[發明專利]一種基于外部生態功能定位的“三生”空間優化方法

有效

• 申請號: 201910366300.4
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110069885B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 陳田田;王強;彭立;劉春紅
• 申請（專利權）人: 重慶師范大學;中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06Q50/26
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種基于外部生態功能定位的“三生”空間優化方法，其特征在于，主要包括以下兩個步驟：

(1)“三生”空間數量結構模擬；

“三生”空間數量結構按照國家重點生態功能區要求以生態系統服務價值最大為目標而構建，通過灰色線性規劃模型求得；

(2)“三生”空間格局配置；

多層神經網絡和元胞自動機結合構建了MLP-CA模型；所述的模型包含兩大模塊，分別是訓練模塊和模擬模塊；

在訓練模塊中利用訓練數據自動獲取內部轉換規則，同時疊加上外部轉換規則，然后再將這些轉換規則輸入到模擬模塊中，完成“三生”空間模擬運算過程；

所述的(2)“三生”空間格局配置，具體包括以下過程：

通過訓練模塊完成兩個任務，一是對多層神經網絡進行訓練，以確定多層神經網絡結構，二是以“三生”空間分布圖和影響因子為輸入層，根據訓練好的網絡獲取內部轉換規則，輸出各類空間可能發生的概率；

在獲取了內部轉換規則后，根據重點生態功能區實際情況，設定了外部轉換規則；

外部規則設置完成后，在模擬模塊中實現“三生”空間配置；

所述的外部轉換規則，包括以下六部分：“三生”空間數量約束、絕對限制區域、生態敏感性約束、鄰域影響力、空間轉移成本和自適應慣性系數；

(a)“三生”空間數量約束

“三生”空間數量表明了國土空間發展方向，不同時間節點，各空間類型面積之和相等，且等于國土空間總面積；用函數形式表示為：

Area＝f(農業生產空間，工礦業生產空間，...) (1)

在“三生”空間模擬過程中，數量約束部分起著總體控制作用，也就是說在一定時間內元胞轉換數量和方向是確定的，不能違背此約束條件；“三生”空間數量從某一時期“三生”空間分布圖中獲取；

(b)絕對限制區域

絕對限制部分是對“三生”空間轉換起約束作用的區域；該數據是二值數據，只允許數據0和1這兩個數值存在，數值0表示為絕對限制空間，即該區域不允許空間類型發生轉化；1表示非絕對限制性空間，即允許發生空間轉化；

(c)生態敏感性約束

生態敏感性在一定程度上反映了該元胞能否與其它元胞之間進行轉移，其公式表示為：

其中，為t時刻第i行j列元胞的生態敏感性，x₁至x_n分別表示n個影響因子，α₁至α_n分別為n類因素的權重，通過層次分析法獲得，然后通過加權求合法算出元胞的生態敏感性；

同時，在計算出元胞的生態敏感性后，規定前80％生態敏感性較小的區域作為可以進行空間轉換的區域，后20％生態敏感性較大的區域當作不可以進行轉換的區域；可以轉換的區域設定為1，不能轉換的區域設定為0；

(d)鄰域影響力

采用3×3摩爾鄰域作為移動窗口，將鄰域影響力定義為：

式中，為元胞在t-1時刻受鄰域影響的程度，con()是一個條件函數，當鄰域窗口內的非中心元胞與中心元胞一致時，其值為1，否則為0；表示3*3窗口內在t-1時刻是空間類型j的數量；w_j表示空間類型j的鄰域權重；值越大，表示中心元胞的擴張能力越強；

(e)空間轉移成本

空間轉移主要是用于研究不同空間類型之間的轉化關系；該成本是一個二值型，當某類空間類型轉化為其它空間類型的成本較高，那就用1表示，當某類空間類型轉化為其它空間類型的成本較低，那就用0表示；

(f)自適應慣性系數

自適應慣性系數主要是用來判斷當某空間類型的發展趨勢與實際需求存在較大差距時，即在下一次迭代中調整該空間類型的發展趨勢，從而實現動態增加該空間類型的數量自適應慣性系數的公式為：

式中，指的是時刻t時空間類型j的慣性系數；指的是t-1和t-2時刻第j類空間的像元數與需求數的差值；

然后，將訓練模塊自動生成的空間可能發生概率以及外部的鄰域影響力、空間轉換成本和慣性系數相結合，構建綜合轉換概率指數；其公式如下：

式中，指的是時刻t元胞i由原始空間類型向類型j轉移的綜合概率；P_ij指的是元胞i上空間類型j可能發生的概率；指的是時刻t元胞i上空間類型j的鄰域影響力；指的是時刻t空間類型j的慣性系數；sc_c→j指的是由原始空間類型c向目標類型j轉移的轉移成本。