基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的耕地規(guī)劃模擬研究

葉 丹，郜魯濤，麻之潤(rùn)，彭 琳*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 大數(shù)據(jù)學(xué)院(信息工程學(xué)院)，云南 昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 云南省高校農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650201)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

選擇昆明市尋甸回族彝族自治縣為研究區(qū)域，該地位于東經(jīng)102°41′～103°33′，北緯25°20′～26°01′，地形復(fù)雜地貌多變，屬于低緯度高原季風(fēng)氣候，年均溫14～15.2 ℃，年均降水量為1045 mm，全縣土地總面積3598 km2，東西長(zhǎng)約80 km，南北長(zhǎng)60 km。全縣發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品以及生態(tài)旅游業(yè)，是一個(gè)農(nóng)業(yè)大縣。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自尋甸縣基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，2010和2015年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，全縣土壤數(shù)據(jù)及2008-2016年尋甸縣統(tǒng)計(jì)年鑒和《尋甸回族彝族自治縣土地利用總體規(guī)劃(2010-2020年)》。

1.3 研究方法

1.3.1 元胞自動(dòng)機(jī)模型原理 元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata)是一種時(shí)間、空間、狀態(tài)都離散的模型，具有強(qiáng)大的空間建模和計(jì)算能力，能夠模擬具有時(shí)空特征的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[15]，每個(gè)變量狀態(tài)有限，而且狀態(tài)改變的規(guī)則在時(shí)間和空間上均為局部特征。以下是CA模型表達(dá)式：

S(t+1)=f(S(t)，N)

(1)

式中，S為元胞有限、離散的狀態(tài)集合；t、t+1為不同時(shí)刻，N為元胞的鄰域；f為局部空間的元胞轉(zhuǎn)化規(guī)則。

1.3.2 元胞轉(zhuǎn)換規(guī)則 由表達(dá)式(1)可以看出，元胞轉(zhuǎn)換規(guī)則f是元胞自動(dòng)機(jī)模型的算法核心[16]。采用常用的元胞轉(zhuǎn)換策略-最大概率選擇策略，作為元胞轉(zhuǎn)換策略。優(yōu)先轉(zhuǎn)換概率最大的元胞，直到達(dá)到最初設(shè)定的目標(biāo)值。

(2)

式中，SP表示元胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換為耕地的綜合概率；P、NP、C分別表示土地適宜性概率、土地空間發(fā)展限制性、土地未來發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；state為元胞狀態(tài)；plowland為耕地；CV為耕地規(guī)劃模擬中耕地的規(guī)模指標(biāo)；……