捕獲的捕撈對(duì)象的數(shù)量Ci服從一個(gè)多項(xiàng):

Ci～Multi(∑C;Φ1，…，Φi，…，ΦI)

式中:Φi為單元概率，表示一尾被捕獲的個(gè)體被i漁具捕獲的的期望概率，即Pi為i漁具的相對(duì)作業(yè)強(qiáng)度;Sij為i漁具的選擇率;θ為模型參數(shù)，即包含選擇性參數(shù)，也包括相對(duì)作業(yè)強(qiáng)度。

1.2 SELECT模型在拖網(wǎng)選擇性分析中的解析

在拖網(wǎng)選擇性試驗(yàn)中，若使用比較試驗(yàn)法，對(duì)比對(duì)照網(wǎng)和試驗(yàn)網(wǎng)的漁獲進(jìn)行分析，SELECT模型轉(zhuǎn)化為二項(xiàng)分布，即

式中:C1、C2分別為試驗(yàn)網(wǎng)和對(duì)照網(wǎng)捕獲的漁獲數(shù)量;單元概率為試驗(yàn)網(wǎng)的相對(duì)作業(yè)強(qiáng)度。

若使用套網(wǎng)法開(kāi)展選擇性試驗(yàn)，則C1、C2分別為網(wǎng)囊和套網(wǎng)中的漁獲數(shù)量，且Φ=S。

1.3 SELECT模型在拖網(wǎng)選擇性分析中實(shí)現(xiàn)的方法

在拖網(wǎng)選擇性分析中，通常使用極大似然估計(jì)法估算模型參數(shù)，似然函數(shù)為

對(duì)于選擇性曲線，除了Logistic曲線以外，考慮到特定情況下曲線的非對(duì)稱(chēng)性，還可選擇Richards曲線(通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)可驗(yàn)證是否可以簡(jiǎn)化為L(zhǎng)ogistic曲線)。在對(duì)比試驗(yàn)法下，既可將相對(duì)作業(yè)強(qiáng)度假設(shè)為P=1/2(稱(chēng)為等分模型)、也可將相對(duì)作業(yè)強(qiáng)度作為參數(shù)進(jìn)行估算以此比較捕撈對(duì)象對(duì)實(shí)驗(yàn)漁具和對(duì)照漁具的行為差異(稱(chēng)為估計(jì)分隔模型)［19］，當(dāng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)和對(duì)照網(wǎng)捕撈努力量(例如作業(yè)時(shí)間或者漁具數(shù)量)不同時(shí)，也可直接給定P(定義為固定分隔模型)［20］。那么，在拖網(wǎng)選擇性分析中，SELECT模型的拖網(wǎng)選擇性分析中的實(shí)現(xiàn)可歸納為8種模型，表1中分別用1～8來(lái)表示，模型簡(jiǎn)化可歸納為7類(lèi)，分別為表中的11-17。

表1 拖網(wǎng)選擇性分析中SELECT模型實(shí)現(xiàn)方法和簡(jiǎn)化方法

2 拖網(wǎng)選擇性分析的Excel VBA自動(dòng)實(shí)現(xiàn)

2.1 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)流程圖

在不同的拖網(wǎng)選擇性分析模型和模型簡(jiǎn)化，建立如圖1所示的主程序流程圖。

2.2 交互界面

2.2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)交互界面

圖1 主程序流程圖

圖2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)錄入和曲線選擇交互界面

實(shí)驗(yàn)參數(shù)錄入和曲線選擇交互界面如圖2所示。除可設(shè)置網(wǎng)次數(shù)量、選擇試驗(yàn)方法、選擇性曲線以外，為了后續(xù)可以開(kāi)展網(wǎng)次間差異的分析，同時(shí)設(shè)置了試驗(yàn)參數(shù)(既包括定性，也包含定量參數(shù))。通過(guò)不同的設(shè)置方法和參數(shù)選擇，向主程序傳遞參數(shù)。

2.2.2 選擇性分析參數(shù)選擇交互界面

選擇性分析中的模型簡(jiǎn)化、初始值設(shè)定、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算選擇交互界面如圖3所示。其中，嵌套模型(Nested Model)功能是通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)以對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，包括對(duì)選擇性曲線和對(duì)估算分隔模型的簡(jiǎn)化判斷(具體簡(jiǎn)化的方法見(jiàn)表1)。

2.3 選擇性分析程序和調(diào)用

圖3 選擇性分析參數(shù)選擇交互界面

從功能上程序可分為2類(lèi)，其中選擇率、單元概率和似然值計(jì)算、模型選擇和曲線簡(jiǎn)化以及使用“規(guī)劃求解”功能求解模型參數(shù)為主程序，其他部分包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算、圖表顯示等為輔助程序。模型實(shí)現(xiàn)的完 整 程 序 可 從http://hyxy.shou.edu.cn/keylab/admin/UploadFiles/2013581059115.rar處下載并查看。

程序采用了RibbonX代碼的方式，在功能區(qū)制作了調(diào)用控件以實(shí)現(xiàn)程序調(diào)用。而主程序則采用加載宏的方式調(diào)用，當(dāng)然直接程序打開(kāi)亦可使用。

3 實(shí)例分析

分別選用文獻(xiàn)Fryer(1991)中套網(wǎng)法拖網(wǎng)選擇性試驗(yàn)數(shù)據(jù)［21］(僅以第1種漁具的第2網(wǎng)次數(shù)據(jù))和文獻(xiàn)Millar(1992)中對(duì)比試驗(yàn)拖網(wǎng)選擇性試驗(yàn)數(shù)據(jù)［3］為例，使用上述代碼(結(jié)合相應(yīng)的輔助代碼)，選擇不同分析模型并選擇模型簡(jiǎn)化，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，所得結(jié)果如表2所示。

對(duì)比原文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的模型下，擬合結(jié)果是完全一致的。不僅如此，在程序中，我們內(nèi)置了不同模型的比較和模型簡(jiǎn)化的方法，根據(jù)優(yōu)劣性指標(biāo)選擇合適的模型，例如在表2中，根據(jù)套網(wǎng)法的擬合和簡(jiǎn)化結(jié)果，可使用 Logistic曲線代替Richards曲線以?xún)?yōu)化模型(P＞0.05);而在對(duì)比試驗(yàn)法中，使用等分模型的假設(shè)不能被接受(P＜0.01)，但可接受Logistic代替Richards曲線的假設(shè)(P＞0.05)。

4 討論

目前SELECT模型在拖網(wǎng)漁具選擇性分析可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，但是無(wú)論是使用大型統(tǒng)計(jì)軟件的相關(guān)模塊、還是使用專(zhuān)門(mén)的選擇性分析軟件，除了需要具備一定的軟件(或語(yǔ)言)基礎(chǔ)外，商業(yè)軟件本身價(jià)格不菲。通過(guò)使用VBA實(shí)現(xiàn)SELECT模型在漁具選擇性分析雖然受到Excel平臺(tái)和VBA語(yǔ)言自身?xiàng)l件限制，例如無(wú)法定義單元格的數(shù)據(jù)類(lèi)型、在浮點(diǎn)計(jì)算、矩陣計(jì)算等方面的先天不足、代碼執(zhí)行效率低和計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)等，但是在漁具選擇性分析中，因?yàn)橛?jì)算量不大，這些缺點(diǎn)并不突出。此外，使用VBA實(shí)現(xiàn)的方法與其它幾種實(shí)現(xiàn)方法相比，仍存在一些優(yōu)勢(shì):

表2 不同試驗(yàn)方法下模型擬合和簡(jiǎn)化結(jié)果

(1)繼承Excel平臺(tái)和VBA語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，例如無(wú)需運(yùn)行庫(kù)，無(wú)需配置環(huán)境參數(shù)，僅依靠Excel平臺(tái)而忽略操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式;可調(diào)用Excel內(nèi)置的函數(shù);Excel自帶的打印、文件處理、格式化或者文本編輯功能，且VBA支持調(diào)用Windows底層API;VBA與VB(VisalBasci)代碼格式一致，可調(diào)用一切基于VB的函數(shù)等;Excel的加載項(xiàng)“規(guī)劃求解”功能強(qiáng)大，除可設(shè)置迭代算法以外，還可設(shè)置精度等條件;此外，可對(duì)Excel自帶的圖表格式進(jìn)行修改以滿(mǎn)足不同的需求;Excel自帶的宏錄制功能，不僅方便處理一些不熟悉的實(shí)現(xiàn)步驟，也便于對(duì)程序代碼的理解;這些都為今后的繼續(xù)開(kāi)展?jié)O具選擇性分析的VBA自動(dòng)實(shí)現(xiàn)提供了便利。

(2)Excel軟件普及度較高，通用性強(qiáng)，而且其中“規(guī)劃求解”功能也屬于免費(fèi)加載項(xiàng);此外，多數(shù)情況下前期的漁獲數(shù)據(jù)處理會(huì)使用Excel軟件，因此前后期數(shù)據(jù)銜接較好，便于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和分類(lèi)保存，數(shù)據(jù)格式比較統(tǒng)一;

(3)因?yàn)樾枰褂谩耙?guī)劃求解”功能求模型參數(shù)，因此在SELECT模型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，使用了單元格公式編輯(.formula或者.formulaR1C1語(yǔ)法)的方法，而不是直接計(jì)算單元格的值，這一方法不僅有助于了解模型實(shí)現(xiàn)的步驟進(jìn)而掌握模型，而且有助于利用Excel自帶的查錯(cuò)功能迅速定位代碼中的邏輯錯(cuò)誤或者計(jì)算過(guò)程中的數(shù)值錯(cuò)誤，一方面可方便對(duì)模型的修改或者完善補(bǔ)充;另一方面也有助于在教學(xué)中的理解和應(yīng)用。

表1基本涵蓋了拖網(wǎng)等過(guò)濾性漁具選擇性分析中對(duì)套網(wǎng)法和對(duì)比試驗(yàn)法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基本模型，但在此次SELECT模型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，仍對(duì)部分模型和試驗(yàn)條件進(jìn)行了限制。例如，雖然過(guò)濾性漁具的選擇性曲線模型有多種，但是從目前多數(shù)研究來(lái)看，基本使用Logistic和Richards曲線，因此在此次VBA實(shí)現(xiàn)中僅考慮了這2個(gè)曲線模型;考慮到分析結(jié)果與后續(xù)使用混合影響模型進(jìn)行網(wǎng)次間差異分析的相互銜接，限定了定性的試驗(yàn)漁具種類(lèi)不超過(guò)3種，定量的試驗(yàn)參數(shù)不超過(guò)4種(實(shí)際中這些限定條件能滿(mǎn)足絕大部分分析要求)。除了對(duì)模型和試驗(yàn)條件限制以外也應(yīng)該看到，模型的實(shí)現(xiàn)的主要流程也可被應(yīng)用于其它漁具、其它試驗(yàn)方法或者其它選擇性模型，張健等就利用了類(lèi)似的實(shí)現(xiàn)手段對(duì)分隔裝置的分隔性能進(jìn)行了分析［22］，因此利用Excel完成實(shí)現(xiàn)模型這一思路具有較為廣泛的擴(kuò)展性。

在模型的擬合中也應(yīng)注意，“規(guī)劃求解”加載項(xiàng)功能雖然強(qiáng)大，但其對(duì)初始值的選取比較敏感，當(dāng)始值選取不合理的時(shí)候，迭代過(guò)程會(huì)出現(xiàn)不收斂的情況，進(jìn)而無(wú)法得出合理的試驗(yàn)結(jié)果，特別是在使用Richards曲線作為選擇性曲線(存在指數(shù)計(jì)算)的時(shí)候。因此在進(jìn)行自動(dòng)化求解選擇性參數(shù)之前，須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者制作漁獲分布圖對(duì)漁獲數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析判斷出選擇性參數(shù)的大致范圍，并可在選擇性分析參數(shù)選擇交互界面(見(jiàn)圖3)中預(yù)先設(shè)定。

過(guò)濾性漁具作業(yè)效率較高，因此會(huì)出現(xiàn)對(duì)捕獲的漁獲進(jìn)行取樣的情況。此次模型實(shí)現(xiàn)中，根據(jù)有關(guān)的理論［23］也將這一因素考慮到模型之中，因此模型的適用性得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。

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