基于混合蛙跳算法的兰州市土地利用结构优化研究

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文基于混合蛙跳算法的兰州市土地利用结构优化研究StudyonOptimizationofLandUseStructureinLanzhouCityBasedonShuffledFrogLeapingAlgorithm郭小燕指导教师姓名刘学录教授（甘肃农业大学兰州730070）学科专业名称生态学研究方向景观生态学论文答辩日期2016年5月29日学位授予日期2016年6月答辩委员会主席赵成章教授评阅人马才学教授刘建东教授李波青教授2016年6月5日原创性声明本人声

2、明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得甘肃农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期年月日甘肃农业大学2016届博士学位论文摘要优化土地利用结构是实现土地资源合理高效利用的基本途径之一，在土地利用结构优化研究中，数量结构的优化较容易实现，因此有大量研究报道，而空间结构优化

3、的实现则较为困难，目前尚未见到有借鉴意义的文献。因此，本文采用混合蛙跳算法，以生态系统服务价值和格局紧凑度为适应度函数建立土地利用优化模型，对兰州市的土地利用结构进行优化研究，以期在实现土地数量结构优化智能化的同时，探索出实现空间结构优化的智能化方法，研究结果表明：(1)兰州市生态系统服务功能主要表现为土壤形成与保护、维持生物多样性、气候调节等，土壤形成与保护功能、水文调节功能从1997年开始一直呈下降趋势，但近年来由于生8态建设的推进，建设用地面积得到有效控制，到2014年生态系统服务价值上升为49.1410元

4、。(2)利用改进的混合蛙跳算法建立的土地利用数量结构优化模型，可以得到生态型、发8展型、综合效益型三种优化方案，优化后兰州市生态系统服务价值可达到58.89×10元，通过土地利用格局优化调整可以达到保护生态，提高生态系统服务价值的目的。(3)以生态系统服务价值与格局紧凑度相结合作为适应度函数，将混合蛙跳算法与遗传算法相结合建立土地利用空间格局优化模型，可以得到土地利用空间优化方案。优化后生8态系统服务价值为58.02×10，优化前标准格局紧凑度为0.37，优化后为0.47。试验结果表明，该模型能利用青蛙的群体空间分

5、布模拟土地利用空间格局，并能在多目标控制下找到问题的最优解，实现土地利用数量结构和空间格局的有效统一，模型具有较强的全局寻优能力以及较快的收敛速度。(4)利用混合蛙跳算法建立了并行空间格局优化模型，该模型中主进程负责全局寻优，子进程负责局部寻优，主进程与子进程采用同步式信息通信方式，保证各个青蛙子种群进行局部优化时在时间上并发执行。试验结果表明，与串行混合蛙跳模型与粒子群模型相比，并行蛙跳模型在寻得最优解时，有更高的寻优效率。(5)以提高生态系统服务价值为导向，基于混合蛙跳算法建立的土地利用优化模型，是实现土地利用

6、优化智能化的有效途径。利用基于混合蛙跳算法的土地利用优化模型，可初I甘肃农业大学2016届博士学位论文步形成土地利用空间结构优化的方法。模型得出的优化方案对兰州市城市规划和土地资源合理配置提供了一定的理论指导与技术借鉴。关键词：生态系统服务价值；土地利用；空间格局优化；混合蛙跳算法；并行II甘肃农业大学2016届博士学位论文SummaryTooptimizationlandusestructureisoneofthebasicwaystorealizetherationalandefficientuseofland

7、resources.Inresearchfieldofthelandusestructureoptimization,quantitystructureoptimizationiseasytoachieve,sotherearealargenumberofstudieshavingbeenreported，buttheoptimizationofspatialstructureismoredifficult,sothereisfewliteraturediscussingoptimizationofspatials

8、tructure.Therefore,inthispaper,theoptimizationoflandusestructureinLanzhouCitywerestudiedbasedonshuffledfrogleapingalgorithmmodelswhichcombinedecosystemservicevalueandlandpatterncom