淺談計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

摘要：提高病蟲預(yù)測預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，對森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中，對于我國林業(yè)發(fā)展起著重要作用。本文主要介紹了通過計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，通過馬爾科夫模型，實(shí)現(xiàn)了病蟲害的預(yù)測預(yù)報(bào)。提高病蟲預(yù)測預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，對森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義。

Abstract: Improving the accuracy and timeliness of pest forecast is of great significance to the protection of forest resources and ecological environment construction, and using the computer in the prediction of forest diseases and insect pests plays an important role in the development of forestry. This paper describes the application of computer in the forest pest forecast, through the Markov model, achieves the forecast of pests and diseases.

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；馬爾科夫模型；預(yù)測預(yù)報(bào)

1背景介紹

森林病蟲害每年給我國造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元，對生態(tài)環(huán)境的破壞更是難以估量。

由于社會經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的局限性，過去人們在控制森林病蟲災(zāi)害的過程中，總存在著被動抗災(zāi)的思想意識，往往在森林病蟲害暴發(fā)成災(zāi)后，再籌集巨額資金救災(zāi)。

森林病蟲害信息的及時(shí)獲取及準(zhǔn)確傳遞，提高病蟲預(yù)測預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，是各級林管部門科學(xué)決策、科學(xué)管理的基礎(chǔ)，對森林資源的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的建設(shè)具有重大的意義，因此，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中，應(yīng)用馬爾科夫模型對森林病蟲害的預(yù)測預(yù)報(bào)預(yù)病對于我國林業(yè)發(fā)展起著重要作用。

2計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.1 用數(shù)據(jù)庫收集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫（Database）技術(shù)的發(fā)展，為信息的存儲、分類、查詢、傳遞等提供了保證。這些數(shù)據(jù)演繹著這個事物的變化過程，我們把這些數(shù)據(jù)，回歸成數(shù)學(xué)模型，來幫助我們分析解決實(shí)際中的問題。在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)中，將實(shí)際收集的病蟲害數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫中，為實(shí)現(xiàn)預(yù)測預(yù)報(bào)做好準(zhǔn)備工作。

2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算將收集到的森林病蟲害數(shù)據(jù)回歸成馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，原來非常復(fù)雜的計(jì)算過程，就可以在我們按幾下按鍵的情況下得出正確的結(jié)果，從而為預(yù)測預(yù)報(bào)起到參考的意義。

2.3 計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測在實(shí)際病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)過程中，把積累的大量相關(guān)數(shù)據(jù)，回歸成馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，把這個反映過程的數(shù)學(xué)模型編成軟件序，在以后的工程過程中，通過這個軟件預(yù)測這個工程過程的情況，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)預(yù)測預(yù)報(bào)森林病蟲害的目的。

2.4 在工程過程中優(yōu)化控制將實(shí)際收集到的數(shù)據(jù)回歸，建立馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，編成計(jì)算機(jī)程序，輸入計(jì)算機(jī)，優(yōu)化了控制，最終實(shí)現(xiàn)便實(shí)現(xiàn)了森林病蟲害的預(yù)測預(yù)報(bào)。

3馬爾可夫預(yù)測模型在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

馬爾可夫（Markov）過程是研究事物的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移的理論。它是通過對不同狀態(tài)的初始概率及其狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率的研究來確定狀態(tài)的變化趨勢，從而達(dá)到對未來進(jìn)行預(yù)測的目的。

馬爾可夫過程的特點(diǎn)是：過程在時(shí)刻ti到時(shí)刻tj（tj>ti）的時(shí)間段內(nèi)所處的各狀態(tài)已知時(shí)，而過程在t時(shí)刻（t>tj）所處的狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律只與時(shí)刻ti到時(shí)刻tj區(qū)間的狀態(tài)有關(guān)，而與時(shí)刻ti以前的狀態(tài)無關(guān)。這種特點(diǎn)也稱為狀態(tài)的無后效性。

當(dāng)馬爾可夫過程中的時(shí)間取離散點(diǎn)，狀態(tài)也取離散值時(shí)，稱馬兒可夫鏈。

馬爾可夫鏈預(yù)測病蟲害不需要考慮其它繁雜的外界因子，只需要連續(xù)多年的病蟲發(fā)生程度的歷史資料，將收集到的病蟲害數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，方法簡單易行。對病蟲害的長期預(yù)測有著良好的效果。

3.1 數(shù)據(jù)計(jì)算馬爾可夫鏈預(yù)測病蟲害發(fā)生程度的方法說明如下：例如：屏邊苗族自治縣1984年至2007年24年間毒蛾的發(fā)生程度如表1所示。其中，級別為1表示常態(tài)，級別為2表示輕微，級別為3表示中度，級別為4表示重度?，F(xiàn)要預(yù)測2008年屏邊苗族自治縣毒蛾的發(fā)生程度。

設(shè)pij（m）表示毒蛾?duì)顟B(tài)等級經(jīng)過m次轉(zhuǎn)移，由級別i轉(zhuǎn)移到級別j的概率。則有：

j（m）=nj（m）/mi

其中，mi為毒蛾發(fā)生等級為i的總次數(shù)，nj（m）為毒蛾發(fā)生等級值由i經(jīng)過m次轉(zhuǎn)移后的發(fā)生等級值為j的次數(shù)。在這里i取1、2、3、4，同樣j也取1、2、3、4。

故在本例中轉(zhuǎn)移次數(shù)為m次的概率矩陣為：

P（m）=p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）p（m）

相距1年各級值間轉(zhuǎn)移次數(shù)如表2所示。

所以遷移概率矩陣：

P（1）==0.570.140.29 00.40.2 0.2 0.200.3750.3750.250.25 0 0.5 0.25

同理：

P（2）=0.430.14 0.29 0.140.2 0.4 0.2 0.20.250.1250.3750.250.250.250.5 0

P（3）=0.29 0.290.140.290.2 0.2 0.2 0.40.3750.1250.3750.1250.250.25 0.5 0

P（4）=0.29 0.290.4300 0.2 0.2 0.60.5 0.1250.37500.250.25 0.25 0.25

3.2 預(yù)測預(yù)報(bào)根據(jù)2008年的相鄰4個年份，2004年、2005年、2006年、2007年的毒蛾發(fā)生級別以及各自到2008年的轉(zhuǎn)移步數(shù)，再根據(jù)前面計(jì)算的遷移概率矩陣P（4）、P（3）、P（2）、P（1）。

從而可得到屏邊苗族自治縣2008年毒蛾發(fā)生程度預(yù)測表，如表3所示。

根據(jù)表3，再轉(zhuǎn)移狀態(tài)概率合計(jì)欄中，以狀態(tài)“3”的概率最大，因此預(yù)測屏邊苗族自治縣2008年毒蛾發(fā)生級別為3級，即毒蛾發(fā)生程度為“中等”。而2008年屏邊苗族自治縣毒蛾實(shí)際發(fā)生情況也是“中等”程度。

3.3 計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測將連續(xù)多年的病蟲發(fā)生程度的歷史資料，通過計(jì)算機(jī)處理，轉(zhuǎn)化為馬爾可夫模型，通過馬爾可夫模型預(yù)測、預(yù)報(bào)病蟲害發(fā)生、危害程度和發(fā)生范圍。

用馬爾可夫模型預(yù)測森林病蟲害不需要考慮其它繁雜的外界因子，只需要連續(xù)多年的森林病蟲發(fā)生程度的歷史資料，通過計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，方法簡單易行。對森林病蟲害的長期預(yù)測有著較好的效果。利用該模型不僅可以預(yù)測某一地區(qū)的某種病蟲的發(fā)生危害程度預(yù)測，同時(shí)，還可以預(yù)測預(yù)報(bào)病蟲的發(fā)生范圍。對森林病蟲害的預(yù)防和控制有著積極的作用。

從以上分析來看，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用在森林病蟲害的預(yù)測預(yù)報(bào)中，可以大大提高預(yù)測預(yù)報(bào)的效率，所以，計(jì)算機(jī)在森林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)的應(yīng)用也得到了廣大工作人員的認(rèn)可，并不斷得到了推廣，為森林病蟲害的防治工作起到了決定性的作用。