基于模糊聚类与神经网络的风蚀危险性评估研究——以内蒙古自治区为例

土地沙化和沙尘暴是中国北方农牧交错带严重的生态环境问题。在地理信息系统的支持下,论文建立风蚀自然因子栅格数据库;选取二连浩特-张家口为典型样带,综合运用模糊聚类技术、 专家知识以及神经网络技术,构建区域风蚀危险度评估模型,分析内蒙古自治区风蚀危险性空间分布格局。结果显示:综合应用模糊聚类以及神经网络技术可以有效地对风蚀危险度进行评价,内蒙古自治区风蚀危险性呈现"西高东低、 中间过渡"的总体趋势,这与该区域的自然、 气候与土地利用背景较吻合,其中,风蚀极险型区域主要分布在阿拉善高原的西北部,面积6.9×10⁴ km²;强险型土壤风蚀地区主要位于阴山山脉周围、 穿越巴丹吉林沙漠、 浑善达克沙地与锡林郭勒盟高原西北部,面积4.3×10⁴ km²;危险型风蚀区域大致位于极险和强险之间,面积是1.5×10⁵ km²;轻险型土壤风蚀区域主要位于内蒙古的中部,面积为7.5×10⁵ km²;风蚀无险型区域主要位于大兴安岭周围,面积1.4×10⁵ km²。     

自适应FCM土壤表层重金属污染评价——以南京市炼油厂及生活区为例

采用自适应模糊C均值聚类(FCM)挖掘土壤重金属的污染程度信息,以实现污染程度分类数的自动获取,确保类别划分的合理性,真实地反映重金属污染的空间聚集特征。以江苏省南京市炼油厂及生活区为研究对象,采集土壤中Cr、Cd、Ni、Pb、Zn、Cu重金属浓度值,首先运用自适应FCM对浓度值进行聚类分析,然后利用地统计学空间插值,揭示污染的空间聚集性。结果表明,研究区存在不同程度的污染,自适应FCM算法比传统聚类算法能更合理地划分重金属污染程度,挖掘出样本潜在的污染信息,可为分析污染成因及土壤环境治理修复提供参考。     

两阶段模糊法在海河水系水质评价中的应用

将两阶段模糊法用于海河水系监测断面的水质评价.与传统模糊聚类法不同,该方法首先将国家地表水指标转化为等级打分,再构造模糊隶属函数,确定评价对象对标准水质水平的隶属度;之后运用改进的模糊c-均值法(FCM法)选取适当模糊指标和先验类中心,对评价对象进行聚类,得到替代原观测值的一个全局水质指标,数值在0～100之间,以利于直观评价.计算了海河水系2004～2006年4个断面的432个数据,考察了季节波动规律和不同年度变化的情况,并对水质进行了综合评价.两阶段模糊法对水质评价综合指标有较好的分类能力,能够得到十分科学的评价结果,且计算过程相对FCM法简便,可以运用于河流水质综合评价.     

基于聚类算法的ERT污染区域识别方法

本文提出将聚类算法引入到ERT监测系统中，采用K均值（K-means）聚类、模糊C均值算法（FCM）以及混合高斯模型（GMM）3种常用聚类算法对ERT检测结果进行污染区域识别，通过一个数值模型分析了3种算法的识别效果.研究结果表明当污染区域与背景土壤的电阻率区分度较大时（电阻率差异性大于30%），采用3种聚类算法都可以识别出污染区域，K-means和FCM的识别效果优于GMM算法.最后，给出一个实际场地调查的应用案例.     

模糊ISODATA聚类在矿山环境评价中的应用

矿山开采一方面繁荣了一方经济,另一方面也对生态环境造成了破坏和污染。被破坏和污染的矿山环境需要治理,治理的前提是如何适时监测和正确评价矿山环境。本文运用模糊数学中的模糊ISODATA聚类．建立模糊关系矩阵,使问题从地质变量空间向评语空间转换,通过对云南个旧某地区的废弃矿区土壤进行测试,应用该方法进行地质环境评价,提供了科学合理的治理依据。     

基于径向基函数神经网络（RBFN）的内蒙古土壤风蚀危险度评价

土壤风蚀是北方干旱和半干旱地区土地沙化和沙尘暴灾害的首要环节和主要动力过程之一. 选取影响内蒙古自治区土壤风蚀演化的相关指标,运用GIS技术提取各指标数据,构建径向基函数神经网络（Radial Basis Function Network,RBFN）;根据不同风蚀危险程度标准,选取12个市、县（旗）相关数据进行训练,确定网络模型参数,进而对内蒙古自治区88个市、县（旗）的土壤风蚀危险度进行了评价. 结果表明:内蒙古自治区西部为土壤风蚀发生的极强危险区,西北为强危险区,中部为中度危险区,而东部为轻度危险区;利用其他研究对该评价结论进行对比验证,结果较为理想.      

门头沟生态系统土壤保持功能及其生态经济价值分析

在遥感和地理信息系统的支持下,利用通用土壤流失方程(USLE)和风力侵蚀模型,研究了门头沟生态系统土壤保持能力,并评价了其生态经济价值.结果表明:门头沟生态系统每年可以减少土壤的水蚀量为14.93×104 t/a,风蚀量为2 254.38×104 t/a;土壤保持能力在空间上呈现很大的差异性,总体上植被覆盖度高且坡度小的地区土壤保持能力最强,而植被覆盖度低且坡度较大的山地土壤保持能力最弱.土壤保持功能总价值为58 198.83×104　元/a,其中减少水蚀功能价值为442.83×104　元/a,减少风蚀功能价值为57 756×104　元/a.      

不同利用方式对草甸草原抗风蚀能力的影响

为了解不同利用方式对呼伦贝尔草甸草原抗风蚀能力的影响,采用植被凋查结合风洞实验的方法对不同利用方式条件下的草甸草原植被变化和草甸草原原状土的抗风蚀能力进行了研究.结果表明,草甸草原不同利用强度条件下临界风蚀风速(v)随植被盖度(Cover)的变化基本服从二次幂函数关系.随着利用强度的增加,植被盖度降低,在同样风速条件下(大于临界风蚀风速),风蚀率迅速增加.较轻的利用强度下,当植被盖度保持在63%时,在风速为25 m/s条件下风蚀率也很小,而当植被盖度<35%时,在风速为20～25 m/s条件下,风蚀率随植被盖度的下降迅速上升.草甸草原区的免耕农田由于完全失去植被的保护,每分钟狂风(25 m/s)造成的土壤风蚀量达到682.1 kg/hm2,接近1 a的土壤平均生成量(1 000 kg/hm2).     

基于蚁群算法的结构面产状模糊C均值聚类分析

鉴于传统结构面分析方法只能进行相对的优势组数划分,无法准确定量地给出优势结构面的产状,提出了基于蚁群算法(ACA)的结构面产状模糊C均值(FCM)聚类算法;该算法利用ACA算法得到结构面产状的模糊聚类个数,并利用FCM算法得到初始聚类中心,最终得到具有全局分布特性的最优聚类;通过现场实测数据分析,验证了该算法的实用性和有效性。     

宽域灰色聚类法在土壤环境质量评价中的应用

利用宽域灰色聚类法评价土壤环境质量,先构造白化函数,引入修正系数,确定污染物权重,再计算聚类系数实现土壤样本的环境质量等级评判与排序。将此方法应用于太原市5个区县,8项指标的土壤质量评价,并与综合指数法、模糊综合评判法相比较,结果表明模糊综合评判法与宽域灰色聚类法对于5个区县的污染级别的评价结果是一致的,而综合指数法对前四个评价点级别均比上述两种方法低一个级别,三种方法的质量排序大致相同,只有模糊综合评价中认为小店区优于万柏林区。