基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的森林健康分等評價(jià)
——以江西上饒林業(yè)局為例

□陶 敏

(江西省上饒市廣豐區(qū)林業(yè)局 江西 上饒 334600)

SOM神經(jīng)系統(tǒng)是一種自組織特征的映射網(wǎng)絡(luò)，也是一種由全連接的神經(jīng)元陣列組成的無教師、自組織，自學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠在不同區(qū)域內(nèi)發(fā)揮不同神經(jīng)元的不同分工作用，從而形成不同的反射區(qū)，實(shí)現(xiàn)對輸入模型的不同響應(yīng)。該神經(jīng)系統(tǒng)具有自組織特征，能夠減少人為因素對建模帶來的不精確的影響，還具有強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，能夠大大減少工作人員的編程工作，使健康分等評價(jià)具有更大的準(zhǔn)確性。采用SOM神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行森林健康分等評價(jià)，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)森林健康保護(hù)提供有效的渠道參考。

1 基于SOM神經(jīng)系統(tǒng)的森林健康評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

要實(shí)現(xiàn)對林業(yè)局中的森林健康分等評價(jià)，需要進(jìn)行森林中各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的選用。第一是要求進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)的篩選，森林健康評價(jià)指標(biāo)要求由森林資源系統(tǒng)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)和外部影響因子共同組成。建立森林健康評價(jià)指標(biāo)首先是確定指標(biāo)選擇的原則，指標(biāo)體系要求能夠?qū)ι值恼麄€(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全方位的描述，能夠反映森林生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及影響因素，同時(shí)選用的指標(biāo)需要定性和定量相結(jié)合，要求以定量指標(biāo)為主[1]。第二是對所采用的各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，以提高評價(jià)系統(tǒng)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

2 SOM神經(jīng)系統(tǒng)下的森林健康分等評價(jià)網(wǎng)絡(luò)模式構(gòu)建

SOM神經(jīng)系統(tǒng)是由處理單元、學(xué)習(xí)規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成。指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理主要發(fā)生在處理單元。該系統(tǒng)通過模擬生物的神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入、輸出路徑管理。輸入系統(tǒng)模擬腦神經(jīng)元的樹突功能起到信息傳遞的作用，輸出端主要是模擬神經(jīng)元的軸突功能，實(shí)現(xiàn)對信息處理結(jié)果的外輸[2]。在森林健康分等評價(jià)網(wǎng)絡(luò)模式中，主要發(fā)揮功能作用的是輸入端和輸出端。根據(jù)林業(yè)局不同森林健康分等需求，實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)元個(gè)數(shù)（即各個(gè)向量指標(biāo)）的限定。在系統(tǒng)中每個(gè)輸出層和輸入層內(nèi)部節(jié)點(diǎn)沒有相連關(guān)系。分析好SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后，展開森林健康評價(jià)分等網(wǎng)絡(luò)模式的構(gòu)建，要求按照以下步驟展開：①分等因子數(shù)據(jù)預(yù)處理。森林健康評價(jià)主要受到生態(tài)結(jié)構(gòu)、植物種類，地被植物和人為活動的干擾和影響。首先要對這些因素指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，常用的處理方式有平均數(shù)方差法和最大最小法，達(dá)到預(yù)期要求后，方可進(jìn)入下一個(gè)步驟；②SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，通過一種高緯可視化和聚類的無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，通過模擬人腦處理信號的方式進(jìn)行智能網(wǎng)絡(luò)處理，要實(shí)現(xiàn)SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，就必須先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，實(shí)現(xiàn)輸入層和輸出層之間權(quán)值的初始值，其次向輸入層輸入向量；然后計(jì)算出輸入向量和權(quán)值向量之間的區(qū)域大小，最后實(shí)現(xiàn)權(quán)值的學(xué)習(xí)，權(quán)值是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。③進(jìn)行輸入評價(jià)等級的劃分。根據(jù)林業(yè)局的管理發(fā)展現(xiàn)狀，將SOM神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的森林資源按照不健康、亞健康、較健康、健康和優(yōu)質(zhì)健康劃分為5個(gè)等級。

3 森林健康經(jīng)營的趨勢

江西上饒林業(yè)局森林健康分等評價(jià)的最終目的是明確各個(gè)區(qū)域植被發(fā)展情況的等級劃分，并且對其采取有效措施。

當(dāng)前林分結(jié)構(gòu)不合理是造成森林健康不理想的重要因素，其影響著森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得森林生態(tài)系統(tǒng)缺少多樣性。優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)首先要求能夠?qū)崿F(xiàn)封山育林，展開生物的保護(hù)。如加強(qiáng)對幼齡林的保護(hù)撫育，加快低效林的改造，發(fā)揮森林對生態(tài)多樣性的最優(yōu)化作用。

4 結(jié)束語

展開森林健康分等評價(jià)的主要目的在于能夠在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，采取健康經(jīng)營措施。當(dāng)前，使用SOM神經(jīng)系統(tǒng)的林業(yè)局首先要確定評價(jià)指標(biāo)因子，進(jìn)入神經(jīng)系統(tǒng)，完成系統(tǒng)所需的神經(jīng)元個(gè)數(shù)，然后根據(jù)系統(tǒng)中的算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，結(jié)束訓(xùn)練后轉(zhuǎn)入人工狀態(tài)，再次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)輸入以及網(wǎng)絡(luò)仿真輸出，最終得出森林健康分等評價(jià)指標(biāo)情況。針對輸出的各類數(shù)據(jù)指標(biāo)差異，采用生態(tài)優(yōu)先原則、可持續(xù)發(fā)展原則、整體協(xié)調(diào)原則以及自然經(jīng)營的原則實(shí)現(xiàn)對森林健康發(fā)展的經(jīng)營。