扎龍濕地時(shí)空格局演變的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型研究.pdf

1、濕地時(shí)空格局的動(dòng)態(tài)演變模擬有利于監(jiān)測(cè)和分析濕地格局的變化，可以形象地輔助管理濕地資源。目前，濕地格局變化的研究多為景觀(guān)指數(shù)計(jì)算分析，較少反映格局的時(shí)空特性，不能檢測(cè)具體位置的變化過(guò)程，因此難以實(shí)施更具針對(duì)性的管理措施。而模擬濕地時(shí)空格局的動(dòng)態(tài)演變恰好可以彌補(bǔ)景觀(guān)指數(shù)分析的不足。本文針對(duì)濕地格局變化以及已有時(shí)空數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、粗集理論等多種智能方法，構(gòu)建細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，來(lái)模擬濕地時(shí)空格局演變。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：

2、 (1)因?yàn)榧?xì)胞自動(dòng)機(jī)具有時(shí)空特性，能夠模擬復(fù)雜系統(tǒng)的演化過(guò)程，所以本文以細(xì)胞自動(dòng)機(jī)為框架，構(gòu)建了濕地時(shí)空格局演變模型。集成多種智能方法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微觀(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化和獲取宏觀(guān)調(diào)節(jié)規(guī)則。本文將相同狀態(tài)細(xì)胞的質(zhì)心位置移動(dòng)作為一種宏觀(guān)調(diào)節(jié)規(guī)則，引導(dǎo)細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)化的方向，彌補(bǔ)了已有的宏觀(guān)規(guī)則只是限制備個(gè)狀態(tài)的細(xì)胞數(shù)量的不足。為了有效驗(yàn)證所提模型結(jié)果，本文提出綜合性比較方法，不僅考慮到像素點(diǎn)的相似性，還考慮了斑塊形狀、排列對(duì)格局的影響。 (

3、2)針對(duì)濕地時(shí)空格局變化的復(fù)雜性和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的模糊性、多尺度的特點(diǎn)，構(gòu)建基于樣本分布特性的Takagi-Sugeno模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的微觀(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化。該T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于樣本的分布特性，自動(dòng)確定變量語(yǔ)言值的隸屬度函數(shù)，合理劃分模糊空間。根據(jù)所確定的隸屬度函數(shù)，模糊化聚類(lèi)中心來(lái)確定初始規(guī)則，并通過(guò)聚合方法得到帶有重要度的最終規(guī)則集。基于所得規(guī)則集的前件，連接模糊化層和推理層，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明該網(wǎng)絡(luò)比已有T-S模糊神經(jīng)

4、網(wǎng)絡(luò)具有更高的模擬精度和更好的泛化能力。 (3)針對(duì)濕地社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料缺乏以及難以建立公式獲取數(shù)值宏觀(guān)規(guī)則的問(wèn)題，構(gòu)建粗集-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)約簡(jiǎn)和模擬規(guī)則集獲取語(yǔ)言值表達(dá)的宏觀(guān)規(guī)則，來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)中微觀(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化可能性的大小。為了提高粗集所得規(guī)則的泛化能力，本文提出用參數(shù)表示隸屬度函數(shù)的方法，將每個(gè)規(guī)則的前、后件語(yǔ)言值作為輸入、輸出數(shù)據(jù)，采用三層前向網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)規(guī)則集。與常用的隸屬度函數(shù)向量表示法、區(qū)間表示法相比，這種方法使得網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)

5、練速度更快，對(duì)待識(shí)樣本的推理結(jié)果更準(zhǔn)確。 (4)模擬和預(yù)測(cè)扎龍濕地時(shí)空格局演變。首先對(duì)扎龍濕地1986年-2002年的格局進(jìn)行指數(shù)分析，挖掘促使其格局變化的驅(qū)動(dòng)因子。其次以1986年-1999年已有的扎龍濕地格局為基礎(chǔ)，利用濕地時(shí)空格局演變模型預(yù)測(cè)2000年-2002年的格局變化。同時(shí)修正模擬城鎮(zhèn)擴(kuò)展的兩種細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型，也用來(lái)預(yù)測(cè)扎龍濕地的時(shí)空格局演變。結(jié)果表明，本文所提模型比修正模型更精確地預(yù)測(cè)出扎龍濕地的格局演變，平均預(yù)測(cè)