基于COCA的海岸帶鹽沼植被動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、基于COCA的海岸帶鹽沼植被動(dòng)態(tài)擴(kuò)散模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用【摘要】：鹽沼植被是灘涂濕地的重要組成部分，其動(dòng)態(tài)變化直接影響 著濕地的生態(tài)服務(wù)功能和價(jià)值。定量掌握各種鹽沼植被分布信息、 認(rèn) 識鹽沼植被動(dòng)態(tài)擴(kuò)散規(guī)律并在此基礎(chǔ)上建立擴(kuò)散模型，不僅對灘涂濕 地的研究具有重要的理論意義，而且對海岸帶生物多樣性保護(hù)和資源 與環(huán)境的科學(xué)管理具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。 本論文首先分析了元胞自動(dòng) 機(jī)的基本特點(diǎn)和應(yīng)用局限性，立足于所研究區(qū)域鹽沼植被的特點(diǎn)，結(jié)合 遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺以及隨機(jī)理論模型等，將灘涂植被生境信息諸如高程信息、離水體的最近距離作為優(yōu)化條件，融入遺傳算法、隨機(jī)模型等數(shù)學(xué)模型，使傳統(tǒng)的元胞與影

2、像像素、元 胞鄰居與柵格圖像的鄰域、元胞擴(kuò)展原則與灘涂植被擴(kuò)散規(guī)律等逐一 結(jié)合,設(shè)計(jì)了基于均勻擴(kuò)散規(guī)則、條件優(yōu)化的均勻擴(kuò)散規(guī)則、基于概 率論和蒙特卡羅轉(zhuǎn)換規(guī)則、基于概率論和域值的轉(zhuǎn)換規(guī)則、 條件優(yōu)化 的概率論轉(zhuǎn)換規(guī)則、以及基于遺傳算法的轉(zhuǎn)換規(guī)則等多種模型規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了大尺度上的動(dòng)態(tài)模型一一條件優(yōu)化的元胞自動(dòng)機(jī)模型 (COCA)。作者選用受人為干擾少的九段沙自然保護(hù)區(qū)的中沙和下沙 新生濕地生態(tài)系統(tǒng)為研究區(qū)域和對象，分別以相同試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同的轉(zhuǎn) 換模型以及不同的試驗(yàn)數(shù)據(jù)同一轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用逐點(diǎn)評價(jià)法 和整體評價(jià)法對模擬結(jié)果做精度分析。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置下，基于隨機(jī)論的轉(zhuǎn)換規(guī)則模擬精度相對

3、較高。由于野外條件數(shù)據(jù)不 足，遺傳算法的轉(zhuǎn)換規(guī)則并沒有理想的模擬結(jié)果。隨后 ，論文對模擬和預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了生態(tài)學(xué)分析，指出九段沙中沙植被分布格局基本穩(wěn)定, 但是下沙上的互花米草仍有更大的擴(kuò)散空間。最后作者對模型的完善提出了新的設(shè)想，旨在為相關(guān)研究提供借鑒和參考。【關(guān)鍵詞】：COCA 模型鹽沼植被動(dòng)態(tài)模型計(jì)算機(jī)模擬與預(yù)測【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2008【分類號】：Q948【目錄】：管玉娟博士學(xué)位論文答辯委員會成員名單5-6摘要6-7ABSTRACT7-11 第 1 章緒論 11-171.1 研究背景 11-151.1.1 鹽沼植 被動(dòng)態(tài)研究概況11-121

4、.1.2濕地景觀動(dòng)態(tài)模型研究概況12-131.1.3元 胞自動(dòng)機(jī)研究綜述 13-141.1.4元胞自動(dòng)機(jī)在景觀模擬方面的應(yīng)用14-151.2本文的研究目標(biāo)和研究意義15-161.3擬解決的關(guān)鍵問題和可 能的創(chuàng)新點(diǎn)16-171.3.1擬解決的關(guān)鍵問題161.3.2本項(xiàng)研究的創(chuàng)新點(diǎn)16-17第2章CA概述17-242.1標(biāo)準(zhǔn)元胞自動(dòng)機(jī)17-212.1.1元胞自動(dòng) 機(jī)(CA)的概念172.1.2元胞自動(dòng)機(jī)的構(gòu)成和基本特征 17-202.1.3標(biāo)準(zhǔn) 元胞在地學(xué)方面的局限性20-212.2地理元胞自動(dòng)機(jī) (Geo-CA)21-242.2.1地理元胞自動(dòng)機(jī)概念的提出 21-222.2.2地理元胞 在地學(xué)模

5、型的方面應(yīng)用 22-24第3章條件優(yōu)化的元胞自動(dòng)機(jī)模型yiT論女第表站贏24-303.1概念的引出24-253.2COCA模型要素的定義 25-273.3COCA 模型結(jié)構(gòu)273.4COCA數(shù)據(jù)流27-283.5本章小結(jié)28-30第4章COCA 模型規(guī)則的確定30-524.1確定模型規(guī)則的理論方法30-324.1.1隨機(jī)理 論30-314.1.2遺傳算法31-324.2COCA模型規(guī)則的設(shè)計(jì)思想 32-334.3COCA元胞轉(zhuǎn)換規(guī)則的描述33-354.4鹽沼植被動(dòng)態(tài)模型中的 元胞擴(kuò)散規(guī)則35-504.4.1均勻擴(kuò)散規(guī)則35-374.4.2條件優(yōu)化的均勻擴(kuò) 散規(guī)則37-404.4.3基于概率論的

6、轉(zhuǎn)換規(guī)則40-454.4.4條件優(yōu)化的概率 論轉(zhuǎn)換規(guī)則45-464.4.5基于遺傳算法的轉(zhuǎn)換規(guī)則 46-504.5本章小結(jié) 50-52第5章COCA模型評價(jià)52-565.1模型評價(jià)的意義52-535.2數(shù)據(jù) 源誤差535.3COCA模型規(guī)則的不確定性53-545.4模擬效果評價(jià)的方 法54-555.4.1改進(jìn)的逐點(diǎn)對比法 545.4.2整體對比法54-555.5本章小 結(jié)55-56第6章COCA軟件系統(tǒng)56-596.1系統(tǒng)功能56-586.1.1圖像數(shù) 據(jù)輸入、輸出566.1.2模型初始參數(shù)的設(shè)定56-576.1.3優(yōu)化因素層的 輸入576.1.4模型運(yùn)行57-586.2系統(tǒng)界面58-59第7章COCA在九段 沙植被動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用59-747.1實(shí)驗(yàn)區(qū)域及對象59-637.1.1九段沙 概況59-617.1.2九段沙植物群落的空間分布及面積61-627.1.3灘涂植被的演替特征627.1.4鹽沼植被生長擴(kuò)散特點(diǎn)62-637.2實(shí)驗(yàn)初始影像 數(shù)據(jù)的選擇與預(yù)處理63-647.2.1遙感衛(wèi)星影像的選擇637.2.2預(yù)處理 63-647.3控制 因素信 息的獲取64-677.4COCA模型模擬 與預(yù)測 67-727.4.1模型參數(shù)的確定