一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法，本发明专利技术方法根据NDVI指数筛选牧场，先确定整个游牧网络的最大牲畜流，用以限制整个游牧网络中的牲畜数量，再为不同牧户分配游牧路径，从而得到满足草畜平衡的合理游牧路径。本发明专利技术方法能够满足牧民对不同位置的草地资源的利用，提高牧民利用草地资源的科学性，对维护草地资源环境和经济可持续发展具有重要意义。

A path planning method based on network flow

The invention discloses a path planning method based on network flow for balancing grazing and livestock. The method of the invention selects pasture according to NDVI index, first determines the maximum livestock flow of the whole nomadic network to limit the number of livestock in the whole nomadic network, and then distributes the nomadic path for different herdsmen, so as to obtain a reasonable nomadic path satisfying the balance of grazing and livestock. The method of the invention can satisfy the herdsman's utilization of the grassland resources at different positions, improve the scientificity of the herdsman's utilization of the grassland resources, and is of great significance to the maintenance of the grassland resource environment and the sustainable economic development.

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法
本专利技术涉及畜牧业
，更特别地说，涉及到一种考虑草畜平衡的游牧路径网络规划方法。
技术介绍
游牧是草原民族基本的经济生活方式，包括以逐水草而居为基本特征的游牧方式，以及依各有分地为原则确定的游牧空间。草原上除少数几块靠高山冰雪融水与穿行于大陆腹地的河流滋润的绿洲外，绝大部分地区不适于农业开垦,长期以来只能作为羊、马、牛、驼的牧地,为游牧人所拥有。由于草原生态的自然特征，草场承受不了持续、长期地放牧，决定了草原载畜量的有限性，从而使游牧业一经产生就与移动性生活相伴而行。生活在草原的牧民历经数千年营造了独特的游牧方式与草原文化，但在人口和畜牧量不断增加趋势下，牧民对草地资源利用、管理的盲目性成为了影响生态环境的重要因素，也是导致草地退化，影响草地资源可重复使用的关键。对游牧进行科学管理，不仅有利于草畜平衡，对保护生态环境也起到至关重要的作用。游牧路径(NomadicPath)是指牧民(Herdsman)随着水草而进行移动所形成的独特路径。这种移动性表现在时间与空间维度上，在时间维度上，牧民(Herdsman)通过四季更替来进行牧场(Pasture)的放牧；在空间维度上，牧民(Herdsman)通过不同牧场(Pasture)的草地来进行牧场转场放牧。以上放牧行为在时间空间维度上的移动形成了游牧路径。游牧网络(NomadicNetwork)是指在游牧过程中由牲畜(livestock)、牧场(Pasture)和连接牧场之间的牧道(pastoral)三部分组成的网络拓扑结构图。为了人类活动与自然环境平衡发展，达到草畜平衡(Grassandlivestockbalance)的情况，使牧场不承受长期且连续的放牧活动，减少不必要的迁徙时间以及迁徙距离，避免过度放牧，降低对草地利用的盲目性，对合理利用草地资源起着重要作用。
技术实现思路
为了解决牧民放牧出现的牧场超载、欠载的技术问题，以及长期且连续的放牧活动带来的草地利用盲目性，本专利技术提出了一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法。本专利技术方法根据NDVI指数筛选牧场，依据游牧路径将牧场分为源牧场、中间牧场和目标牧场；通过寻求最大流的标号法得到整个游牧网络中的最大合理牲畜流，用以限制整个游牧网络中的牲畜数量；通过比较游牧网络中游牧路径的长度，选择满足载畜量条件的最短长度的游牧路径；该游牧路径作为给牧户分配的满足草畜平衡的最优游牧路径。在考虑草原生态环境的基础上，分析了每个牧场载畜量、放牧方式、牧草条件等因素。本专利技术方法能够满足牧民对不同位置的草地资源的利用，提高牧民利用草地资源的科学性，对维护草地资源环境和经济可持续发展具有重要意义。本专利技术的一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法，是在已知游牧网络拓扑结构中包含有牧户及牧户养殖牲畜量、牧场及牧场的合理载畜量、牧场的NDVI指数的参数信息；其特征在于：草畜平衡游牧路径规划的步骤为：步骤一：统计牧户与各牧户牲畜量，执行步骤二；统计牧户集合HH＝{H1,H2,…,Ha,…,HA}中每个牧户的牲畜总量，并对所有牧户们养殖的牲畜总量按照从多至少进行排序，得到牲畜总量序列LL，且属于H1的牲畜总量，记为属于H2的牲畜总量，记为属于Ha的牲畜总量，记为属于HA的牲畜总量，记为牲畜总量是以羊单位计数的，所述羊单位是指1只体重45Kg、日消耗1.8Kg标准干草的成年绵羊。步骤二：依据NDVI指数，获取待放牧牧场，并得到每段链路的合理牲畜流；采用NDVI指数从游牧网络拓扑结构中获取得到满足等级评价限制的待放牧牧场集合PP＝{P1,P2,…,Pb,…,PB}；记录下PP＝{P1,P2,…,Pb,…,PB}中每个牧场的合理载畜量，记为总合理载畜量组QQ，且通过对游牧网络中相邻牧场Pb与牧场PB之间合理载畜量对比，取合理载畜量小的牧场的合理载畜量作为所述游牧链路可以承载的合理牲畜流，记为步骤三：采用寻求最大流的标号法获取整个游牧网络的最大牲畜流；在本专利技术中，依据“寻求最大流的标号法”来计算从Ps到达Pt的整个游牧网络上的最大牲畜流MQ，是为了使所有牧户HH＝{H1,H2,…,Ha,…,HA}的牲畜都能被一个游牧网络全部分配。在牲畜限流模型中的所有游牧路径，记为表示牲畜限流模型中的任意一条游牧路径，下角标y表示游牧路径的标识号；表示牲畜限流模型中的最后一条游牧路径，下角标Y表示游牧路径的总条数；计算牧场Pb与牧场PB的链路牲畜流，记为步骤四：为多牧户安排游牧路径；步骤401：调用每个牧户和牧户养殖的牲畜数量和每条链路的距离；执行步骤402；步骤402：比较整个游牧网络的最大牲畜流与所有牧户的牲畜量之和；执行步骤403；若则游牧网络能够满足所有牧户的牲畜分配；若所有牧户对养殖的牲畜进行补饲料；步骤403：遍历游牧网络拓扑结构中的所有游牧路径；执行步骤404；在本专利技术中，任意一个从源牧场Pb到达一个目标牧场PB的多条游牧路径；或者任意一个从源牧场Pb到达多个目标牧场PB的多条游牧路径；多个从源牧场Pb到达一个目标牧场PB的多条游牧路径；步骤404：计算所有游牧路径的长度；执行步骤405；步骤405：按照游牧路径的长度由小到大进行排序，得到排序后的总游牧路径组ST_GG；执行步骤406；步骤406：计算每条游牧路径的路径－合理牲畜量Q，执行步骤407；在本专利技术中，每条游牧路径的路径－合理牲畜量为该条游牧路径上牧场合理载畜量的最小值；步骤407：按照牲畜总量序列为每个牧户分配满足草畜平衡的最优游牧路径。在本专利技术中，按照牲畜总量序列LL进行游牧路径分配。若则选取继路径之后的一条路径进行分配给牧户Ha。若直接将路径分配给牧户Ha。本专利技术基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法的优点在于：①本专利技术方法中应用的牧场是以NDVI指数进行筛选的，这有利于把退化牧场排除在游牧网络外，避免了在退化牧场上放牧，减少了对草地资源的过度放牧。②经本专利技术方法处理后的游牧网络，其载畜压力指数接近于1，但不大于1，以合理牲畜流限制整个游牧网络中的牲畜数量，充分考虑到牧场的载畜量，能够避免在牧场上的超载放牧。③本专利技术方法通过将牧户的牲畜数量与游牧链路中允许通过的牲畜流进行匹配，能够减少在牧场上的欠载放牧，达到了对牧场资源的充分利用。④本专利技术方法通过建立适用于游牧路径规划中的网络模型，将改进的最小费用合理牲畜流模型运用到游牧路径网络的规划中，在此基础上实现了路径最短游牧路径，降低了放牧过程的成本，提高了放牧的效益。⑤本专利技术方法能够实现多牧户可行路径推荐，牧户可以通过游牧网络规划(Nomadicnetworkplanning)选择更加科学的路径进行放牧，避免了他们更多的依赖感官、历史经验而决定游牧路径的主观性。⑥本专利技术方法通过考虑牧场的草场等级、载畜量的限制等因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法，其特征在于草畜平衡游牧路径规划的步骤为：/n步骤一：统计牧户与各牧户牲畜量，执行步骤二；/n统计牧户集合HH＝{H

【技术特征摘要】
1.一种基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法，其特征在于草畜平衡游牧路径规划的步骤为：
步骤一：统计牧户与各牧户牲畜量，执行步骤二；
统计牧户集合HH＝{H1,H2,…,Ha,…,HA}中每个牧户的牲畜总量，并对所有牧户们养殖的牲畜总量按照从多至少进行排序，得到牲畜总量序列LL；
属于H1的牲畜总量，记为
属于H2的牲畜总量，记为
属于Ha的牲畜总量，记为
属于HA的牲畜总量，记为
步骤二：依据NDVI指数，获取待放牧牧场，并得到每段链路的合理牲畜流；
采用NDVI指数从游牧网络拓扑结构中获取得到满足等级评价限制的待放牧牧场集合PP＝{P1,P2,…,Pb,…,PB}；
记录下PP＝{P1,P2,…,Pb,…,PB}中每个牧场的合理载畜量，记为总合理载畜量组QQ，且
通过对游牧网络中相邻牧场Pb与牧场PB之间合理载畜量对比，取合理载畜量小的牧场的合理载畜量作为所述游牧链路可以承载的合理牲畜流，记为
步骤三：采用寻求最大流的标号法获取整个游牧网络的最大牲畜流；
依据寻求最大流的标号法来计算从Ps到达Pt的整个游牧网络上的最大牲畜流MQ，是为了使所有牧户HH＝{H1,H2,…,Ha,…,HA}的牲畜都能被一个游牧网络全部分配；
在牲畜限流模型中的所有游牧路径，记为

表示牲畜限流模型中的任意一条游牧路径，下角标y表示游牧路径的标识号；

表示牲畜限流模型中的最后一条游牧路径，下角标Y表示游牧路径的总条数；
计算任意一条链路牲畜流，记为
步骤四：为多牧户安排游牧路径；
步骤401：调用每个牧户和牧户养殖的牲畜数量和每条链路的距离；执行步骤402；
步骤402：比较整个游牧网络的最大牲畜流与所有牧户的牲畜量之和；执行步骤403；
若则游牧网络能够满足所有牧户的牲畜分配；
若所有牧户对养殖的牲畜进行补饲料；
步骤403：遍历游牧网络拓扑结构中的所有游牧路径；执行步骤404；
任意一个从源牧场到达一个目标牧场的多条游牧路径；或者任意一个从源牧场到达多个目标牧场的多条游牧路径；多个从源牧场到达一个目标牧场的多条游牧路径；
步骤404：计算所有游牧路径的长度；执行步骤405；
步骤405：按照游牧路径的长度由小到大进行排序，得到排序后的总游牧路径组ST_GG；执行步骤406；
步骤406：计算每条游牧路径的路径－合理牲畜量Q，执行步骤407；
每条游牧路径的路径－合理牲畜量为该条游牧路径上牧场合理载畜量的最小值。


2.根据权利要求1所述的基于网络流的草畜平衡游牧路径规划方法，其特征在于：步骤三中整个游牧网络的最大牲畜流的处理步骤为：
步骤301：获取牲畜限流模型中的所有游牧路径；执行步骤302；
牲畜限流模型中第一条游牧路径
牲畜限流模型中第二条游牧路径
牲畜限流模型中第三条游牧路径
牲畜限流模型中第四条游牧路径
牲畜限流模型中第五条游牧路径
牲畜限流模型中第六条游牧路径
牲畜限流模型中第七条游牧路径
牲畜限流模型中第八条游牧路径
牲畜限流模型中第九条游牧路径
牲畜限流模型中第十条游牧路径
牲畜限流模型中第十一条游牧路径
牲畜限流模型中第十二条游牧路径
牲畜限流模型中第十三条游牧路径
牲畜限流模型中第十四条游牧路径
牲畜限流模型中第十五条游牧路径
牲畜限流模型中第十六条游牧路径
牲畜限流模型中第十七条游牧路径
牲畜限流模型中第十八条游牧路径
牲畜限流模型中第十九条游牧路径
牲畜限流模型中第二十条游牧路径
牲畜限流模型中第二十一条游牧路径
牲畜限流模型中第二十二条游牧路径
牲畜限流模型中第二十三条游牧路径
牲畜限流模型中第二十四条游牧路径
牲畜限流模型中第二十五条游牧路径
步骤302，初始化每段游牧链路的链路牲畜流；执行步骤303；
牲畜从牧场Ps到达牧场P1通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场Ps到达牧场P2通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场Ps到达牧场P3通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P1到达牧场P4通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P1到达牧场P5通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P2到达牧场P5通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P2到达牧场P6通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P3到达牧场P6通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P4到达牧场P7通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P5到达牧场P4通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P5到达牧场P7通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P5到达牧场P8通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P5到达牧场P9通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P6到达牧场P5通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P6到达牧场P9通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P7到达牧场Pt通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P8到达牧场Pt通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
牲畜从牧场P9到达牧场Pt通过的牲畜流，即链路牲畜流为初始时，赋值为0；
步骤303，采用标号法调整游牧路径的牲畜流；执行步骤304；
将Ps标号为(0，+∞)，取牲畜限流模型中第一条游牧路径采用寻求最大流的标号法计算得到所述路径的牲畜调整量则调整路径上的牲畜流，将作为路径上牲畜量的增加量；
此时，路径上的牲畜流将发生变化：
牲畜从牧场Ps到达牧场P1通过的链路牲畜流
牲畜从牧场P1到达牧场P4通过的链路牲畜流
牲畜从牧场P4到达牧场P7通过的链路牲畜流
牲畜从牧场P7到达牧场Pt通过的链路牲畜流
路径中链路P4→P7上的合理牲畜流与链路牲畜流相等，链路P7→Pt上的合理牲畜流与链路牲畜流相等，即链路P4→P7和链路P7→Pt已饱和，将寻找下一个路径继续标号；
由于链路P4→P7和链路P7→Pt已饱和，故将其归入链路饱和集中，即而链路Ps→P1和链路P1→P4还有剩余的链路牲畜量可供分配，将其归入链路非饱和集中，即
为了清楚记录牲畜限流模型中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建平，吴登生，谷晓燕，
申请(专利权)人：中国科学院科技战略咨询研究院，北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11