农作物空间格局变化模拟模型的MATLAB实现及应用-论文.pdf

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1、第30卷第12期农业工程学报Vl01-30NO．122014年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJun．2014105农作物空间格局变化模拟模型的MATLAB实现及应用余强毅，吴文斌，陈羊阳2，杨鹏，孟超英2，周清波，唐华俊(1．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所／农业部农业信息技术重点实验室，北京100081；2．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083)摘要：Agent模型是研究农业土地系统复杂性与动态性的有效工具。在农作物空问格局变化模拟模型(CroPaDy，

2、anagent．basedmodelforsimulatingcroppaRemdynamics)概念化设计的基础上，借助MATLAB平台开放性、矩阵运算能力强等特点，实现CroPaDy模型的数值模拟，并以黑龙江省宾县调查数据为依据，完成模型的区域实证研究。基于MATLAB的模型实现过程充分考虑了CroPaDy模型的多层次性(土地流转行为与作物选择行为)成功实现了3个子模块的动态嵌套模拟：1)Agent生成模块。基于已有的多源GIS数据、统计数据、典型调查数据、以及个体的通用规则，利用蒙特卡洛方法生成每一个个体Agent的属性信息；2)Agent分类模块。基

3、于调查数据对受访农户进行态度聚类分析，然后借助人工神经网络方法确定所有生成的Agent所在的类型；3)Agent决策模块。利用概率方法，计算特定周期内每个Agent的决策行为。区域实证研究中，直接将空间耕地网格作为个体Agent，实现区域全覆盖(网格大小设置为114m×114m，约等于户均耕地面积)，模拟结果表明，研究区2010年玉米、大豆、水稻、烤烟的模拟结果分别为26055．9、5192．2、3506．8、3983．9hm2，利用宾县统计年鉴(2010)进行验证，模型总体模拟精度达90％以上。CroPaDy模型的设计与实现科学合理，具有较强的理论性与可操

4、作性，能够用以表达特定区域内的农作物空间格局及其动态变化过程。关键词：农作物；模型；MATLAB；Agent模型；态度；土地流转；农业土地系统doi：10．39698．issn．1002—6819．2014．12．013中图分类号：S5；TP29文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一12—0105—10余强毅，吴文斌，陈羊阳，等．农作物空间格局变化模拟模型的MATLAB实现及应用[J]．农业工程学报，2014，30(12)：105—114．YuQiangyi，WuWenbin，ChenYangyang，eta1．Modelapplicati

5、onofanagent—basedmodelforsimulatingcroppatterndynamicsatregionalscalebasedonMATLAB[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(12)：105—114．(inChinesewithEnglishabstract)查方法虽然可以快速获取特定区域的农作物结构0引言变化信gt5]，但其分析往往基于特定行政单元，主农作物空间格局是一个地区或生产单位作

6、物观性强，难以实现变化结果的空间表达；近年来兴种植结构、熟制与种植方式的空间表达[1]，是“农起的遥感技术虽然可以较好描述农作物格局的空业土地系统”的核心组成部分[2-3l。与土地利用／土间分布，但目前大多以单一作物空间分布识别为主地覆被变化相比(如农地扩张、毁林开荒、建设(如水稻[们、玉米[、其他作物等[8-9)，或仅获取特用地占用等)，农作物空间格局变化更为频繁，直定时期的农作物空间格局【1l，大区域、长时间序接影响粮食生产、农田碳氮循环、以及生物多样列的农作物空间格局及其动态变化特征分析尚存性等】，因此，准确掌握农作物空间格局特征及其不足[。变化规律具

7、有重要的实践意义。然而，农作物空间计算机模拟技术的迅速发展为农作物空间格格局变化分析方法面临很多挑战：如传统的统计调局动态变化研究提供了新的技术手段。基于宏观层面农作物空间格局可视为微观层面农户作物选择收稿日期：2013一l2．31修订日期：2014—05．15行为的空间表达这一假设【11，余强毅等[2】提出了基基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951504)；国家自于农户(Agent)作物选择行为的农作物空间格局然科学基金项目(40930101和41271112)；中央级公益性科研院所专项动态变化模拟模型(CroPaDy，anagent．

8、basedmodel资金资助项目(IARRP-201