松材线虫病害传播元胞自动机模型及其三维可视化模拟研究

松材线虫病是松类树种的一种毁灭性病害，被称为松树的"癌症"和"艾滋病"，是我国森林病虫害之首，已直接威胁到我国分布极为广泛的松林资源和黄山、张家界等著名风景名胜区、世界自然文化遗产和重点生态区域的安全。该病害的发生和传播呈现复杂性特征，如分布的不均匀性、扩散的随机性又具一定的可预见性。本研究采用复杂性系统研究方法构建病害传播的元胞自动机，依据二个时相遥感识别的发病点空间分布变化以及病害点自身特性因子，采用遗传算法构建决策树提取元胞状态转换规则，并以元胞自动机模型为基础，开发病害传播模拟三维可视化原型系统以及模拟不同条件下的病害传播过程。研究为松材线虫病害传播规律的发现提供新的技术手段，为病害防治措施的制定提供科学依据，同时也拓展了复杂性科学理论、方法和技术的应用领域。

本课题以浙江省象山县泗洲头镇为研究区，采用复杂性系统研究方法元胞自动机模型构建松材线虫病害传播模型，围绕元胞状态转换规则智能获取方法，依据二个时相发病点空间分布变化以及病害点自身特性，采用遗传算法构建决策树提取元胞状态转换规则，并以元胞自动机模型为基础，开发病害传播模拟三维可视化原型系统，并开展了不同条件下的病害传播过程模拟。.本课题完成了预定的研究任务，取得如下成果：（1）提出了面向高分辨率影像的松材线虫病害木识别的Bayes算法，并采用QuickBird影像提取了松材线虫病害木，Bayes算法能根据需要自行设定目标类别的归属阀值，进而提高目标类别的精度，从而降低漏分。（2）分析和提取了影响松材线虫病害传播的因子，包括高程（EL）、坡度（SL）、坡向（AS）、植被指数（NDVI）、距离居民点距离（DS）、距离道路距离（DR）、20米范围内病害的数量（TN）；（3）构建了松材线虫病害传播的贝叶斯网络，开展了贝叶斯网络的敏感性分析，并对松材线虫病害易感风险分布进行预测，认为研究区病害发生的高风险区域主要集中在中部、南部。（4）基于遗传算法构建了松材线虫病害传播的决策分类树，所构建的遗传算法决策分类树深度适中，测试和训练精度较好，且比较稳定；（5）构建了松材线虫病害传播的元胞自动机模型，研发了松材线虫病害传播三维可视化原型系统（3D-PWDCA V1.0），并开展了病害传播模拟，模拟结果认为间伐形成一定间距的隔离通道、优先清除发病集中密度高的病害木、加强潜伏期病害木早期诊断技术等是病害防治的有效手段。.本课题研究成果进一步丰富和发展了复杂性科学，应用并实现了数据挖掘方法提取元胞自动机转换规则，并研发出简单易用的可视化操作软件，易于推广应用。课题成果将为松材线虫病害防治措施的制定提供科学依据。