微觀生態(tài)系統(tǒng)仿真試驗平臺研究.pdf

1、生態(tài)系統(tǒng)是在一定空間范圍內(nèi)，各生物群落與其環(huán)境通過能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息傳遞而相互作用、相互依存所形成的一個多層次、多因子、多變量的非線性生態(tài)學(xué)單位。對于生態(tài)系統(tǒng)這樣的復(fù)雜系統(tǒng)，以還原分析為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)建模方法遇到了極大的挑戰(zhàn)，僅僅了解系統(tǒng)內(nèi)部的局部環(huán)節(jié)而忽略事物間的固有聯(lián)系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以解釋系統(tǒng)的行為，系統(tǒng)各部分之間的相互作用在解釋系統(tǒng)行為方面同等重要。將微觀和宏觀聯(lián)系起來的復(fù)雜系統(tǒng)理論和基于主體的建模思想為生態(tài)系統(tǒng)建模帶來了新的啟迪。

2、而目前基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的微觀生態(tài)系統(tǒng)建模需要解決以下問題1．如何從復(fù)雜的微觀生態(tài)系統(tǒng)中獲取基本要素的量化指標(biāo)；2．如何抽取生態(tài)要素之間的互作關(guān)系；3．如何為生態(tài)過程控制提供仿真試驗平臺。 本文在國家863計劃“智能化信息處理技術(shù)”課題的支持下，以現(xiàn)代系統(tǒng)理論、方法和現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，針對農(nóng)田尺度的作物生產(chǎn)微觀生態(tài)系統(tǒng)建模仿真的需要，研究包括微觀生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、信息處理、建模仿真和控制決策等理論和技術(shù)方法，構(gòu)建微觀生態(tài)系統(tǒng)仿

3、真實驗平臺，為研究微觀生態(tài)系統(tǒng)行為及其演化規(guī)律，提供實驗技術(shù)支撐。具體研究內(nèi)容概括如下： 1．針對微觀生態(tài)系統(tǒng)信息采集的特點，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一個微觀生態(tài)系統(tǒng)信息采集平臺，平臺集成有多種傳感器、測量設(shè)備和GPRS模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)微觀生態(tài)數(shù)據(jù)，包括土壤、環(huán)境以及生物本身的相關(guān)信息的實時采集和遠(yuǎn)程傳輸。 2．研究了生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，并結(jié)合復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論，分析了生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜適應(yīng)性典型特征。在適應(yīng)性主體概念和復(fù)雜

4、適應(yīng)系統(tǒng)建模方法研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的生態(tài)系統(tǒng)實例，提出了微觀生態(tài)系統(tǒng)的概念模型、表示模型和計算模型，并探討了復(fù)雜性理論在生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用方法。 3．將生物中協(xié)同進(jìn)化的概念引入生態(tài)系統(tǒng)研究中，研究生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物個體、物種、種群、群落的內(nèi)部，以及它們之間，它們與環(huán)境的協(xié)同現(xiàn)象、協(xié)同進(jìn)化機理和進(jìn)化方法，探討建立生態(tài)系統(tǒng)仿真模型的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上建立微觀生態(tài)系統(tǒng)主要生態(tài)過程的演進(jìn)模型。 4．研究了適于生態(tài)系統(tǒng)建模和仿

5、真的基于Agent的建模思想，以及元胞自動機的工作原理。利用REPAST工具建立了微觀生態(tài)系統(tǒng)的元胞自動機模型，對生態(tài)系統(tǒng)的主要生態(tài)過程進(jìn)行了仿真試驗，仿真效果良好。 5．重點研究了微觀生態(tài)系統(tǒng)的可配置仿真平臺的系統(tǒng)體系，開發(fā)了可以模擬微觀生態(tài)系統(tǒng)多種行為的仿真模塊。通過集成微觀生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、規(guī)則抽取、建模仿真、決策控制等功能模塊，形成了一種可配置的微觀生態(tài)系統(tǒng)仿真試驗平臺。 本文研究的部分內(nèi)容已通過成果鑒定，并獲