王華春（江西理工大學(xué),江西　贛州341000）

基于GIS和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)

王華春
（江西理工大學(xué),江西贛州341000）

摘要：通過(guò)運(yùn)用GIS技術(shù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，力圖用新的研究方法對(duì)土地的適應(yīng)性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。將土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，利用GIS的Union工具將各指標(biāo)圖層進(jìn)行疊加，選取合適的評(píng)價(jià)單元，以單元的屬性數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，進(jìn)行了土地適應(yīng)性等級(jí)的劃分。將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為高度適宜S1、中度適宜S2、勉強(qiáng)適宜S3以及不適宜N四個(gè)等級(jí)。最后發(fā)現(xiàn)該研究方法具有簡(jiǎn)單方便和客觀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：GIS；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)

0　引言

GIS和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)中是科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。以往對(duì)土地評(píng)價(jià)的研究中，大部分研究都運(yùn)用到了GIS技術(shù)，特別是運(yùn)用其強(qiáng)大的空間分析能力，但運(yùn)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的卻不是很多。將兩者結(jié)合起來(lái)運(yùn)用到土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)中更是甚少。針對(duì)以上研究的不足，本研究力圖將兩者結(jié)合起來(lái)應(yīng)用到土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)中，以尋求新的方法[1-5]。

1　指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)等級(jí)

土地適宜性評(píng)價(jià)即評(píng)定土地在一定經(jīng)營(yíng)管理水平下對(duì)確定利用類型的適宜狀況。本文將這里的利用類型限定為宜耕地類型。根據(jù)指標(biāo)選取原則并結(jié)合貴州省畢節(jié)市鴨池鎮(zhèn)為例，選取土壤酸堿度、年均降水量、土壤厚度、海拔、坡度以及交通區(qū)位作為影響土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)的因子。本文將耕地類型的土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為高度適宜S1、中度適宜S2、勉強(qiáng)適宜S3以及不適宜N四個(gè)等級(jí)。

1.1 GIS的應(yīng)用

將以上6個(gè)指標(biāo)體系在ArcGIS10.0中分別以獨(dú)立圖層表示，然后利用ArcGIS10.0的疊加分析中的Union工具將以上6個(gè)指標(biāo)圖層進(jìn)行合并，在合并的同時(shí)也進(jìn)行了相應(yīng)的屬性合并，即每個(gè)柵格單元都具有土壤酸堿度、年均降水量、土壤厚度、海拔、坡度以及交通區(qū)位等屬性。在將指標(biāo)圖層進(jìn)行疊加分析后，需要將研究區(qū)域劃分為許多評(píng)價(jià)單元。因?yàn)樵u(píng)價(jià)單元是土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)的最小評(píng)價(jià)單位。這也將成為后文中運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。這里根據(jù)研究區(qū)域的面積，將整個(gè)研究區(qū)域分為2374個(gè)單元。

1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)[6]，需要確定輸入層、隱藏層和輸出層的確定以及每一層的單元數(shù)，訓(xùn)練樣本的選?。挥嘘P(guān)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法和知識(shí)將參考有關(guān)書(shū)籍[7-8]。在本文研究中，根據(jù)相關(guān)理論以及不斷試驗(yàn)確定了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)為3層，其結(jié)構(gòu)為6-9-4，采用Sigmoid作為激活函數(shù)。要對(duì)土地適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，還需要以下步驟：

（1）確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集。本文將以上六個(gè)指標(biāo)作為輸入值，即X=[土壤酸堿度，降水量，土壤厚度，海拔，坡度，交通區(qū)位]T，其中T表示向量X的轉(zhuǎn)置。輸出值為相應(yīng)的4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，即D=[高度適宜S1，中度適宜S2，勉強(qiáng)適宜S3，不適宜N]T，同樣T表示向量D的轉(zhuǎn)置。具體見(jiàn)表1。

表1　指標(biāo)劃分表

為了獲得訓(xùn)練樣本集的輸入向量X，將表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，我們將歸一化后的每個(gè)等級(jí)區(qū)間按線性插值的方法等比例劃分為10個(gè)訓(xùn)練樣本，這樣，最后就會(huì)有40個(gè)輸入訓(xùn)練樣本，1-10號(hào)樣本為高度適宜S1，11-20號(hào)樣本為中度適宜S2，21-30號(hào)樣本為勉強(qiáng)適宜S3，31-40號(hào)樣本為不適宜N。

當(dāng)?shù)玫捷斎胂蛄縓后，我們還需要知道期望值向量D。由于將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，我們可以將高度適宜S1表示為（1，0，0，0），中度適宜S2表示為（0，1，0，0），勉強(qiáng)適宜S3表示為（0，0，1，0），不適宜N表示為（0，0，0，1）。

（2）對(duì)土地適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)上面建立的訓(xùn)練樣本集，選取合適的訓(xùn)練誤差（這里選取訓(xùn)練差r=0.0005），對(duì)建立好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)1049次的訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)果滿足訓(xùn)練誤差的要求。

此時(shí)，可以對(duì)土地適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)之前，需要將通過(guò)ArcGIS10.0劃分的2374個(gè)單元的屬性導(dǎo)出到表格中，并對(duì)表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。將這些數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練好后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，最終測(cè)算出每個(gè)評(píng)價(jià)單元的評(píng)價(jià)等級(jí)（見(jiàn)表2）。

表2　部分評(píng)價(jià)結(jié)果

最后一步就是利用ArcGIS10.0將這些評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)表格的形式以對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)單元以追加字段的方式導(dǎo)入圖層上（見(jiàn)下圖）。

2　結(jié)論

基于GIS和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）直觀形象：通過(guò)GIS的使用，能將評(píng)價(jià)結(jié)果以圖形的形式展現(xiàn)出來(lái)，直觀形象。

（2）信息獲取的簡(jiǎn)易性：通過(guò)利用GIS，能方便地獲取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要的訓(xùn)練樣本，而且，對(duì)于信息的處理特別是空間信息的處理具有強(qiáng)大的功能。

（3）計(jì)算簡(jiǎn)單：只需要確定訓(xùn)練樣本集，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，不需要人為的大量計(jì)算。

（4）客觀性強(qiáng)：利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)土地適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，不像其他文獻(xiàn)中需要對(duì)指標(biāo)求權(quán)重值。

通過(guò)將兩者結(jié)合起來(lái)運(yùn)用于土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)中，得到了預(yù)期的效果，說(shuō)明本文使用的方法具有可行性。

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