
基于图神经网络的林分空间结构优化
张雨晨, 董希斌, 张甜, 郭奔, 张佳旺, 滕弛, 宋梓恺
基于图神经网络的林分空间结构优化
Stand Spatial Structure Optimization Using Graph Neural Networks
林分空间结构优化是实现森林可持续经营的关键问题,传统优化方法在处理复杂空间关系和大规模数据时往往效率较低。为此,提出一种基于图注意力网络(graph attention network,GAT)的林分空间结构优化方法,通过熵权-物元分析法构建综合空间结构评价体系,并以黑龙江省伊春市北部新青林业局汤林林场的林分数据为基础,建立图神经网络模型(graph neural networks,GNN),对林分空间结构进行多目标优化分析。试验结果表明,在25%采伐强度下,林分综合空间结构指数由4.336提升至7.256,GAT模型在捕捉复杂空间关系、优化多目标任务中表现优越。研究结果为林分空间结构优化及森林经营管理提供新的智能化手段,有助于增强森林生态系统的健康与稳定性。
The optimization of stand spatial structure is a key issue in achieving sustainable forest management. Traditional optimization methods often exhibit low efficiency in handling complex spatial relationships and large-scale data. This study proposed a stand spatial structure optimization method based on Graph Attention Networks (GAT). An integrated spatial structure evaluation system was established using the entropy-weighted matter-element analysis method, and a graph neural network model was constructed based on stand data from the Tanglin Forest Farm of the Xinqing Forestry bureau in northern Yichun,Heilongjiang Province. The model was applied to perform multi-objective optimization analysis of stand spatial structure. Experimental results showed that at a 25% harvesting intensity, the integrated spatial structure index improved from 4.336 to 7.256. The GAT model demonstrated superior performance in capturing complex spatial relationships and optimizing multi-objective tasks. This study provides an innovative and intelligent approach for optimizing stand spatial structure and managing forests, contributing to the enhancement of forest ecosystem health and stability.
林分空间结构 / 图神经网络 / 物元分析法 / 图注意力网络 / 熵权法
Stand spatial structure / graph neural networks / matter-element analysis / graph attention network / entropy weighting method
S750
1 |
张甜,董希斌,唐国华,等.大兴安岭不同类型低质林土壤和枯落物的水文性能[J].东北林业大学学报,2017,45(10):1-5.
|
2 |
刘帅.天然次生林林分结构分析及多目标智能优化研究[D].株洲:中南林业科技大学,2017.
|
3 |
惠刚盈,胡艳波,徐海.森林空间结构的量化分析方法[C]//中国科协学术年会26分会场.北京:中国林学会,2005.
|
4 |
龚直文,亢新刚,顾丽,等.天然林林分结构研究方法综述[J].浙江林学院学报,2009,26(3):434-443.
|
5 |
卿东升,张晓芳,李建军,等.基于蜂群–粒子群算法的天然林空间结构优化[J].系统仿真学报,2020,32(3):371-381.
|
6 |
|
7 |
|
8 |
|
9 |
汤孟平,陈永刚,施拥军,等.基于Voronoi图的群落优势树种种内种间竞争[J].生态学报,2007(11):4707-4716.
|
10 |
曹小玉,李际平.林分空间结构指标研究进展[J].林业资源管理,2016(4):65-73.
|
11 |
惠刚盈,李丽,赵中华,等.林木空间分布格局分析方法[J].生态学报,2007(11):4717-4728.
|
12 |
惠刚盈,VON GADOW KLAUS,
|
13 |
赵中华,惠刚盈,胡艳波,等.基于大小比数的林分空间优势度表达方法及其应用[J].北京林业大学学报,2014,36(1):78-82.
|
14 |
曹小玉,李际平,周永奇,等.杉木林林层指数及其与林下灌木物种多样性的关系[J].生态学杂志,2015,34(3):589-595.
|
15 |
张宁.基于竞争指数的杉木林分结构可视化模拟研究[D].长沙:中南林业科技大学,2013.
|
16 |
陈建宏,邓伟夏.熵权模糊物元分析法在采矿方法选择中的应用[J].科技导报,2014,32(2):30-33.
|
17 |
杨春燕,蔡文.可拓集中关联函数的研究进展[J].广东工业大学学报,2012,29(2):7-14.
|
18 |
李际平,曹小玉.林分空间结构优化与模拟技术[M].北京:科学出版社,2019.
|
19 |
王卓,王成红.简单无向图的同构判定方法[J].自动化学报,2023,49(9):1878-1888.
|
20 |
|
21 |
|
22 |
|
23 |
卿东升,彭进香,李建军,等.遗传算法求解林分空间结构优化问题[J].森林与环境学报,2022,42(4):434-441.
|
24 |
周梓轩,杨德岭,刘慧.改进麻雀搜索算法在优化林分空间结构求解中的应用[J].东北林业大学学报,2023,51(11):68-73.
|
25 |
刘鑫,黄浪,卿东升,等.基于Voronoi空间单元的林分空间结构智能优化研究[J].林业资源管理,2023(4):27-35.
|
/
〈 |
|
〉 |