[发明专利]一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法

权利要求书

1.一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，包括如下步骤：

S1：获取初始土地影像并进行预处理，对预处理后的影像监督分类得到分类后的影像，并得到初始土地利用数据；

S2：选取若干影响土地利用变化的驱动力因子，并在ArcGIS中进行掩膜提取、计算欧式距离等处理，组成驱动力数据；

S3：利用NSGA-II算法，将不同地类的栅格数量作为变量，将多种规划目标作为目标函数及约束条件，得到一组Pareto最优解，根据目标偏好选择最优的数量组合；

S4：根据历年土地利用数据利用马尔科夫模型及趋势分析得到自然发展条件下的土地利用数量作对照；

S5：将不同目标偏好对应的地类栅格数量组合以及驱动力数据作为FLUS模型的输入数据，并进行相应的参数设置，得到不同发展目标下的土地利用空间分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，其特征在于，所述步骤S1中，对土地影像进行监督分类并得到初始土地利用数据，即将其分为建设用地、耕地、林地、水域、草地和未利用地6大类，并统计各地类的空间栅格数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，其特征在于，所述步骤S2中，影响土地利用变化的驱动力因子包括自然因素、区位因素、社会经济因素：

其中，所述自然因素包括高程因子、坡度因子、土壤质地因子；所述区位因素包括与道路的距离因子、与公园的距离因子、与市中心的距离因子、与学校的距离因子；所述社会经济因素包括政府规划因子和区域生产总值因子。

4.根据权利要求1所述的一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，其特征在于，所述步骤S2中，在ArcGIS中计算欧式距离即利用空间欧式距离公式计算空间栅格到驱动力因子的距离，计算公式为：

其中，(x₀，y₀)表示驱动力因子的坐标，(x_n，y_n)表示空间栅格的坐标，Dis表示欧式距离。

5.根据权利要求1所述的一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，其特征在于，所述步骤S2中，驱动力因子数据要进行归一化处理，确保量纲的统一性，归一化处理公式为：

其中，x_max与x_min分别为该驱动力因子数据的最大值和最小值。

6.根据权利要求1所述的一种基于非支配排序遗传算法和FLUS模型的多目标土地利用模拟系统与方法，其特征在于，所述步骤S3中，NSGA-II算法由遗传算法改进而来，其本质在于先将优化问题的一组潜在解集作为初始化种群，每个解对应一条染色体，根据染色体之间的支配与非支配关系将种群分为若干等级，然后计算同一等级中个体的拥挤距离，根据适应度值选择染色体两两配对，并根据精英策略，同时从父代和子代中选择最优的个体作为下一次的父代，最后经过一定概率的交叉和变异产生子代。算法不断重复上述过程，设定终止循环条件，求得最优结果。

将NSGA-II算法用于土地利用数量结构优化中，即将各地类面积的不同组合作为染色体，根据目标函数值确定各条染色体之间支配与被支配的关系，经过分级、计算拥挤距离后，根据Pareto等级从高到低选取个体，保留父代与子代中优秀个体不断迭代，最终得到一组多目标函数的Pareto最优解集。