1.一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1,对研究区域进行网格划分,得到A、B两类网格划分结果;S2,收集研究区域的基本信息,建立各区域的基本信息库;S3,整理所采集的基本信息数据并进行预处理,并准备对网格进行二次分析;S4,对A类网格进行多维聚类分析;S5,对A类网格的聚类结果进行命名和区分;S6,以A类网格的分类结果为参照,完善B类网格的数据;S7,对B类网格进行多维聚类分析,对结果进行命名和区分;S8,将A、B类网格分析结果数据可视化输出,以不同灰度的色块进行分类结果的区分;S9,合并相同灰度颜色且相邻的网格,依据分析结果生成生态单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S1中,划分网格的步骤包括:S11,计算研究对象的区域尺度:X方向最大长度H和Y方向最大长度L,按照计算公式:Y方向的网格数 单元总数 其中x为Y方向的网格数,x为正整数;n为单元边长;将相应尺度的网格覆盖在研究对象的卫星图上,去除内容为空的网格,留下的网格成为有效网格;S12,根据有效单元网格中,存在单个网格内部功能、构成及形态的差异大小来划分为A、B类网格。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S2中收集的基本信息包括:用地性质、水文与气候、高程与坡度、土壤敏感度以及植被覆盖度。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S3中,数据预处理的步骤为:S31,对数据进行清洗、变换,得到能有效处理的数据;S32,将连续数据转化为离散型数据;S33,通过PCA主成分分析方法对数据的维度进行预处理之后,选取95%能量因数维度的数据进行聚类,将高维的数据样本在信息损失较低的情况下降维。
5.根据权利要求4所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S4中,对A类网格进行多维聚类分析步骤为:S41,初始化一个矩阵来存储每个网格的数据;S42,采用Python语言中Scikit-learn库函数的K-means算法对划分的网格进行聚类,k为初始选取的样本中心数,通过多次质心的迭代计算收敛,使总体分类的误差平方和函数最终达到一个最小值,得到K个样本的中心;S43,对算法中的k值和初始质心的位置进行多次尝试,选取聚类效果最好的一组结果作为最终的聚类结果。
6.根据权利要求5所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S5中,对A类网格的聚类结果进行命名和区分的步骤为:S51,多维聚类分析后,得到聚类结果,不同组别聚类结果的网格单元用不同颜色标示;S52,利用网格的相邻位置将颜色分区确定相似地块,即为一个生态单元,并分别命名。
7.根据权利要求6所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,在所述S6中,完善B类网格的数据时,需要添加条件:与A类不同生态单元的相邻情况。
8.根据权利要求7所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S7中,B类网格进行多维聚类分析步骤为:1)初始化一个矩阵来存储每个网格的数据;2)创建质心,随机k个质心;3)计算距离,欧式距离计算:n维欧氏空间的每个点X可以表示为(x[1]x[2]…x[n])其中x(i=12…n)是实数,称为X的第i个坐标两个点A=(a[1]a[2]…a[n])和B=(b[1]b[2]…b[n])之间的距离d(AB),定义为公式d(AB)=sqrt[∑((a-b)^2)](i=12…n);4)判断k值大小,迭代计算距离;5)得出B类网格聚类结果。
9.根据权利要求4所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S33中,对PCA降维处理的步骤为:1)将样本集X=[x1,x2,x3,x4,...]进行中心化处理,即每个样本的每个属性减去对应属性在样本集中的均值;2)计算协方差矩阵D=XXT;3)对特征值从大到小排序,选择相关性最低的k个属性的投影方向进行线性组合,然后将其对应的k个特征向量分别作为行向量组成特征向量矩阵P;4)将数据转换到k个特征向量构建的新空间中,即Y=PX。
10.根据权利要求5所述的一种基于聚类算法划分乡村景观生态单元的方法,其特征在于,所述S42的具体步骤为:首先随机选择任意一个数字k,将k个中心分别记为μ 1 ,μ 2 ,…,μ k ;其次根据每个聚类对象的均值,代入公式组:计算每个对象与这些中心对象的欧氏距离Dis,并根据最小距离D重新对相应对象进行划分,进而计算每个所获新聚类的聚类中心 不断重复这一过程直到均方差标准测度函数开始收敛为止;计算公式如下:E为数据库中所有对象的均方差和;p为对象的空间中的一个点;μ i 为聚类x i 的均值。