一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统的制作方法

本发明涉及土地资源管理技术领域，尤其涉及一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统。

背景技术

土地利用转型,即在社会经济变化和革新的驱动下,某一区域在一段时期内由一种土地利用形态转变为另一种土地利用形态的过程，土地是一个完整的系统，土地利用形态的改变往往由人口、经济、技术等条件的变化以及人们对土地利用系统、社会生产生活方式造成的影响等多种因素共同决定。土地利用的转型结果会导致一个地区经济、社会、生态三个方面产生不同程度的变化。随着土地利用转型速度和幅度的加大，由此引致的现实冲突和潜在的风险日益凸显，因此需要进行区域的经济、社会、生态综合系统的耦合协调程度的研究，分析区域综合系统的发展类型，作为土地利用转型风险评估的基础依据。

然而，在现有技术中，尚未出现以土地利用转型为导向对区域的经济、社会、生态综合系统耦合协调度进行评价的可视化系统，从而导致对土地利用转型的影响趋势分析效率较低，不能满足对范围广、因素多风险评价的土地利用转型风险的预测需求，对土地利用转型的风险评估工作有着极大的影响。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统。

本发明的实施例提供一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统，包括：

数据库，用于存储目标地区原始数据，所述原始数据包含q年的各类土地利用类型的面积数据，以及这q年的生态、社会和经济三个子系统各类指标数据，其中q≥2且为整数；

状态参量甄选模块，用于读取数据库中的土地利用类型与耦合协调度指标体系原始数据，根据面积数据计算出每一年的土地利用结构熵，根据灰色关联度公式计算出每一年三个子系统的每类指标与土地利用结构熵的灰色关联度，甄选出每个子系统中灰色关联度最大的四类指标作为状态参量；

协同演化模拟模块，用于根据每类状态参量q年的指标数据建立协同学方程并计算每类状态参量的驰域系数，选择驰域系数绝对值最小的六类状态参量作为序参量且保证每个子系统至少具有一序参量；

发展指数计算模块，用于由每个子系统的各序参量的各年指标数据根据发展指数方程计算出每个子系统的发展指数，按照年份拟合每个子系统发展指数变化曲线，获得每个子系统每年发展指数变化速度；

协调类型判定模块，用于根据三个子系统发展指数变化速度对照演化状态分类表判断出目标地区系统协调类型。

进一步地，所述系统还包括耦合协调度计算模块，用于根据三个子系统的发展指数由耦合协调度公式计算出土地利用转型综合耦合协调度。

进一步地，所述q年中任意相邻两年之间的间隔相等。

进一步地，所述协同演化模拟模块对每类状态参量各年的指标数据进行无量纲化和一阶累加后建立协同学方程。

进一步地，所述协同演化模拟模块确定序参量的方法为，于每个子系统的状态参量中筛选出一个驰域系数绝对值最小的作为系统评价的序参量，以及由三个系统中剩下状态参量中再筛选出三个驰域系数绝对值最小的作为系统评价的序参量。

进一步地，所述发展指数计算模块使用理想值法对每个子系统所有序参量每年的指标数据标准化后带入发展指数方程，计算每个子系统每年的发展指数。

进一步地，所述发展指数计算模块利用多项式拟合工具拟合每个子系统各年的发展指数，对拟合曲线求导得到每个子系统各年的发展指数变化速度。

进一步地，所述协调类型判定模块利用矢量图进行渲染和展示目标地区系统协调类型。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统根据目标地区的原始土地利用数据以及目标地区经济、社会、生态相关的指标数据准确计算出目标地区经济、生态和社会三个子系统的发展速度，并对综合系统的耦合协调类型进行分类判断，迅速识别并规避土地转型过程中可能遇到的各种风险，防止土地利用转型带来的生态、经济和社会有益效应的消解，对土地利用转型有着明确的指导作用。

附图说明

图1是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统的示意图；

图2是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统土地利用现状图展示界面；

图3是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统耦合协调度评价指标体系展示界面；

图4是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统状态参量甄选模块读取原始数据界面；

图5是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统状态参量甄选模块确定状态参量界面；

图6是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统协同演化模块数据处理界面；

图7是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统协同演化模块协同学方程构建界面；

图8是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统协同演化模块序参量筛选界面；

图9是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统发展指数计算模块发展指数计算结果图表展示界面；

图10是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统发展指数计算模块发展指数计算结果矢量图展示界面；

图11是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统协调类型判定模块协调类型分类标准展示界面；

图12是本发明一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统协调类型判定模块协调类型分类结果展示界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种土地利用转型耦合协调度评价可视化系统，包括数据库、状态参量甄选模块，协同演化模拟模块、发展指数计算模块、协调类型判定模块和耦合协调度计算模。

请参考图3，所述数据库用于存储目标地区原始数据，本实施例中以武汉市作为目标地区，所述原始数据包含武汉市1990年～2015年之间每间隔五年的各土地利用类型的面积数据，以及武汉市1990年～2015年之间每间隔五年生态、社会和经济三个子系统的全部指标数据；

请参考图4和图5，状态参量甄选模块，用于读取数据库中的原始数据，根据土地利用类型面积数据计算出每一年的土地利用结构熵，根据灰色关联度公式计算出每一年三个子系统的每类指标与土地利用结构熵的灰色关联度，甄选出每个子系统中灰色关联度最大的四类指标作为状态参量，具体处理流程如下：

1.1计算表格中每年的土地利用结构熵，土地利用结构信息熵的计算公式为：

式中：pi是第i种土地利用类型占武汉市土地利用总面积的百分比，a为武汉市土地面积总量，ai(i＝1,2,…,n)是第i种土地利用类型的面积，h为土地利用结构信息熵；

1.2整理三个子系统中的指标数据值并对三个子系统中的每类指标数据进行均值化处理，

k＝1,2,...n

表示i种指标n年的平均值，x′i表示均值化后的第i种指标值，x′i＝{x′i(1),x′i(2),…,x′i(n)}(i∈k,k＝{1,2,…,n})，为均值化后的比较数列；

1.3使用上述均值化方法对每种土地利用结构信息熵h均值化处理得x′0(k)，土地利用结构熵值均值化后的参考数列为x′0＝{x′0(1),x′0(2),…,x′0(n)}；

1.4计算出三个子系统的每个指标与土地利用结构熵的灰色关联度，灰色关联度ζi(k)计算公式如下：

1.5比较每个子系统中各指标的灰色关联度ζi(k),筛选出每个子系统中灰色关联度最大的四类指标作为该子系统状态参量，经济、社会、生态子系统共筛选出十二类种状态参量。

请参考图6、图7和图8，所述协同演化模拟模块，用于根据每类状态参量各年的指标数据建立协同学方程并计算每类状态参量的驰域系数，选择驰域系数绝对值最小的六类状态参量作为序参量且保证每个子系统至少具有一序参量，具体处理方法如下：

2.1根据十二类状态参量确定各年的指标数据，构成指标数据序列：

xi(t)(i＝1,2,…,n；t＝＝1,2,…,m)

xi(t)表示第i类状态参量第m年的指标数据；

2.2对指标数据序列中每类状态参量xi(t)进行无量纲化处理得到并且每类状态参量指标按照年份排序得到无量纲化矩阵：

2.3对进行一阶累加处理并按照年份排序得到一阶累加矩阵：

2.4建立协同学方程：

的总化率

式中：为系统对自身的激励协同作用，为状态参量j对状态参量i的激励协同作用，为系统对自身的抑制竞争作用，为状态参量j对状态参量i的抑制竞争作用；

aii＝ai，bii+bij＝bi，则：

又因为：

即：

将t＝2,3,...,m带入到上式中可得到协同学方程如下则：

将上式整理后得:yin＝bipi，其中pi＝[ai,bi,ai1,ai2,...,aii-1,aii+1,ain]^t。

在最小二乘准则下有:

利用最小二乘法求得每个子系统中各状态参量xi(t)的驰豫系数ai，

2.5筛选序参量：于每个子系统中筛选出一个驰域系数绝对值最小的状态参量作为系统评价的序参量，以及由三个系统中另外的全部状态参量中筛选出三个驰域系数绝对值最小的作为系统评价的序参量。

请参考图9和图10，发展指数计算模块，用于将每个子系统的序参量带入发展指数方程，计算每个子系统每个年份的发展指数，按照年份拟合每个子系统发展指数变化曲线，得到每个子系统每年发展指数变化速度，具体计算方法如下：

3.1使用理想值法对每一序参量标准化处理，处理方法如下：

令mj＝max{xij},mj＝min{xij}，其中mj为第j个指标的最大值，mj为第j个指标的最小值，对于正向指标：xij'＝xij/mj，对于负向指标：xij'＝mj/xij；定义标准化值：由此可以得到标准化矩阵y＝{yij}m×n。

3.2对该矩阵采用熵值法计算每个序参量的权重：

第j项指标的信息熵为：其中ej为第j项指标的信息熵，yij为序参量标准化矩阵，m为样本数，即年份；

第j项指标的权重为：n为指标数量。

3.3计算每个序参量的贡献度：

确定单个序参量xij的上限aij和下限bij，计算xij的贡献度

3.4计算各子系统发展指数：

式中λj为熵值法确定的序参量的权重；uk为第k类子系统的发展指数序列，共i个元素；m为第k类子系统包含序参量数；uij为第k类子系统第i年第j个指标的贡献度。

3.5利用多项式拟合工具，拟合各子系统发展曲线fi＝axⁿ+bx^n-1+...+c；其中fi为发展指数拟合值；x为序变量年份；a、b、c为拟合函数各次项的系数。

3.6计算子系统演化速度方程，对拟合曲线fi求导，得到三个子系统的发展指数变化速度方程：

将x＝1,2,...m带入到va、vb、vc中即得各子系统相应年份的发展指数变化速度；

协调类型判定模块，用于根据三个子系统发展指数变化速度对照演化状态分类表判断出目标地区系统协调类型，所述演化状态分类表如图11所示，系统协调类型如图12所示。

耦合协调度计算模块，用于每年根据三个子系统的发展指数计算综合系统耦合协调度，耦合协调综合值可判断目标地区每年生态、社会、经济综合系统耦合协调程度，耦合协调度计算公式如下：

c＝3{(u1·u2·u3)/[(u1+u2)(u1+u3)(u2·u3)]}^1/3

u1、u2、u3分别代表某年经济、社会、生态三个子系统的发展指数。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。