基于多智能体的植被空间格局动态模拟

论文摘要

随着区域人口增长和经济发展,森林植被景观的破坏和损耗已经成为具有全球规模影响力的关键性环境问题。植被空间格局演变作为景观研究的一部分,涉及了生态、地质、环境、气候、人文社会等诸多方面,是资源环境复杂系统的一种。由于地理信息系统与遥感等空间信息技术的不断发展,被越来越多地应用于景观生态学的研究中,为数量化景观格局动态模拟带来极大方便。而多智能体系统理论与方法作为一种新兴的技术领域,提供了解决复杂问题的分而治之的方法,能够解决单个Agent所不能解决的规模庞大、结构复杂的问题。将GIS、RS与多智能体技术结合用于植被空间格局的动态模拟是景观格局动态模拟研究的迫切需要。面对国内尚无多智能体建模仿真平台这一现实情况,选用美国西北大学的Uri Wilensky等开发的跨平台多元素可编程的多智能体建模仿真软件——NetLogo实现基于多智能体的植被空间格局动态模拟模型。通过本文研究,得出了以下的主要研究成果:(1)针对植被空间格局演变这一复杂系统,分析和总结其复杂特征,探讨研究此类问题的基本方法,并在此基础上构建了一个基于多智能体系统的用于植被空间格局动态模拟的模型框架。(2)研究学习了多智能体建模仿真平台——NetLogo的功能和特点以及其建模思想、构架和方法,掌握其关键的建模语言,实现了地理信息系统与NeLogo的无缝耦合,利用GIS数据建立多智能体模型是两个学科新的交叉点。(3)采用NetLogo建模平台面向对象的设计和编程方法,建立了不同智能体作用下的植被空间格局变化模型,并选取北京市鹫峰国家森林公园1999年5月29日Landsat TM5遥感影像、DEM等作为基础数据,实现了基于多智能体的植被空间格局变化过程的实时计算和可视化,为植被空间格局动态变化的探索提供了一个新思路、新方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 相关领域研究概述
• 1.2.1 景观生态学的发展现状
• 1.2.2 景观格局动态模拟国内外研究进展
• 1.2.3 景观格局动态模拟模型现状
• 1.2.4 多智能体用于植被空间格局模拟的优势
• 1.2.5 多智能体建模仿真的发展
• 1.2.6 基于多智能体的建模仿真平台的研究现状
• 1.2.7 基于多智能体的植被空间格局模拟展望
• 1.3 项目来源与经费支持
• 1.4 论文的组织结构
• 2 研究内容及研究方案
• 2.1 研究目标
• 2.2 主要研究内容
• 2.3 拟解决的关键问题
• 2.4 研究特色及创新点
• 2.5 技术路线
• 3 多智能体建模仿真理论与方法
• 3.1 多智能体概述
• 3.1.1 智能体的概念
• 3.1.2 智能体的特性
• 3.1.3 多智能体的涵义
• 3.2 多智能体建模仿真
• 3.2.1 多智能体建模原理
• 3.2.2 多智能体建模方法
• 3.2.3 多智能体建模仿真的优势
• 3.3 多智能体建模平台——NetLogo
• 3.3.1 NetLogo建模平台简介
• 3.3.2 NetLogo的特点及功能
• 3.3.3 NetLogo的模型结构
• 3.4 本章小结
• 4 基于多智能体的植被空间格局模拟模型
• 4.1 多智能体与"3S"技术集成用于植被空间格局模拟
• 4.1.1 多智能体技术与"3S"技术的结合
• 4.1.2 特点及优势
• 4.2 影响植被空间格局的主要因素
• 4.2.1 气候对植被空间格局的影响
• 4.2.2 地势地貌对植被空间格局的影响
• 4.2.3 土壤对植被空间格局的影响
• 4.2.4 人类社会经济活动对植被空间格局产生的影响
• 4.3 模型设计
• 4.3.1 模型思想
• 4.3.2 植被空间格局模拟的空间变量的获取
• 4.3.3 基本框架
• 4.4 模型构建
• 4.4.1 环境要素层的构造
• 4.4.2 多智能体的智能行为
• 4.5 本章小结
• 5 植被空间格局动态模拟实现
• 5.1 实验区概况及数据准备
• 5.1.1 实验区概况
• 5.1.2 数据准备
• 5.2 模型应用
• 5.2.1 模型简化
• 5.2.2 环境要素层的设置
• 5.2.3 植被覆盖状态转换规则
• 5.2.4 Agents的行为及其决策
• 5.3 编程实现
• 5.3.1 NetLogo与GIS数据的集成
• 5.3.2 参数设置
• 5.3.3 模型界面设计
• 5.4 模型运行及说明
• 5.4.1 模型运行流程
• 5.4.2 模型初始状态
• 5.4.3 模型运行结果
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 所做的主要工作
• 6.2 成果与特色
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢