基于灰色理論的西豐縣森林資源預(yù)測(cè)研究

吳軍

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，被稱為地球的肺。它因受自身發(fā)展規(guī)律和環(huán)境的影響而不斷地發(fā)生變化，其結(jié)構(gòu)的合理與否直接影響森林資源社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的發(fā)揮[1,2]。森林資源的預(yù)測(cè)是根據(jù)歷史和現(xiàn)有的資料，通過定性和定量的方法計(jì)算，對(duì)一定空間和時(shí)間范圍內(nèi)的森林資源的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)推斷，掌握森林資源的未來動(dòng)態(tài)消長(zhǎng)趨勢(shì)[3,4]。森林資源預(yù)測(cè)能夠?yàn)樯纸?jīng)營(yíng)方案的制定提供科學(xué)的依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要保障，為森林管理決策提供數(shù)據(jù)參考。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于森林資源預(yù)測(cè)的研究方法主要有灰色系統(tǒng)理論GM(1.1)模型[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)[6]和馬可夫鏈模型[7]3種方法。有研究表明人工神經(jīng)網(wǎng)更試用于短期預(yù)測(cè)，而灰色理論適用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)[3]。對(duì)于全縣的森林資源預(yù)測(cè)主要是中長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)，因此這里我們采用灰色理論對(duì)西豐縣的森林資源進(jìn)行預(yù)測(cè)。我們主要選取了能夠反映一個(gè)地區(qū)森林最基本情況的3個(gè)指標(biāo)：有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率。

1　研究區(qū)域概況

西豐縣隸屬于遼寧省鐵嶺市，位于鐵嶺市的東端。東與吉林省東遼、東豐兩縣相連，南與清原縣、西及西南與開原市相毗鄰，北臨吉林省梨樹縣。地處124°17′—125°06′ E，42°22′—43°08′ N?，F(xiàn)轄6個(gè)鎮(zhèn)，14個(gè)鄉(xiāng) 。面積268 549.4 m2，總?cè)丝诩s34萬人。截至2010年林地面積為173 021.4 hm2公頃，林分蓄積為7 688 870 m3，活立木蓄積為7 711 326 m3。

2　數(shù)據(jù)來源

以西豐縣2005年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)自2006年森林資源年度變更開始的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用2006—2010年森林資源變更數(shù)據(jù)，各個(gè)時(shí)期的有林地地面積、活立木總蓄積與森林覆蓋率情況，進(jìn)行森林資源預(yù)測(cè)，并以2005和2010年數(shù)據(jù)作為精度值分析依據(jù)。

表1　西豐縣2005—2010年有林地面積、 活立木蓄積與森林覆蓋率情況

為了克服原始數(shù)據(jù)較強(qiáng)的隨機(jī)性，提高預(yù)測(cè)的精度，我們對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以2010年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其他各年的數(shù)據(jù)與它相比較得出比率，運(yùn)用于模型的計(jì)算。見表2。

表2　西豐縣2006-2010年有林地面積比率、 活立木蓄積比率和森林覆蓋率比率

3　預(yù)測(cè)模型

3.1灰色理論預(yù)測(cè)法

建立GM1.1模型

X(0)=[X(0)(1),X(0)(2),…X(0)(n)]

X(1)=[X(1)(1),X(1)(2),…X(1)(n)]

其中[a,u]T=(BTB)-1BTY

式中：X(0)—事件不同時(shí)間的原始特征值

X(1)—事件不同時(shí)間的累加特征值

a,u—預(yù)測(cè)模型參數(shù)

k—表示事件發(fā)生的時(shí)間

B—數(shù)據(jù)矩陣

Y—原始特征值向量的轉(zhuǎn)置向量

Y=[X(0)(2),X(0)(3),…X(0)(n)]T

灰色模型實(shí)際是累加成模型，因此達(dá)到的預(yù)測(cè)值后需要用減法運(yùn)算還原，即：

X(0)(i)=X(1)(i)-X(1)(i-1)其中i=2,3,…,n

3.2舉例說明運(yùn)算過程

下面已有林地為例說明其運(yùn)算過程

有林地面積：X(0)=[0.965,0.970,0.984,0.997,1]

有林地面積：X(1)=[0.965,1.935,2.919,3.915,4.915]

B矩陣為：

Y=[X(0)(2),X(0)(3),X(0)(4),X(0)(5)]T

=[0.970,0.984,0.997,1]T

將B和Y 帶入[a,u]T=(BTB)-1BTY得出a=-0.00557，u=0.973218。

3.3建模

表3　西豐縣森林資源趨勢(shì)預(yù)測(cè)GM(1,1)模型

4　預(yù)測(cè)結(jié)果與精度分析

4.1精度分析

我們運(yùn)用預(yù)測(cè)模型計(jì)算2005年，2010年的值以檢驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的精確度。對(duì)灰色理論預(yù)測(cè)精度進(jìn)行檢驗(yàn)見表4。

表4　灰色理論預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)

由表4可以看出，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的相對(duì)誤差在±2.5%以內(nèi)的范圍，模型的收斂效果較好，模型的精確度較高。能夠應(yīng)用于森林資源的模擬預(yù)測(cè)。

4.2預(yù)測(cè)結(jié)果

經(jīng)過驗(yàn)證，模型具有較高的精確度，下面應(yīng)用模型對(duì)西豐縣2020年、2025年有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率進(jìn)行預(yù)測(cè)(見表5)，以觀測(cè)未來森林資源的情況。

表5　西豐縣有林地面積、活立木蓄積、森林覆蓋率預(yù)測(cè)

由表5可見，西豐縣2015年有林地面積為163 909.8 hm2，較2010年增長(zhǎng)2.8%；活立木蓄積為8 342 298 m3，較2010年增長(zhǎng)10%；森林覆蓋率61.43%，較2010年增長(zhǎng)2.85%。2020年，有林地面積為168 539.6 hm2，較2010年增長(zhǎng)5.7%；活立木蓄積為9 173 625 m3，較2010年增長(zhǎng)20.9%；森林覆蓋率63.18%，較2010年增長(zhǎng)5.8%。

5　結(jié)論

根據(jù)西豐縣2005年森林資源二類調(diào)查和(2006—2010年)森林資源年度變更統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我們對(duì)其中能夠客觀反映當(dāng)?shù)厣仲Y源情況的有林地面積、活立木蓄積和森林覆蓋率進(jìn)行分析，采用灰色GM(1.1)預(yù)測(cè)方法，建立預(yù)測(cè)模型，并對(duì)模型進(jìn)行精度分析。通過精度分析可以得出，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的相對(duì)誤差在±2.5%之內(nèi)，模型有很好的收斂效果，精確度較高，可以用于對(duì)未來森林資源有林地面積、活立木蓄積和森林覆蓋率的預(yù)測(cè)。

運(yùn)用建立的灰色GM(1.1)模型，我們得出西豐縣2020年，有林地面積較2010年增長(zhǎng)2.8%；活立木蓄積較2010年增長(zhǎng)10%；森林覆蓋率達(dá)到61.43%。2025年，有林地面積為5.7%；活立木蓄積20.9%；森林覆蓋率達(dá)到63.18%。由于模型精度較高，數(shù)據(jù)擬合效果較好，建議可以使用該數(shù)據(jù)，為未來各級(jí)政府部門制定林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、林業(yè)政策的制定實(shí)施的提供數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)：

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