基于改进的投影寻踪的森林生态系统生态价位分级模型

针对投影寻踪技术计算过程复杂、编程实现困难等缺陷,提出采用改进单纯形法直接优化投影寻踪技术的投影函数和投影方向,从而简化了投影寻踪技术的实现过程,克服了目前投影寻踪技术编程实现困难、搜索时间长及投影方向难以最优化等缺点.提出了基于改进单纯形法的投影寻踪技术的森林生态系统生态价位分级模型.利用该模型可把各森林生态系统多维分类指标综合成一维投影值.投影值越大表示该森林类型生态服务价值越大.根据投影值大小可对森林生态系统样本集进行合理分级.实例分级结果表明,直接由样本数据驱动的改进的投影寻踪森林生态系统生态价位分级模型用于生态价位分级,简单可行,具有较强的适用性和应用性;可操作性强,其优化时间及投影函数值分别为传统投影寻踪技术的34%和143%;投影寻踪效果很理想,可广泛应用于生态学、生物学及区域可持续发展研究中各类非线性、高维数据分级与评价.     

基于投影寻踪的天然草地分类模型

提出了基于投影寻踪的天然草地分类模型(GQC-RAGAPP),利用该模型可把各天然草地多维分类指标值综合成一维投影值,投影值越大表示该草地的环境综合质量越高,根据投影值的大小就可对草地样本集进行合理分类。建议用实码加速遗传算法进行GQC—RAGAPP的建模,简化了投影寻踪技术的实现过程,克服了目前投影寻踪技术计算过程复杂、编程实现困难的缺点。实例计算的结果说明,直接由样本数据驱动的GQC—RAGAPP模型用于天然草地分类简便可行,适用性和可操作性较强,可应用于各种非线性、非正态高维数据分类、评价等区域可持续发展研究中。     

基于投影寻踪理论的稻飞虱发生程度预测模型

稻飞虱发生程度与相关气候因子的数据大多具有高维非正态、非线性特征,采用统计预测法会出现预测效果的不稳定,采用人工神经网络预测模型需要较多的训练样本.投影寻踪模型把高维数据投影到低维子空间上,对数据结构进行分析,一定程度上解决了非线性、非正态问题.本文建立了浙江省新昌县单季晚稻稻飞虱主害代发生程度的投影寻踪预测模型,并与BP神经网络模型、线性回归模型的预测结果进行了对比.结果表明:投影寻踪模型优于BP神经网络模型、线性回归模型;投影寻踪模型的历史符合率和预测准确率均为100%;BP神经网络模型历史符合率达到100%,但预测偏差较大;线性回归模型历史符合率和预测偏差均较大.可见,投影寻踪模型在稻飞虱发生程度的预测上具有较好的应用前景.     

投影寻踪模型在区域生态环境质量评价中的应用

大量相关因子的简化和降维处理是生态环境质量评价的关键问题之一。而投影寻踪模型可将多个指标投影到线性空间,实现指标的降维处理。本文以巢湖流域生态环境质量综合评价进行了实证分析,巢湖流域生态环境质量为3级,其中合肥市和六安市所属区域生态环境质量为3级,巢湖市为4级。研究表明,应用投影寻踪模型进行区域生态环境质量评价人为干扰少,操作简便,便于在生产实践中应用,为区域生态环境质量评价提供了一条新途径。     

基于投影寻踪法的武汉市“两型社会”评价模型与实证研究

为克服现有“两型社会”评价中存在的主观性强、不易处理高维数据等缺陷,提出了基于投影寻踪法的武汉市“两型社会”评价新方法。从资源、环境、经济、社会四个子系统出发,构建了武汉市"两型社会"评价指标体系;选取武汉市2000-2009年数据作为样本,将多维评价指标值投影为一维投影数据;引入加速遗传算法,优化投影指标函数寻求最佳投影方向;根据投影值大小对武汉市2000-2009年“两型社会”发展状况进行比较,利用最佳投影方向信息研究了各个指标对武汉市”两型社会“发展的影响程度。研究结果表明,2000-2009年,武汉市“两型社会”建设呈现出良好的发展态势,建成区绿化覆盖率、人均公共绿地面积、第三产业增加值占GDP比重、空气质量优良率、每千人口医院床位数、工业用水重复利用率、每万人在校大学生人数、单位GDP能耗、每万人拥有公共交通车辆等指标是武汉市“两型社会”建设的重要驱动因素。对此就武汉市建设“两型社会”提出了对策和建议。最后,指出投影寻踪模型为城市"两型社会"发展综合评价提供了一种值得探索和尝试的新方法。     

基于投影寻踪的城市生态系统健康评价

掌握城市生态系统的健康水平,对城市实施可持续发展具有重要意义.采用一种新型的多指标数据处理方法-投影寻踪模型,选取典型指标,利用基于实数编码遗传算法优化求取最佳投影方向,对广州市2000年、2005年的城市生态系统健康状况进行评价.评价结果表明:2000年,广州市对应的等级值为2.95,处于亚健康状态,符合其客观状况,该结果与采用模糊综合评价法所得结论一致;2005年,广州市对应的等级值为3.48,仍处于亚健康状态,但其等级值大于2000年的数值,等级值在增大,表明经过5a的建设,广州市的生态系统健康状况在不断好转.此外,与模糊综合评价法相比,该模型能精确地刻画出生态系统的具体健康水平,具有较高的评价精度和区分度.     

玛纳斯河流域水资源可持续利用评价方法

水资源短缺是制约玛纳斯河流域水资源可持续发展的"瓶颈"因素,对流域水资源可持续发展水平进行综合评价对其国民经济可持续发展至关重要。从水资源、社会、经济、生态环境四个子系统出发,采用了熵值法和投影寻踪理论相结合的评价模型,对流域水资源可持续利用水平进行评价,并将两种方法的评价结果进行加权求和,得出流域水资源可持续利用变化趋势。评价结果表明,该模型方法可靠,分析结果合理,评价结果可以为水资源可持续开发利用提供科学依据,是评价水资源可持续利用水平的一种有效新方法。最后,提出了促进流域水资源可持续利用的建议,为实现水资源可持续开发利用提供借鉴和参考。     

社会-经济-自然复合生态系统生态位评价模型——以四川省为例

在深入分析区域资源、环境、社会、经济综合系统基础上,建立了四川省2001—2010年社会-经济-自然复合生态系统生态位评价指标体系,复合生态系统综合生态位包括资源、环境、经济和社会4个子系统生态位。将耦合投影寻踪模型应用于复合生态系统生态位评价,其中,采用并行模拟退火算法对评价模型参数进行优化。研究结果表明:2001年—2010年四川省复合生态位呈现先降后升的趋势,复合生态位评价值从2001年3.1325下降到2005年的2.8499,从2005年开始,复合生态位逐渐增加,到2010年增加到3.3304。表明环境重视程度的提高,环保意识的加强,促进了复合生态位的提高,区域自然生态和环境得以改善。最佳投影方向各分量的大小反映了各评价指标对生态位评价等级的影响程度,值越大则对应的评价指标对生态位评价等级的影响程度越大。区域生态位评价等级指标的影响程度最大的10项中有4项是环境生态位子系统指标,表明环境生态位子系统对综合生态位影响最大。发展过程中经济生态位子系统和社会生态位子系统指标值相关系数为0.9957,表明两子系统基本上是保持同步发展。而经济生态位和环境生态位子系统指标值相关系数为-0.9346,呈现明显的负相关关系。资源子系统呈现上升趋势。模拟退火优化的投影寻踪耦合模型应用于复合生态位评价,具有实用性和可行性,为区域生态管理科学决策提供重要依据。     

行业异质性视角下我国工业生态创新效率评价

随着资源紧缺、环境污染日益严峻,生态创新成为各国追逐的政治目标,研究我国不同工业行业的生态创新效率对我国的创新发展和可持续发展具有重要意义。从生态创新内涵出发,构建包括环境效益和经济效益在内的生态创新效率评价指标体系。以2009—2015年我国34个工业行业面板数据为样本,利用生产要素密集度将选取的34个工业行业归类为资源密集型行业、劳动密集型行业和资本密集型行业。运用基于实数编码加速遗传算法的投影寻踪分类模型进行综合评价,该方法可以依据最佳投影方向来判断各评价指标对综合评价目标的贡献大小和方向,利用投影指标值实现对34个行业的统一分类和评价。结果表明:不同要素密集度行业的生态创新效率存在显著差异,资本密集型行业的生态创新效率最高,资源密集型行业和劳动密集型行业的生态创新效率较为接近,但都低于行业整体平均水平,其中尤以劳动密集型行业中的有色金属矿采选业的生态创新效率最低;生态创新研发人力、财力的投入以及创新活动所带来的经济效益对生态创新效率的提升影响较大,而仪器和设备等物质投入对生态创新效率影响较小。     

大亚湾核电站附近水域岩相潮间带生物群落

为了评价大亚湾核电站冷却水排出的余热对海湾生态系和海洋环境的影响,受法国电力公司(EDF)委托,自1986年12月至1989年9月,对大亚湾海域进行了海洋生态调查。内容包括水文、水化、地质、地貌和海洋生物等十多个项目。本文着重分析大亚湾核电站附近水域岩相潮间带生物群落结构的特点,旨在确定核电站投产前该水域潮间带生物群落的背景数据,为该湾海洋环境质量评价提供参考。     

基于蚁群遗传算法的DNA序列比对方法

蚁群遗传算法是在蚁群算法的基础上用遗传算法对其参数进行优化而产生的一种改进算法。把蚁群遗传算法应用于DNA序列比对上,结果表明这种新的序列比对算法是非常有效的。     

基于近海健康评价现有体系的我国普适海洋健康评价“双核”新框架的构建

海洋生态环境保持健康状态是人类可持续开发利用海洋资源环境的基础,而近海海洋生态环境的健康状况综合评价可为海洋生态环境良性发展以及社会经济决策提供科学依据。首先对国际上3种代表性的海洋环境健康综合评价方法的应用特点进行了对比分析,并归纳了我国海洋生态环境健康评价的状况,在此基础上,以指标体系法重构了一个双核结构的综合评价框架,其中内核评价以海洋生态系统的自身状态为主,外核评价则主要反映海洋之于人类经济社会的贡献,以期能够科学、准确、全面的评价我国近海海洋环境健康状况。     

福建南日群岛秋季海洋生态环境诊断与评价

根据2007年9月和10月福建南日岛生态调查资料,从海水水质、海水营养结构与营养水平、生物多样性等3个方面诊断与评价了南日群岛海域环境现状,利用综合质量指数法对海洋生态环境质量进行综合评价,并探讨了不同评价指数的关系及合理性.结果表明:海域的pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、Pb、Cd、Hg、As含量均符合第二类海水水质标准.71%站位的磷酸盐、14%站位的无机氮和7%站位的石油类污染物超第二类海水水质标准.海水水质总体属于较好等级,营养结构表现为氮限制,大部分海域处于富营养化状态,依据浮游生物的多样性指数评价结果为轻污染-清洁水平.生态环境综合质量指数评价结果表明南日群岛海域生态环境总体处于良好水平.利用不同的评价指数对海域环境健康状况进行诊断的结果存在一定差异.在实际评价中应综合运用化学指标和生物指标,才能得到相对客观的结论.     

旱区生态环境质量的综合定量评价模型

生态环境质量是社会经济可持续发展的基础。因此 ,建立旱区生态环境质量的定量评价是区域可持续发展的主要依据。现有的评价方法大多是通过根据评价区评价指标量化值与评价等级标准来建立评价模型 ,评价区不同 ,评价模型也不相同 ,计算工作量较大。根据给定的生态环境质量评价等级标准 ,采用随机技术模拟生成足够数量的评价指标序列 ,应用人工神经网络模型 (artificial neural network,ANN) ,以评价指标生成序列与其所属的评价等级值进行网络训练。网络训练后 ,以评价区的评价指标为网络的输入 ,通过计算 ,可获得相应的生态环境质量评价等级值。并以甘肃省石羊河流域生态环境脆弱的民勤县为研究对象 ,应用 1975～ 2 0 0 0年资料进行了实例研究。结果表明 ,民勤县 1975～ 2 0 0 0年生态环境质量效应评价值分别为 2 .95 0 1,4 .0 0 90 ,4 .1342 ,4 .16 37,4 .9736 ,5 .0 12 8,说明该地区的生态环境质量是持续下降的 ,与以往采用的模糊综合评价等级值 3,4 ,4 ,4 ,5 ,5一致。文中 ANN模型建立后 ,对于不同评价区 ,只要给定相应的评价指标值 ,通过 ANN模型计算 ,可直接得出生态环境质量评价等级值。因此 ,模型具有实用、可操作性强的特点 ,大大减少了评价区的计算工作量 ,可以用于生态环境质量效应评价     

An Improved Artificial Bee Colony-Based Approach for Zoning Protected Ecological Areas

China is facing ecological and environmental challenges as its urban growth rate continues to rise, and zoning protected ecological areas is recognized as an effective response measure. Zoning inherently involves both site attributes and aggregation attributes, and the combination of mathematical models and heuristic algorithms have proven advantageous. In this article, an improved artificial bee colony (IABC)-based approach is proposed for zoning protected ecological areas at a regional scale. Three main improvements were made: the first is the use of multiple strategies to generate the initial bee population of a specific quality and diversity, the second is an exploitation search procedure to generate neighbor solutions combining “replace” and “alter” operations, and the third is a “swap” strategy to enable a local search for the iterative optimal solution. The IABC algorithm was verified using simulated data. Then it was applied to define an optimum scheme of protected ecological areas of Sanya (in the Hainan province of China), and a reasonable solution was obtained. Finally, a comparison experiment with other methods (agent-based land allocation model, ant colony optimization, and density slicing) was conducted and demonstrated that the IABC algorithm was more effective and efficient than the other methods. Through this study, we aimed to provide a scientifically sound, practical approach for zoning procedures.     

Estimation-based ant colony optimization and local search for the probabilistic traveling salesman problem

The use of ant colony optimization for solving stochastic optimization problems has received a significant amount of attention in recent years. In this paper, we present a study of enhanced ant colony optimization algorithms for tackling a stochastic optimization problem, the probabilistic traveling salesman problem. In particular, we propose an empirical estimation approach to evaluate the cost of the solutions constructed by the ants. Moreover, we use a recent estimation-based iterative improvement algorithm as a local search. Experimental results on a large number of problem instances show that the proposed ant colony optimization algorithms outperform the current best algorithm tailored to solve the given problem, which also happened to be an ant colony optimization algorithm. As a consequence, we have obtained a new state-of-the-art ant colony optimization algorithm for the probabilistic traveling salesman problem.