Optimization of ecological network function and structure by coupling spatial operators and biomimetic intelligent algorithm

联轴节(管道) 功能(生物学) 算法 计算机科学 优化算法 生物系统 数学优化 工程类 数学 机械工程 生物 进化生物学
作者
Zhaomin Tong,Ziyi Zhang,Yanchi Lu,Yaolin Liu,Rui An,Xuan Luo,Sui Liu,Bin Zhang
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier]
卷期号:465: 142794-142794 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2024.142794
摘要

Ecological networks (ENs) can maintain regional ecological security and reconcile the contradiction between development and conservation. Optimization of ENs is crucial for promoting sustainable development and human well-being. Although various valuable methods have been explored to optimize ENs, collaborative optimization research on the EN function and structure through a quantitative simulation at the patch level is yet to be conducted. This study integrated spatial function and structural operators into a multi-type ant colony optimization model and constructed a high-performance land-use conversion framework for EN optimization. Results showed that: (1) the optimized ecological source exhibits heightened functionality and improved connectivity, resulting in a more stable and rational network structure; (2) the proposed ecological nodes emergence mechanism prevents fragmentation of local ENs and improves the overall structural integrity and resilience; and (3) the introduction of graphics processing unit (GPU) parallelization improves the efficiency of the model at city level by 13.49 times, resolving the paradox between the computational efficiency of high-precision land-use simulation and the construction of large-scale ENs. This study provides methodological support for patch-level landscape planning and reference for formulating reasonable ecological restoration strategies.

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