[发明专利]一种生态空间集约利用优化方法及系统有效

专利信息
申请号: 202110633616.2 申请日: 2021-06-07
公开(公告)号: CN113361774B 公开(公告)日: 2022-06-03
发明(设计)人: 欧定华;秦景;高雪松;夏建国;周伟;吴能君;李媛茜;邓欧平;刘涛 申请(专利权)人: 四川农业大学
主分类号: G06Q10/04 分类号: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/16;G06Q50/26
代理公司: 成都行之专利代理事务所(普通合伙) 51220 代理人: 伍旭伟
地址: 625000 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 生态 空间 集约 利用 优化 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种生态空间集约利用优化方法,其特征在于,该方法包括:

S1:根据多年生态系统服务功能综合值及其变化特征,动态获取生态空间;所述生态系统服务功能类型包括初级产品生产、气体调节、气候调节、环境净化、水文调节、土壤保持、生物多样性、美学景观功能;

S2:根据各单项生态系统服务功能值,识别生态空间主导生态系统服务功能;模拟基期年至目标年生态空间主导生态系统服务功能格局,进行主导生态系统服务功能演变分析;

S3:采用LP-Markov-CA复合模型,进行目标年主导生态系统服务功能数量结构和空间布局耦合优化,实现生态空间主导生态系统服务功能的集约利用优化;进而指导国土空间集约利用优化配置;

步骤S3具体包括以下子步骤:

S31,将元胞C定义为主导生态系统服务功能分布图的栅格,其大小为栅格图分辨率;

S32,将元胞空间L定义为生态空间E;

S33,将元胞状态S定义为初级产品生产、气体调节、气候调节、环境净化、水文调节、水土保持、生物多样性维持、美学景观8种生态系统服务功能,各功能依次编码为1,2,3,4,5,6,7,8,则S={1,2,3,4,5,6,7,8};

S34,确定元胞领域,采用标准5×5邻近滤波器;

S35,计算元胞转换面积矩阵;

S36,制作元胞转换适宜性图集,将n种经标准化处理的基期年生态空间单项生态系统服务功能值分布栅格图,按主导功能类型编码顺序组合成适宜性图集,作为元胞空间转化规则;

S37,将调整后的基期年主导生态系统服务功能分布图作为元胞空间初始状态,将步骤S35确定的元胞转换面积矩阵和步骤S36生成的元胞转换适宜性图集分别作为元胞数量和空间转换规则,利用Markov-CA模型即可模拟得到目标年生态空间集约利用优化布局;

步骤S35计算元胞转换面积矩阵的具体步骤为:

S351:进行目标年生态空间主导生态系统服务功能数量结构优化;

以初级产品生产、气体调节、气候调节、环境净化、水文调节、土壤保持、生物多样性、美学景观8类主导生态系统服务功能面积为决策变量,以主导生态系统服务功能面积条件为约束,以在有限生态空间实现最大生态系统服务功能效用为目标,建立线性规划模型,对目标年生态空间范围内不同主导生态系统服务功能面积进行优化;模型表达式为:

式中:f(a)为模型优化目标函数,表示生态空间各主导生态系统服务功能总值;υtj表示t年主导生态系统服务功能j单位面积功能值;aj表示j类主导生态系统服务功能面积;aE表示生态空间E总面积;atj表示t年主导生态系统服务功能j的面积;j,n分别表示生态空间主导生态系统服务功能类型编号和类型数,其中j=1,2,3,4,5,6,7,8,n=8;t,T分别表示时间断面编号和时间断面数;

S352:进行基期年至目标年生态空间主导生态系统服务功能转移概率矩阵预测;

利用Markov模型计算得到逐时段(0,1,2,…,t,…,T-1)主导生态系统服务功能转移概率方阵(pij)n×n(i,j=1,2,…,n);假设转移概率pij是随时间t连续变化的函数pij(t),单位时间变化率r也是随时间t变化的函数rij(t),则得到描述转移概率变化规律的微分方程及其定解条件:

求解定解问题,得到:

式中:B为待定常数,初值为(pij)0

利用公式(8)分别计算基期年(第t年)至目标年逐时段主导生态系统服务功能转移概率在此基础上采用式(9)计算得到基期年至目标年逐时段转移概率矩阵

式中:表示t′时段第n类主导生态系统服务功能转移概率之和;Pt′=(pij)n×n,表示t′时段主导生态系统服务功能转移概率方阵;

最后采用式(10)计算确定基期年至目标年生态空间主导生态系统服务功能转移概率矩阵P;

S353:计算基期年至目标年生态空间主导生态系统服务功能转移面积矩阵;

设基期年、目标年主导生态系统服务功能优化面积矩阵分别为x=(xij)n×1、则基期年至目标年主导生态系统服务功能转移面积矩阵A=(aij)n×n为:

A=diag(x1,x2,…,xn)P (11)

式中:x1,x2,…,xn表示基期年主导生态系统服务功能优化面积矩阵x的元素,其计算公式为:

x=[PT]-lA*(|PT|≠0) (12);

步骤S37中将调整后的基期年主导生态系统服务功能分布图作为元胞空间初始状态,根据建立基期年主导生态系统服务功能优化面积、基期年至目标年主导生态系统服务功能转移概率矩阵与面积矩阵之间的非齐次线性方程组,求解基期年主导生态系统服务功能分布图作为元胞空间初始状态。

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