基于集合卡尔曼滤波的森林资源动态预测

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:littlewolfwolfwolf
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森林资源是一种重要的可再生自然资源,也是国有资源和国民财富的重要组成部分,森林资源的发展维系着人类的前途和命运,它既为人类可持续发展提供物质基础,也为人类可持续发展提供环境基础。因此,对森林资源进行科学动态的预测,及时掌握森林资源的现状和消长动态变化情况,是林业可持续发展的需要,也是林业经营方案的重要内容,为制定正确的森林经营策略和林业发展战略提供科学依据,为林业规划、合理开发利用森林资源提供重要的科学依据。本文基于集合卡尔曼滤波和双集合平方根滤波技术研究了森林资源动态预测,具体研究内容如下:1、介绍了基本卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和集合卡尔曼滤波计算流程。回顾了集合卡尔曼滤波的发展历程,分析了集合卡尔曼滤波的优缺点,并把集合卡尔曼滤波和四维变分在理论上进行了比较。2、基于集合卡尔曼滤波技术构建森林状态空间模型,并用EM算法对模型的参数进行了估计,最后用残差合格模型、关联度合格模型和均方差比合格模型对空间状态模型进行了检验。结果表明模型精度较高,故可用于动态森林资源的预测。3、基于卡尔曼滤波技术和集合卡尔曼滤波技术研究了森林面积进行动态预测,结合1950年到1998年全国普查的森林面积数据作为样本,对森林全国森林面积进行动态预测。卡尔曼滤波森林面积预测的最大误差为23%,集合卡尔曼滤波森林面积预测的最大误差为6%。基于卡尔曼滤波技术森林面积预测的误差波动比基于集合卡尔曼滤波技术森林面积预测的波动大些。基于集合卡尔曼滤波技术的森林面积预测结果更精确、模型灵活性更高以及对大尺度数据计算速度更快。4、研究了基于双集合平方根滤波同化技术,结合森林空间状态模型进行了双集合平方根森林活立木蓄积量和森林蓄积量预测,基于集合卡尔曼滤波技术的活立木蓄积量和森林蓄积量预测其最大误差在8%,最小误差为0。全国总的森林活立木蓄积量误差为2.7%,全国总的森林蓄积量误差为2%。误差相对稳定,波动不大。5、进行集合卡尔曼滤波和双集合平方根滤波预测的比较,基于双集合平方根滤波技术预测的森林蓄积量最大误差为6%,基于集合卡尔曼滤波技术预测的最大误差为8%。双集合平方根滤波技术预测误差波动较小,相对比较稳定,比集合卡尔曼滤波技术预测效果好。
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