[发明专利]一种基于外部生态功能定位的“三生”空间优化方法

权利要求书

1.一种基于外部生态功能定位的“三生”空间优化方法，其特征在于，主要包括以下两个步骤：

(1)“三生”空间数量结构模拟；

“三生”空间数量结构按照国家重点生态功能区要求以生态系统服务价值最大为目标而构建，通过灰色线性规划模型求得；

(2)“三生”空间格局配置；

多层神经网络和元胞自动机结合构建了MLP-CA模型；所述的模型包含两大模块，分别是训练模块和模拟模块；

在训练模块中利用训练数据自动获取内部转换规则，同时叠加上外部转换规则，然后再将这些转换规则输入到模拟模块中，完成“三生”空间模拟运算过程；

所述的(2)“三生”空间格局配置，具体包括以下过程：

通过训练模块完成两个任务，一是对多层神经网络进行训练，以确定多层神经网络结构，二是以“三生”空间分布图和影响因子为输入层，根据训练好的网络获取内部转换规则，输出各类空间可能发生的概率；

在获取了内部转换规则后，根据重点生态功能区实际情况，设定了外部转换规则；

外部规则设置完成后，在模拟模块中实现“三生”空间配置；

所述的外部转换规则，包括以下六部分：“三生”空间数量约束、绝对限制区域、生态敏感性约束、邻域影响力、空间转移成本和自适应惯性系数；

(a)“三生”空间数量约束

“三生”空间数量表明了国土空间发展方向，不同时间节点，各空间类型面积之和相等，且等于国土空间总面积；用函数形式表示为：

Area＝f(农业生产空间，工矿业生产空间，...) (1)

在“三生”空间模拟过程中，数量约束部分起着总体控制作用，也就是说在一定时间内元胞转换数量和方向是确定的，不能违背此约束条件；“三生”空间数量从某一时期“三生”空间分布图中获取；

(b)绝对限制区域

绝对限制部分是对“三生”空间转换起约束作用的区域；该数据是二值数据，只允许数据0和1这两个数值存在，数值0表示为绝对限制空间，即该区域不允许空间类型发生转化；1表示非绝对限制性空间，即允许发生空间转化；

(c)生态敏感性约束

生态敏感性在一定程度上反映了该元胞能否与其它元胞之间进行转移，其公式表示为：

其中，为t时刻第i行j列元胞的生态敏感性，x₁至x_n分别表示n个影响因子，α₁至α_n分别为n类因素的权重，通过层次分析法获得，然后通过加权求合法算出元胞的生态敏感性；

同时，在计算出元胞的生态敏感性后，规定前80％生态敏感性较小的区域作为可以进行空间转换的区域，后20％生态敏感性较大的区域当作不可以进行转换的区域；可以转换的区域设定为1，不能转换的区域设定为0；

(d)邻域影响力

采用3×3摩尔邻域作为移动窗口，将邻域影响力定义为：

式中，为元胞在t-1时刻受邻域影响的程度，con()是一个条件函数，当邻域窗口内的非中心元胞与中心元胞一致时，其值为1，否则为0；表示3*3窗口内在t-1时刻是空间类型j的数量；w_j表示空间类型j的邻域权重；值越大，表示中心元胞的扩张能力越强；

(e)空间转移成本

空间转移主要是用于研究不同空间类型之间的转化关系；该成本是一个二值型，当某类空间类型转化为其它空间类型的成本较高，那就用1表示，当某类空间类型转化为其它空间类型的成本较低，那就用0表示；

(f)自适应惯性系数

自适应惯性系数主要是用来判断当某空间类型的发展趋势与实际需求存在较大差距时，即在下一次迭代中调整该空间类型的发展趋势，从而实现动态增加该空间类型的数量自适应惯性系数的公式为：

式中，指的是时刻t时空间类型j的惯性系数；指的是t-1和t-2时刻第j类空间的像元数与需求数的差值；

然后，将训练模块自动生成的空间可能发生概率以及外部的邻域影响力、空间转换成本和惯性系数相结合，构建综合转换概率指数；其公式如下：

式中，指的是时刻t元胞i由原始空间类型向类型j转移的综合概率；P_ij指的是元胞i上空间类型j可能发生的概率；指的是时刻t元胞i上空间类型j的邻域影响力；指的是时刻t空间类型j的惯性系数；sc_c→j指的是由原始空间类型c向目标类型j转移的转移成本。