本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)境中物種分布預測，具體涉及一種田鼠種群時空分布變化的定量預測方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、環(huán)洞庭湖區(qū)地勢平坦、水資源豐富，是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，但該區(qū)以東方田鼠為主的鼠災頻發(fā)。東方田鼠種群變化主要受到鼠群自身的生長和繁殖特點、棲息地面積及變化、初始種群基數(shù)、田鼠食物組成及變化、主要捕食動物種群變化、鼠群遷移和人類滅鼠干擾等因素的影響。

2、為了控制田鼠的繁殖，人們提出了田鼠種群動態(tài)模型，并與環(huán)洞庭湖區(qū)一維混合河網(wǎng)非恒定水沙模型耦合，在田鼠密度和遷徙行為調(diào)查數(shù)據(jù)、區(qū)域dem數(shù)據(jù)的支撐下，定量研究不同因素(重點是水庫調(diào)度導致的水沙情勢變化和洲灘圍墾)作用下田鼠棲息地、種群量及其空間分布變化，為有效控制鼠害提供科學依據(jù)。針對洞庭湖洲灘田鼠的研究已有一定的基礎，主要包括個體發(fā)育、繁殖進程及其主要影響因子，田鼠種群調(diào)查、棲息地變化、食物鏈組成與變化、遷徙過程、鼠群災害機理及損失調(diào)查等，研究方法主要是室內(nèi)觀測、個體解剖、野外觀測和調(diào)查和統(tǒng)計與動力模型模擬等方面。

3、研究和調(diào)查充分表明洞庭湖東方田鼠災害嚴重，鼠群的發(fā)展與個體特性、棲息地分布與變化有密切關(guān)系，前人對洞庭湖地區(qū)東方田鼠生長、繁殖和棲息等方面有一定的研究基礎，但是種群動態(tài)模型研究很少，故無法對田鼠種群分布變化有個準確的預測。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于東方田鼠種群動態(tài)模型研究很少，難以定量分析水沙情勢和地貌變化對東方田鼠種群動態(tài)的作用機制，從而無法提出相應的水沙調(diào)控措施的問題，本發(fā)明提供了一種田鼠種群時空分布變化的定量預測方法和裝置。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種田鼠種群時空分布變化的定量預測方法，包括如下步驟：

4、依據(jù)田鼠活動范圍確定田鼠棲息地，并將田鼠棲息地劃分為以三角單元為基礎的無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；

5、選擇棲息地環(huán)境變化參數(shù)及田鼠密度為參考因子，并計算各參考因子的時空變化結(jié)果，根據(jù)各參考因子的時空變化結(jié)果、采用幾何平均法建立田鼠棲息地質(zhì)量評價模型；

6、將無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的每個網(wǎng)格單元中的田鼠按照年齡和性別進行分組，根據(jù)分組結(jié)果構(gòu)建具有年齡和性別結(jié)構(gòu)的田鼠子種群遷移模型；根據(jù)無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元中田鼠子種群的數(shù)量、子種群的死亡率和種群數(shù)量控制方程構(gòu)建田鼠種群數(shù)量變化模型；

7、求解出無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元中田鼠能量輸入、能量輸出、遷徙耗能率、生長耗能率、懷孕附加耗能率和養(yǎng)育附加耗能率，根據(jù)求解結(jié)果并依據(jù)能量收支核算方程，構(gòu)建每個時間步長內(nèi)田鼠存儲能量變化模型；

8、對田鼠棲息地質(zhì)量評價模型、田鼠子種群遷移模型、田鼠種群數(shù)量變化模型和田鼠存儲能量變化模型進行耦合計算，得到無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格不同區(qū)域的田鼠種群變化數(shù)值，根據(jù)田鼠種群變化數(shù)值預測田鼠種群的分布變化情況。

9、優(yōu)選地，通過田鼠棲息地質(zhì)量評價模型對田鼠棲息地質(zhì)量進行評分，具體為：

10、

11、式中，為無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的第ie個網(wǎng)格單元中t時刻的田鼠棲息地質(zhì)量分數(shù)，n'表示影響因子數(shù)量，ssoiltie表示不同土壤類型的賦分，splanttie表示植被類型賦分，表示土地利用賦分，表示水體淹沒賦分，表示田鼠密度關(guān)聯(lián)賦分，表示棲息地積水深度賦分，表示棲息地地溫賦分，表示土壤含水量賦分；表示棲息地單元內(nèi)天敵賦分。

12、優(yōu)選地，所述田鼠子種群遷移模型的表達式為：

13、

14、

15、其中，分別表示n+1時間步長上x和y位置上第kag年齡組和jgd性別組具體位置網(wǎng)格坐標，分別表示n時間步長上x和y位置上第kag年齡組和jgd性別組具體位置網(wǎng)格坐標，uflow,vflow分別表示在x和y方向的水流速度，umie,jgd,kag是第kag年齡組和jgd性別分組子種群的最大遷移速度，θ是遷徙目標單元與源單元的夾角；α是速度修正系數(shù)，|δsc|是源棲息地與目標遷徙地單元的分差，umax,jgd,kag為最大遷徙速度，dx和dy分別為x、y方向上的水流紊動系數(shù)，n為上一時間步，*代表n+1/2時間步：n+1代表當前時間步，δt代表時間步長，r為隨機時間常數(shù)。

16、優(yōu)選地，所述田鼠種群數(shù)量變化模型的表達式為：

17、當田鼠的年齡大于20日齡以上，其計算公式為：

18、

19、其中，代表第n+1時間步長ie單元第jgd和kag組子種群的數(shù)量，代表第n時間步長生活在ie單元第jgd和kag組子種群的數(shù)量，pmvie,jgd,kag,nm代表在n到n+1時間步長范圍內(nèi)從ie相鄰或接壤的所有網(wǎng)格單元數(shù)量，num(ie,jgd,kag)為遷移到ie單元的相同年齡、性別組的田鼠子群；dskie,jgd,kag為ie單元中靜態(tài)棧區(qū)第jgd和kag組子種群的死亡率，dmvie,jgd,kag,n為從其他相鄰或接壤單元進入到目標單元ie中第jgd和kag組田鼠子群的死亡率；

20、當田鼠年齡在20日齡以下，不考慮遷移過來的田鼠量，的計算公式為：

21、

22、其中，為在第n和n+1步長期間成熟雌性東方田鼠的總量，rpregkag是田鼠受懷孕率，tduration是田鼠懷孕期，bkag是每窩的平均胎仔數(shù)；rigd是新出生胎仔的性別比例；

23、當田鼠年齡大于10日齡而小于20日齡時，不考慮遷移過來的田鼠其計算公式為：

24、

25、優(yōu)選地，所述田鼠存儲能量變化模型的表達式為：

26、

27、式中，分別代表單元ie內(nèi)居住的jgd性別和kag年齡組田鼠子群的體內(nèi)n+1，n時刻能量賦值；einie,jgd,kag代表一個時間步長δt內(nèi)田鼠獲得的能量補給，mbie,jgd,kag代表單元ie內(nèi)居住的jgd性別和kag年齡組田鼠子群基本代謝消耗的能量率，emovie,jgd,kag代表單元ie內(nèi)居住的jgd性別和kag年齡組田鼠子群在時間步長內(nèi)遷移時消耗的能量，eaddie,jgd,kag代表單元ie內(nèi)居住的jgd性別和kag年齡組田鼠子群在時間步長內(nèi)挖掘洞穴、撫養(yǎng)幼仔等耗費的附加能量，δt代表時間步長。

28、本發(fā)明還提供一種田鼠種群時空分布變化的定量預測裝置，包括：

29、棲息地劃分模塊，用于依據(jù)田鼠活動范圍確定田鼠棲息地，并將田鼠棲息地劃分為以三角單元為基礎的無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；

30、第一模型構(gòu)建模塊，用于選擇棲息地環(huán)境變化參數(shù)及田鼠密度為參考因子，并計算各參考因子的時空變化結(jié)果，根據(jù)各參考因子的時空變化結(jié)果、采用幾何平均法建立田鼠棲息地質(zhì)量評價模型；

31、第二模型構(gòu)建模塊，用于將無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的每個網(wǎng)格單元中的田鼠按照年齡和性別進行分組，根據(jù)分組結(jié)果構(gòu)建具有年齡和性別結(jié)構(gòu)的田鼠子種群遷移模型；根據(jù)無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元中田鼠子種群的數(shù)量、子種群的死亡率和種群數(shù)量控制方程構(gòu)建田鼠種群數(shù)量變化模型；

32、第三模型構(gòu)建模塊，用于求解出無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元中田鼠能量輸入、能量輸出、遷徙耗能率、生長耗能率、懷孕附加耗能率和養(yǎng)育附加耗能率，根據(jù)求解結(jié)果并依據(jù)能量收支核算方程，構(gòu)建每個時間步長內(nèi)田鼠存儲能量變化模型；

33、預測模塊，用于對田鼠棲息地質(zhì)量評價模型、田鼠子種群遷移模型、田鼠種群數(shù)量變化模型和田鼠存儲能量變化模型進行耦合計算，得到無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格不同區(qū)域的田鼠種群變化數(shù)值，根據(jù)田鼠種群變化數(shù)值預測田鼠種群的分布變化情況。

34、本發(fā)明還提供一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器中存儲有計算機執(zhí)行指令，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機執(zhí)行指令，以實現(xiàn)如上述田鼠種群時空分布變化的定量預測方法的步驟。

35、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于儲存計算機執(zhí)行指令，所述計算機執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時用于實現(xiàn)如上述田鼠種群時空分布變化的定量預測方法的步驟。

36、本發(fā)明提供的田鼠種群時空分布變化的定量預測方法具有以下有益效果：

37、本發(fā)明首先將田鼠棲息地劃分為無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，便于模型的構(gòu)建，在此基礎上結(jié)合棲息地環(huán)境變化參數(shù)、田鼠密度、田鼠年齡、性別及無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格單元中田鼠的相關(guān)耗能率，分別構(gòu)建了田鼠棲息地質(zhì)量評價模型、田鼠種群數(shù)量變化模型、田鼠存儲能量變化模型，模型的構(gòu)建將田鼠生長的棲息地環(huán)境變化參數(shù)、田鼠個體特性等相結(jié)合，通過模型能夠得到田鼠種群數(shù)量變化等動態(tài)值。在無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基礎上根據(jù)預測需求將上述四個模型進行耦合計算，能夠根據(jù)計算結(jié)果精確的預測田鼠的分布變化范圍，對有效控制鼠災暴發(fā)具有重要意義。