基于并行多智能体人工免疫算法的土地利用空间优化模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41401446
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0114.地理信息学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Land use spatial allocation plays a very important role in promoting land use efficiency. It is usually defined as a constrained multi-objective spatial optimization problem. The intelligent optimization algorithms, which including Genetic Algorithms, Artificial Immune Systems and etc. , have been proved to be effective tools for solving these optimization problems in the previous studies. However, these algorithms are originally designed for solving non-spatial problems, such as numerical or combinatorial optimization problems. Therefore, these algorithms still have some limitations in solving spatial optimization problems: a) the encoding models of them are difficult to meet the demand for representing the complicated spatial characteristics of the optimization problems, b) the stochastic search process cannot explain the principles and mechanisms of practical land-use optimization, c) Most of these models were developed under serial computing environment, which were incapable of handling large scale problems. In order to overcome the above limitations of the existing models, this project is aims to advance the application of intelligent algorithms in the optimization of land-use. To achieve this goal, a parallel land-use spatial allocation optimization model, which based on multi-objective artificial immune algorithm coupled with multi-agent systems, will be proposed in this study. Three key elements of this model will be studied, including: a) a multi-level and multi-dimensional encoding scheme for representing the spatial characteristics of the problems, b) improved immune searching operators based on the competition, collaboration and learning mechanisms of multi-agent systems, c) the parallel computing technology will be introduced to enhance the ability of the model to solve large-scale problems. Furthermore, a case study will be carried out to validate and assess the performance and accuracy of the model. The model proposed in this study are expected to improve the accuracy and efficiency of the intelligent land-use spatial allocation optimization models and provide a novel method for solving other spatial optimization problems. Finally, the ultimate goal of the study is to provide an effective decision-making method for supporting practical land use planning.
土地利用空间优化配置是实现土地资源合理利用的必要途径,也是当前地理科学和土地科学研究领域的热点问题。以遗传算法和人工免疫系统为代表的智能优化算法为土地利用空间优化问题的求解提供了有效工具。然而,在高精度、高效率优化模型构建方面,现有模型存在一定局限性,如难以满足优化问题的多层次空间特征表达需求、寻优过程随机化、大多基于串行环境实现等。针对上述问题,本项目旨在解决智能优化算法在土地利用空间优化领域面临的“空间化”和“机理化”难题,突破大规模优化问题的“并行化”求解技术。提出了包括多层次多维度空间化抗体编码方案、基于多智能体的免疫进化策略和多层次混合并行等关键技术在内的并行多智能体人工免疫优化模型构建方案。研究结果预期将提高智能优化模型的寻优精度和效率,增强优化方案的科学性与可行性,丰富土地利用空间优化模型研究的理论与方法体系,为土地利用规划实践工作的开展提供科学依据和决策支持。

结项摘要

土地利用空间配置受到土地利用利益相关方的多重影响,例如,政府、部门和土地使用者。旨在解决不同土地利益相关方之间潜在的利益冲突的协同式土地利用规划,在近年来越来越得到关注。尽管在已有研究中,元启发式搜索算法被证明为解决土地利用空间优化配置问题的有效工具。然而,在高精度、高效率优化模型构建方面,现有模型依然存在一定局限性,例如难以满足优化问题的多层次空间特征表达需求、寻优过程随机化、大多基于串行环境实现等。针对上述问题,本项目针对智能优化算法在土地利用空间优化领域存在的问题,本项目分别从以下几个方面展开了研究:1)设计了多维度空间显式编码的抗体模型,实现优化模型的空间化;2)提出了面向土地利用空间优化配置的多智能体系统,在此基础上设计了基于智能体的土地利用空间优化配置算法,实现了优化模型的空间化;3)引入了并行计算计算,实现了算法的并行化。为验证模型的有效性,研究分别选取了四川安岳县和湖北武汉市为实验区展开了应用试验。试验结果表明,本研究设计的土地利用空间优化配置模型可以为土地利用规划提供灵活的辅助决策工具。研究结果预期可为我国开展的“多规合一”等相关工作提供重要的技术手段。项目共发表SCI/SSCI收录论文4篇,获得发明专利授权4项,申请发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
A Spatially Explicit Optimization Model for Agricultural Straw-Based Power Plant Site Selection: A Case Study in Hubei Province, China
农业秸秆发电厂选址的空间显式优化模型:以中国湖北省为例
  • DOI:
    10.3390/su9050832
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Sustainability
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhao Xiang;Ma Xiaoya;Wang Kun;Long Yuqing;Zhang Dongjie;Xiao Zhanchun
  • 通讯作者:
    Xiao Zhanchun
AITSO: a tool for spatial optimization based on artificial immune systems.
AITSO:基于人工免疫系统的空间优化工具
  • DOI:
    10.1155/2015/549832
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Computational intelligence and neuroscience
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhao X;Liu Y;Liu D;Ma X
  • 通讯作者:
    Ma X
Optimal rural land use allocation in central China: Linking the effect of spatiotemporal patterns and policy interventions
中国中部地区农村土地利用优化配置:将时空格局与政策干预的效果联系起来
  • DOI:
    10.1016/j.apgeog.2017.05.012
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    APPLIED GEOGRAPHY
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Liu, Dianfeng;Tang, Wenwu;He, Jianhua
  • 通讯作者:
    He, Jianhua
Land Use Allocation Based on a Multi-Objective Artificial Immune Optimization Model: An Application in Anlu County, China
基于多目标人工免疫优化模型的土地利用配置:在中国安陆县的应用
  • DOI:
    10.3390/su71115632
  • 发表时间:
    2015-11-01
  • 期刊:
    SUSTAINABILITY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Ma, Xiaoya;Zhao, Xiang
  • 通讯作者:
    Zhao, Xiang

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其他文献

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析
  • DOI:
    10.11884/hplpb202133.210043
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈宁;闫丽萍;谷智渊;赵翔
  • 通讯作者:
    赵翔
新一代知识图谱关键技术综述
  • DOI:
    10.7544/issn1000-1239.20210829
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    吕游
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  • DOI:
    10.11884/hplpb202032.200079
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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液泡加工酶VPE如何调控液泡功能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    安徽农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王墨洋;韩宝达;赵翔;李立新
  • 通讯作者:
    李立新

其他文献

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赵翔的其他基金

多主体协同决策环境下土地利用优化配置的自适应多智能体模型研究
  • 批准号:
    41971336
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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