[發明專利]一種小流域土地利用結構優化方法及系統

在審

• 申請號: 202010866299.4
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112149872A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張水鋒
• 申請（專利權）人: 南京森林警察學院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種小流域土地利用結構優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立小流域土地優化多目標函數

步驟1.1，建立生態環境影響評價函數

通過下式采用加權平均值來計算單個環境要素的得分：

其中：i：涉及的生態環境影響評價要素編號；

p_i：生態環境影響評價要素i的得分，

k：所選關鍵出口位置編號，1≤k≤N_k，

p_i,kmax：所選關鍵出口位置k處的生態環境影響評價要素i的輸出，

p^*_i,kmax：所選關鍵出口位置k處的生態環境影響評價要素i在流域過程模擬中出現的最大輸出，

ω_i,k：生態環境影響評價要素i在所選關鍵出口位置k處的權重值，

整體生態環境影響評價函數得分根據公式(2)中要素輸出的加權平均值計算：

其中：0f_p≤1是環境評分，

Β_i為加權因子，

步驟1.2，建立經濟收益評價函數

使用式(3)從基準情景計算農業生產成本/效益和BMPs實施/維護成本：

其中：f_b為流域當前土地利用情景的基準經濟收益，萬元；

f：土地編號，f＝1,2,3,…,N_f，N_f為編號最大值；

x,y：土地利用類型選項編號，x,y＝1,2,3,…,X，X為該編號最大值；

A_f:地塊f的面積；

B_x：土地利用類型x的生產收益；

Y_x：土地利用類型x的實際作物產量；

MC_x：土地利用類型x的總運營成本；

流域土地利用結構變化后，采用式(4)基于一組二元變量計算經濟分值f_e：

其中，二元變量的變化表示地塊f中土地利用是否從類型x變成y，且僅能變換選擇一種類型，因此，需要滿足V_f,x,y∈{0,1}，x≠y,在上式中，只考慮非零V_f,x,y，如下式(5)所示：

上式規定任何土地最多只能由一種土地用途從x型變為y型，V_f,x,y＝1；或沒有土地利用改變，V_f,x,y＝0；

步驟1.3，建立多目標函數

通過式(6)構造組合目標函數：

Max F＝(1-f_p)exp[S_e(f_e-f_b)] (6)

式中：S_e為衡量成本約束強度的常數；

步驟2，采用多重翻轉方法求解小流域土地優化多目標函數，具體包括如下子步驟：

步驟2-1，確定上述組合目標函數需要用到的各項參數；

步驟2-2，將所有土地變更變量V_f,x,y設置為0，初始化禁忌列表；計算組合目標函數，得到基線場景的目標函數值F⁰；設定最佳目標函數值F^b＝F⁰；

步驟2-3，隨機選擇一些地塊，翻轉V_f,x,y到1；求目標函數值F^s，如果F^s優于F^o，則保持V_f,x,y的值，設F^b＝F^s，更新禁忌列表；否則，重復此步驟，直到找到比F^o更好的F^s；

步驟2-4，選擇一些不在禁忌表中的非零V_f,x,y，將其值改回零，得到目標函數值F^d；對一定次數的迭代重復此過程，并記錄對F^b的損害最小的F^d；設置F^b＝F^d，使用對應的V_f,x,y更新禁忌列表；

步驟2-5，選擇一些不在禁忌列表中的V_f,x,y，將其值翻轉為1，得到目標函數值F^c；如果F^c優于F^b，則設置F^b＝F^c，并使用對應的V_f,x,y更新禁忌列表；對一定次數的迭代重復此過程；

步驟2-6，如果滿足停止條件，則終止程序并報告解決方案；否則，回到步驟2-4。