淺議計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

淺議計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

摘要：提高病蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，對(duì)森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，對(duì)于我國(guó)林業(yè)發(fā)展起著重要作用。本文主要介紹了通過計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，通過馬爾科夫模型，實(shí)現(xiàn)了病蟲害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。提高病蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，對(duì)森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義。

Abstract:Improvingtheaccuracyandtimelinessofpestforecastisofgreatsignificancetotheprotectionofforestresourcesandecologicalenvironmentconstruction，andusingthecomputerinthepredictionofforestdiseasesandinsectpestsplaysanimportantroleinthedevelopmentofforestry.Thispaperdescribestheapplicationofcomputerintheforestpestforecast，throughtheMarkovmodel，achievestheforecastofpestsanddiseases.

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；馬爾科夫模型；預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

1背景介紹

森林病蟲害每年給我國(guó)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞更是難以估量。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的局限性，過去人們?cè)诳刂粕植∠x災(zāi)害的過程中，總存在著被動(dòng)抗災(zāi)的思想意識(shí)，往往在森林病蟲害暴發(fā)成災(zāi)后，再籌集巨額資金救災(zāi)。

森林病蟲害信息的及時(shí)獲取及準(zhǔn)確傳遞，提高病蟲預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，是各級(jí)林管部門科學(xué)決策、科學(xué)管理的基礎(chǔ)，對(duì)森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義，因此，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，應(yīng)用馬爾科夫模型對(duì)森林病蟲害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)病對(duì)于我國(guó)林業(yè)發(fā)展起著重要作用。

2計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.1用數(shù)據(jù)庫(kù)收集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)（Database）技術(shù)的發(fā)展，為信息的存儲(chǔ)、分類、查詢、傳遞等提供了保證。這些數(shù)據(jù)演繹著這個(gè)事物的變化過程，我們把這些數(shù)據(jù)，回歸成數(shù)學(xué)模型，來(lái)幫助我們分析解決實(shí)際中的問題。在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中，將實(shí)際收集的病蟲害數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，為實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)做好準(zhǔn)備工作。

2.2數(shù)據(jù)計(jì)算將收集到的森林病蟲害數(shù)據(jù)回歸成馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，原來(lái)非常復(fù)雜的計(jì)算過程，就可以在我們按幾下按鍵的情況下得出正確的結(jié)果，從而為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)起到參考的意義。

2.3計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)在實(shí)際病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)過程中，把積累的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，回歸成馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，把這個(gè)反映過程的數(shù)學(xué)模型編成軟件序，在以后的工程過程中，通過這個(gè)軟件預(yù)測(cè)這個(gè)工程過程的情況，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)森林病蟲害的目的。

2.4在工程過程中優(yōu)化控制將實(shí)際收集到的數(shù)據(jù)回歸，建立馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，編成計(jì)算機(jī)程序，輸入計(jì)算機(jī)，優(yōu)化了控制，最終實(shí)現(xiàn)便實(shí)現(xiàn)了森林病蟲害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

3馬爾可夫預(yù)測(cè)模型在森林病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

馬爾可夫（Markov）過程是研究事物的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的理論。它是通過對(duì)不同狀態(tài)的初始概率及其狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率的研究來(lái)確定狀態(tài)的變化趨勢(shì)，從而達(dá)到對(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)的目的。

馬爾可夫過程的特點(diǎn)是：過程在時(shí)刻ti到時(shí)刻tj（tj>ti）的時(shí)間段內(nèi)所處的各狀態(tài)已知時(shí)，而過程在t時(shí)刻（t>tj）所處的狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律只與時(shí)刻ti到時(shí)刻tj區(qū)間的狀態(tài)有關(guān)，而與時(shí)刻ti以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。這種特點(diǎn)也稱為狀態(tài)的無(wú)后效性。

當(dāng)馬爾可夫過程中的時(shí)間取離散點(diǎn)，狀態(tài)也取離散值時(shí)，稱馬兒可夫鏈。

馬爾可夫鏈預(yù)測(cè)病蟲害不需要考慮其它繁雜的外界因子，只需要連續(xù)多年的病蟲發(fā)生程度的歷史資料，將收集到的病蟲害數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，方法簡(jiǎn)單易行。對(duì)病蟲害的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)有著良好的效果。

3.1數(shù)據(jù)計(jì)算馬爾可夫鏈預(yù)測(cè)病蟲害發(fā)生程度的方法說(shuō)明如下：例如：屏邊苗族自治縣1984年至2007年24年間毒蛾的發(fā)生程度如表1所示。其中，級(jí)別為1表示常態(tài)，級(jí)別為2表示輕微，級(jí)別為3表示中度，級(jí)別為4表示重度?，F(xiàn)要預(yù)測(cè)2008年屏邊苗族自治縣毒蛾的發(fā)生程度。

設(shè)pij（m）表示毒蛾?duì)顟B(tài)等級(jí)經(jīng)過m次轉(zhuǎn)移，由級(jí)別i轉(zhuǎn)移到級(jí)別j的概率。則有：

pij（m）=nj（m）/mi

其中，mi為毒蛾發(fā)生等級(jí)為i的總次數(shù)，nj（m）為毒蛾發(fā)生等級(jí)值由i經(jīng)過m次轉(zhuǎn)移后的發(fā)生等級(jí)值為j的次數(shù)。在這里i取1、2、3、4，同樣j也取1、2、3、4。故在本例中轉(zhuǎn)移次數(shù)為m次的概率矩陣為：

P（m）=p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）

相距1年各級(jí)值間轉(zhuǎn)移次數(shù)如表2所示。

所以遷移概率矩陣：

P（1）==0.570.140.2900.40.20.20.200.3750.3750.250.2500.50.25

同理：

P（2）=0.430.140.290.140.20.40.20.20.250.1250.3750.250.250.250.50

P（3）=0.290.290.140.290.20.20.20.40.3750.1250.3750.1250.250.250.50

P（4）=0.290.290.43000.20.20.60.50.1250.37500.250.250.250.25

3.2預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)根據(jù)2008年的相鄰4個(gè)年份，2004年、2005年、2006年、2007年的毒蛾發(fā)生級(jí)別以及各自到2008年的轉(zhuǎn)移步數(shù)，再根據(jù)前面計(jì)算的遷移概率矩陣P（4）、P（3）、P（2）、P（1）。從而可得到屏邊苗族自治縣2008年毒蛾發(fā)生程度預(yù)測(cè)表，如表3所示。

根據(jù)表3，再轉(zhuǎn)移狀態(tài)概率合計(jì)欄中，以狀態(tài)“3”的概率最大，因此預(yù)測(cè)屏邊苗族自治縣2008年毒蛾發(fā)生級(jí)別為3級(jí)，即毒蛾發(fā)生程度為“中等”。而2008年屏邊苗族自治縣毒蛾實(shí)際發(fā)生情況也是“中等”程度。

3.3計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)將連續(xù)多年的病蟲發(fā)生程度的歷史資料，通過計(jì)算機(jī)處理，轉(zhuǎn)化為馬爾可夫模型，通過馬爾可夫模型預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)病蟲害發(fā)生、危害程度和發(fā)生范圍。

用馬爾可夫模型預(yù)測(cè)森林病蟲害不需要考慮其它繁雜的外界因子，只需要連續(xù)多年的森林病蟲發(fā)生程度的歷史資料，通過計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，方法簡(jiǎn)單易行。對(duì)森林病蟲害的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)有著較好的效果。利用該模型不僅可以預(yù)測(cè)某一地區(qū)的某種病蟲的發(fā)生危害程度預(yù)測(cè)，同時(shí)，還可以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)病蟲的發(fā)生范圍。對(duì)森林病蟲害的預(yù)防和控制有著積極的作用。

如圖1所示，該圖即是根據(jù)屏邊苗族自治縣毒蛾從1984-2007年共24年的發(fā)生程度來(lái)預(yù)測(cè)2008年的毒蛾發(fā)生程度，將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入到馬爾科夫模型中，計(jì)算出發(fā)生、危害程度以及發(fā)生范圍