CN103164608A - 基于生境因子的动物通行热区的评判方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关山区公路勘察设计中缺乏动物基础资料时采用的一种基于生境因子的动物通行热区的评判方法。其能够综合考虑区域关键野生动物对生境特征需求从公路沿线地形、植被、资源和人为干扰共4个主要生境因子评价沿线动物的生境质量，评价采用沿公路路线方向计算不同段落生境综合评价分值，再对不同段落分值统计并排序，将公路全线划分为不适宜路段、边缘路段、一般路段、适宜路段4种等级，将等级区间为“适宜路段”处判定为动物通行热区。该方法可综合两种以上动物的生境需求，还可纳入公路设计因素，从而适用于公路建设前或改扩建中野生动物敏感生境保护、通道选择与公路设施优化，成为一种具有实用及进步的新方法，适于产业界广泛推广应用。

Description

基于生境因子的动物通行热区的评判方法

技术领域

本发明涉及有关山区公路勘察设计领域中野生动物通行热区的评判方法，特别涉及基于生境因子的动物通行热区的评判方法。

背景技术

在建造的山区公路中，利用设计的桥梁或隧道通行是许多动物穿越公路尤其是高速公路的必要手段，然而许多桥梁与隧道在设计时并没有考虑动物的通行需求，设计者面临的重要困惑在于不能把握动物究竟会选择在哪些路段穿越公路。利用在“热点”地区增加动物通行设施是国内外广泛采用的一项措施：

当前对“热点”地区的判定方法主要有如下两种：

(1)目标保护动物的跟踪法

即针对目标保护物种，开展了活动规律的跟踪调查，包括动物迁移足迹、采食痕迹、粪便、无线电/GPRS跟踪、标记重捕、雪后调查、痕迹调查、红外相机监测等，再将其通行路径作为动物通道设计的依据。

这种方法常常只能针对一些重点或大型动物物种，且需要仪器设备水平较高，需经过长年累月的观测，研究结果往往滞后于公路建设发展，同时也往往忽视了其他物种的通行需求。这种方法时间与实施技术成本较高，在发达国家使用较多，在我国这样公路快速发展阶段应用较少。

如在我国的思茅-小勐养高速公路、青藏铁路等建设中分别开展了亚州象、藏羚羊等迁徙路线的大量研究，均耗时数年，而对其他小型动物有可能穿越利用普通桥涵、隧道等则普遍缺乏研究与考虑。

(2)动物致死率调研法

通过驱车对公路沿线动物致死率的调研是判断“热点”的方法之一，在动物致死率高的“热点”地区，再架设通道方便动物通行，这一方法在国外应用也较为普遍。

但这一方法有两个局限，其一是只能针对已建公路，故在动物通道的设置方面仅能在公路改扩建中提供补救措施，其二是仅在动物分布密度较高的地区有效。这一方法在我国实施存在较大问题，我国动物生存环境过于恶劣，人类干扰严重，大多地方公路沿线动物分布密度低。

以中国世界自然遗产保护地三江并流区为例，这一区域是中国生物多样性极为丰富的地区。通过对此区域的环境调研，总计驱车里程达到6000余km，仅发现两例公路动物致死事件，而美国的Brenda D于2004年3月-2007年3月间在大平原南部区域紧临公路类似研究表明，交通总致死率达到8.50例/100km。显然，动物致死率调研法在我国西部地区并不适用。

目前在我国的大部分地区，缺乏相关的基础研究和基础数据，在很多情况下缺乏关于动物在调查区域的迁移规律数据。只能通过基于专家及相关区域的研究成果、当地居民的调查等方式了解有关的动物通行数据，根据动物的习性，利用GIS软件中的AHP(analytical hierarchy process)模型或Biomapper软件的最适生境模型，基于调查区域的植被图、地形图、林相图等模拟出动物的适宜生境，从其生境分布情况确定相关的迁移规律。

在公路建设突飞猛进的中国，既往的方法存在着不可克服的弊端。随着国家环保力度的加大与居民环保意识的增强，我国将来的生态环境会变得更好，这对公路设计的前瞻性提出了要求。当前在公路建设中设计的桥梁、隧道、涵洞等，虽在一定程度上也能够为动物所利用，但其建造中普遍缺乏动物生境条件的调研依据。有鉴于这一缺陷，本设计人基于实践研究调查与专业知识，提出了一种基于动物生境条件的动物通行热区的评判方法。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的动物通道选择方法存在的缺陷，而提供一种基于生境因子的动物通行热区的评判方法，从而有利于动物通道的布设，所要解决的技术问题是使其既能满足单种动物的通行需求，又能尽量兼顾其他动物通行的需要，并且通过GIS软件的采用使其在技术手段上更易于操作，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种有关山区公路勘察设计中基于生境因子的动物通行热区的评判方法，包括如下步骤：

步骤1：通过收集资料、咨询专家、走访当地群众了解公路所经段落的动物物种种类、分布、出现频率，查阅这些动物物种的保护级别，筛选一种关键动物物种；

步骤2：调查了解该关键动物物种的生活习性与生境特征，以该动物物种活动的地形、植被、资源和人为干扰共4个主要生境因子作为一级指标，在4个一级指标下建立10个二级指标，构成评价指标体系，该二级指标包括：地形条件、地形起伏度、坡度、海拔、植被类型、植被盖度、水源距离、隐蔽类型、干扰距离、区域属性；根据该动物物种生境条件的优劣程度，按照10分制、等步长对该二级指标划分成优、良、中、差四个生境质量等级，并分别赋予分值为：10、7.5、5、2.5；

步骤3：根据步骤2所述的10个二级指标，对应着其优、良、中、差四个生境质量等级的平均分值加和，得到四个路段适宜程度的分值，分别对应适宜路段、一般路段、边缘路段与不适宜路段的上限值，其下限值为下一级生境质量等级的上限值，其中得分在100-76之间为适宜路段，75-51之间为一般路段，50-26之间为边缘路段，25-0之间为不适宜路段；

步骤4：将公路沿线按照每1km划分为若干个路段进行现场抽样调查，将抽样点中桩线两侧视域所见范围作为评价单元，在每个评价单元中按照步骤2中所述分值对该关键动物物种的各二级指标进行测定、评价，并赋予分值，再计算总分值，然后对路段内的所有评价单元总分值进行平均，获得各抽样点生境质量平均分值；

步骤5：根据步骤4中的结果，按照步骤3的限值对各公路路段进行判定，确定这些路段的适宜程度，其中适宜路段为该动物物种的通行热区路段。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，其采用遥感与GIS手段代替所述的步骤4，以获得各路段的生境质量的平均分值，其主要程序如下：

程序1：收集资料图件，包括：含水系分布、村庄居民点、地形图、公路路线图、植被分布与覆盖图、土地利用图，将以上图件利用GIS软件进行数字化；

程序2：选择公路两侧2km的缓冲区作为动物通行热区评价范围；

程序3：根据权利要求1所述的评价指标体系，在GIS软件平台上进行25m*25m网格的二级指标数据的计算与提取，获得各指标图层，具体提取方法如下：

①地形条件即坡位因素，动物对于不同的坡位有一定的选择，基于DEM提取沟间地的基本方法是先从沟间地的形态特征和成因原理出发，根据坡度特征提取缓坡图层，再利用沟谷缓冲分析，获得沟谷图层，两层相减，得到沟间地。将地形条件分成沟谷地形即沟底地，水平地形即沟间地，隆起地形即沟顶地，坡地地形即沟坡地；

②地形起伏度指地形的变化剧烈程度，高程差表示：定义为9个栅格3*3为一个小区域，计算小区域中的最大高程与最小高程，计算其差值即为高程差。根据计算出的高程差平均将其分为四个等级顺畅、较顺畅、陡坡、断层。

③坡度是指坡面与水平面的夹角，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Slope工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

④海拔指海拔高度，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Contour工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

⑤植被类型是指包括植被群落类型以及植被种类，根据遥感解译及现场调查相结合的手段，获得该数据，根据具体野生动物的喜好进行划分。

⑥植被盖度是指植被的覆盖情况，通过遥感软件计算NDVI指数，通过与实地调查相结合建立线性关系，从而确定植被覆盖情况，划分为100％-76％，75％-51％，50％-26％，25％-0四个类型：

⑦水源距离即距最近水源的距离，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级；

⑧隐蔽物类型即能够提供动物隐藏的物体，包括植被、建筑物，按照解译的结果及植被类型对其进行划分，分为乔木和灌木、草地、人工建筑及物隐蔽物四类。

⑨干扰距离即距最近干扰源的距离，包括居民点、建筑工地，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级。

⑩区域属性是根据保护区功能分区进行划分，将保护区功能区划分数字化并与遥感解译图投影统一，划分为保护核心区、试验区、缓冲区和保护区外四种类型。

程序4：对程序3中的提取结果，根据前述的评价指标体系中的对应分值利用GIS软件的reclassify功能进行赋值，raster calculator功能计算每个25m*25m网格的各生境因子赋值之和，生成计算结果图；

程序5：利用GIS中的divide功能将公路沿线按1km间距划分为若干个路段，然后利用buffer功能定义路侧各2km作为缓冲区，形成1km片段的若干个多边形，再利用Zonal Geometry功能将程序4中的计算结果图按照1km道路片段多边形中所包含25m*25m栅格数据值进行计算，获得1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，再按照步骤3分成4个等级；

程序6：将程序5中野生动物适宜生境质量分值的4个等级结果的栅格数据和道路数据转化成地理坐标系下WGS84坐标投影的矢量数据，并对每1km道路段落中的值通过Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能将野生动物适宜生境数据添加到1km间隔的道路矢量数据中，获得一个具有分值等级信息的道路路线矢量图；

程序7：使用程序6获得的道路路线矢量图的属性表的CalculateGeometry功能计算出每段中心点的经纬度，并将属性表输出成TXT格式文件，使用EXCEL打开该文件并通过筛选排序，选择4个等级中的适宜等级，获得其GPS点，这些点位即为适宜野生动物通行的热区；

程序8：现场校核程序7中筛选出的适宜野生动物通行的热区，即结合1∶2000公路路线设计图、地形图、植被分布图沿路线进行野外调研校核，调研中在路线设计图上标明植被类型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用与人为干扰情况，对这些通行热区与环境条件符合情况进行校核筛选，获得最终适宜野生动物通行的热区。

前述的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，还可以在选择关键物种时，考虑两种以上的关键动物物种的通行需求，在程序4之后，通过层次分析法计算不同动物的权值a_i，再根据此权值计算各段落的综合分值：

$h_m=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(a_i\·c_i)$ 公式1

式中h_m为第m个段落的综合分值

a_i为第i种动物的权值；

n为关键动物物种数；

c_i为第i种动物在该段落的分值。

将多个物种的通行热区按照程序1-4分别获得每个物种的适宜生境质量计算结果图，再通过Spatial Analyst的Raster Calculator功能根据公式1进行计算叠加，生成多个物种的计算结果图；然后再按照程序5先计算1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，在划分等级时按照计算的综合分值中的最大值与最小值等距划分为4个适宜性等级；在此基础上，按照程序6-8获得多个物种的综合通行热区。

前述的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，在对动物通行热区通过现场调查或GIS方法筛选出来后，再结合现有公路路线设计方案指标进一步筛选，从而进一步结合公路桥梁隧道等利于动物通行的公路设施的位置进一步精选动物的通行热区，在叠加公路路线方案指标方面，以桥梁、隧道方案作为筛选的最适通行热区判定因子，其方法是：

通过前述的筛选出的通行热区段落GPS点位，叠加现有公路路线中桥梁隧道GPS点位，两者重合处即为优化的动物通行热区，从而可以适用于现有公路的改善工程。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本发明提出的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，较传统方法增加了对其他类似动物通行利用的考虑。

2、本发明提出的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，与传统方法不同的是可采用GIS手段按照网格法进行数据测定与评分，从而更利于定量化操作，同时大大简化了现场评价所需要的工作量。

3、本发明提出的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，与传统方法不同的是建立了动物生境因子评价指标体系，从而提高了科学性。

4、本发明提出的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，与传统方法不同的是可以分别从不包括公路设计指标的环境因子评价与包含公路设计指标的公路干扰因子评价两方面的进行评价，从而可以适用于公路建设前也可适用于公路改扩建时，还可根据评价结果及时调整优化公路设计方案，从而有利于增强动物生境的连接度。

综上所述，本发明提出的确定动物通行热区的方法，生态效益好。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在方法创意或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的动物通道选择方法具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本方法的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是动物通行热区评判流程图；

图2是G214沿线植被覆盖度分布图；

其中，颜色越深，覆盖度越高。

图3是G214沿线植被覆盖度分级图；

图4是G214沿线东方狍适宜生境分布图；

图5是G214沿线环颈雉适宜生境分布图；

图6是G214沿线滇金丝猴适宜生境分布图；

图7是综合考虑三个物种G214沿线适宜生境分布图

其中：

1：不适宜生境        2：边缘生境

3：一般生境          4：适宜生境

5：覆盖度0-25        6：覆盖度26-50

7：覆盖度51-75     8：覆盖度76-100

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于生境因子的动物通行热区的评判方法，详细说明如后。

关于动物通行热区的评判方法的基本流程见图1，其中GIS分析法是代替现场调查法的步骤4开展待评价路段指标数据提取并评分。

现场调查法的基本步骤包括：步骤1通过收集资料、咨询专家、走访当地群众了解公路所经段落的动物物种种类、分布、出现频率，查阅这些动物物种的保护级别，筛选一种关键动物物种；步骤2，调查了解该关键动物物种的生活习性与生境特征，以该动物物种活动的地形因子、植被因子、资源因子和人为干扰因子共4个主要生境因子作为一级指标，在4个一级指标下建立10个二级指标，构成评价指标体系，该二级指标包括：地形条件、地形起伏度、坡度、海拔、植被类型、植被盖度、水源距离、隐蔽类型、干扰距离、区域属性；根据该动物物种生境条件的优劣程度，按照10分制、等步长对该二级指标划分成优、良、中、差四个生境质量等级，并分别赋予分值为：10、7.5、5、2.5，从而建立如表1所示的评价指标体系与分值等级表；

表1动物生境质量评价指标体系表

步骤3，根据上述的10个二级指标，对应着其优、良、中、差四个生境质量等级的平均分值加和，得到四个路段适宜程度的分值，分别对应适宜路段、一般路段、边缘路段与不适宜路段的上限值，其下限值为下一级生境质量等级的上限值，其中得分在100-76之间为适宜路段，75-51之间为一般路段，50-26之间为边缘路段，25-0之间为不适宜路段，从而获得如表2所示的动物生境适宜程度路段划分表；

表2动物生境适宜程度路段划分

步骤4，将公路沿线按照每1km划分为若干个路段进行抽样的现场调查，将抽样点中桩线两侧视域所见范围作为评价单元，在每个评价单元中按照第二步中所述分值对该关键动物物种的各二级指标进行测定、评价，并赋予分值，再计算总分值，然后对路段内的所有评价单元总分值进行平均，获得各抽样点生境质量平均分值；

步骤5，根据第四步中的结果，按照第三步的限值对各公路路段进行判定，确定这些路段的适宜程度，其中适宜路段为该动物物种的通行热区路段。

采用GIS分析法代替步骤4，在上述的第三步之后，通过8个程序实现通行热区的筛选，这8个程序包括：

程序1：收集相关图件并数字化。所要收集的资料图件包括水系分布图、村庄居民点、地形图、公路路线图、植被分布与覆盖图、土地利用图等，收集好后利用GIS软件进行数字化；

程序2：划分评价范围。评价范围的大小与动物大小有关，原则上按照环境影响评价的要求评价范围是路侧2km，即选择公路两侧2km的缓冲区作为动物通行热区评价范围；

程序3：在GIS平台上进行二级指标数据的计算与提取，获得各指标图层。根据前述的评价指标体系，在GIS软件平台上进行25m*25m网格的二级指标数据的计算与提取，从而获得各指标图层，具体提取方法如下：

①地形条件即坡位因素，动物对于不同的坡位有一定的选择，基于DEM提取沟间地的基本方法是先从沟间地的形态特征和成因原理出发，根据坡度特征提取缓坡图层，再利用沟谷缓冲分析，获得沟谷图层，两层相减，得到沟间地。将地形条件分成沟谷地形即沟底地，水平地形即沟间地，隆起地形即沟顶地，坡地地形即沟坡地；

②地形起伏度指地形的变化剧烈程度，高程差表示：定义为9个栅格3*3为一个小区域，计算小区域中的最大高程与最小高程，计算其差值即为高程差。根据计算出的高程差平均将其分为四个等级顺畅、较顺畅、陡坡、断层。

③坡度是指坡面与水平面的夹角，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Slope工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

④海拔指海拔高度，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Contour工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

⑤植被类型是指包括植被群落类型以及植被种类，根据遥感解译及现场调查相结合的手段，获得该数据，根据具体野生动物的喜好进行划分。

⑥植被盖度是指植被的覆盖情况，通过遥感软件计算NDVI指数，通过与实地调查相结合建立线性关系，从而确定植被覆盖情况，划分为100％-76％，75％-51％，50％-26％，25％-0四个类型；

⑦水源距离即距最近水源的距离，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级；

⑧隐蔽物类型即能够提供动物隐藏的物体，包括植被、建筑物，按照解译的结果及植被类型对其进行划分，分为乔木和灌木、草地、人工建筑及物隐蔽物四类。

⑨干扰距离即距最近干扰源的距离，包括居民点、建筑工地，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级。

⑩区域属性是根据保护区功能分区进行划分，将保护区功能区划分数字化并与遥感解译图投影统一，划分为保护核心区、试验区、缓冲区和保护区外四种类型。

程序4：生成计算结果图。即在程序3中的各指标图层基础上，根据前述的评价指标体系中的对应分值利用GIS软件的reclassify功能进行赋值，raster calculator功能计算每个25m*25m网格的各生境因子赋值之和，生成计算结果图；

程序5：计算获取1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值并划分等级。即利用GIS中的divide功能将公路沿线按1km间距划分为若干个路段，然后利用buffer功能定义路侧各2km作为缓冲区，形成1km片段的若干个多边形，再利用Zonal Geometry功能将程序4中的计算结果图按照1km道路片段多边形中所包含25m*25m栅格数据值进行计算，获得1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，再按照步骤3分成4个等级；

程序6：生成具有分值等级信息的道路路线矢量图。即将程序5中野生动物适宜生境质量分值的4个等级结果的栅格数据和道路数据转化成地理坐标系下WGS84坐标投影的矢量数据，并对每1km道路段落中的值通过Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能将野生动物适宜生境数据添加到1km间隔的道路矢量数据中，获得一个具有分值等级信息的道路路线矢量图；

程序7：计算出每段中心点的经纬度并输出排序筛选。使用程序6获得的道路路线矢量图的属性表的Calculate Geometry功能计算出每段中心点的经纬度，并将属性表输出成TXT格式文件，使用EXCEL打开该文件并通过筛选排序，选择4个等级中的适宜等级，获得其GPS点，这些点位即为适宜野生动物通行的热区；

程序8：现场校核筛选。对程序7中筛选出的适宜野生动物通行的热区结合1∶2000公路路线设计图、地形图、植被分布图沿路线进行野外调研校核，调研中在路线设计图上标明植被类型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用与人为干扰情况，对这些通行热区与环境条件符合情况进行校核筛选，获得最终适宜野生动物通行的热区。

在需要综合两种以上的关键动物物种的通行需求时，在完成程序4获得每个物种的适宜生境质量计算结果图之后，通过层次分析法计算不同动物的权值a_i，再根据此权值按照下述公式计算各段落的综合分值。

$h_m=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(a_i\·c_i)$

式中h_m为第m个段落的综合分值

a_i为第i种动物的权值；

n为关键动物物种数；

c_i为第i种动物在该段落的分值。

然后再按照前述的程序5先计算1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，在划分等级时按照计算的综合分值中的最大值与最小值等距划分为4个适宜性等级；在此基础上，按照程序6-8获得多个物种的综合通行热区。

为了充分说明上述步骤与程序，现以三江并区国道214线穿越白马雪山自然保护区段为实施例，通过4个实施案例的步骤讲解进一步阐述。

实施案例1单一物种现场调查分析法分析东方狍通行热区

如图2-4所示，以三江并区国道214线穿越白马雪山自然保护区段的K70-K90为例，目前对国道214的改造包含了这一段落，采用人工现场调查法进行进行动物通行热区的评判步骤如下：

步骤1：关于国道214线沿线的动物分布资料比较少，现有资料主要是《白马雪山自然保护区》中相关内容，根据该文献资料记载，保护区中国家Ⅰ级保护动物有滇金丝猴、金钱豹、林麝、马麝、金雕等；国家Ⅱ级保护动物有鬣羚、斑羚、黑熊、棕熊、雪雉、红腹角雉、藏马鸡等，进一步走访沿线居民与过往司机，了解到公路沿线以狍类较为常见，通过咨询专家与查阅资料，了解我国分布的主要为东方狍(Capreolus pygargus)，其对于生境选择和野生动物的选择能在一定程度上代表有蹄类动物的生态习性，因此选择东方狍(Capreolus pygargus)作为该公路改扩建项目拟关注的关键物种。

步骤2：调查了解东方狍(Capreolus pygargus)的生活习性与生境特征，建立该物种地形、植被、资源和人为干扰共4个主要生境因子作为一级指标，地形条件、地形起伏度、坡度、海拔、植被类型、植被盖度、水源距离、隐蔽类型、干扰距离、区域属性等作为二级指标，构成该物种的生境评价指标体系，并按照10分制、等步长对二级指标划分成优、良、中、差四个生境质量等级，并分别赋予分值为：10、7.5、5、0，具体见表3。

表3东方狍(Capreolus pygargus)生境因子指标评价表

步骤3：根据步骤2所述的东方狍生境因子指标体系，将其对应的优、良、中、差四个生境质量等级的平均分值加和，得到四个路段适宜程度的分值，分别对应适宜路段、一般路段、边缘路段与不适宜路段的上限值，其下限值为下一级生境质量等级的上限值，其中得分在100-76之间为适宜路段，75-51之间为一般路段，50-26之间为边缘路段，25-0之间为不适宜路段，生境适宜程度路段划分结果见表4；

表4东方狍生境适宜程度路段划分

步骤4：进行现场调查，将公路沿线路段中桩线两侧视域所见范围作为评价单元，由于在该路沿线调查中，地形变化较为剧烈，有些视域范围内地形变化较大，故原则上按照每1km作为评价单元，实际中可以再调整大小，在每个评价单元中按照步骤2中所述分值对该关键动物物种的各二级指标进行测定、评价，并赋予分值，共获得20组评价数据，以K70为例，其评价结果见表5。

表5 K70东方狍生境二级指标评分结果

以此类推，得到评价2km范围内60个点位的评价结果，见表6。

表6东方狍K70-K90段落生境分段评价结果

步骤5：根据步骤4中的结果，按照步骤3的限值对各公路路段进行判定，确定这些路段的适宜程度，得到东方狍生境分值在100-76之间的适宜路段，共4组评价数据，其GPS坐标点见表7。

表7东方狍适宜生境现场调查在G214上的坐标点位及综合分值

实施案例2利用遥感和GIS分析法分析东方狍通行热区

程序1：利用TNC的GIS数字化平台，该平台集成了国道214沿线的水系分布、村庄居民点、1∶250000地形图与植被覆盖图、公路路线图、土地利用图；

程序2：根据查阅文献资料《白马雪山自然保护区》，保护区中的野生动物有国家Ⅰ级保护动物有滇金丝猴、金钱豹、林麝、马麝、金雕等；国家Ⅱ级保护动物有鬣羚、斑羚、黑熊、棕熊、雪雉、红腹角雉、藏马鸡等。结合原车道214线老路沿线居民调查，以狍较为常见，我国分布的主要为东方狍(Capreolus pygargus)，其对于生境选择和野生动物的选择能在一定程度上代表有蹄类动物的生态习性。选择道路两侧各2km的范围为东方狍(Capreolus pygargus)通行热区评价范围。

程序3：根据前述的评价指标体系，在GIS软件平台上进行25m*25m网格的二级指标数据的计算与提取，具体提取方法如前述的程序3所示。以植被覆盖度提取为例，得到国道214沿线2km范围内的植被覆盖度分布图，如图2所示。

程序4：对程序3中的提取结果，根据前述的评价指标体系中的对应分值利用GIS软件的reclassify功能进行赋值，raster calculator功能计算每个25m*25m网格的各生境因子赋值之和，生成计算结果图。以植被覆盖度分级及赋值为例，得到国道214沿线2km范围内的植被覆盖度分级图，如图3所示。以此类推，得到指标的图层信息。

程序5：利用GIS中的divide功能将公路沿线按1km间距划分为若干个路段，然后利用buffer功能定义路侧各2km作为缓冲区，形成1km片段的若干个多边形，再利用Zonal Geometry功能将程序4中的计算结果图按照1km道路片段多边形中所包含25m*25m栅格数据值进行计算，获得1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，再按照前述的步骤3分成4个等级，得到沿线东方狍适宜生境分布图，如图4所示。

程序6：将东方狍适宜生境结果的栅格数据和国道G214滇西北段转化成地理坐标系下WGS84坐标投影的矢量数据；将每1km道路段落中的值通过Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能将东方狍适宜生境数据添加到1km间隔的国道G214矢量数据中。

程序7：使用属性表中Calculate Geometry计算出每段中心点的经纬度，并将属性表输出成TXT格式文件，使用EXCEL打开该文件并通过筛选排序选择出适宜修建东方狍通道的GPS点数据，见表8。

表8适宜修建东方狍通道的GPS点

程序8：现场校核筛选出的通行热区，即结合1∶2000公路路线设计图、地形图、植被分布图沿路线进行野外调研校核，调研中在路线设计图上标明植被类型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用与人为干扰情况，对这些通行热区与环境条件符合情况进行校核筛选。

通过以上步骤可以得到东方狍动物通道适宜位点，见表9所示：

表9遥感和GIS东方狍适宜生境在G214上的坐标点位

实施案例3：利用遥感和GIS分析法分析东方狍、环颈雉及滇金丝猴三个物种的综合通行热区

先采用实施案例2中的方法分析东方狍通行热区，再利用遥感和GIS分析法结合分析环颈雉的通行热区，滇金丝猴的适宜生境直接采用已有资料分析，具体分析结果如下。

综合考虑该区鸡形目保护鸟类较多，有雪雉、红腹角雉、藏马鸡等，而鸡形目鸟类的飞翔能力较弱，受公路干扰的程度较大的特点，除选择狍作为其关键物种外，增加了环颈雉(Phasianus coichicus)作为关键物种。考虑不同动物的通行需求，使通道尽量能够满足多个物种的通行。

根据资料，影响雉科的主要因子主要有植被因子，包括乔木层盖度、灌木密度、乔木平均高度、距道路距离、距水源距离、灌木层盖度和灌木平均高度等8个因子但是一些关键因子的评分标准由于物种间生态习性的差异而存在区别。

采取与前面相似的方式，根据文献中环颈雉倾向选择的生境类型，建立其生境因子指标评价表，见表10。

表10环颈雉(Phasianus coichicus)生境因子指标评价表

采用与东方狍的分析方法相似的方法，按照程序3-7中得到适宜修建环颈雉动物通道的位点，见表11。

表11遥感和GIS环颈雉适宜生境在G214上的坐标点位

G214沿线环颈雉适宜生境分布图见图5所示。

白马国家级自然保护区是以保护滇金丝猴(Rhinopithecus bieti)为主的自然保护区，因此我们在国道214沿线将滇金丝猴为主要研究对象。根据滇金丝猴倾向选择的生境类型通过GIS分析，得到该区域的适宜生境。

滇金丝猴生境选择的生境类型主要满足以下条件：

①海拔最低下限和最高上限分别为2 600m和4 700m；

②植物群落/土地覆盖类型属于寒温山地硬叶常绿栎林、干热河谷硬叶常绿栎林、寒温性针叶林、针阔混交林、寒温性灌丛、亚高山草甸、高山草甸、高山流石滩疏生草甸、裸地；

③适合一个种群生活的连通片区的面积应大于10km²，当两个孤立斑块之间的距离小于60m时作连通运算，即使物理上隔离，但依据专家知识应视为同一片区的斑块进行融合，大于60m时则作为独立的斑块处理；

基于以上研究指标及滇金丝猴的GPS无线项圈追踪技术建立的通TNCGIS数字化平台，可分析形成滇金丝猴适宜生境范围图。本部分内容既是在获得的滇金丝猴适宜生境范围的基础上进行的。

对照前面通过物种对不同生境因子的选择从而形成的适宜生境范围图分析方法，本部分已获得滇金丝猴适宜生境范围图即已完成程序4的内容，因此继续按照程序5-7的流程，即可获得滇金丝猴适宜生境在G214上的位点，如表12所示：

表12遥感和GIS滇金丝猴适宜生境在G214上的位点

G214沿线滇金丝猴适宜生境分布图见图6所示。

将滇金丝猴、东方狍和环颈雉适宜生境的栅格数据通过Spatial Analyst的Raster Calculator功能将其叠加。由于不同物种在该地区的重要性不一样，因此通过专家咨询对于不同物种赋予不同的权重。滇金丝猴为国家一级重点保护动物，权重为0.5；东方狍有蹄类动物的代表，有蹄类动物受道路影响较为严重，因此权重为0.3；而环颈雉为鸟类，有一定的迁移能力，因此权重为0.2。将权重带入公式进行计算。再通过上述的矢量转换、属性加入、提取等方法得到了综合考虑两个物种的情况下，适宜修建动物通道位点的GPS数据。

h_m＝0.5×C_滇金丝猴+0.3×C_东方狍+0.2×C_环颈雉

通过将东方狍、环颈雉、滇金丝猴三个物种的适宜生境质量分值结果，再通过Spatial Analyst的Raster Calculator功能根据公式1进行计算叠加，最终获得多个物种的综合通行热区，见表13。

表13综合考虑三个物种适宜生境在G214上的位点

综合考虑三个物种G214沿线适宜生境分布图见图7所示。

实施案例4综合东方狍、环颈雉及滇金丝猴三个物种及公路设计指标因子的通行热区判定

G214道路上桥梁和隧道GPS点，见表14。

表14 G214桥梁和隧道GPS点

将G214上有关沟谷、桥梁、隧道位置作为对以上得到点位的筛选，得到适宜建造野生动物通道的位点，见表15。

表15适宜建造野生动物通道位点

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种在山区公路勘察设计中基于生境因子的动物通行热区的评判方法，其特征在于其包括如下步骤：

步骤1：通过收集资料、咨询专家、走访当地群众了解公路所经段落的动物物种种类、分布、出现频率，查阅这些动物物种的保护级别，筛选一种关键动物物种；

步骤2：调查了解该关键动物物种的生活习性与生境特征，以该动物物种活动的地形、植被、资源和人为干扰共4个主要生境因子作为一级指标，在4个一级指标下建立10个二级指标，构成评价指标体系，该二级指标包括：地形条件、地形起伏度、坡度、海拔、植被类型、植被盖度、水源距离、隐蔽类型、干扰距离、区域属性；根据该动物物种生境条件的优劣程度，按照10分制、等步长对该二级指标划分成优、良、中、差四个生境质量等级，并分别赋予分值为：10、7.5、5、2.5；

步骤3：根据步骤2所述的10个二级指标，对应着其优、良、中、差四个生境质量等级的平均分值加和，得到四个路段适宜程度的分值，分别对应适宜路段、一般路段、边缘路段与不适宜路段的上限值，其下限值为下一级生境质量等级的上限值，其中得分在100-76之间为适宜路段，75-51之间为一般路段，50-26之间为边缘路段，25-0之间为不适宜路段；

步骤4：将公路沿线按照每1km划分为若干个路段进行现场抽样调查，将抽样点中桩线两侧视域所见范围作为评价单元，在每个评价单元中按照步骤2中所述分值对该关键动物物种的各二级指标进行测定、评价，并赋予分值，再计算总分值，然后对路段内的所有评价单元总分值进行平均，获得各抽样点生境质量平均分值；

步骤5：根据步骤4中的结果，按照步骤3的限值对各公路路段进行判定，确定这些路段的适宜程度，其中适宜路段为该动物物种的通行热区路段。

2.根据权利要求1所述的基于生境评价的动物通行热区的评判方法，其特征在于采用遥感与GIS手段代替所述的步骤4，以获得各路段的生境质量的平均分值，其主要程序如下：

程序1：收集资料图件，包括：含水系分布、村庄居民点、地形图、公路路线图、植被分布与覆盖图、土地利用图，将以上图件利用GIS软件进行数字化；

程序2：选择公路两侧2km的缓冲区作为动物通行热区评价范围；

程序3：根据权利要求1所述的评价指标体系，在GIS软件平台上进行25m*25m网格的二级指标数据的计算与提取，获得各指标图层，具体提取方法如下：

①地形条件即坡位因素，动物对于不同的坡位有一定的选择，基于DEM提取沟间地的基本方法是先从沟间地的形态特征和成因原理出发，根据坡度特征提取缓坡图层，再利用沟谷缓冲分析，获得沟谷图层，两层相减，得到沟间地。将地形条件分成沟谷地形即沟底地，水平地形即沟间地，隆起地形即沟顶地，坡地地形即沟坡地；

②地形起伏度指地形的变化剧烈程度，高程差表示：定义为9个栅格3*3为一个小区域，计算小区域中的最大高程与最小高程，计算其差值即为高程差。根据计算出的高程差平均将其分为四个等级顺畅、较顺畅、陡坡、断层。

③坡度是指坡面与水平面的夹角，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Slope工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

④海拔指海拔高度，通过ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Contour工具即可直接获得，根据具体野生动物的喜好进行划分；

⑤植被类型是指包括植被群落类型以及植被种类，根据遥感解译及现场调查相结合的手段，获得该数据，根据具体野生动物的喜好进行划分。

⑥植被盖度是指植被的覆盖情况，通过遥感软件计算NDVI指数，通过与实地调查相结合建立线性关系，从而确定植被覆盖情况，划分为100％-76％，75％-51％，50％-26％，25％-0四个类型；

⑦水源距离即距最近水源的距离，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级；

⑧隐蔽物类型即能够提供动物隐藏的物体，包括植被、建筑物，按照解译的结果及植被类型对其进行划分，分为乔木和灌木、草地、人工建筑及物隐蔽物四类。

⑨干扰距离即距最近干扰源的距离，包括居民点、建筑工地，ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可获得，将距水源的距离定义为小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四个等级。

⑩区域属性是根据保护区功能分区进行划分，将保护区功能区划分数字化并与遥感解译图投影统一，划分为保护核心区、试验区、缓冲区和保护区外四种类型。

程序4：对程序3中的提取结果，根据权利要求1所述的评价指标体系中的对应分值利用GIS软件的reclassify功能进行赋值，rastercalculator功能计算每个25m*25m网格的各生境因子赋值之和，生成计算结果图；

程序5：利用GIS中的divide功能将公路沿线按1km间距划分为若干个路段，然后利用buffer功能定义路侧各2km作为缓冲区，形成1km片段的若干个多边形，再利用Zonal Geometry功能将程序4中的计算结果图按照1km道路片段多边形中所包含25m*25m栅格数据值进行计算，获得1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，再按照权利要求1中的步骤3分成4个等级；

程序6：将程序5中野生动物适宜生境质量分值的4个等级结果的栅格数据和道路数据转化成地理坐标系下WGS84坐标投影的矢量数据，并对每1km道路段落中的值通过Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能将野生动物适宜生境数据添加到1km间隔的道路矢量数据中，获得一个具有分值等级信息的道路路线矢量图；

程序7：使用程序6获得的道路路线矢量图的属性表的CalculateGeometry功能计算出每段中心点的经纬度，并将属性表输出成TXT格式文件，使用EXCEL打开该文件并通过筛选排序，选择4个等级中的适宜等级，获得其GPS点，这些点位即为适宜野生动物通行的热区；

程序8：现场校核程序7中筛选出的适宜野生动物通行的热区，即结合1∶2000公路路线设计图、地形图、植被分布图沿路线进行野外调研校核，调研中在路线设计图上标明植被类型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用与人为干扰情况，对这些通行热区与环境条件符合情况进行校核筛选，获得最终适宜野生动物通行的热区。

3.根据权利要求2所述的基于生境评价的动物通行热区的评判方法，其特征在于选择关键物种时，考虑了两种以上的关键动物物种，在程序4之后，通过层次分析法计算不同动物的权值a_i，再根据此权值计算各段落的综合分值：

$h_m=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(a_i\·c_i)$ 公式1

式中h_m为第m个段落的综合分值

a_i为第i种动物的权值；

n为关键动物物种数；

c_i为第i种动物在该段落的分值。

将多个物种的通行热区按照权利要求2中的程序1-4分别获得每个物种的适宜生境质量计算结果图，再通过Spatial Analyst的Raster Calculator功能根据公式1进行计算叠加，生成多个物种的计算结果图；然后再按照权利要求2中的程序5先计算1km道路片段多边形中所有栅格的生境质量分值的平均值，在划分等级时按照计算的综合分值中的最大值与最小值等距划分为4个适宜性等级；在此基础上，按照程序6-8获得多个物种的综合通行热区。

4.根据权利要求1-3中任意一项中所述的基于生境条件确定动物通行热区的评判方法，其特征在于：在对动物通行热区通过现场调查或GIS方法筛选出来后，再结合现有公路路线设计方案指标进一步筛选，从而进一步结合公路桥梁隧道等利于动物通行的公路设施的位置进一步精选动物的通行热区，在叠加公路路线方案指标方面，以桥梁、隧道方案作为筛选的最适通行热区判定因子，其方法是：

通过筛选出的通行热区段落GPS点位，叠加现有公路路线中桥梁隧道GPS点位，两者重合处即为优化的动物通行热区，从而可以适用于现有公路的改善工程。

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