防护林体系格局动态变化预测方法.pdf

1、10申请公布号CN102323993A43申请公布日20120118CN102323993ACN102323993A21申请号201110282256222申请日20110921G06F19/0020110171申请人北京林业大学地址100083北京市海淀区清华东路35号72发明人余新晓陈丽华贾国栋李轶涛吴海龙牛健植樊登星信忠保邓文平74专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司11002代理人王莹54发明名称防护林体系格局动态变化预测方法57摘要本发明公开了一种防护林体系格局动态变化预测方法，涉及土地利用变化预测技术领域。该方法包括步骤S1基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型；S2根据

2、所述马尔可夫模型以及T时刻各土地利用类型面积，计算TN时刻各土地利用类型面积。本发明的方法能够合理的预测防护林体系格局动态变化。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页CN102324005A1/1页21一种防护林体系格局动态变化预测方法，其特征在于，该方法包括步骤S1基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型；S2根据所述马尔可夫模型以及T时刻各土地利用类型面积，计算TN时刻各土地利用类型面积。2如权利要求1所述的防护林体系格局动态变化预测方法，其特征在于，在步骤S1中，基于马尔可夫过程理论构建马尔可夫模型为根据各土地利用现状，获得不同

3、林地类型之间转化的转移概率矩阵以及除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵。3如权利要求2所述的防护林体系格局动态变化预测方法，其特征在于，所述转移概率矩阵P为其中，PIJ为土地利用类型I转化为土地利用类型J的概率，PIJ0为在0时刻的一步转移概率。4如权利要求3所述的防护林体系格局动态变化预测方法，其特征在于，步骤S2中计算TN时刻各土地利用类型面积SN的公式为SNS0P，其中，S0为T时刻各土地利用类型面积。5如权利要求1所述的防护林体系格局动态变化预测方法，其特征在于，步骤S2后还包括步骤S3计算所得TN时刻各土地利用类型面积的相对误差绝对值。6如权利要求5所述的防护林体系格局动

4、态变化预测方法，其特征在于，所述相对误差绝对值APE的计算公式为其中，S为预测的土地利用类型面积值，S为实际的土地利用类型面积值。权利要求书CN102323993ACN102324005A1/4页3防护林体系格局动态变化预测方法技术领域0001本发明涉及土地利用变化预测技术领域，尤其涉及一种防护林体系格局动态变化预测方法。背景技术0002土地利用的数量变化、年度变化和区域差异等土地利用变化分析反映了研究区域土地利用变化总的趋势和数量变化特点。这种变化基于时间特征，并不反映土地利用变化的内在过程。只有对区域不同土地利用类型间相互转化进行定量化研究，才能更为深入和准确的认识区域土地利用的动态演变过

5、程。对于防护林体系格局动态变化的转移分析来说，其实质就是在区域土地总面积保持不变的前提下，研究不同林地类型之间相互转化和除林地外其他土地利用类型向林地转化的动态变化，进而揭示区域防护林体系格局的动态变化。0003防护林作为我国生态建设的分支，其重要性日益凸显。尤其是华北地区防护林体系在保障区域生态环境方面发挥着重要作用，担负着涵养水源、保持水土的任务。但受自然、人为等多种因素的影响，防护林存在结构不合理、防护功能差等问题，导致土壤侵蚀严重，水库淤积、水质污染和水资源不足等生态问题的出现。因此，加强以调节水源、防治土壤侵蚀和改善水质3大目标为主的华北土石山区防护林建设已成为关系该地区人民生活水平

6、提高、经济发展和生态环境改善的首要问题。其中，如何发挥防护林水源涵养功能也成为重要课题，而研究防护林的空间格局变化是其基础工作。对防护林体系格局动态变化进行预测，对未来其结构最可能的发展趋势进行评估与判定，有助于提前对人类活动影响下的防护林体系格局变化做出预测，应对防护林结构将发生的变化提前做出调整，更好的发挥防护林的功效，指导防护林体系建设，以期为该区域森林资源可持续利用和生态环境保护与建设提供决策支持，土地利用的变化导致防护林体系格局发生变化，对其进行分析，是流域尺度土地利用变化的基本前提。0004现有的预测防护林体系格局动态变化的方法通常通过经验确定，或根据现状来进行定性的确定。这样的方

7、法经验性较强，难以合理的预测未来防护林体系格局动态变化。发明内容0005一要解决的技术问题0006本发明要解决的技术问题是如何提供一种合理预测未来防护林体系格局动态变化的防护林体系格局动态变化预测方法。0007二技术方案0008为解决上述问题，本发明提供了一种防护林体系格局动态变化预测方法，该方法包括步骤0009S1基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型；0010S2根据所述马尔可夫模型以及T时刻各土地利用类型面积，计算TN时刻各土地说明书CN102323993ACN102324005A2/4页4利用类型面积。0011优选地，在步骤S1中，基于马尔可夫过程理论构建马尔可夫模型为根据各土地

8、利用现状，获得不同林地类型之间转化的转移概率矩阵以及除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵。0012优选地，所述转移概率矩阵P为00130014其中，PIJ为土地利用类型I转化为土地利用类型J的概率，PIJ0为在0时刻的一步转移概率。0015优选地，步骤S2中计算TN时刻各土地利用类型面积SN的公式为SNS0P，其中，S0为T时刻各土地利用类型面积。0016优选地，步骤S2后还包括步骤0017S3计算所得TN时刻各土地利用类型面积的相对误差绝对值。0018优选地，所述相对误差绝对值APE的计算公式为00190020其中，S为预测的土地利用类型面积值，S为实际的土地利用类型面积值。00

9、21三有益效果0022本发明的防护林体系格局动态变化预测方法，由于根据T时刻各土地利用类型面积，以及利用马尔可夫预测模型推测出在TN时刻的不同林地类型之间转化的转移概率矩阵和除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵，并根据公式SNS0PN预测出未来T时刻各土地利用类型面积，能够合理的预测防护林体系格局动态变化，有助于提对防护林结构将发生的变化提前做出调整，更好的发挥防护林的功效，指导防护林体系建设，以期为该区域森林资源可持续利用和生态环境保护与建设提供决策支持。附图说明0023图1为依照本发明一种实施方式的防护林体系格局动态变化预测方法流程图。具体实施方式0024本发明提出的防护林体系

10、格局动态变化预测方法，结合附图及实施例详细说明如下。0025如图1所示，依照本发明一种实施方式的防护林体系格局动态变化预测方法包括步骤0026S1基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型。0027基于马尔可夫过程理论是一种常用于具有无后效性特征地理事件的预测，是预测土地利用数量变化较好的方法。0028具体地，该步骤为根据土地利用现状，获得不同林地类型之间转化的转移概率矩说明书CN102323993ACN102324005A3/4页5阵以及除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵。0029其中的土地利用现状数据可通过现有的资料获得，转移概率矩阵的获得可利用软件ARCGIS92中的OV

11、ERLAY模块进行叠加进行。0030S2根据步骤S1得到的马尔可夫模型以及T时刻各土地利用类型面积，预测TN时刻各土地利用类型面积。0031步骤S2中的转移概率矩阵P为00320033其中，PIJ为土地利用类型I转化为土地利用类型J的概率，PIJ0为在0时刻的一步转移概率。0034步骤S2中预测TN时刻各土地利用类型面积SN的公式为SNS0P，其中，S0为T时刻各土地利用类型面积，单位HM2。0035另外，步骤S2后还包括步骤0036S3计算所得TN时刻各土地利用类型面积的相对误差绝对值。相对误差绝对值APE的计算公式为0037单位为，其中，S为预测的土地利用类型面积值，S为实际的土地利用类型

12、面积值。0038实施例0039本事实例以某水库流域土地利用格局动态变化的预测为例。0040用该水库流域土地由2000年到2005年阔叶林转变为阔叶林未变、针叶林、灌木林、混交林、其他土地、水域和农田的面积分别去除2000年总阔叶林面积，经过计算2000年阔叶林变为其它七种土地利用包括阔叶林的转移概率分别为6548579，2156249，541515，644492，092741，016362，000062，其转移概率之和为100。以此类推，计算得出2000年至2005年半城子水库流域土地利用转移概率矩阵为00410042以上是一个七行七列的矩阵，行表示2000年某种土地利用类型转变为七大类土地利

13、用类型的概率。根据公式SNS0P，以2000年土地利用为初始状态，则S0|15867422451669158194000663069871034|，0043预测2005年土地利用状态为S1S0P，0044经计算2005年阔叶林、针叶林、灌木林、混交林、其他土地、水域和农田的面积和说明书CN102323993ACN102324005A4/4页62005年的实际面积如下表1所示0045表12005年半城子水库流域土地利用预测表00460047从表中可以看出采用该方法预测2005年该水库流域土地利用状况与2005年的实际值基本吻合，相对误差除农田较大外，其余都很小，合理以及较好的预测了区域防护林体系格局动态变化。0048以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。说明书CN102323993ACN102324005A1/1页7图1说明书附图CN102323993A