集成的专家系统和神经网络应用于大熊猫生境评价

充分了解大熊猫生境的时空格局及其变化,对有效保护大熊猫非常重要.绘制生境图既是野生动物生境评价和监测的一个有效方式,也是一个必要的步骤.新发展起来的人工智能方法(包括专家系统和神经网络方法),在模拟复杂系统过程中能够同时综合定性和定量信息,并可集成于GIS中,有助于大熊猫复杂生境的制图及评价.为了对大熊猫生境进行评价,本文建立了一个较全面的综合制图方法,将专家系统、神经网络和多类型数据全部集成在GIS环境下.结果表明,采用专家系统和神经网络集成方法绘制的大熊猫生境图的精度达到80％以上,高于单一的专家系统方法、神经网络方法和传统的最大似然法制图的精度.Z统计方法也证实了新建立的专家系统和神经网络集成方法要显著好于3种单一方法.     

基于二叉分类推理的昆虫分类辅助鉴定多媒体专家系统通用平台TaxoKeys的设计与开发

本文详细介绍了基于二叉式分类推理的昆虫分类辅助鉴定多媒体专家系统通用平台TaxoKeys的设计与开发,及其所具备的主要特点。该研究根据昆虫分类学的特点,将昆虫分类的两项式检索表用数据库表示成系统知识库,利用计算机数据结构中二叉树结构的分枝结点搜索技术来实现其推理过程,进行昆虫分类的辅助鉴定,为昆虫分类专家提供一个通用专家系统平台。该系统具有可扩充性好、设计简单、操作方便等特点,同时也适用于一般性生物分类鉴定。另外,本文还就本系统功能的进一步扩展与应用研究等进行了探讨。     

基于陆海统筹的九龙江-厦门湾海岸生态过渡带综合监测体系构建

海岸带是陆地和海洋之间的生态过渡带,生态保护和开发利用矛盾突出。而生态与环境监测是海岸带环境污染治理与生态保护的重要基础,是海岸带可持续发展的关键。在分析目前海岸带监测存在的问题基础上,以九龙江-厦门湾为研究对象,通过遥感和生物监测、标准衔接、采样和分析仪器以及在线监测系统研发等技术集成,构建了从污染源、环境质量到生态系统以及景观层次的一体化综合生态监测体系。该体系基于常规监测,建立了基于生态系统的河流-河口（近海）生物、水体和沉积物的生态环境一体化监测;探索制定了适用于九龙江河口不同盐度区的营养盐基准/标准系列推荐值;基于营养盐污染入海总量控制目标,构建了河流入海污染物通量在线监测系统;通过遥感监测和实地调查相结合,实现了从关键生态系统到景观的海岸带综合生态监测。基于综合监测体系,构建了兼顾陆海的河口湾区域生态安全评价指标体系,实现区域生态系统可持续发展或生态安全的动态评价。因此,通过上述系统的集成,成功实现了从陆域（流域）到河口（近海）一体化综合生态监测,可为海岸带地区的生态质量改善、污染防治、主要污染物排放总量控制、生态安全评价、生态保护与修复等提供科学支撑。     

毛乌素沙地草地种植管理咨询系统的开发

 本研究初步开发了一个用于毛乌素沙地草地种植管理咨询的专家系统ASSG。这个系统将当地生态系统管理专家们的经验知识和对土壤水分动态的理论研究成果结合起来以产生对于土地利用和种植的作物种类及品种的最优管理策略和最适的植被覆盖率。本系统利用3个层次的推理过程和结构化的知识库,通过咨询过程—步步地引导用户得到最优种植管理策略。在每—层次的推理中,本系统提供给用户多重选择,根据用户的意愿进行下一步的推理。这一推理的交互作用机制为用户获得适宜的咨询结果提供了最大的便利性。本系统的主体部分山Turbo Prolog语言完成,该语言是一种用于开发专家系统的描述性语言。基于土壤水分平衡原理的最优植被覆盖率模型由C语言实现,并应用多语言编程技术将之嵌入程序主体中。系统的样本运行结果表明本系统运行便利,并能产生合理的种植管理策略。     

从系统到景观:区域物质流分析的景观取向

物质流过程是考察系统属性的重要维度。区域物质流分析在研究框架、指标体系、数据集成、管理应用等方面的发展困境,都不同程度地反映了"黑箱假设"以及"系统隐喻"等产业生态学理论的应用局限性。基于整合复杂性科学、广义进化论的生态学组织层次理论,对区域物质流分析开展理论探讨,指出应在原有的"系统"思维之外引入"景观"概念,以拓展区域物质流分析的空间与认知维度。基于"从系统到景观"的理念,将景观生态学原理引入区域物质流分析,建构区域物质流分析的景观取向,并从空间结构与认知图式两个方面对这一取向的核心涵义做以解读。结合区域物质流分析的最新研究案例,从多尺度MFA的综合研究框架、物质流动过程的时空集成研究、物质流动过程的空间行为管理等几个方面,对区域物质流分析的景观取向做了进一步探讨。     

基于音节聚类分析的被动声学监测技术及其在鸟类监测中的应用

被动声学监测通过分析鸟鸣声信息来实现物种识别,为鸟类多样性监测提供了一种切实可行的技术方案。由于鸟种的鸣声复杂多变,如何通过声纹快速准确辨别物种,分析鸟类丰度,降低对人工操作的需求等技术难题,成为基于声纹的鸟类多样性监测所面临的挑战。本文提出了基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架:首先通过音高、频率平坦度等音频特征在声纹数据中提取音节,然后通过无监督表征学习与狄利克雷过程(Dirichlet process)混合模型对音节进行深度无监督聚类训练,完成音节聚类和自动音节种类推断。分析结果表明,本文提出的基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架在处理开源数据集白腰文鸟(Lonchura striata)的曲目时可获得接近90%的聚类准确率。在此基础上,本研究对2022年4-5月在广州市白云山公园固定监测点所录制的10种鸟类鸣声进行了无监督的音节聚类分析,验证了本文所提出的基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架的有效性:本技术不仅可以支持快速鸟类物种识别,还可以统计和分析不同物种鸟鸣在时间、频度、数量上的变化。这些结果表明,基于音节聚类的鸟类鸣声监测框架可以显著降低对人工标注训练数据的要求,克服传统鸟鸣物种识别框架...     

基于GIS和遥感技术的生态系统服务价值评估研究进展

生态系统服务价值评估是当前生态系统管理领域研究的热点,密切联系着人类的生活福祉.本文系统综述了基于地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的生态系统服务价值评估的研究进展,归纳为以下3个特征：生态经济学理论作为价值定量计算的核心方法被普遍采纳;GIS和RS在数据获取、时空分析和集成平台方面发挥着关键作用;运用生态系统服务功能机理模型模拟自然现象与人类活动之间的关系.根据目前该领域的研究现状及不足,提出了可扩展、分布式的集成研究框架--“生产线”框架,探讨了GIS和RS技术与生态系统服务价值评估集成研究的未来发展趋势.     

下辽河平原多熟种植农业生态模式专家系统设计Ⅰ.系统设计思想

以下辽河平原为背影,以多熟种植农业生态模式为研究对象,描述了多熟种植农业生态模式在下辽河平原的实践,应用农业生态学原理,提出了多熟咎植农业生态模式专家系统设计思想;运用专家系统,地理信息系统和关系数据库管理系统相集成的方法论述了系统总体设计原理,本文在理论上试图为应用现代计算机高新技术从事区域农业生态系统管理探索一条新路。     

生态产品价值实现研究进展

生态产品价值实现是解决环境外部性、保护生态系统功能和完整性的重要机制。基于已有研究和试点案例,对生态产品的狭义及广义概念进行了界定;鉴于资金充足程度对试点项目的重要性,按照资金来源,将生态产品价值实现模式分为公众付费、公益组织付费、政府付费以及多元付费,且对其特点、适用范围、优点及局限进行对比分析,为筹集资金、落实受益者付费原则提供技术支撑;按照问题描述、识别生态产品/受益方(买方)/供给方(卖方)、交易条件、价值交易机制、监测与成效分析框架对试点案例的生态产品价值实现机理及路径进行剖析,提出选择适当的价值实现工具,并强化监测指标的选取及成效分析,以提升资金效率和生态保护效益。     

生物多样性与生态系统服务评估指标与方法

评估、模拟和预测全球生物多样性和生态系统服务的状态、趋势及其对人类福祉的影响,是当前生物多样性和生态系统服务研究领域的重要任务。指标和数据、模型和情景是推动生物多样性与生态系统服务评估研究理论建设和方法集成的重要工具。但是,目前对生物多样性和生态系统服务评估的指标体系和技术方法的综合对比研究相对缺乏。因而,系统评述了生物多样性和生态系统服务评估的概念框架、评估指标以及各类评估模型和方法的最新进展。生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉的级联框架是极具逻辑性的生物多样性和生态系统服务评估框架。现有的评估指标体系和模型方法还存在很多的问题和挑战,难以充分揭示生态系统服务的形成和影响机制、服务之间的联系和作用机理,有效地指导生态系统服务管理和决策制定。然而,这些评估指标和方法可为构建生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的框架提供重要的切入点。基于此,提出了生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的核心内容:i)目的:基于自然—社会综合特征的情景分析确定所解决的科学问题,输出生态系统服务管理和决策制定方案;ii)内容:尺度、生态系统服务类型、生物多样性的层次结构、组分间相互关系、驱动要素、多源数据的综合分析;iii)方法:对现有的各类模型和模型组合进行比较和不确定性分析,建立符合区域实际需求的生物多样性与生态系统服务综合制图模型库。在此基础上,建议我国应尽快发展适合中国区域特点的标准化指标体系和综合评估模型系统,定期对生物多样性和生态系统服务进行综合评估,掌握生物多样性和生态系统服务的变化趋势,提升我国在生物多样性和生态系统服务研究领域的国际地位和话语权。     

生态系统服务与景观格局集成研究综述

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,并提出知识集成的概念框架:1)在要素层,"政策-决策—景观—生态系统服务—社会经济系统"的跨学科知识反馈环是集成理论基础; 2)在模型层,结构化、多层次的集成模拟模型是核心方法; 3)在数据层,多源数据集成是模拟模型的数据基础。集成生态系统服务与景观格局为区域生态环境治理实践提供了科学参考,能更好地应对生态系统服务科学与应用的挑战。     

关于生物多样性信息系统的问题与建议 三、评估技术

生物多样性的科学信息系统需要提供技术评估资料。对所收集的数据、模型与专家系统、技术支撑系统等的评估,是为用户提供指引性的概述。其数据分析与评估、信息系统技术评估是最基本的和最重要的内容之一。评估技术与空间数据查询技术构成广义的人机界面的基本部分之一。     

动态MPCA在发酵过程监测与故障诊断中的应用

针对发酵过程非线性和时变特点,提出了一种具有实时性的动态MPCA方法,采用多模型非线性结构代替传统MPCA单模型线性化结构,克服了后者不能处理非线性过程和实时性的问题,并避免了MPCA在线应用时预报未来测量值带来的误差,提高了发酵过程性能监测和故障诊断的准确性。对头孢菌素C发酵过程的拟在线仿真研究,验证了基于动态MPCA的统计过程监测的有效性。     

区域生态安全灾变态势分析方法——以辽河流域为例

在实际生产生活中人们关注的不仅是基于P-S-R（压力-状态-响应）框架的生态安全状态评价,而是未来生态安全灾变态势问题。灾变是由风险演变而来。存在生态安全隐患,就存在生态安全灾变的风险,生态安全隐患是生态安全灾变的风险源。生态安全灾变风险是指在一定区域内,由于各种隐患因素对人与自然环境复合生态系统可能产生的危害作用,从而使生态安全状态所承受的恶化和灾变的可能性,是人们不能确切把握且不愿接受的安全状态恶化的一种态势。以区域突发型生态安全隐患和缓发型生态安全隐患的危害作用为研究对象,采用生态风险评价和地理信息系统（GIS）分析技术相结合的方法,以辽河流域为实例探讨了生态安全灾变态势的理论与方法。     

基于土壤三相的广义土壤结构的定量化表达

以基于土壤固、液、气三相为研究对象的广义土壤结构为切入点,借鉴微观经济学中柯布-道格拉斯生产函数边际递减效益的思想,通过构建旱作土壤条件下土壤三相"投入"与土壤结构"产出"的土壤结构生产函数,定义了广义土壤结构指数(GSSI),GSSI=[(XS-A)XL XG]k.同时根据二维三系图中土壤结构相对理想三相点变化的趋势,计算了土壤三相结构距离(STPSD).结合典型黑土区马铃薯耕地土壤深松整地前后土壤结构的变化与广义土壤结构指数和土壤三相结构距离的计算结果,验证了广义土壤结构指数可以有效反映土壤结构特征及其动态变化.在此基础上,采用281个旱作土壤样本数据对广义土壤结构指数与土壤三相结构距离之间的关系进行了拟合,二者之间存在极显著的线性关系(R2 = 0.86* *).可以认为,广义土壤结构指数与土壤三相结构距离均能作为定量描述土壤结构变化的综合指标,不仅为深入研究广义土壤结构提供了一种新方法,而且为定量研究土壤结构、功能与质量奠定了基础.     

基于灾害视角的区域生态安全评价机理与方法——以辽河流域为例

随着人类活动对生态环境形成了巨大压力,频繁且类型众多的灾害构成对生态安全的现实或潜在的巨大威胁。目前人们主要针对确定性因素,基于"压力-状态-响应"(P-S-R)机理框架进行生态安全评价研究,评价结果反映区域总体的安全状态。但是在实际生产生活中人们关注的不仅是确定性因素的影响,还包括不确定性生态隐患因素的影响;不仅关注生态安全的现时状态,而且还关注生态安全未来的发展趋势。生态安全是动态性的,其演变过程、趋势和风险更重要。生态安全是地域性的,具体地域需要具体分析。针对生态安全特点和P-S-R框架研究的不足,研究结合地理科学和安全科学的基本理论,从灾害视角探讨了区域生态安全评价机理与方法:①根据评价对象各组成部分之间的相互关系与相互影响构建区域生态安全状态-隐患综合评价指标体系;②根据多目标决策乘法准则,提出状态-隐患耦合指数评价方法;③针对不同的安全影响要素空间递变特点以及数据的来源途径,探讨了"行政单元-动态格网"交互赋值技术;④以辽河流域为例,基于GIS网格技术进行了生态安全"可视化"空间差异评价。评价结果与实地考察基本一致,说明了这种研究方法具有一定的科学性,为制定区域生态化发展战略和规划提供了决策支持,也为建设生态安全预警系统奠定了基础。     

内蒙古草原草场放牧退化模式研究及退化监测专家系统雏议

草原植被在放牧影响下的时空动态规律是草场监测和管理的基础。本文将定位研究与路线考察相结合,将放牧影响下草原的动态演替及其在牧压梯度上的空间变化相对比,研究了内蒙古主要草原草场的退化模式,并在此基础上初步探讨了判别草场退化的数量指标和退化监测专家系统。     

GIS和遥感技术在生态安全评价与生物多样性保护中的应用

综合近年来国内外生态安全评价和生物多样性保护领域的研究成果:简要总结了地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术在生态学热点领域的应用研究现状和特点;归纳论述了GIS和RS在生态安全评价和生物多样性保护研究中存在的不足;在此基础上,尝试性地提出了可扩展的集成研究框架——"生产线"框架;最后探讨了GIS和RS技术与生态学集成研究的未来发展趋势。     

动物栖息地选择评估的常用统计方法

利用合适的统计学方法能够更准确地理解动物的栖息地选择。本文通过对2003~2012年期间,10个国际期刊所发表的177篇关于鸟类和兽类栖息地选择论文的30种统计学方法进行分析,简要概述了目前流行的栖息地选择统计学分析方法及特点,同时对同时期的中文文献也进行了简要分析。目前关于动物栖息地选择较为流行的分析方法主要有逻辑斯蒂回归、资源选择函数、成分分析、广义线性模型、多元方差分析、基于欧几里德距离的方法、广义线性混合模型、生态位因子分析、基于个体模型、典型相关分析、物种分布模型等。广义线性模型、逻辑斯蒂回归、多元方差分析和基于欧几里德距离这些方法可以很灵活地用来分析数据,但是缺乏一个有生态学意义的理论框架。资源选择函数和生态位因子分析各自为栖息地选择研究提供了一个统一的理论框架。基于个体的模型是一个自下而上的过程,很难在系统水平形成理论。232篇国内文章中使用较多的方法是主成分分析、Mann-Whitney U检验、t检验、卡方检验、判别分析、方差分析、Vanderloeg选择系数和Scavia选择指数、逻辑斯蒂回归、Kruskal-Wallis H检验和多元回归分析等。在实际研究中,应根据所要解决的研究问题,选择切实可行的分析方法。     

利用GIS对吉林针阔混交林TM遥感图像分类方法的初探

为提高林区TM遥感图像自动分类识别精度,在GIS技术辅助下,以吉林省汪清林业局针阔混交林TM遥感图像为例,对研究区DEM、坡向等地理因子和土壤类型等环境因子与森林植被分布之间的内在规律进行了定量分析,并结合对遥感图像预分类的定性分析,形成分类知识库,建立了适用于针阔混交林的自动分类识别专家系统.分类试验证明,该系统能比较明显地削弱混合像元和地形阴影的影响,分类精度较无监督分类法提高了14.22%,Kappa指数为0.7556,达到区别森林类型的分类目的.将GIS数据引入专家系统,应用先验知识建立推理机制,可以解决遥感图像中云区和云阴影区由于不能接收到正确的光谱值而无法进行分类的问题.