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        基于灰色理論的西豐縣森林資源預測研究

        2018-04-04 00:48:51吳軍
        防護林科技 2018年3期
        關鍵詞:活立木西豐縣有林地

        吳軍

        (遼寧省林業(yè)調查規(guī)劃院,遼寧 沈陽 110122)

        森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,被稱為地球的肺。它因受自身發(fā)展規(guī)律和環(huán)境的影響而不斷地發(fā)生變化,其結構的合理與否直接影響森林資源社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益的發(fā)揮[1,2]。森林資源的預測是根據(jù)歷史和現(xiàn)有的資料,通過定性和定量的方法計算,對一定空間和時間范圍內的森林資源的數(shù)量和質量進行科學推斷,掌握森林資源的未來動態(tài)消長趨勢[3,4]。森林資源預測能夠為森林經(jīng)營方案的制定提供科學的依據(jù),是實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營的重要保障,為森林管理決策提供數(shù)據(jù)參考。

        目前,國內對于森林資源預測的研究方法主要有灰色系統(tǒng)理論GM(1.1)模型[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)[6]和馬可夫鏈模型[7]3種方法。有研究表明人工神經(jīng)網(wǎng)更試用于短期預測,而灰色理論適用于中長期預測[3]。對于全縣的森林資源預測主要是中長期的預測,因此這里我們采用灰色理論對西豐縣的森林資源進行預測。我們主要選取了能夠反映一個地區(qū)森林最基本情況的3個指標:有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率。

        1 研究區(qū)域概況

        西豐縣隸屬于遼寧省鐵嶺市,位于鐵嶺市的東端。東與吉林省東遼、東豐兩縣相連,南與清原縣、西及西南與開原市相毗鄰,北臨吉林省梨樹縣。地處124°17′—125°06′ E,42°22′—43°08′ N。現(xiàn)轄6個鎮(zhèn),14個鄉(xiāng) 。面積268 549.4 m2,總人口約34萬人。截至2010年林地面積為173 021.4 hm2公頃,林分蓄積為7 688 870 m3,活立木蓄積為7 711 326 m3。

        2 數(shù)據(jù)來源

        以西豐縣2005年森林資源二類調查數(shù)據(jù)為基礎,對自2006年森林資源年度變更開始的資源數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,運用2006—2010年森林資源變更數(shù)據(jù),各個時期的有林地地面積、活立木總蓄積與森林覆蓋率情況,進行森林資源預測,并以2005和2010年數(shù)據(jù)作為精度值分析依據(jù)。

        表1 西豐縣2005—2010年有林地面積、 活立木蓄積與森林覆蓋率情況

        為了克服原始數(shù)據(jù)較強的隨機性,提高預測的精度,我們對原始數(shù)據(jù)進行處理,以2010年的數(shù)據(jù)為基礎,其他各年的數(shù)據(jù)與它相比較得出比率,運用于模型的計算。見表2。

        表2 西豐縣2006-2010年有林地面積比率、 活立木蓄積比率和森林覆蓋率比率

        3 預測模型

        3.1灰色理論預測法

        建立GM1.1模型

        X(0)=[X(0)(1),X(0)(2),…X(0)(n)]

        X(1)=[X(1)(1),X(1)(2),…X(1)(n)]

        其中[a,u]T=(BTB)-1BTY

        式中:X(0)—事件不同時間的原始特征值

        X(1)—事件不同時間的累加特征值

        a,u—預測模型參數(shù)

        k—表示事件發(fā)生的時間

        B—數(shù)據(jù)矩陣

        Y—原始特征值向量的轉置向量

        Y=[X(0)(2),X(0)(3),…X(0)(n)]T

        灰色模型實際是累加成模型,因此達到的預測值后需要用減法運算還原,即:

        X(0)(i)=X(1)(i)-X(1)(i-1)其中i=2,3,…,n

        3.2舉例說明運算過程

        下面已有林地為例說明其運算過程

        有林地面積:X(0)=[0.965,0.970,0.984,0.997,1]

        有林地面積:X(1)=[0.965,1.935,2.919,3.915,4.915]

        B矩陣為:

        Y=[X(0)(2),X(0)(3),X(0)(4),X(0)(5)]T

        =[0.970,0.984,0.997,1]T

        將B和Y 帶入[a,u]T=(BTB)-1BTY得出a=-0.00557,u=0.973218。

        3.3建模

        表3 西豐縣森林資源趨勢預測GM(1,1)模型

        4 預測結果與精度分析

        4.1精度分析

        我們運用預測模型計算2005年,2010年的值以檢驗預測模型的精確度。對灰色理論預測精度進行檢驗見表4。

        表4 灰色理論預測精度檢驗

        由表4可以看出,預測值與實際值的相對誤差在±2.5%以內的范圍,模型的收斂效果較好,模型的精確度較高。能夠應用于森林資源的模擬預測。

        4.2預測結果

        經(jīng)過驗證,模型具有較高的精確度,下面應用模型對西豐縣2020年、2025年有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率進行預測(見表5),以觀測未來森林資源的情況。

        表5 西豐縣有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率預測

        由表5可見,西豐縣2015年有林地面積為163 909.8 hm2,較2010年增長2.8%;活立木蓄積為8 342 298 m3,較2010年增長10%;森林覆蓋率61.43%,較2010年增長2.85%。2020年,有林地面積為168 539.6 hm2,較2010年增長5.7%;活立木蓄積為9 173 625 m3,較2010年增長20.9%;森林覆蓋率63.18%,較2010年增長5.8%。

        5 結論

        根據(jù)西豐縣2005年森林資源二類調查和(2006—2010年)森林資源年度變更統(tǒng)計數(shù)據(jù),我們對其中能夠客觀反映當?shù)厣仲Y源情況的有林地面積、活立木蓄積和森林覆蓋率進行分析,采用灰色GM(1.1)預測方法,建立預測模型,并對模型進行精度分析。通過精度分析可以得出,預測值與實際值之間的相對誤差在±2.5%之內,模型有很好的收斂效果,精確度較高,可以用于對未來森林資源有林地面積、活立木蓄積和森林覆蓋率的預測。

        運用建立的灰色GM(1.1)模型,我們得出西豐縣2020年,有林地面積較2010年增長2.8%;活立木蓄積較2010年增長10%;森林覆蓋率達到61.43%。2025年,有林地面積為5.7%;活立木蓄積20.9%;森林覆蓋率達到63.18%。由于模型精度較高,數(shù)據(jù)擬合效果較好,建議可以使用該數(shù)據(jù),為未來各級政府部門制定林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、林業(yè)政策的制定實施的提供數(shù)據(jù)參考。

        參考文獻:

        [1] 閆海冰.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的山西省森林資源預測研究[J].山西農業(yè)大學學報:自然科學版,2008,28(4):388-391

        [2] Kareiva PM. Space: The final frontier for ecological theory[J].Ecology.1994,75:156-163

        [3] 閆海冰.灰色理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡森林資源預測方法的對比研究[J].山西林業(yè)科技,2009,38(3):17-21

        [4] Aaviksoo K. Simulating vegetation dynamics and land use in a mine landscape using a Markov model[J]. Landscape and Urban Planning, 1995(31):129-142

        [5] 李曉玲,孫長軍,等.遼寧省森林資源預測[J].遼寧林業(yè)科技,2009(2):29-31

        [6] 朱瑜馨,張錦宗,趙軍.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的森林資源預測模型研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005,19(1):101-104

        [7] 袁傳武,史玉虎,唐萬鵬,等.馬爾可夫鏈模型在森林資源預測中的應用[J].湖北林業(yè)科技,2009(1):9-13

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