基于Agent的森林生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建

陸培軍

基于Agent的森林生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建

陸培軍

（南通大學(xué)，江蘇 南通 226000）

針對現(xiàn)社會森林生態(tài)環(huán)境遭破壞尤其是病蟲害加劇的現(xiàn)象，本研究構(gòu)建了一種基于Agent的森林生態(tài)環(huán)境，通過建立森林生態(tài)系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對復(fù)雜的森林生態(tài)進(jìn)行有效的分析研究，是實(shí)現(xiàn)蟲害管理的必要手段。針對不同環(huán)境條件設(shè)定相應(yīng)的仿真參數(shù)，可以得到恰當(dāng)?shù)暮οx種群演化結(jié)果，有助于森林生態(tài)管理的科學(xué)決策。

森林；生態(tài)環(huán)境；Agent；蟲害；仿真

森林是人類生存與發(fā)展的很重要的一個資源，在陸地中占有很大的比例，它是屬于自然生態(tài)系統(tǒng)中的一種。森林資源的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、類型豐富多彩、穩(wěn)定性比較強(qiáng)、現(xiàn)存量很大、具有很高的生產(chǎn)力等等。除此之外，森林是一種可再生的資源，在陸地的生態(tài)系統(tǒng)中占有很大的比例，同時在人類的發(fā)展進(jìn)程中有很大的作用。森林可以為人類的生活提供物質(zhì)保證，還可以幫助人類凈化空氣、供養(yǎng)水分、防止風(fēng)沙、保護(hù)環(huán)境、給土壤保肥以及改善生活的環(huán)境，除此之外，還有維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡，保證生態(tài)系統(tǒng)多樣性的特點(diǎn)。但是，因?yàn)槲覈丝跀?shù)量增加的速度太快，使森林資源使用的速度過快，從而造成了一系列的環(huán)境問題。現(xiàn)在全世界都在關(guān)注的話題就是怎么保護(hù)森林資源并維持它的可持續(xù)發(fā)展。

森林要想持久的發(fā)展，就必須保護(hù)森林資源以及森林環(huán)境。森林都在自然的狀態(tài)下朝向多樣化的方向發(fā)展，而且變得更加的復(fù)雜以及越來越完善；所謂的森林的生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展，就是指森林能夠在接下來的一段時間內(nèi)持續(xù)發(fā)展，而且可以從不好的環(huán)境中自我調(diào)節(jié)，使功能以及結(jié)構(gòu)都達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣才能保證生物的多樣化發(fā)展以及讓生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到平衡，這才是一個最佳的狀態(tài)。要想使一個森林系統(tǒng)達(dá)到健康的狀態(tài)，就要保證社會以及經(jīng)濟(jì)、生態(tài)共同發(fā)展，主要滿足以下幾個條件：（1）保證森林資源可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到自然生態(tài)的要求；（2）保持一個穩(wěn)定的生產(chǎn)力，主要是在木材以及林副產(chǎn)品、經(jīng)濟(jì)的有效統(tǒng)一；（3）能夠確保森林所要的多種生態(tài)環(huán)境；（4）保證森林系統(tǒng)的穩(wěn)定，讓它能夠平穩(wěn)發(fā)展[1]。

1 Agent概述

Agent通常指的是在一定的計算領(lǐng)域，在系統(tǒng)中能夠發(fā)揮合理性作用的統(tǒng)稱[2]，其一般具有以下幾個特征：

(1)反應(yīng)性。Agent可以認(rèn)知外界的環(huán)境，像是一些物理的世界，用戶操作的系統(tǒng)的界面或是其他一些方面。它可以對這類事件作出相應(yīng)的反應(yīng)。像是模擬飛機(jī)的Agent就可以對用戶的每個操作作出相應(yīng)的回應(yīng)。

(2)自主性。Agent可以自主的根據(jù)自身的一些資源和局部的行為而控制用戶的行為，如果沒有外界的控制，那么可以根據(jù)自身的一些條件對系統(tǒng)作出相應(yīng)的反應(yīng)，這些都是可以進(jìn)行控制的。像是SNMP[3]中的agent就可以在一定的基礎(chǔ)上進(jìn)行獨(dú)立自主的操作，而不需要收到外界的控制。

(3)交互性。Agent可以跟Agent或是人使用Agent所特有的語言進(jìn)行溝通，這種交互性可以有效的與其他用戶進(jìn)行相似的工作。像是Internet的使用者就可以根據(jù)Agent語言與其他的用戶進(jìn)行溝通，可以闡述自身的某些需要。

(4)主動性。Agent可以主動的作出一些行為，這些行為都是具有一定的目標(biāo)性的。像是Internet可以提供自動的服務(wù)Agent,如果獲取信息之后，可以根據(jù)約定把相關(guān)條款傳遞給其他用戶；或是負(fù)責(zé)工作管理的Agent,可以把每天的最新工作情況反饋給工作人員。這樣的計算實(shí)體就是一個線程或是系統(tǒng)、機(jī)器人等等。

早在90年代期間，Agent技術(shù)就是一個熱門的技術(shù)，一些文獻(xiàn)都認(rèn)為這在軟件的領(lǐng)域都是一個很大的突破。主要的原因是它是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的，在不久的將來會有很大的發(fā)展空間，也會有越來越大的作用。第一，Agent技術(shù)可以解決現(xiàn)在出現(xiàn)的許多分布式的問題；第二，Agent技術(shù)創(chuàng)造了一個數(shù)學(xué)模型，這個模型是根據(jù)計算機(jī)的特點(diǎn)而制造的。

Agent理論從20世紀(jì)的80年代開始，就從各個方面與相關(guān)技術(shù)有效的結(jié)合在一起，像是分布式的人工智能以及分布的計算或是人工智能方面。人們總想嘗試將理論與技術(shù)有效的結(jié)合在一起，這樣才能為用戶創(chuàng)造出更多的價值，而且在過程中還起到了高智能以及高靈活度等特點(diǎn)。特別是在人工智能的領(lǐng)域，工作人員一直都想把它作為一種技術(shù)，以此來推動人工智能的發(fā)展，像是開發(fā)自主學(xué)習(xí)以及自主決策等等，但是實(shí)際的問題往往更加的復(fù)雜，一般都是多Agent系統(tǒng)所解決不了的。

關(guān)于Agent的理論探究在20世紀(jì)的90年代初就有了很多的成果展示。人們根據(jù)Agent理論以及它的特點(diǎn)和組成成分，分析了Agent研究的原理以及相關(guān)規(guī)律、Agent彼此之間的交流與合作。所有的這些研究成果都是Agent自主研發(fā)的，只是為它們準(zhǔn)備了一些驗(yàn)證所需要的工具以及相關(guān)的手段等等，這些都為Agent的發(fā)展起到了及其重要的作用。所以根據(jù)理論研究的基礎(chǔ)，人們就開始對Agent技術(shù)作出深入的探究和分析。像是人們根據(jù)Agent軟件的應(yīng)用結(jié)構(gòu)開發(fā)出了BDI體系的結(jié)構(gòu)以及混合式體系結(jié)構(gòu)、反應(yīng)式體系的結(jié)構(gòu)，保證了以上結(jié)構(gòu)的順利實(shí)施；創(chuàng)造了在Agent軟件基礎(chǔ)上的工具以及相關(guān)軟件的開發(fā)，工作人員對這些技術(shù)應(yīng)用的十分熟練。所有以上的研究成果都使得業(yè)界的認(rèn)識關(guān)注Agent理論以及它的衍生領(lǐng)域，像是微軟、FUJITSU、IBM以及Toshiba、Tryllian、Agent Oriented Software等等，這些企業(yè)都參與到這項(xiàng)活動中來，并通過與學(xué)術(shù)界的合作，開發(fā)了一些軟件和相關(guān)的產(chǎn)品。最主要的是，許多國際組織都開始了Agent技術(shù)的研究，并制定了一些相關(guān)的Agent的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這其中包括了一些工具語言的使用，而且還從很大的程度上研究了技術(shù)與應(yīng)用軟件之間存在的一些可以操作的工具，這些都從某些范圍以及應(yīng)用上對Agent技術(shù)做了詳細(xì)的解釋。

2 我國森林病蟲害的特征

由于我國有豐富的土地資源，豐富的生物物種，伴隨著國家的迅速發(fā)展，一些有害的生物種類也在迅速的增多，這就使森林發(fā)生災(zāi)害的面積在一點(diǎn)點(diǎn)地擴(kuò)大，從最初的每年只有一百畝變成當(dāng)前的一億畝而且還在不斷的增長之中，在這其中主要的有害生物也從幾種擴(kuò)大到200多種，其中的增長速度可見一般。

有害物種進(jìn)入我國，其中最大的受害者就是林業(yè)?，F(xiàn)在我國主要的危險就是森林的病蟲害，而且這些都是由于外來的物種造成的。根據(jù)國家的統(tǒng)計得知，每年都會有將近2000萬畝地收到森林病蟲害的影響，是每年的森林減少量都超過了1 680萬m3；而由松材線蟲到來的災(zāi)害就到了116萬hm2的森林破壞；由飛機(jī)草帶來的災(zāi)害面積更是達(dá)到了1 005萬hm2以上，這其中的威力還在不斷的上升之中。

根據(jù)之前的統(tǒng)計可知，我國的森林的害蟲發(fā)生的面積是100萬hm2，而這只是在50年代左右，在60年代期間，上升到了180萬hm2，90年代后超過1200萬hm2，其中的增長頻率達(dá)到了25%，由森林病蟲害造成的損失超過48億元人民幣?，F(xiàn)在，全國每年的病蟲害都占總規(guī)模的7.9%，在人工森林方面達(dá)到了25.8%，這是限制我國森林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個很重要的因素。

森林的病蟲害給我國帶來的經(jīng)濟(jì)損失幾乎每年超過十億元，而對生態(tài)系統(tǒng)的破話更是難以估計。在我國發(fā)生的病蟲害主要有以下幾個特點(diǎn)：第一，發(fā)生病蟲害的森林面積在不斷的擴(kuò)大，而且還沒有下降的趨勢；第二，一旦發(fā)生森林病蟲害，就會涉及到很大的范圍，造成了難以估計的損失；第三，這些病蟲害會迅速的擴(kuò)散，對我們國家的森林資源造成很嚴(yán)重的損失以及巨大的威脅。第四，這些害蟲在一些地方迅速增加，而且變成為主要的害蟲，而且更為嚴(yán)重的是，病蟲的數(shù)量以及種類都在不斷的增加；第五，森林的病蟲害嚴(yán)重，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，限制了我國山區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，為農(nóng)民脫貧造成了一定的困難[5]。

3 造成我國森林病蟲害越來越嚴(yán)重的原因

(1) 人工森林面積不斷變大。中國的森林大約有14310萬公頃，大約65%的天然森林，是8500萬公頃所用。而最近幾年病蟲害在不斷地上升，這就使人工森林的面積變得越來越大。而就在1950與1980年期間，人工森林的面積就翻了一番，當(dāng)然病蟲害也是增加了一半，這使得兩者保持相同的增長速度。然而現(xiàn)在種的數(shù)目品種又很單一，這使得森林的系統(tǒng)妨害能力很低，一旦有有害生物入侵，就會造成大規(guī)模的損害，從而使我國的經(jīng)濟(jì)受到很大的損失。

(2) 天然林在不斷的被砍伐之中。因我國的木材發(fā)展還是較好，這就要求比較多的木材，所以說林業(yè)的快速發(fā)展就使得我國的天然樹林的數(shù)量以及質(zhì)量出現(xiàn)大幅度的下降，這就破壞了我國森林的多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。天然樹林在不同程度上遭到了很嚴(yán)重的破壞，還導(dǎo)致了森林病蟲害的流行，主要使我國的森林面積變得越來越少。

(3)國內(nèi)外的交流使得病蟲害的危險性變得更加嚴(yán)重，主要使病蟲雜草的數(shù)量在不斷的上升。像是美國的白蛾、圓蚧、松材的線蟲以及松針的褐斑病等等，這些都是在病蟲害的流行中不斷從國外而引進(jìn)的。國內(nèi)的現(xiàn)象是：由于人為的活動就會使病蟲害發(fā)生的區(qū)域迅速擴(kuò)大。

(4)由于不合理的使用化學(xué)的農(nóng)藥使病蟲害爆發(fā)。在使用農(nóng)藥的時候就會讓植物一再的依賴化學(xué)的農(nóng)藥，這就造成了很大的危險，主要是生物可以產(chǎn)生抗藥的性能，進(jìn)一步的會讓森林環(huán)境的遭到破壞。話句話說，根據(jù)一些相關(guān)的防治手段限制森林病蟲害的產(chǎn)生，這樣就可以預(yù)防工作中出現(xiàn)一些客觀要求，但是還是缺少一些器材，使工作的效率沒有達(dá)到讓人滿意的效果。

(5) 工作人員的各種工作總是處于一種被動的狀態(tài)。像是我國最近幾十年的森林病蟲害的預(yù)防工作都是在救災(zāi)，而不是進(jìn)行本質(zhì)的處理，預(yù)防其發(fā)生。一旦發(fā)生了病蟲害，就是大量的人與錢財投入到災(zāi)區(qū)。也就是說，只重視救災(zāi)，而沒有在意防災(zāi)，這是一個很不好的現(xiàn)象。

4 相關(guān)模型構(gòu)建

4.1 CA的建模方法

CA模型的基礎(chǔ)是時間、空間以及變量三者的有效組合。一般情況下，細(xì)胞排列成為規(guī)則的一維、二維或是三維的高維空間[6]，在這期間要限定細(xì)胞的數(shù)目和狀態(tài)，往往把他們設(shè)置為布爾變量。參與探究的細(xì)胞都在一定的規(guī)則中由一個已知的狀態(tài)變化為另一個時間段。細(xì)胞的每個狀態(tài)都是由上個階段的細(xì)胞經(jīng)過一定時間的演變而進(jìn)入自己的下一個狀態(tài)，從而進(jìn)入另外一個時間段。所以通常而言，都是假設(shè)每個細(xì)胞的狀態(tài)都是由上一個細(xì)胞的狀況和相鄰的狀況而決定的，也就是每兩個細(xì)胞之間都是有一定間隔的，都會伴隨著周圍細(xì)胞的變化而發(fā)生變化。因此，每個細(xì)胞都在進(jìn)行著相同的變化，只是時間有前后而已，現(xiàn)在將半徑為3的Moore[7]圖形展示在圖1。

圖1 半徑為3的Moore領(lǐng)域Fig. 1 Moore field of radius being equal to 3

根據(jù)鄰域，我們知道一個模型到底是全部的還是局部的信息，但是這都局限在幾何空間上。在一般情況下，所有的狀態(tài)都假設(shè)只受到時間的限制，所以說信息在時間上也是有局限性的?，F(xiàn)在所假定的狀態(tài)都是之前所有的時刻所決定的，只有無限大的時間狀態(tài)才能夠滿足信息的所有要求。所以，通常來講，細(xì)胞的每個模型都是在一個自然的狀態(tài)下才滿足要求的，那就會特比適合對一些局部信息的模擬。然而只用一些簡單的狀態(tài)和時間作為參照還是比較簡單的，所以說就可以把每個時間的細(xì)胞都進(jìn)行設(shè)計，使他們成為一個Agent，這樣他們就會有自己獨(dú)特的狀態(tài)和所需要的演化規(guī)則。

4.2 模型的描述

主要的思想就是將一些生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格化分布，用一些二維的表格表示農(nóng)田的局部生態(tài)系統(tǒng)，而每個單元格就是一些植物的生長空間，當(dāng)然他們也可能是昆蟲的一些棲息地。但是不同的是每個單元格只能被一種動物所占領(lǐng)，所以說這就把一塊農(nóng)田分為了許多個小的細(xì)胞，這些細(xì)胞的組合就構(gòu)成了一個細(xì)胞的空間模型。

因?yàn)樵谀Ｐ椭兄饕婕傲巳齻€不同的Agent，他們是農(nóng)田以及農(nóng)作物、昆蟲Agent，當(dāng)然他們之間是存在一定關(guān)系的，像是農(nóng)田就是昆蟲的生長以及演化的環(huán)境；又可以把昆蟲劃分為天地或是害蟲Agent，所以模型中的一些相互關(guān)系可以參考圖2進(jìn)行相關(guān)分析。

圖2 每個模型中Agents的相互關(guān)系Fig.2 Agents’ relationship in each model

昆蟲的生存需要仰仗環(huán)境，這是因?yàn)樗鼈円獜沫h(huán)境中獲得一些能量以及營養(yǎng)，而最主要的食物來源就是農(nóng)作物，而它們天敵的來源就是害蟲，如果沒有能量存在，就說明它們的主體即將消失。

所有昆蟲的行為都要受到環(huán)境的控制，但是它們的運(yùn)動都會遵守一定的規(guī)則。在這個模型中，每個昆蟲都是有一定的生存空間，由于它們具有一定的視野，所以它們知道周圍的一切情況?，F(xiàn)在主要研究的是有一定半徑限制的Moore鄰域，把它作為昆蟲的運(yùn)動視野，而且所有昆蟲的活動都是由它們視野內(nèi)的環(huán)境所控制的，這就使不同的昆蟲有著不同的視野空間。而我把害蟲R設(shè)置為參數(shù)1，把天敵R設(shè)置為參數(shù)3。

所有昆蟲之間的相互關(guān)系都是局部的，它們被限制發(fā)生在一定的區(qū)域內(nèi)。但是所有的動態(tài)都是每天被更新的，這保證了信息的高效性。其中的一些屬性主要有以下幾個方面：

(1)所處的位置(z，y)。這可以確定主體的運(yùn)動狀態(tài)，這些狀態(tài)都可以由相關(guān)坐標(biāo)而顯示出來(z，y)。

(2)所具有的能量(agentEnergy)。判斷能量的多少主要是看他們具有多少的資源，并且是否能夠達(dá)到一個最大值。如果能量小于等于零的話，那么這個生物體就不在存在。

(3)生物體的年齡(agentAge)。主要的判斷方法就是它們存活的天數(shù)。

(4)顏色(color)?？梢宰鲆恍┫嚓P(guān)標(biāo)記，這樣能夠看出它們演化的過程。

昆蟲的生命周期中有一些固定不變的屬性，被稱為靜態(tài)屬性，它主要包括以下幾個方面：

(1)生命最開始具有的能量(agentInitEnergy)，這是從最本質(zhì)的能量；

(1)能量的最大值(agentMaxEnergy)。這是主體所具有的最大的能量，如果超過了這個能量，那么就會不再攝入新的能量；

(2)視野(FOV)范圍。視野范圍的確定主要是由于所處空間的半徑的大小，如果視野變大，那么它周圍的環(huán)境作用的效果就越強(qiáng)。而當(dāng)視野的半徑為3的時候，就可以看到周圍的48個細(xì)胞，相關(guān)情況請看圖一；

(3)新陳代謝的速率(agentMetab)。這個主要是每天所耗的能的大?。?/p>

(4)繁殖力(agentReproEnergy)的大小。這個主要是指最小的能量；

(5)生命周期(agentMaxLife)的長短。主要是指最長的周期，一旦超過這個周期，就將消失；

(6)繁殖年齡(agentReproAge)。這主要代表主體的年齡，它是有具有的資源而控制的，資源越多，則年齡越大，但是會達(dá)到一個極限值。

4.2.1 作物

所謂的作物就是指在CA的基礎(chǔ)上所定義的Agent的代表，它是用來模擬農(nóng)作物的成長。主要是由n×n的網(wǎng)格所構(gòu)成的，同樣的每個網(wǎng)格都是一個細(xì)胞，它可以代表每個植株以及它相關(guān)的屬性。每個不同的時間都會由于環(huán)境的不同而發(fā)生相應(yīng)的變換，這是在模仿生物的不同周期。每個作物Agent生長可以分為三個不同的階段，主要是：幼苗以及分蘗期、成熟期，不同時期就會對生物有著不同的作用范圍，除此之外他們抵抗害蟲的能力也不盡相同，有著強(qiáng)以及弱之分。像是幼苗期的植物都會被害蟲占據(jù)兩次，發(fā)生一定的病變；而在分蘗期的植物會被占據(jù)一次，也會發(fā)生一定的病變；但是成熟期的植物就不會發(fā)生任何的病變。它也同樣具有一定的屬性，主要是以下幾個方面：

有效的積溫(1evelOfEAT)是作物當(dāng)前生長的環(huán)境；

環(huán)境的溫度(1evelOfTemperature)是要在運(yùn)行模型前設(shè)置好的；

環(huán)境的濕度(1evelOfHumidity)在運(yùn)行模型前設(shè)置好的；

4.2.2 害蟲

環(huán)境的溫度以及濕度都會影響害蟲的生長以及相應(yīng)的繁殖[8]，當(dāng)然天地也是會受到抑制作用的。當(dāng)環(huán)境的有效積溫(EAT)的增大時，作物也會繁殖成長，但是一旦達(dá)到一個最大值就會死亡。它們只是在局部的范圍內(nèi)受到影響，之外就不會受到任何的局部作用。

在不同的時間段害蟲的變化情況：

Rule 1：觀察

If 周圍存在天敵

Then goto Rule 2

Else goto Rule 3

Rule 2：躲避

If 反方向的網(wǎng)格是空的

Then 移向該網(wǎng)格

Else goto Rule 4

Rule 3：尋找食物

If 周圍的網(wǎng)格有植物

Then 向該網(wǎng)格移動

Else goto Rule 4

Rule 4：轉(zhuǎn)換位置

If 網(wǎng)格是空的

Then向該網(wǎng)格移動

Else不動

4.2.3 天敵

天敵都是按照規(guī)則的變化而發(fā)生相應(yīng)的位置變化：

Rule 1：探測情況

If 周圍的網(wǎng)格是空的 并且 讓其他同伴占據(jù)

Then 不動

Else goto Rule 2

Rule 2：尋找食物

If 周圍的網(wǎng)格中有害蟲

Then 移向該網(wǎng)格

Else goto Rule 3

Rule 3：移向該表格

If 周圍的網(wǎng)格是空

Then移向該網(wǎng)格

Else 不動

4.3 實(shí)現(xiàn)相關(guān)的模型

使用Java語言編寫程序，把用戶設(shè)置為面向所有對象，在個人電腦上進(jìn)行對害蟲的模擬演化的實(shí)驗(yàn)，相關(guān)的結(jié)果可以用圖形表示。Java就是要實(shí)現(xiàn)將Agent擬合為一個整體。Java語言是有獨(dú)特的性質(zhì)，可以對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

表1 模型CROPLAND的相關(guān)結(jié)構(gòu)Table 1 The structure of model CROPLAND

相關(guān)的模型構(gòu)造主要見表1，這里的Main文件主要的核心文件，涉及的方法以及屬性如下所示：

InitSwarm()，模型初始化；

buildObjects()，建立模型以及初始頁面的設(shè)置；

buildActions()，調(diào)用建立列表；

activateIn()，進(jìn)行仿真處理；

go()，運(yùn)行模型；

drop()，返回初始狀態(tài)。

主要有兩個模型文件：java以及Jpest Model Swarm，根據(jù)不同的要求采用不同的模型，相關(guān)方法以及功能如下所示：

buildObjects()，建立對象；

buildActions()，設(shè)置不同的列表；

activateln()，建立運(yùn)行環(huán)境。

JpestModelSwarm.java還有以下幾個方面：

pest Death()，pest Birth()，count Pests()，getAanedLit()和getPstist()，這些都可以進(jìn)行處理以及最后數(shù)據(jù)的輸出。

5 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)以及分 析結(jié)果

5.1 模擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行

根據(jù)建立的模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)[9]。主要考慮害蟲的防治問題，所以說在一開始就可以引進(jìn)害蟲的天敵，這樣就可以構(gòu)建一個捕食與被捕食的模型。

在實(shí)驗(yàn)中，使用100×100的網(wǎng)格模型。相關(guān)狀態(tài)圖請看圖3，參數(shù)的設(shè)置如表2以及表3所示。

圖3 系統(tǒng)的狀態(tài)圖Fig. 3 The state diagram of the system

表2 參數(shù)的設(shè)置1Table 2 Parameter settings 1

表3 參數(shù)的設(shè)置2Table 3 Parameter settings 2

5.2 分析結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)所采用的模型是一個比較經(jīng)典的模型，這是在20世紀(jì)時由A J Lotka以及V Volterra提出的，相關(guān)公式如下：

這里， x，y前的系數(shù)是一個常量，b1和c2是影響密度的因素；c2和b2是影響種群的因素；a1和b2是種群的增長率。在捕食與被捕食這個關(guān)系中，一個種群可以被另一個種群所食用。

在某一種特定的環(huán)境下，被捕食的種群Insect 1都會在最初始時快速增長，但是一旦到達(dá)一個最大值后，就會開始下降甚至是在逐漸的消失；而相反的是：捕食的種群Insect 2最開始是增長緩慢，但是一旦種群Insect 1出現(xiàn)下降的趨勢時，種群Insect 2就開始增快，但是如果達(dá)到了環(huán)境的最大容納力之后就會變得穩(wěn)定起來。所以也就是說，在種群的演變中，就是要有效的控制害蟲這個種群。

6 結(jié)束語

本研究主要把計算機(jī)的仿真模型和細(xì)胞的自動機(jī)處理模型有效的結(jié)合在一起，創(chuàng)建一個人工的生態(tài)系統(tǒng)，根據(jù)害蟲捕捉食物的這個現(xiàn)象進(jìn)行了模擬的實(shí)驗(yàn)。主要的思想即采用一個自下而上的模型，利用Agent的相關(guān)連接的規(guī)則，創(chuàng)建一個整體的模型。這樣通過該模型進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，得到較為真實(shí)的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)，研究專家可以對森林系統(tǒng)作出一些合理的分析，而這些研究可以作為防害蟲的理論依據(jù)。不同的環(huán)境會有不同的參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)可以得到一些種群在演化過程中的結(jié)果[10]，通過這個結(jié)就可以幫助森林進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的研究。但是從某種程度上講，森林的可持續(xù)發(fā)展這個理論可以應(yīng)用于森林妨害的整個過程中，而且還會對之后的森林管理以及經(jīng)營都帶來一個有效的保證。只有這樣才能一步步的實(shí)現(xiàn)以下的情景：把生態(tài)學(xué)作為基礎(chǔ)，把森林技術(shù)作為一種主要的防蟲手段，這樣就可以結(jié)合森林技術(shù)對森林的有害生物進(jìn)行預(yù)防以及處理，從本質(zhì)上保證森林生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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Construction of forest ecological environment based on Agent

LU Pei-jun
(Nantong University, Nantong 226000, Jiangsu, China)

In accordance with the phenomenon that at present time, forest ecological environment suffers from destructions by nature disaster, human conduct, especially, by intensifying diseases and insect pests, a forest ecological environment based on Agent technique has been built up, with which the forest ecological system model was set up and the simulation experiments were carried out in orde to obtaim some relative data; on the basis of the studying, the more complex analysis and study can be effectively conducted. By taking into account different environment factors, the simulation parameters were accordingly set; thus obtaining the evolution results of pest populations, and being helpful in scientific desision-making for forest ecological management.

forest； ecological environment； Agent； insect pest；simulation

S711

A

1673-923X(2012)08-0075-06

2012-01-24

江蘇省高校自然基金項(xiàng)目（10KJB510022）；南通市科技計劃項(xiàng)目（K2010065）

陸培軍（1975—）,江蘇南通人,南通大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講師；電話：13962916892

[本文編校：吳 彬]