基于机器学习的黄桃种植区遥感提取及其适宜区预测

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随着生态位理论、计算机科学、统计学模型等科学的发展,有效地结合各类环境变量预测物种在地理空间上的分布成为了可能,各种各样的物种分布(生态位)模型的应用而生,在农业生态等领域研究当中应用也越来越广泛,它们常被用来模拟物种生态位与环境间的相互关系。本文基于增长极理论,依靠核心特色产业带动区域的发展,进而辐射带动更大区域的特色农业产业布局,逐步形成融合格局,力图为农民增收创收的聚力发展,同时对物种资源生态保护,实现乡村振兴战略具有重要意义。在众多的物种分布模型当中,没有一个物种分布模型能够做到完美地适用于所有的物种,在这种情况下,纷纷涌现出一大批原始模型,改进模型及算法,它们为取得更加精确合理的模拟效果提供了可能,文章选取Max Ent模型,然后采用目前分类结果精度较高的三类分类方法:支持向量机分类法(SVM),面向对象决策树分类方法,以及随机森林(RF)分类算法;利用物候选取高分辨率的哨兵二号最佳时期高光谱影像进行黄桃特征提取,通过对最佳时像遥感提取效果方式下生成的黄桃分布区,生成随机样本点对野外采集的样本点进行补充,初步模拟黄桃在江汉平原的分布;根据实验结果选取合适的环境变量进行全国范围内的黄桃适生区的模拟,随后结合IPCC第六次评估报告(AR6)采用最新CMIP6模型产生的数据预测2050年与IPCC第五次评估报告(AR5)的RCP4.5,RCP6.0对应的SSP245,SSP460两种典型浓度代表路径下的适生区分布。此外结合R语言开源的程序包Biomod2,调用该程序包中10类中较好且常使用的其中的4种算法:GLM、GBM、ANN、RF分别分析黄桃在当前环境条件、2050年SSP245、SSP460两种不同气候模式下潜在地理分布。结果表明Max Ent模拟黄桃当前适生区结果最佳,Biomod2中随机森林模型模拟的未来气候情景模式下效果更好,Max Ent最大熵模型虽然整体上略优,但预测未来气候情景模式下的结果略低于biomod2集成模型中的随机森林模型;从黄桃的分布来看,未来黄桃适生区面积略有所增加,整体上黄桃适生区在SSP245情景模式下向东北部方向进行迁移,在SSP460情景模式下不仅向东北高纬度地区迁移也有可能向东北及西南地区进行迁移。该结果为后续的引种栽培、生物多样性的保护以及资源配置提供了一定依据及参考。
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