[發明專利]基于元胞自動機的干旱區自然綠洲空間動態模擬方法

有效

• 申請號: 202010084349.3
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111310322B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 黃峰;潘若云;楊麗娟;張清清
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06;G06N3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 湯金燕

1.一種基于元胞自動機的干旱區自然綠洲空間動態模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：

S10，獲取生態輸水后研究區的年平均地下水埋深序列、年內最大NDVI序列和年內最小NDVI序列；

S20，根據年內最大NDVI數據生成植被分布二值化圖，根據年內最小NDVI數據生成淹沒區二值化圖；所述植被分布二值化圖包括植被恢復的元胞和植被尚未恢復的元胞；所述年內最小NDVI數據包括季節性淹沒區和季節性非淹沒區；

S30，基于歷年的植被分布二值化圖統計生態輸水后的綠洲恢復面積，采用Sigmoid方程構建地下水承載力函數，以計算各個地下水埋深條件下研究區所能夠承載的最大綠洲面積，采用Verhulst方程構建綠洲面積動態函數，以模擬生態輸水驅動下地下水恢復過程中綠洲面積的動態變化；

S40，以元胞為中心設置鄰域，基于植被分布二值化圖統計鄰域植被率，基于淹沒區二值化圖統計鄰域淹沒率；所述鄰域植被率為相應鄰域內的植被柵格數目占鄰域柵格總數的比例；所述鄰域淹沒率為相應鄰域內的淹沒區柵格數目占鄰域柵格總數的比例；

S50，統計元胞NDVI對應的第一覆被轉換概率，鄰域植被率對應的第二覆被轉換概率，和鄰域淹沒率對應的第三覆被轉換概率；所述第一覆被轉換概率包括第一0至1轉換概率和第一1至0轉換概率；所述第二覆被轉換概率包括第二0至1轉換概率和第二1至0轉換概率；所述第三覆被轉換概率包括第三0至1轉換概率和第三1至0轉換概率；所述統計元胞NDVI對應的第一覆被轉換概率，鄰域植被率對應的第二覆被轉換概率，和鄰域淹沒率對應的第三覆被轉換概率包括：

對于元胞NDVI，基于研究區歷年的年內最大NDVI數據，統計元胞NDVI的實際發生值x_i-元胞NDVI(i＝1,...,I_元胞NDVI)；統計不同元胞NDVIx_i-元胞NDVI所對應的0→1事件次數c_{01-元胞NDVI}、0→0事件次數c_{00-元胞NDVI}、1→0事件次數c_{10-元胞NDVI}、1→1事件次數c_{11-元胞NDVI}；第一0至1轉換概率P_{01-元胞NDVI}為：P_{01-元胞NDVI}＝c_{01-元胞NDVI}/(c_{01-元胞NDVI}+c_{00-元胞NDVI})，第一1至0轉換概率P_{10-元胞NDVI}為：P_{10-元胞NDVI}＝c_{10-元胞NDVI}/(c_{10-元胞NDVI}+c_{11-元胞NDVI})；

對于鄰域植被率，基于研究區歷年植被分布二值化圖分析得到的鄰域植被率，統計鄰域植被率的實際發生值x_{i-鄰域植被率}(i＝1,...,I_{鄰域植被率})；統計不同鄰域植被率x_{i-鄰域植被率}所對應的0→1事件次數c_{01-鄰域植被率}、0→0事件次數c_{00-鄰域植被率}、1→0事件次數c_{10-鄰域植被率}、1→1事件次數c_{11-鄰域植被率}；第二0至1轉換概率為：P_{01-鄰域植被率}＝c_{01-鄰域植被率}/(c_{01-鄰域植被率}+c_{00-鄰域植被率})，第二1至0轉換概率為：P_{10-鄰域植被率}＝c_{10-鄰域植被率}/(c_{10-鄰域植被率}+c_{11-鄰域植被率})；

對于鄰域淹沒率，基于研究區歷年的淹沒區分布二值化圖分析得到的鄰域淹沒率，統計鄰域淹沒率的實際發生值x_{i-鄰域淹沒率}(i＝1,...,I_{鄰域淹沒率})；統計不同鄰域淹沒率x_{i-鄰域淹沒率}所對應的0→1事件次數c_{01-鄰域淹沒率}、0→0事件次數c_{00-鄰域淹沒率}、1→0事件次數c_{10-鄰域淹沒率}、1→1事件次數c_{11-鄰域淹沒率}；第三0至1轉換概率為：P_{01-鄰域淹沒率}＝c_{01-鄰域淹沒率}/(c_{01-鄰域淹沒率}+c_{00-鄰域淹沒率})，第三1至0轉換概率為：P_{10-鄰域淹沒率}＝c_{10-鄰域淹沒率}/(c_{10-鄰域淹沒率}+c_{11-鄰域淹沒率})；

S60，采用t時刻的元胞NDVI、鄰域植被率、鄰域淹沒率作為元胞自動機模型的輸入，對于t時刻覆被類型為0的元胞統計第一0至1轉換概率、第二0至1轉換概率和第三0至1轉換概率，對于t時刻覆被類型為1的元胞統計第一1至0轉換概率、第二1至0轉換概率和第三1至0轉換概率，根據歸一化后的第一0至1轉換概率、第二0至1轉換概率和第三0至1轉換概率計算0至1覆被轉換得分S₀₁，根據歸一化后的第一1至0轉換概率、第二1至0轉換概率和第三1至0轉換概率計算1至0覆被轉換得分S₁₀；

S80，在t時刻0至1覆被轉換得分S₀₁、1至0覆被轉換得分S₁₀、第一狀態轉換閾值S_01閾值、第二狀態轉換閾值S_10閾值的基礎上，生成t+1時刻的元胞狀態，得到t+1時刻植被分布二值化圖，作為模擬分析的結果。