專(zhuān)利名稱：基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及資源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于土地資源開(kāi)發(fā)、土地規(guī)劃的土地利用格局變化仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土地利用反映了一定地域范圍內(nèi)地形、地貌、土壤、基礎(chǔ)地質(zhì)、水文、氣候和植被等 所有自然因素的賦存狀態(tài)及過(guò)去和目前人類(lèi)在這一地域范圍內(nèi)對(duì)土地資源開(kāi)發(fā)利用的活 動(dòng)及其影響結(jié)果。土地利用格局演替仿真旨在回答土地利用結(jié)構(gòu)在何時(shí)、何地、為何以及發(fā)生怎樣 的變化與轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)致何種突出的環(huán)境效應(yīng)。土地利用格局演替仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用能 夠加深人們對(duì)土地利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化機(jī)制的理解，并為預(yù)測(cè)區(qū)域未來(lái)土地利用動(dòng)態(tài)變化趨 勢(shì)提供分析工具。開(kāi)展土地利用格局演替仿真必須運(yùn)用定量分析的方法，建立土地利用變 化動(dòng)態(tài)模擬模型，闡明土地利用變化動(dòng)態(tài)變化動(dòng)力學(xué)機(jī)制，開(kāi)展區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化的情景 分析。傳統(tǒng)的土地利用規(guī)劃方法受人為主觀因素影響較大，不能動(dòng)態(tài)地反映土地利用規(guī) 劃布局的全過(guò)程，難以適應(yīng)土地規(guī)劃信息智能化處理的需求。目前，多數(shù)可以開(kāi)展土地利用格局演替仿真的模型與方法往往只涉及一種或幾種 用地類(lèi)型，缺乏對(duì)區(qū)域土地利用格局演替格局的整體把握，很少能從精細(xì)柵格水平上定量 地分析自然、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的驅(qū)動(dòng)作用，缺少得當(dāng)?shù)膮^(qū)域用地結(jié)構(gòu)情景分析和對(duì)土地 利用變化預(yù)測(cè)及演替格局的深入分析，不利于廣大基層土地工作者使用和推廣。此外，由于土地利用格局演替仿真是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合系統(tǒng)工程，它涉及的數(shù)據(jù) 類(lèi)型廣泛、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備耗時(shí)，一般用戶很難收集全面相關(guān)數(shù)據(jù)。土地利用格局演替 模型算法一般比較復(fù)雜，以全國(guó)IkmX Ikm柵格為模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，單一變量將至少存在960 萬(wàn)個(gè)樣本，在此情形下，樣本數(shù)據(jù)的齊次方程運(yùn)算將是一個(gè)龐大的任務(wù)，一般個(gè)人電腦很難 滿足需求。另一方面，隨著通信技術(shù)的異常繁榮，帶來(lái)了多種類(lèi)型通信網(wǎng)絡(luò)的共存，即異構(gòu)型 網(wǎng)絡(luò)(heterogeneous network)。異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)的目的主要是實(shí)現(xiàn)各種信息快速、可靠、安全 的交換與傳輸，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量地提供各種各樣的服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的土地利用格局演替模擬方法在系統(tǒng)分析和機(jī)理表 達(dá)方面存在的諸多不足，在滿足廣大野外工作者實(shí)際需求的基礎(chǔ)之上，提供一種基于異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)的、集成PDA技術(shù)、GPRS通信、全球定位系統(tǒng)、并行計(jì)算、專(zhuān)家系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的分布式 土地利用格局演替仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)土地利用格局演替的遠(yuǎn)程模擬，實(shí)時(shí)指導(dǎo)土地利用規(guī)劃 以及模擬演替格局并進(jìn)行比對(duì)分析。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)包括PDA客戶端，響應(yīng)用戶指令，向服務(wù)器終端發(fā)送采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)，并接收 來(lái)自服務(wù)器終端的模擬計(jì)算結(jié)果；其中，所述采樣參數(shù)包括采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)，所述用戶設(shè)定 參數(shù)包括采樣點(diǎn)用地類(lèi)型、指定模擬時(shí)段以及情景設(shè)定；服務(wù)器終端，響應(yīng)PDA客戶端，自動(dòng)提取存儲(chǔ)于所述服務(wù)器終端中的與所述采樣 參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用格局演替仿真模塊對(duì)所述相關(guān)的基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得與所述指定模擬時(shí)段相對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果。其中，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為影響土地利用格局變化的驅(qū)動(dòng)因子的量化數(shù)據(jù)；所述驅(qū)動(dòng) 因子包括自然環(huán)境、條件，氣候變化，人口總量、結(jié)構(gòu)與遷移，貿(mào)易環(huán)境，管理政策、制度安 排。其中，所述土地利用格局演替仿真模塊包括土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊，依據(jù)所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)重要驅(qū)動(dòng)因 子辨識(shí)方法和計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)理論方法構(gòu)建土地利用類(lèi)型分布與各綜合驅(qū)動(dòng)因子之間的線性 模型，輸出表征了驅(qū)動(dòng)因子作用方向與強(qiáng)度的回歸系數(shù)；區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化情景分析子模塊，將所述回歸系數(shù)作為輸入?yún)?shù)，通過(guò)區(qū)域宏 觀計(jì)量分析、農(nóng)業(yè)用地政策影響分析和林業(yè)政策情景分析方法運(yùn)算輸出采樣區(qū)域在指定模 擬時(shí)段各種情景設(shè)定下各種土地利用類(lèi)型的面積需求量；土地利用面積空間分配子模塊，根據(jù)所述面積需求量、所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的 土地利用類(lèi)型分布概率以及土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換規(guī)則計(jì)算不同土地利用類(lèi)型的分配概率，實(shí) 現(xiàn)各種土地利用類(lèi)型在IkmX Ikm空間柵格上的分配。其中，所述重要驅(qū)動(dòng)因子辨識(shí)方法包括以下步驟Sl 計(jì)算所有驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣R
S___
(xki ~ xi)(xkj - xj)rU = I 廣1 — s ~—
V A=I4=1在上式中，s表示樣本個(gè)數(shù)，Xki表示第k個(gè)樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，Xkj表示 第k個(gè)樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，It表示所有樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均量化值，$ 表示所有樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均值，r.j表示第i和j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子之間的相關(guān)系數(shù)；
S2 計(jì)算由步驟S401獲得的相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ，特征值排序 X1S λ2彡…彡λη、Xi對(duì)應(yīng)的特征向量為Ui, I為單位矩陣，
uIi
Uli其中，Iλ I-R = 0 Ui = U31S3 根據(jù)步驟S402獲得的特征值計(jì)算獲得每一驅(qū)動(dòng)因子的主成分貢獻(xiàn)率及累計(jì) 貢獻(xiàn)率Λ/ 弋'Σ^/Σ^，設(shè)定最大主成分的貢獻(xiàn)率大于80%，計(jì)算得到主成分?jǐn)?shù)值
A=I /=1 k=\m ；S4:利用線性組合計(jì)算各主成分得分，獲得m個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)因子變量PCi = UilXn+Ui2XiJui3Xi3+." +UinXin其中，i = 1,2... mo其中，所述土地利用類(lèi)型分布與各綜合驅(qū)動(dòng)因子之間的線性模型為<formula>formula see original document page 6</formula>這里，Yit表示第i個(gè)采樣區(qū)域在第t年的用地面積，a0為誤差項(xiàng)，Pitk, qitJ為對(duì)綜 合驅(qū)動(dòng)因子變量進(jìn)行劃分得到的兩類(lèi)驅(qū)動(dòng)因子變量，絕對(duì)量值用Pitk表示，變化量或者比例 值用qitj表示，且k+j =m;ak、β」為其分別的驅(qū)動(dòng)因子系數(shù)。其中，在所述分配概率的計(jì)算過(guò)程中，若前一模擬時(shí)段某一土地利用類(lèi)型已經(jīng)存在，并且其穩(wěn)定性數(shù)值小于1，空間分配 子模塊將計(jì)算該土地利用類(lèi)型的分布概率、補(bǔ)償因子與穩(wěn)定性因子的和，作為該土地利用 類(lèi)型的分配概率若補(bǔ)償因子接近于0，則所述分配概率為土地利用類(lèi)型分布概率和補(bǔ)償因子的 和；若空間分配允許考慮穩(wěn)定性的設(shè)置，則將具有最高分布概率的土地利用類(lèi)型分配 給待分配土地利用類(lèi)型面積不足的柵格。其中，所述穩(wěn)定性取決于采樣區(qū)域用地類(lèi)型的轉(zhuǎn)移難度和它的周?chē)徲?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明的技術(shù)方案綜合考慮了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征、文化傳統(tǒng)、自然條件以及土地 利用結(jié)構(gòu)變化歷史趨勢(shì)等多個(gè)方面的因素，增加了模擬結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確度；本發(fā)明技 術(shù)方案中的土地利用格局演替仿真方法是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，通過(guò)開(kāi)展區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化 情景分析、揭示柵格水平土地利用面積空間分配驅(qū)動(dòng)機(jī)理、再現(xiàn)柵格水平上土地利用面積 供需平衡過(guò)程，實(shí)時(shí)吸取專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)土地利用格局演替的動(dòng)態(tài)模擬；同時(shí)，本發(fā)明支持長(zhǎng)事務(wù)處理。數(shù)據(jù)的編輯工作有的可以幾分鐘完成，有的很可能 要用幾天，甚至幾個(gè)月，這種情形即所謂“長(zhǎng)事務(wù)處理”，為其建立“增量記錄”，即版本。任 何人對(duì)數(shù)據(jù)的操作都可以在各自生成的“版本”上進(jìn)行，版本之下還可以生成新的版本，如 此逐級(jí)繁衍，形成一棵“版本樹(shù)”。用戶在這個(gè)數(shù)據(jù)版本進(jìn)行編輯修改時(shí)，并不用關(guān)心其他用 戶是不是也在對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。事務(wù)處理結(jié)束提交數(shù)據(jù)時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的一致 性進(jìn)行檢查即可。如果沒(méi)有沖突，就直接更新數(shù)據(jù)；如果遇到?jīng)_突，再交互解決沖突。從而 大大提高了并發(fā)操作的效率。本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果在于本發(fā)明提出的技術(shù)方案利用GPRS通信模塊、GPS模塊、土地利用格局演替模擬模 型、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享機(jī)制、智能終端給廣大土地利用規(guī)劃者提供了一套便捷、實(shí)時(shí)、智能的解 決方案，有利于提高我國(guó)國(guó)土規(guī)劃領(lǐng)域的信息化水平。此外，本發(fā)明的土地利用格局演替仿真系統(tǒng)中用戶智能終端的推廣將大大節(jié)省硬 件花費(fèi)和高昂的正版專(zhuān)業(yè)軟件費(fèi)用，簡(jiǎn)易操作的用戶智能終端給缺乏計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的廣 大基層工作人員帶來(lái)便利，并通過(guò)智能終端豐富了模型案例庫(kù)，為模型的深層檢驗(yàn)提供了可能性。最后，本發(fā)明的技術(shù)方案利用數(shù)據(jù)壓縮傳輸技術(shù)，縮短了數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)間；并且由于 本發(fā)明使用的PDA客戶端是在windows mobile系統(tǒng)上進(jìn)行擴(kuò)展的，成本低、使用方便、操作簡(jiǎn)單。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真方法的一個(gè)實(shí)施例的流 程圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)的仿真模塊的基本 工作原理圖，圖2b是圖2a的局部放大圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)的仿真模塊中土地 利用面積空間分配子模塊調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)的仿真模塊中土地 利用面積空間分配子模塊的空間分配方法示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實(shí)施例說(shuō)明如 下。本發(fā)明旨在提供一種土地利用格局演替仿真系統(tǒng)及方法，通過(guò)PDA客戶端傳送實(shí) 時(shí)調(diào)查與驗(yàn)證數(shù)據(jù)到服務(wù)器端的土地利用格局演替仿真模型，啟動(dòng)服務(wù)器終端的土地利用 結(jié)構(gòu)變化情景分析子模塊、土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊、土地利用面積空間分配子 模塊的功能，分別計(jì)算各種土地利用類(lèi)型年度變化需求、測(cè)度土地利用類(lèi)型分布與驅(qū)動(dòng)因 子之間的關(guān)系和實(shí)現(xiàn)土地利用面積變化的空間分配。在對(duì)土地利用類(lèi)型分布及其影響因子 的相互作用關(guān)系和時(shí)空分布規(guī)律定量分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮土地利用變化動(dòng)態(tài)過(guò)程中自 然環(huán)境條件的主導(dǎo)作用和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等人文因素的決定性影響，模擬土地利用變化過(guò) 程，預(yù)測(cè)區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)；最終將運(yùn)算得到的模擬結(jié)果以數(shù)據(jù)、圖形的方式反饋于用 戶智能終端。如圖1所示為本發(fā)明的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)流程圖，本實(shí)施例的系統(tǒng)包括PDA客戶端和服務(wù)器終端兩個(gè)部分。本發(fā)明中采用的PDA (Personal Digital Assistant)是近年來(lái)發(fā)展迅速的移 動(dòng)式便攜計(jì)算機(jī)，內(nèi)置強(qiáng)大的嵌入式操作系統(tǒng)，如WindowsMobile、Palm OS等，提供內(nèi)嵌 GPS模塊，通過(guò)針對(duì)該模塊的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，應(yīng)用程序可獲取空間坐標(biāo)位置。GPS(Global PositioningSystem)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。由于PDA客戶端使用的是無(wú) 線GPRS網(wǎng)絡(luò)，而服務(wù)器端使用的是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，由此，PDA客戶端、服務(wù)器端構(gòu)成了一個(gè)異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明的土地格局演替仿真系統(tǒng)就是構(gòu)建在這一異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。本發(fā)明系統(tǒng)中的PDA客戶端可以通過(guò)GPRS方式與服務(wù)器終端進(jìn)行通信，由于受流量的限制，在一定的程度上影響了數(shù)據(jù)交互的速度，為此，本發(fā)明的技術(shù)方案開(kāi)發(fā)并采用了 胖客戶端程序，以Socket通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿?。PDA客戶端在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)運(yùn)行硬 件提供商提供的GPRS連接執(zhí)行程序，與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立邏輯鏈路，再通過(guò)建立Socket對(duì)象，實(shí)現(xiàn)用與服務(wù)器終端的通信。具體地，PDA客戶端接收實(shí)時(shí)調(diào)查數(shù)據(jù)，包括由用戶輸入的 采樣點(diǎn)用地類(lèi)型和指定模擬時(shí)段、情境設(shè)定等用戶設(shè)定參數(shù)以及來(lái)自內(nèi)嵌于PDA客戶端的 GPS模塊的關(guān)于采樣點(diǎn)實(shí)時(shí)地理空間位置的采樣參數(shù)，編輯矢量數(shù)據(jù)，利用客戶端socket 程序，將上述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳入包含有土地利用格局演替主程序的服務(wù)器終端；同時(shí)，服務(wù)器終 端通過(guò)socket監(jiān)聽(tīng)程序接受來(lái)自PDA客戶端的連接請(qǐng)求后，執(zhí)行“accept”命令，建立連 接，接收來(lái)自PDA客戶端的數(shù)據(jù)，并響應(yīng)該數(shù)據(jù)，自動(dòng)提取服務(wù)于主程序的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中與所 述土地利用類(lèi)型、地理空間位置參數(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)土地利用格局演替仿真模型進(jìn) 行模擬運(yùn)算，計(jì)算得到指定模擬時(shí)段的模型結(jié)果，然后將模擬結(jié)果以圖形或數(shù)據(jù)的形式反 饋于PDA客戶端。其中，PDA客戶端可以為一可移動(dòng)的PDA用戶界面，由用戶手持；服務(wù)器終端可以為一高性能的可以實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)優(yōu)化計(jì)算的計(jì)算機(jī)工作站，該計(jì)算機(jī)工作站包含有進(jìn)行模 擬運(yùn)算的主程序；本發(fā)明實(shí)施例采用的GIS(Geographical Information System)系統(tǒng)憑借 其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和空間分析功能，廣泛應(yīng)用于土地系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域，而移動(dòng)GIS更具備 可移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，能滿足野外工作人員的需求，即在野外也能把實(shí)時(shí)調(diào)查數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)程服 務(wù)器端的土地利用格局演替仿真Server程序進(jìn)行結(jié)果比對(duì)與驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)用地規(guī) 劃指導(dǎo)。其中，土地利用格局演替仿真模型采用IkmXlkm的柵格尺度為數(shù)據(jù)單元，每一柵 格為一采樣點(diǎn)，樣本的大小取決于研究區(qū)的面積，模型中涉及的驅(qū)動(dòng)因子如表1所示。表 1變量具體解釋
自然環(huán)境、條件
0:丘陵
,,W1平原
地形2:臺(tái)地
3:高原
土壤PfHi值越高，土壤酸度越低.
土壤厚度表層土厚度(厘米)
平均高程每個(gè)ι公里柵格上平均高程(米)
地形坡度基于DEM提取得坡度，(0.01度)氣候變化
氣溫多年平均氣溫(o.rc)
^rc積溫日均氣溫大于ο攝氏度天數(shù)的積溫(o.rc)
積溫日均氣溫大于 ο攝氏度天數(shù)的積溫(o.i°c)
日照百分率，日照百分率(％)
人口總量、結(jié)構(gòu)與遷移
人口密度基于人口分布模型的空間化人口密度(人/平方公里)
非農(nóng)業(yè)人口比例各縣非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘谋壤?％)
流動(dòng)人口比例各縣流動(dòng)人口占總?cè)丝诘谋壤?％)
城巿化水平各縣非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎?％)
農(nóng)業(yè)科研投資農(nóng)業(yè)科研投資比例(％)
經(jīng)濟(jì)總量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)
GDP空間化GDP密度(10000元/平方公里) 第二產(chǎn)業(yè)GDP占總GDP 各縣第二產(chǎn)業(yè)GDP占總GDP的比重(％) 比重
第三產(chǎn)業(yè)GDP占總GDP 各縣第三產(chǎn)業(yè)GDP占總GDP的比重(％)
比重
貿(mào)易環(huán)境關(guān)稅稅率海關(guān)稅則規(guī)定的對(duì)課征對(duì)象征稅時(shí)計(jì)算稅額的比例(％) 到省會(huì)城市距離各縣駐地質(zhì)心到省會(huì)城市的距離(km)
到最近高速公路距離各縣駐地質(zhì)心到最近高速公路距離(km)
到最近省級(jí)公路距離各縣駐地質(zhì)心到最近省級(jí)公路距離(km)
管理政策、制度安排
退耕補(bǔ)貼畝均退耕補(bǔ)貼金額，元/畝
大于15度以上坡耕地比例大于15度以上坡耕地比例，％其中，由用戶輸入的采樣點(diǎn)用地類(lèi)型可以為I-N中任意整數(shù)編碼，分別對(duì)應(yīng)于根 據(jù)三級(jí)土地利用分類(lèi)系統(tǒng)劃分的N種土地利用類(lèi)型；指定模擬時(shí)段可以是表示用戶期望模 擬的從用戶采樣時(shí)刻開(kāi)始推算的具體歷時(shí)過(guò)程的整數(shù)編碼。
其中，模擬結(jié)果可以為指定模擬時(shí)段的該采樣區(qū)域的土地利用格局演替圖、土地 利用轉(zhuǎn)移分布圖、單類(lèi)土地利用空間分配圖等圖形結(jié)果，也可以是指定模擬時(shí)段的該采樣 點(diǎn)的用地類(lèi)型編碼等數(shù)據(jù)結(jié)果。本發(fā)明的土地利用格局演替仿真模塊建立在對(duì)精細(xì)柵格尺度土地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化 及其驅(qū)動(dòng)因子的相互作用關(guān)系和時(shí)空分布規(guī)律的定量分析基礎(chǔ)上，通過(guò)提供一個(gè)包括區(qū)域 用地結(jié)構(gòu)變化預(yù)測(cè)、柵格尺度驅(qū)動(dòng)機(jī)理分析、柵格水平土地面積供需平衡與空間分配的集 成方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域土地利用格局演替的動(dòng)態(tài)模擬。本發(fā)明的土地利用格局演替仿真模塊 的基本工作原理如圖2所示。具體地，土地利用格局演替仿真模塊由三個(gè)子模塊構(gòu)成土地利用結(jié)構(gòu)變化情景 分析子模塊、土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊、土地利用面積變化空間分配子模塊。這三 個(gè)子模塊的計(jì)算需要使用專(zhuān)題計(jì)量分析、區(qū)域宏觀計(jì)量 分析、農(nóng)業(yè)用地政策影響分析、林業(yè) 政策情景分析以及土地利用空間分異特征5個(gè)模型，而這5個(gè)模型又通過(guò)一系列的相關(guān)參 數(shù)與作用反饋聯(lián)系在一起。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的土地利用格局演替仿真模塊中的各 個(gè)子模塊的功能及原理進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。1、土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊通過(guò)分析土地利用類(lèi)型分布與驅(qū)動(dòng)因子之 間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系測(cè)度驅(qū)動(dòng)因子對(duì)區(qū)域土地利用時(shí)空格局的影響；由于區(qū)域用地結(jié)構(gòu)是自然、 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等眾多因素共同作用的結(jié)果，可以通過(guò)定量地表述土地利用結(jié)構(gòu)變化與各驅(qū)動(dòng) 因子之間的空間依存關(guān)系，建立空間統(tǒng)計(jì)模型，預(yù)測(cè)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析采用的部分變量如表1所示，需要說(shuō)明的是，這些驅(qū) 動(dòng)因子量化數(shù)據(jù)也就是存儲(chǔ)在服務(wù)器終端的待提取并進(jìn)行模擬運(yùn)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。首先，子模塊對(duì)表1中所示數(shù)據(jù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子作用辨識(shí)，即利用主成分分析的多 元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)因子辨識(shí)，從龐大數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇對(duì)土地利用格局演替影響較大的 驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)入下一步的運(yùn)算。本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)因子辨識(shí)過(guò)程步驟如下SlOl 計(jì)算所有驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣R <formula>formula see original document page 10</formula>
在上式中，s表示樣本個(gè)數(shù)，Xki表示第k個(gè)樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，Xkj表示 第k個(gè)樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，It表示所有樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均量化值，$ 表示所有采樣樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均值，表示第i和j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子之間的相關(guān)系 數(shù)；如果有η個(gè)驅(qū)動(dòng)因子，則相關(guān)系數(shù)矩陣R為由構(gòu)成的一個(gè)nXn的方陣。S102:計(jì)算由步驟SlOl獲得的相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ，(特征值排序 K λη)、、對(duì)應(yīng)的特征向量為Ui, ι為單位矩陣，其中，<formula>formula see original document page 10</formula>
S103 根據(jù)步驟S102獲得的特征值計(jì)算獲得每一驅(qū)動(dòng)因子的主成分貢獻(xiàn)率及累 計(jì)貢獻(xiàn)率，獲得主成分?jǐn)?shù)值m。主成分貢獻(xiàn)率計(jì)算公式Λ/Σ4，
A=I
mη累積貢獻(xiàn)率計(jì)算公式(假設(shè)取m個(gè)主成分)Σ為，
(=1 k=\此處兩個(gè)公式的值均小于1，設(shè)定最大主成分的貢獻(xiàn)率大于80%，由此通過(guò)上述 公式可以求出主成分?jǐn)?shù)值m。S104 利用線性組合計(jì)算各主成分得分，獲得m個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)因子變量，每一綜合驅(qū) 動(dòng)因子變量包含所有η個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的綜合影響。PCi = unXn+ui2Xi2+ui3Xi3+…+UinXin其中，i = 1,2... mo接下來(lái)，基于上述驅(qū)動(dòng)因子辨識(shí)過(guò)程的計(jì)算結(jié)果，土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子 模塊通過(guò)專(zhuān)題計(jì)量分析來(lái)構(gòu)建土地利用類(lèi)型分布與各綜合驅(qū)動(dòng)因子之間的線性模型。專(zhuān)題計(jì)量分析模型依據(jù)計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)理論方法，測(cè)度建設(shè)用地、其它林地、其它草 地、水域面積、未利用地隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及自然環(huán)境條件的用地類(lèi)型轉(zhuǎn)換的數(shù)量特征及 其表征關(guān)系。①關(guān)鍵方程Yi = f(XijJ, Zijk) i = 1,2,3,4,5IYi,t = f(Xi,J,t-1, ZiikjMGn)! = 1,2,3,4,5OYijt = f (Xi, Jjt^1, Zijk, MGn) i = 1,2,3,4,5②輸入變量=Xi, j表示與研究區(qū)域第i種土地利用類(lèi)型面積相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素 向量，例如國(guó)民生產(chǎn)總值GDP、區(qū)域人口數(shù)量POP、價(jià)格指數(shù)CPI等式,k表示研究區(qū)域的區(qū) 位條件及自然環(huán)境條件向量，例如到最近公路距離DR0AD、到最近省會(huì)城市距離DPVCPjlJ 最近水域距離DWATER以及區(qū)域地形DEM、坡度SLOP、平原面積比SPLAIN等；MGn表示國(guó)家或 區(qū)域的各種土地利用政策。③輸出變量=Yi表示建設(shè)用地、其它林地、其它草地、水域面積、未利用地面積； IYi,t表示t時(shí)刻其他土地利用類(lèi)型向第i種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)入的面積；OYiit表示t時(shí)刻第 i種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)向其他土地利用類(lèi)型的面積。④與該模型鏈接的其他模型區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型；⑤其他方程中因土地利用類(lèi)型的差異，變量的類(lèi)型與個(gè)數(shù)也會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)。輸出變 量作為區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型的外生變量和參數(shù)。利用案例數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)題計(jì)量分析得出的線性模型，能適合大范圍、高空間分辨率 用地類(lèi)型分布模擬，模型方程如下^ =αο+Σα^ 1η(Α -ι) + Σ
k j其中，Yit表示第i個(gè)采樣區(qū)域在第t年的用地面積，a0為誤差項(xiàng)，Pitk, qitJ為對(duì)通 過(guò)步驟S101-104所得到的m個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)因子變量進(jìn)行劃分得到的兩類(lèi)驅(qū)動(dòng)因子變量，對(duì)照 表1，絕對(duì)量值用Pitk表示，變化量或者比例值用qitj表示，且k+j = m ； α k、β j為其分別的 驅(qū)動(dòng)因子系數(shù)，也是本發(fā)明的土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊的輸出參數(shù)，它表征了兩類(lèi)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)土地利用格局演替的影響。2、土地利用結(jié)構(gòu)變化情景分析子模塊提供每種土地利用類(lèi)型在用戶指定模擬時(shí)段內(nèi)各時(shí)間斷面的面積需求變化；土地利用結(jié)構(gòu)變化情景分析建立在對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、政策或技術(shù)等土地利用格 局演替驅(qū)動(dòng)因子的系統(tǒng)分析與科學(xué)推理之上，預(yù)測(cè)不同情景下各種區(qū)域用地結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。具體實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)情景分析子模塊下的區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型、農(nóng)業(yè)用地政 策影響分析模型和林業(yè)政策情景分析模型開(kāi)展各種情景設(shè)定，在確定外生變量的情況下開(kāi) 展模型運(yùn)算。這里的外生變量是用戶輸入的設(shè)定參數(shù)。區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型基于一般均衡理論，外生其他五種土地利用類(lèi)型面積，耦 合包括耕地、經(jīng)濟(jì)林地、牧草地的用地結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系，構(gòu)建機(jī)理性模型，用包括生產(chǎn) 模塊、需求模塊、價(jià)格模塊、貿(mào)易模塊、收入分配模塊、宏觀經(jīng)濟(jì)閉合模塊等模塊組合，解釋 區(qū)域與土地利用格局演替密切聯(lián)系的生產(chǎn)、消費(fèi)與分配過(guò)程。①關(guān)鍵方程<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，QXa為生產(chǎn)活動(dòng)a的量；adax為規(guī)模參數(shù)，或可代表技術(shù)狀況；δ ；為產(chǎn)出彈 性；rhocax為替代參數(shù)；QVAa為生產(chǎn)活動(dòng)a需要的綜合要素的數(shù)量；QINTa為生產(chǎn)活動(dòng)a的 中間投入品數(shù)量。
<formula>formula see original document page 12</formula>其中，ad廣為效率參數(shù)；δ f,廣產(chǎn)出彈性，代表貢獻(xiàn)份額；P廣為替代參數(shù)；FDf,a為 生產(chǎn)活動(dòng)a投入的要素f的數(shù)量(包括各種類(lèi)型用地的投入量)。QVAa 與 QINTa 最優(yōu)比為<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，If' Φ If ；If'，If e {If}, If'和If表示土地利用類(lèi)型，{If}表示土地 要素的集合；Qlf,al為土地轉(zhuǎn)換活動(dòng)al中由其他土地利用類(lèi)型If'轉(zhuǎn)化為If的土地?cái)?shù)量； FDlf, , al表示活動(dòng)al中投入的其他土地利用類(lèi)型的數(shù)量；FDf, al為土地轉(zhuǎn)換活動(dòng)al中投入 的其他要素f的數(shù)量；cf,al為單位產(chǎn)出需要消耗的其他要素的數(shù)量；QINTal*土地轉(zhuǎn)換活動(dòng) al中間投入的數(shù)量；Cal為單位產(chǎn)出需要消耗的中間投入的數(shù)量。<formula>formula see original document page 12</formula>
其中，F(xiàn)Dlf為區(qū)域土地要素If的總量；Qlf, al為通過(guò)土地轉(zhuǎn)換活動(dòng)al新增的土地<formula>formula see original document page 13</formula>
要素?cái)?shù)量^rninl FDlf二； 7為土地要素If轉(zhuǎn)化為其他土地要素的
<formula>formula see original document page 13</formula><formula>formula see original document page 13</formula>PI (t) = NGDP (t) /RGDP (t)其中，PI (t)表示價(jià)格指數(shù)；NGDP (t)表示名義⑶P ；RGDP (t)表示實(shí)際⑶P。
<formula>formula see original document page 13</formula>其中，PTAX^t)表示產(chǎn)品生產(chǎn)稅；CTAX。(t)表示商品銷(xiāo)售稅Σ^^^^Ρ7^為土地
<formula>formula see original document page 13</formula>
要素的收入；CAP(t)表示資本要素的收入；Σ^^ΜΜ表示勞動(dòng)力要素的收入。
<formula>formula see original document page 13</formula>
GDPfyp (0 二 Y PFD1 (^XFDi (t) + STOCK(t) + NETMAR(t) + EXP(t) - IMP{t)EXP y J J其中，f pfzMOxfzMC表示最終需求；STOCK(t)為存貨變動(dòng)；NETMAR(t)表示邊
際收入凈值；EXP(t)為出口 ；IMP(t)為進(jìn)口。<formula>formula see original document page 13</formula>其中，INVEST為投資對(duì)商品的總支出；QINVD。為投資對(duì)商品c的需求量； dstocconstc的股票價(jià)格變化；PQD。為本地銷(xiāo)售的復(fù)合商品c的價(jià)格。 <formula>formula see original document page 13</formula>其中，ITAX為生產(chǎn)稅；TXADJ為生產(chǎn)稅調(diào)整系數(shù)；txa為生產(chǎn)稅；PXa為生產(chǎn)活動(dòng)的 價(jià)格；QXa為生產(chǎn)活動(dòng)的量。②輸入變量描述五種土地利用類(lèi)型向其它土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換的FDlf為專(zhuān)題計(jì)量 模型輸出；描述產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的QXa為區(qū)域發(fā)展分析輸出；描述投資和土地租金的QINVD。、PTlf 為用地政策影響分析輸出。輸入變量大部分為外生變量。③輸出變量?jī)r(jià)格指數(shù)、⑶P、就業(yè)率、稅收等。④與該模型鏈接的其他模型專(zhuān)題計(jì)量分析模型、農(nóng)業(yè)用地政策影響分析模型、林 業(yè)政策情景分析模型提供外生變量和部分參數(shù)，而模型運(yùn)行的結(jié)果指導(dǎo)農(nóng)業(yè)用地政策影響 分析模型、林業(yè)政策情景分析模型。⑤模型之間的閉合鏈接區(qū)域宏觀計(jì)量分析得到的各種土地利用類(lèi)型面積將作為 參數(shù)輸入到土地利用空間分異特征模型、農(nóng)業(yè)用地政策影響分析模型和林業(yè)政策情景分析 模型，各種土地利用類(lèi)型面積之和為區(qū)域土地總面積。農(nóng)業(yè)用地政策影響分析模型和林業(yè)政策情景分析模型主要基于區(qū)域宏觀計(jì)量分 析模型輸出的技術(shù)、消費(fèi)、投入、需求、供給等一系列結(jié)果和土地利用空間分異特征模塊輸 出的土地利用面積及其空間分布狀況，進(jìn)行相應(yīng)的政策情景假設(shè)與量化，將經(jīng)宏觀政策校 正之后的產(chǎn)量、價(jià)格等經(jīng)濟(jì)變量反饋給區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型?；A(chǔ)情景有3種基準(zhǔn)情景、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景與環(huán)境保育情景。不同情景差異主要由影響情景的關(guān)鍵變量來(lái)確定。同時(shí)，農(nóng)業(yè)用地政策分析模型和林業(yè)政策情景分析模型輸出的經(jīng)濟(jì)總量、生活水 平、環(huán)境狀況等參數(shù)將被反饋至區(qū)域宏觀計(jì)量分析模型，作為新的數(shù)據(jù)支撐下一輪的運(yùn)算， 直至達(dá)到土地利用類(lèi)型分配的均衡狀態(tài)。具體實(shí)施過(guò)程中，服務(wù)器端將由土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊輸出的驅(qū)動(dòng)因 子系數(shù)作為情景分析子模塊中的參數(shù)輸入，用戶通過(guò)PDA客戶端控制輸入?yún)?shù)及其之間的 組合來(lái)進(jìn)行不同的情景設(shè)定，開(kāi)展模型運(yùn)算，輸出采樣區(qū)域在指定模擬年份間、各種假設(shè)情 景下、各種土地利用面積需求量，從而得到未來(lái)可能的用地結(jié)構(gòu)變化的模擬結(jié)果。3、土地利用面積變化空間分配子模塊通過(guò)柵格尺度土地利用類(lèi)型面積需求與供 給之間的平衡的分析實(shí)現(xiàn)各種土地利用類(lèi)型在IkmX Ikm空間柵格上的分配。土地利用面積變化空間分配子模塊采用土地利用空間分異特征模型來(lái)進(jìn)行空間 分配，通過(guò)增加適當(dāng)?shù)南拗茥l件(如自然保護(hù)區(qū)和基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)不允許用地類(lèi)型轉(zhuǎn)換) 和轉(zhuǎn)換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)區(qū)域用地類(lèi)型的空間分配。首先確定允許用地類(lèi)型轉(zhuǎn)換的柵格單元并計(jì) 算每個(gè)柵格單元對(duì)于每一種用地類(lèi)型的轉(zhuǎn)換可能性，形成最初的用地分配圖；然后對(duì)面積 不匹配區(qū)域宏觀計(jì)量分析結(jié)果的用地類(lèi)型進(jìn)行不同用地類(lèi)型面積的空間匹配，直到二者一 致為止。具體實(shí)施過(guò)程中，子模塊調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到采樣區(qū)域內(nèi)各種土地利用類(lèi)型 分布概率，設(shè)定各種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換編碼，依據(jù)區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化情景分析子模塊獲得 的指定模擬時(shí)間斷面各土地利用類(lèi)型面積需求量(需求面積)，根據(jù)各種土地利用類(lèi)型分 布概率對(duì)各種土地利用類(lèi)型的變化面積進(jìn)行空間分配，實(shí)現(xiàn)用戶指定模擬時(shí)段內(nèi)各時(shí)間斷 面上土地利用格局演替的動(dòng)態(tài)仿真。土地利用面積變化空間分配子模塊的輸入?yún)?shù)，即子模塊調(diào)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大致反 映采樣區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)變化的局域特征、區(qū)域特征和歷史特征，如圖3所示。本模塊通過(guò)定義轉(zhuǎn)換規(guī)則表征某種土地利用類(lèi)型向另一種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換的 難易程度，其中包括兩種定義轉(zhuǎn)換規(guī)則，一種表征了土地利用類(lèi)型的穩(wěn)定程度，這種轉(zhuǎn)換規(guī) 則的值一般比較??；另一種表征了土地利用面積變化的限制區(qū)域，其值接近或者等于1 ；其 中，穩(wěn)定性取決于本身用地類(lèi)型的轉(zhuǎn)移難度和他的周?chē)徲颉１景l(fā)明采用的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換編碼如表2所示表2
‘編碼說(shuō)明
1 所有的土地利用類(lèi)型都允許發(fā)生轉(zhuǎn)換
如果某種土地利用類(lèi)型的需求增加，已經(jīng)分配好的這種土地0 利用類(lèi)型就不可能轉(zhuǎn)換為其他類(lèi)型。例如城市用地就很難轉(zhuǎn)
換為農(nóng)業(yè)用地。
所有的土地利用類(lèi)型都可能發(fā)生轉(zhuǎn)換(相對(duì)0值而言)。值越 1>...>0高，發(fā)生轉(zhuǎn)換的可能性越大；值越小，該類(lèi)型的土地分配為 _其他類(lèi)型的可能性越小。_
具體實(shí)施過(guò)程中，如圖4所示，空間分配子模塊首先計(jì)算需要進(jìn)行分配的柵格數(shù)量，該計(jì)算基于由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得的現(xiàn)有土地利用類(lèi)型分布狀態(tài)與區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化情景分 析子模塊計(jì)算得到的模擬時(shí)間斷面下各種土地利用類(lèi)型的需求面積的比較進(jìn)行；對(duì)于需要 分配的柵格，模型將計(jì)算其不同土地利用類(lèi)型的分配概率Li,k，共包括三種不同的情況①如果在前一模擬年份某土地利用類(lèi)型已經(jīng)存在，并且它的穩(wěn)定性小于1，空間分 配模塊將計(jì)算該土地利用類(lèi)型的分布概率、補(bǔ)償因子與穩(wěn)定性因子的和，作為該土地利用 類(lèi)型的分配概率<formula>formula see original document page 15</formula>其中，Li, k為柵格i中第k種土地利用類(lèi)型的分配概率為柵格i中第k種土 地利用類(lèi)型的分布概率；Ck和Sk分別是補(bǔ)償因子和第k種土地利用類(lèi)型的穩(wěn)定性因子；所 述補(bǔ)償因子為包括人口遷移、政策變化等外在影響因素的量化值，所述分布概率和穩(wěn)定性 因子的計(jì)算基于調(diào)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行。②當(dāng)補(bǔ)償因素Sk接近于0時(shí)，Li,,由分布概率Piik和補(bǔ)償因子Ck組成，即<formula>formula see original document page 15</formula>③排除一個(gè)柵格分配呈現(xiàn)需求減少的土地利用類(lèi)型的可能性。如果空間分配允許考慮穩(wěn)定性的設(shè)置，則將具有最高Li, k的土地利用類(lèi)型分配給 那些待分配土地利用類(lèi)型面積不足的柵格。綜上所述，土地利用格局演替仿真模塊是實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)的角度識(shí)別影響土地利用格 局演替的各種驅(qū)動(dòng)因子的作用，揭示土地利用格局演替的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，并將區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變 化反映到一定尺度的柵格單元的有效工具。本發(fā)明基于自主研發(fā)并經(jīng)過(guò)案例驗(yàn)證的土地系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)模型，以高性能的 計(jì)算機(jī)工作站為服務(wù)平臺(tái)，以客戶端的需求為服務(wù)目標(biāo)，在數(shù)據(jù)共享的機(jī)制上，開(kāi)展實(shí)時(shí)的 并行計(jì)算，從而提供給廣大的土地利用規(guī)劃者一個(gè)簡(jiǎn)單、便捷、智能化、定量化的土地利用 格局演替仿真終端，提高我國(guó)在國(guó)土規(guī)劃領(lǐng)域的信息化水平及應(yīng)用范圍。以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)，其包括PDA客戶端，用于響應(yīng)用戶指令，向服務(wù)器終端發(fā)送采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)，并接收來(lái)自服務(wù)器終端的模擬計(jì)算結(jié)果；其中，所述采樣參數(shù)包括采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)，所述用戶設(shè)定參數(shù)包括采樣點(diǎn)用地類(lèi)型、指定模擬時(shí)段以及情景設(shè)定；服務(wù)器終端，用于響應(yīng)所述PDA客戶端，自動(dòng)提取所存儲(chǔ)的與所述采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用格局演替仿真模塊對(duì)所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得與所述指定模擬時(shí)段相對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PDA客戶端和所述服務(wù)器終端通過(guò)胖客 戶端程序、以Socket通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互傳輸。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為影響土地利用格局變化的 驅(qū)動(dòng)因子的量化數(shù)據(jù)；所述驅(qū)動(dòng)因子包括自然環(huán)境、條件、氣候變化、人口總量、結(jié)構(gòu)與遷 移、貿(mào)易環(huán)境、管理政策、制度安排。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述土地利用格局演替仿真模 塊包括土地利用格局演替驅(qū)動(dòng)分析子模塊，用于依據(jù)所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)重要驅(qū)動(dòng)因 子辨識(shí)方法和計(jì)量分析構(gòu)建土地利用類(lèi)型分布與各綜合驅(qū)動(dòng)因子之間的線性模型，輸出表 征了驅(qū)動(dòng)因子作用方向與強(qiáng)度的回歸系數(shù)；區(qū)域用地結(jié)構(gòu)變化情景分析子模塊，用于將所述回歸系數(shù)作為輸入?yún)?shù)，通過(guò)區(qū)域宏 觀計(jì)量分析、農(nóng)業(yè)用地政策影響分析和林業(yè)政策情景分析方法運(yùn)算并輸出采樣區(qū)域在指定 模擬時(shí)段各種情景設(shè)定下各種土地利用類(lèi)型的面積需求量；土地利用面積空間分配子模塊，用于根據(jù)所述面積需求量、所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的 土地利用類(lèi)型分布概率以及土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換規(guī)則計(jì)算不同土地利用類(lèi)型的分配概率，實(shí) 現(xiàn)各種土地利用類(lèi)型的分配。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述重要驅(qū)動(dòng)因子辨識(shí)方法包括以下步驟S501計(jì)算所有驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣R <formula>formula see original document page 2</formula>在上式中，S表示樣本個(gè)數(shù)，Xki表示第k個(gè)樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，Xkj表示第k 個(gè)樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子量化值，i表示所有樣本的第i個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均量化值，4表 示所有樣本的第j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的平均值，riJ表示第i和j個(gè)驅(qū)動(dòng)因子之間的相關(guān)系數(shù)；S502計(jì)算由步驟S501獲得的相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ，特征值排序 \》\ 2u \ a, Xi對(duì)應(yīng)的特征向量為Ui, I為單位矩陣， 其中，<formula>formula see original document page 2</formula>S503 根據(jù)步驟S502獲得的特征值計(jì)算獲得每一驅(qū)動(dòng)因子的主成分貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢 獻(xiàn)率式/|；々，Σ^/ΣΛ，設(shè)定最大主成分的貢獻(xiàn)率大于80%，計(jì)算得到主成分?jǐn)?shù)值S504:利用線性組合計(jì)算各主成分得分，獲得m個(gè)綜合驅(qū)動(dòng)因子變量PCi = UilXn+Ui2XiJui3Xi3+." +UinXin其中，i = 1，2· · · m。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述土地利用類(lèi)型分布與各綜合驅(qū)動(dòng)因子 之間的線性模型為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，Yit表示第i個(gè)采樣區(qū)域在第t年的用地面積，a0為誤差項(xiàng)，Pitk, qitJ為對(duì)綜合驅(qū) 動(dòng)因子變量進(jìn)行劃分得到的兩類(lèi)驅(qū)動(dòng)因子變量，絕對(duì)量值用Pitk表示，變化量或者比例值用 qitj表示，且k+j =m，m為綜合驅(qū)動(dòng)因子的個(gè)數(shù)；ak、為其分別的驅(qū)動(dòng)因子系數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述分配概率的計(jì)算過(guò)程中，若前一模擬時(shí)段某一土地利用類(lèi)型已經(jīng)存在，并且其穩(wěn)定性數(shù)值小于1，空間分配子模 塊將計(jì)算該土地利用類(lèi)型的分布概率、補(bǔ)償因子與穩(wěn)定性因子的和，作為該土地利用類(lèi)型 的分配概率若補(bǔ)償因子接近于0，則所述分配概率為土地利用類(lèi)型分布概率和補(bǔ)償因子的和；若空間分配允許考慮穩(wěn)定性的設(shè)置，則將具有最高分布概率的土地利用類(lèi)型分配給待 分配土地利用類(lèi)型面積不足的柵格。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定性取決于采樣區(qū)域用地類(lèi)型的轉(zhuǎn) 移難度和它的周?chē)徲颍鲛D(zhuǎn)移難度通過(guò)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)換編碼表示。
9.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述土地利用面積空間分配子模塊實(shí)現(xiàn)各 種土地利用類(lèi)型在IkmX Ikm空間柵格上的分配。
10.一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真方法，其特征在于，包括PDA客戶端響應(yīng)用戶指令，向服務(wù)器終端發(fā)送采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)；其中，所述采 樣參數(shù)包括采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)，所述用戶設(shè)定參數(shù)包括采樣點(diǎn)用地類(lèi)型、指定模擬時(shí)段以及 情景設(shè)定；服務(wù)器終端響應(yīng)所述PDA客戶端，自動(dòng)提取所存儲(chǔ)的與所述采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù) 相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用格局演替仿真模塊對(duì)所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬運(yùn)算， 獲得與所述指定模擬時(shí)段相對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果；PDA客戶端接收來(lái)自服務(wù)器終端的模擬計(jì)算結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的土地格局演替仿真系統(tǒng)，包括PDA客戶端，用于響應(yīng)用戶指令向服務(wù)器終端發(fā)送采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)，并接收來(lái)自服務(wù)器終端的模擬計(jì)算結(jié)果；服務(wù)器終端，用于響應(yīng)所述PDA客戶端，自動(dòng)提取所存儲(chǔ)的與所述采樣參數(shù)和用戶設(shè)定參數(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)土地利用格局演替仿真模塊對(duì)所述相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得與所述指定模擬時(shí)段相對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明基于自主研發(fā)的土地利用格局演替仿真模型，以高性能的計(jì)算機(jī)工作站為服務(wù)平臺(tái)，在數(shù)據(jù)共享的機(jī)制上開(kāi)展實(shí)時(shí)的并行計(jì)算，從而提供給土地利用規(guī)劃者一個(gè)簡(jiǎn)單、便捷、智能化、定量化的土地利用格局演替仿真終端。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101807218SQ20091009259
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者吳鋒, 姜群鷗, 戰(zhàn)金艷, 林英志, 蘇紅波, 鄧祥征 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所