CN101114277A - 一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法。其步骤为：第一步获取评价指标信息图层，第二步利用GIS软件对各个评价指标进行定量分析评价，第三步区域生态功能综合评价，第四步生态功能分区。其是在生态功能区划中，加入景观评价指标。利用RS获取实时的地理信息数据，利用GIS软件的空间分析与数据处理能力计算输出评价指标的属性值，利用VBA编程在Excel中批量计算出评价值并分类，最后利用GIS软件作出生态功能区划结果。本发明采用全过程定量化分析，定量过程采用规范的计算机操作运算，减少了普通生态区划方法中的主观失误。能够生成客观的生态功能评价结果，得到客观合理的区划结论。
Description
技术领域
本方法涉及到生态功能区划领域，具体是指利用GIS(地理信息系统)与RS(遥感)进行生态功能区划的方法。
背景技术
在生态功能区划中，现有的区划以主观性区划为主，较少吸收采用高新技术GIS、RS进行定量化区划。目前利用GIS与RS进行的生态功能区划大都采用叠置法，即在生态环境单要素区划的基础上，叠置要素区划界限，确定生态功能区划的基本界限(胡孟春，蒋建国等.黑河流域生态功能区划及其保护[J].农村生态环境，2002，18(1)：1～5.)，实现叠置的技术方案是运用GIS手段通过高程、降水等值线图，土地利用格局图、人口密度图、经济密度图等反映区域全貌和特征的图谱的叠加，依据生态经济原则，对自然生态要素与人类经济要素时空变化进行协同分析，揭示出由自然生态和经济活动相互作用而产生的不同生态经济区域生态脆弱性和退化程度的地域差异(高群，毛汉英.基于GIS的三峡库区云阳县生态经济区划[J].生态学报，2003，23(1)：74～81.)。杨景在沙县生态功能区划中以主导因素区划界线为模板，叠置其它非主导因素区划界线，根据景观生态类型单元完整性进行修订确定各生态功能小区及其界线(杨景，郑达贤，陈加兵.福建省沙县生态功能区划.云南地理环境研究，2004(4)：14～17.)。目前也有少量生态功能区划采用单纯的景观聚类法，例如：吴志峰在GIS与景观斑块分析软件Patch Analyst 2.0支持下计算了珠海各子区的景观特征指数。并进行珠海景观生态聚类分析，根据聚类分析结果对珠海地区进行景观生态类型区划分(吴志峰.珠江三角洲典型区景观生态聚类分析.生态环境，2005，14(1)：63-66)叶延琼在岷江上游地区的生态区划中同时采用叠置法和景观生态聚类法做出了两种不同的区划结果，叠置法定性成分多且不能辨别微小的细节，景观生态聚类定量化程度高但是指标局限于景观指标不能很好的显示功能分区的等级划分(叶延琼，两种不同生态区划方法在岷江上游地区的应用与比较.生态学报，2006年7月26卷第7期)。
整体而言，目前的GIS与RS法生态功能区划，没有很好的将景观评价指标与其它生态环境评价指标很好的结合起来，并且区划的定量化程度不高，区划的整个过程缺少程序化和规范化。
发明内容
1.发明目的
为了克服目前生态功能区划主观性过强、缺少规范方法的问题，本发明方法提供一种系统规范的GIS与RS生态功能区划方法。可以利用RS手段获取区域自然地理信息，然后利用GIS的空间分析与数据处理能力对景观评价指标香农多样性指数SDI、斑块面积变异系数PSCOV以及高程指标、交通指标、开发度指标进行定量分析评价，得出区域生态功能评价总体结果，并生成生态功能区划结果。
2.技术方案
本发明的技术方案如下：
第一步获取评价指标信息图层。
首先以生态功能区划目标区域的遥感影像数据作为数据源，利用ENVI软件进行配准校正、降噪增强、数据融合处理后，通过定量解译输出带有区域景观以及开发用地信息的图层。
然后在Mapinfo中利用查询(Query)功能针对遥感解译结果统计不同行政区域的开发用地占总用地的比例，并作为相应行政区域的开发度值，在Mapinfo中输入开发度的值最终得到开发度图层。
将生态功能区划的目标区域的交通指标(铁路、公路、航道)矢量化的地理信息，在ArcInfo中利用缓冲区分析功能进行分析(缓冲半径取值见附表1)。将分析结果转化为ESRI grid格式，并利用栅格叠加分析功能进行叠加计算并自动分级赋值，得到带有交通指标信息的图层。
将生态功能区划目标区域的高程数据利用ENVI软件进行数据的镶嵌，将整个区域的数据整合在一起，然后利用矢量数据对其进行裁减，进而导出为Geotiff格式的高程数据图层。
第二步利用GIS软件对各个评价指标进行定量分析评价
首先利用Mapinfo软件在整个区域范围内构建正方形栅格，单个栅格的面积与区域面积比为1∶450到1∶550之间，使栅格覆盖整个区域。并对与区域相交的栅格进行编号，然后将编号后的评价单元格(栅格)批量转化为ArcMap可接受的Shape格式。
再利用VB生成可运行于ArcMap的批处理命令，在ArcMap中利用评价单元格(shp)将所有评价指标图层批量切割成栅格文件。
再在ArcView中导入带有景观信息的栅格数据，计算其每个栅格的景观评价指标(SDI、PSCOV)数值。
然后利用ArcMap的空间分析功能，分析计算并提取区域每个单元的高程、交通指标以及开发度的属性值，并以dbf格式批量导出。利用Excel的VBA编程批量计算高程、交通指标以及开发度各个单元的平均值，作为每个单元的评价值。
第三步区域生态功能综合评价
利用Excel的VBA编程将所有评价指标值，通过最大值最小值法归一化，并对所有评价指标加权计算(具体权重见附表2)，得到最终的生态功能评价结果。
第四步生态功能分区
根据地理学第一定律以及评价结果的二维散点图，进行生态功能分类。在Mapinfo中将分类结果分级显示，依据地理学第一定律做生态功能分区。利用Mapinfo划出最终的生态功能区划结果图。
表1不同交通方式缓冲半径值
| 交通类别 | 二级分类 | 缓冲半径(km) |
| 铁路 | 5 | |
| 公路 | 高速公路 | 5 |
| 国道省道 | 3 | |
| 航道 | 一级航道 | 5 |
| 二级航道 | 3 |
表2权重分布
| 评价指标 | 权重 |
| 高程和坡度 | 0.3 |
| 交通便利程度 | 0.1 |
| 开发度 | 0.3 |
| SDI | 0.15 |
| PSCOV | 0.15 |
本发明指标的选取融入了能反映生态环境现状、生态环境敏感性、生态服务功能的景观指标，同时结合能够反映生态环境现状、生态服务功能、生态敏感性的高程评价指标以及交通指标与开发度指标。景观评价指标包括以下两类：第1类是多样性指数类，本发明选取了代表性强的景观多样性指数SDI(Shannon’sDiversity Index)，第2类是景观破碎化指数类，本发明选取了代表性强的斑块面积变异系数PSCOV(Patch Size Coefficient of Variance)。
软件版本：
ENVI 4.2(The Environment for Visualizing Images，Research SystemsInc)
Mapinfo8.5(Mapinfo Professional Version 8.5 MapInfo Corporation.)Arcview 3.2a(Arcview 3.2a Environmental Systems ResearchInstitute，ESRI)
Arcinfo 9.0(Arcinfo 9.0 Environmental Systems ResearchInstitute，ESRI)
Excel2006
3.有益效果
本发明方法将景观评价指标香农多样性指数SDI、斑块面积变异系数PSCOV与生态环境评价指标结合了起来，比现有的生态功能区划指标体系综合性要强。本生态功能区划方法采用全过程定量化分析，定量过程采用规范的计算机操作运算，减少了普通生态区划方法中的主观失误。能够生成客观的生态功能评价结果，得到客观合理的区划结论。
附图说明
图1为Mapinfo中构建覆盖东陇海区域的栅格格网；
图2利用Mapinfo将栅格单元格批量转化为shp文件；
图3为ArcMap中批量切割栅格数据；
图4为ArcView中计算各评价单元格的景观指数值；
图5为Excel中加权计算得到的生态功能评价结果与分类；
图6为Mapinfo中生态功能的分级显示；
图7为Mapinfo中生成的生态功能区划结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明方法做进一步的说明
利用东陇海沿线生态功能区划进一步说明
步骤一首先以东陇海区域的遥感数据ASTER(先进星载热辐射与反射测量仪)以及ETM+(增强型专题制图仪)遥感影像作为数据源，利用ENVI软件进行配准校正、降噪增强、数据融合处理后，通过定量解译输出带有区域景观以及开发度信息的图层。
然后在Mapinfo中利用查询(Query)功能针对遥感解译结果统计不同行政区域的开发用地占总用地的比例，并作为相应行政区域的开发度值，在Mapinfo中输入开发度的值最终得到开发度图层。
将东陇海区域的交通指标(铁路、公路、航道)矢量化的地理信息，在ArcInfo中利用缓冲区分析功能进行分析(缓冲半径取值见附表1)。将分析结果转化为ESRIgrid格式，并利用栅格叠加分析功能进行叠加计算并自动分级赋值，得到带有交通指标信息的图层。
将东陇海区域的高程数据利用ENVI软件进行数据的镶嵌，将整个区域的数据整合在一起，然后利用矢量数据对其进行裁减，进而导出为Geotiff格式的高程数据图层。
步骤二在Mapinfo中打开东陇海行政边界图作为底图，然后再创建一个新空白图层并在新图层上构建若干个5km2的栅格格网覆盖东陇海行政区域，然后对覆盖东陇海区域的栅格格网编号，根据区域覆盖栅格情况编号为从1到484。栅格格网见图1。
步骤三在Mapinfo中对栅格格网批量转化，生成ArcMap可接受的Shape格式，并批量存储。见图2。
步骤四利用VB编程生成ArcMap批处理代码，在ArcMap中导入生成的代码，ArcMap自动运行批量切割评价区域生成栅格评价单元，见图3。具体VB程序代码如下：
Public Function DelBlank(SearchString As String)
DelBlank＝Replace(SearchString，Chr(32)，″″)’去掉space的function
End Function
Private Sub Command2_Click()
Dim i As Integer
Dim clip As String
Dim cipper As String
Dim clipped As String
Dim stroutput As String
clip＝″Clip_analysis dlhshape.shp″
For i＝1 To 484
clipper＝DelBlank(″0505″+Str(i)+″_rectangle.shp″)
clipped＝DelBlank(″dlh0505″+Str(i)+″.shp″)
’Text1＝clip+″″+clipper+″″+clipped
stroutput＝clip+″″+clipper+″″+clipped
Open″E:\clip\0505\genfile\vbGenforclip.txt″For Append As#1
Print#1，stroutput
Close#1
Next i
End Sub
步骤五 利用VB生成批处理语句。在ArcView中导入栅格单元数据，利用Patch Analyst模块以命令行的方式进行批量计算得到各评价单元的景观指数SDI和PSCOV的值，见图4。VB生成的批处理语句如下：
Public Function DelBlank(SearchString As String)
DelBlank＝Replace(SearchString，Chr(32)，″″)
End Function
Private Sub Command2_Click()
MsgBox(″clear the file to for generation and reset counter！″)
Dim i As Integer
Dim first As String
Dim last As String
Dim dlh As String
Dim stroutput As String
first＝″av.Run(″″nd_SS_run″″，{″″View1″″″
last＝″″″Grid_code″″，″″V″″，{false，false}，″″Spatial Statistics Output″″，″″A″″，
″″CA，TLA，NumP，MPS，MedPS，PSCoV，PSSD，TE，ED，MPE，MSI，AWMSI，MPAR，MPFD，AWMPFD，SDI，SEI″″，″″Nil″″，true，false})″
For i＝1 To484
dlh＝″，″″Dlh0505″+Str(i)+″.shp″″，″
stroutput＝DelBlank(first+dlh+last)
Open″E:\clip\1010\genfile\genvccodeforPA.txt″For Append As#1
Print#1，stroutput
Close#1
Next i
End Sub
步骤六在ArcMap中查看各个单元格的DEM、交通指标以及开发度的属性值，并将其以dbf格式导出储存。
步骤七利用Excel中VBA编程对各个评价指标结果进行最大最小值法归一化，并加权计算得到生态功能评价结果，参照地理学第一定律以及评价结果的二维散点图对评价单元格进行分类，见图5。加权计算具体编程程序代码如下：
Public data(484)As Double
Sub averange_wyw()
’计算加权平均值
Dim filename As String
Dim filename1 As String
Dim filename2 As String
Dim filename3 As String
Dim i As Integer
Dim hang As Integer
Dim sum1 As Double
Dim sum2 As Double
filename1＝″C:\Documents and Settings\泊远\桌面\text\text\″
filename3＝″Export_Output.dbf″
For i＝1 To 484
filename2＝i
filename＝filename1+filename2+filename3
Workbooks.Open filename:＝filename
sum1＝0
sum2＝0
For hang＝2 To 10
sum1＝sum1+Cells(hang，2)*Cells(hang，3)
sum2＝sum2+Cells(hang，3)
data(i)＝sum1/sum2
Next hang
ActiveWindow.Close
Next i
Sheets(″Sheet1″).Select
For j＝1 To 484
Cells(j，1)＝data(j)
Next j
End Sub
步骤八利用Mapinfo对评价结果进行生态功能的分类显示，给不同的分级赋予不同的颜色，并将边界的栅格分别归类到临近区域。见图6。
步骤九根据地理学第一定律，由以上的分级结果，将一级与二级合并，三级与四级合并。最后利用Mapinfo的绘图功能做出生态功能分区，见图7。
Claims (4)
1.一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法，其步骤包括：
第一步获取评价指标信息图层；
首先以生态功能区划目标区域的遥感影像数据作为数据源，利用ENVI软件进行配准校正、降噪增强、数据融合处理后，通过定量解译输出带有区域景观以及开发用地信息的图层；
然后在Mapinfo中利用查询功能针对遥感解译结果统计不同行政区域的开发用地占总用地的比例，并作为相应行政区域的开发度值，在Mapinfo中输入开发度的值最终得到开发度图层；
将生态功能区划的目标区域的交通指标矢量化的地理信息，在ArcInfo中利用缓冲区分析功能进行分析，将分析结果转化为ESRI grid格式，并利用栅格叠加分析功能进行叠加计算并自动分级赋值，得到带有交通指标信息的图层，
将生态功能区划目标区域的高程数据利用ENVI软件进行数据的镶嵌，将整个区域的数据整合在一起，然后利用矢量数据对其进行裁减，进而导出为Geotiff格式的高程数据图层；
第二步利用GIS软件对各个评价指标进行定量分析评价
首先利用Mapinfo软件在整个区域范围内构建正方形栅格，单个栅格的面积与区域面积比为1∶450到1∶550之间，使栅格覆盖整个区域。并对与区域相交的栅格进行编号，然后将编号后的评价单元格批量转化为ArcMap可接受的Shape格式；
然后利用VB生成可运行于ArcMap的批处理命令，在ArcMap中利用评价单元格shp将所有评价指标图层批量切割成栅格文件；
再在ArcView中导入带有景观信息的栅格数据，计算其每个栅格的景观评价指标数值；
再利用ArcMap的空间分析功能，分析计算并提取区域每个单元的高程、交通指标以及开发度的属性值，并以dbf格式批量导出，利用Excel的VBA编程批量计算高程、交通指标以及开发度各个单元的平均值，作为每个单元的评价值；
第三步区域生态功能综合评价
利用Excel的VBA编程将所有评价指标值，通过最大值最小值法归一化，并对所有评价指标加权计算，得到最终的生态功能评价结果；
第四步生态功能分区
根据地理学第一定律以及评价结果的二维散点图，进行生态功能分类，在Mapinfo中将分类结果分级显示，依据地理学第一定律做生态功能分区，利用Mapinfo划出最终的生态功能区划结果图。
2.根据权利要求1所述的一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法，其特征在于第一步中缓冲区分析功能进行分析中缓冲半径取值如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法，其特征在于第二步中景观评价指标为SDI、PSCOV。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功能区划的方法，其特征在于评价指标具体权重如下：高程和坡度0.3，交通便利程度0.1，开发度0.3，SDI 0.15，PSCOV 0.15。
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