CN109872062A - 基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法及系统，本发明实施步骤为针对目标区域收集数据，生成三个维度的评价指标图层并叠加、按照水土保持类型区划分得到原始区划图层；根据生态红线图层调整以得到修改后的水土保持防控区划数据；将修改后的水土保持防控区划数据以乡镇为单位统计占每个乡镇面积最大的区划类型，得到目标区域的水土保持防控区划图并输出。本发明利用GIS平台的空间分析与数据处理能力对指标体系中的各项指标进行定量与定性综合分析评价，分别得出三个不同指向的评价结果，并综合生成水土保持防控区划，突出了生态服务功能，减少由于单一指标极端化造成的不当分区，具有更高的可信度。
Description
技术领域
本发明涉及水土保持防控区划技术，具体涉及一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法及系统，用于利用GIS(地理信息系统)与RS(遥感)以三维指标体系进行水土保持防控区划。
背景技术
我国水土保持区划始于1955年黄河中游水土保持综合考察队经济组连续3年实地勘察黄河中游水土流失状况后，提出了为水土保持服务的局部经济区划，1957年成立的水土保持委员会并编制《1958—1962年黄河中游水土保持规划》，在其基础上明确了黄河中游水土保持分区，并以之布置具体治理工作，在政策层面首次确定了区划的重要地位，水土保持区划工作由此逐渐铺开。六十年间，中国水土保持区划方法的发展主要体现在两个方面，一是技术引入，遥感、地理信息科学、数理方法等先后被应用于水土保持区划中来，并逐渐从主观定性向客观定量过渡；二是概念扩充，由早期只考虑自然环境要素的水土流失分区向着综合考虑自然条件差异、社会经济异质以及水土保持措施布控的水土保持区划发展。作为一项融合多学科的工作，水土保持区划不可能面面俱到。现有的水土保持区划方法中仍有指标体系欠缺合理、定量计算存在局限、神态功能不突出等问题。因此，如何对现有区划方法不足之处进行改进，已经成为实现尺度水土保持防控区划所亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法及系统，本发明利用GIS的空间分析与数据处理能力对指标体系中的各项指标进行定量与定性综合分析评价，分别得出三个指向性不同的评价总体结果，并综合生成水土保持防控区划结果，突出了生态服务功能，减少由于单一指标极端化造成的错误分区，具有更高的可信度。
一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，实施步骤包括：
1)针对目标区域收集三维指标框架下三个维度下的评价指标数据并分别生成三个维度的评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
2)在GIS平台中打开三个维度的评价指标图层，分别按照预设的分级阈值对各个维度进行重分类，利用栅格计算器将三个维度叠加，将不同三维组合类型划为不同水保类型区，得到目标区域的水土保持防控原始区划图层；
3)在水土保持防控原始区划图层中添加生态红线图层，将包括一类管控区和二类管控区的生态红线图层与水土保持防控原始区划相叠加；利用栅格计算器将所有属于一级管控区的基本单元划归为自然修复区，将属于二级管控区的基本单元作降级处理，得到修改后的水土保持防控区划数据；
4)在GIS平台中打开修改后的水土保持防控区划数据与目标区域的乡镇行政边界数据，利用以表格显示分区统计工具，以目标区域的乡镇边界为区域数据、乡镇名称为统计字段、修改后的水土保持防控区划数据为赋值栅格，统计每个乡镇所占面积最大的区划类型，得到目标区域的水土保持防控区划表并输出。
优选地，步骤4)中得到目标区域的水土保持防控区划表后还包括生成目标区域的水土保持防控区划结果图的步骤，详细步骤包括：打开目标区域的乡镇边界数据，以乡镇名称为连接字段，将目标区域的水土保持防控区划表连接到乡镇边界数据的属性表上并进行可视化处理，通过综合制图得到最终的目标区域的水土保持防控区划结果图。
优选地，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)针对目标区域收集三维指标框架下三个维度下的评价指标数据并分别生成各项评价指标的评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
1.2)针对每一个维度，如果该维度仅包括单项价指标项目，则直接将该维度下唯一的价指标项目的评价指标图层作为该维度的评价指标图层；否则，则将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并后作为该维度的评价指标图层。
优选地，步骤1.2)中将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并时，按照权重合并的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，P为维度的指标值，Vi为该维度下第i项评价指标的指标值，Wi为第i项评价指标的权重，n为该维度包括评价指标的数量；且该维度下第i项评价指标的权重的计算函数表达式如式(2)所示；
Wi＝aWi1+bWi2 (2)
式(2)中，Wi1表示该维度下第i项评价指标采用一种方式得到的权重，Wi2表示该维度下第i项评价指标采用另一种方式得到的权重，a和b为预设的常数系数。
优选地，所述采用一种方式得到的权重为采用层次分析法得到的权重，且采用层次分析法得到具体权重如下：坡度0.28、植被覆盖率0.48、人口密度0.10、土地利用强度0.14。
优选地，所述采用另一种方式得到的权重为采用熵权法得到的权重，且采用熵权法得到权重的详细步骤包括：
S1)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的分配权重pi；
式(3)中，Yi表示为每个基本单元归一化后的值，n表示该维度下评价指标的总数；
S2)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的信息熵Ei；
式(4)中，pi表示该维度下第i项评价指标的分配权重，n表示；
S3)根据式(5)计算该维度下第i项评价指标的采用熵权法得到的权重Wi；
式(5)中，Ei表示该维度下第i项评价指标的信息熵，k为常数系数。
优选地，步骤2)中利用重分类工具按照水土保持类型区划分的详细步骤包括：将水土流失危险性划分为低、中、高三类并记为1、2、3，将土壤侵蚀态势划分为低、中、高三类并记为A、B、C，将生态服务价值划分为低、中、高三类并记为I、II、III，根据生态服务价值的每一种类型下对水土流失危险性三种类型、土壤侵蚀态势的三种类型进行组合得到九种类型，一共得到27种类型，并将27种类型划分为自然修复区、预防保护区、防治结合区、重点治理区四种类型。
优选地，步骤2)中利用栅格计算器将三个维度叠加的函数表达式如式(6)所示；
R＝P*100+E*10+V (6)
式(6)中，R为叠加后的值，P为水土流失危险性的值，E为土壤侵蚀态势的值，V为生态服务价值的值。
优选地，步骤3)中将属于二级管控区的基本单元作降级处理的详细步骤包括：将原属于重点治理区的基本单元划为防治并重区，将原属于防治并重区的划为预防保护区，将原属于预防保护区的划为自然修复区。
本实施例还提供一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划系统，包括计算机设备。所述计算机设备被编程以执行本发明前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的步骤，或者所述计算机设备的存储介质中存储有被编程以执行本发明前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质中存储有被编程以执行本发明前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：本发明利用GIS的空间分析与数据处理能力对指标体系中的各项指标进行定量与定性综合分析评价，分别得出三个不同指向性的评价总体结果，并综合生成水土保持防控区划结果，突出了生态服务功能，减少由于单一指标极端化造成的不当分区，具有更高的可信度。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例水土保持类型区划分的原理示意图。
图3为本发明实施例中得到最终的水土保持防控区划结果图。
具体实施方式
下文将以江西省赣县为例，对本发明基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法及系统进行进一步的详细说明。
如图1所示，本实施例基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的实施步骤包括：
1)针对目标区域收集三维指标框架下三个维度的评价指标数据并分别生成三个维度的评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
2)在GIS平台中打开三个维度的评价指标图层，分别按照预设的分级阈值对各个维度进行重分类，利用栅格计算器将三个维度叠加，再按照水土保持类型区划分，得到目标区域的水土保持防控原始区划图层层；
3)在水土保持防控原始区划图层中添加生态红线图层，将生态红线图层(包括一类管控区和二类管控区)与水土保持防控原始区划叠加；利用栅格计算器将所有属于一级管控区的基本单元划归为自然修复区，将属于二级管控区的基本单元作降级处理，得到修改后的水土保持防控区划数据；
4)在地图制作软件中打开修改后的水土保持防控区划数据与目标区域的乡镇行政边界数据，以表格显示分区统计工具，以目标区域的乡镇边界为区域数据、乡镇名称为统计字段、修改后的水土保持防控区划数据为赋值栅格，统计每个乡镇内占面积最大的区划类型，得到目标区域的水土保持防控区划表并输出。
本实施例中，步骤4)中得到目标区域的水土保持防控区划表后还包括生成目标区域的水土保持防控区划结果图的步骤，详细步骤包括：打开目标区域的乡镇边界数据，以乡镇名称为连接字段，将目标区域的水土保持防控区划表连接到乡镇边界数据的属性表上并进行可视化处理，通过综合制图得到最终的目标区域的水土保持防控区划结果图。
本实施例中，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)针对目标区域，收集三维指标框架下三个维度下的评价指标数据并分别生成各项评价指标的评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
1.2)针对每一个维度，如果该维度仅包括单项价指标项目，则直接将该维度下唯一的价指标项目的评价指标图层作为该维度的评价指标图层；否则，则将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并后作为该维度的评价指标图层。
本实施例中，水土流失危险性包括坡度、植被覆盖度、人口密度、土地利用强度四项评价指标；土壤侵蚀态势包括土壤侵蚀综合指数一项评价指标；生态服务价值包括生态系统服务价值一项评价指标；
坡度是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度和水平方向距离的比叫做坡度。本实施例中，坡度的评价指标图层获取方法为将目标区域的数字高程影像DEM(30m分辨率) 利用ArcMap中的坡度计算工具，以指定像元大小(本实施例中具体为30m*30m像元)为基本单元进行计算，得到坡度的评价指标图层。
植被覆盖率指某一地域植物垂直投影面积与该地域面积之比，通常采用归一化植被指数 (NDVI)近似估算，由于县域尺度中存在完全是裸土或无植被覆盖区域，所以植被覆盖度 VFC的计算公式为；
上式中，VFC为植被覆盖率，NDVI为归一化植被指数，NDVImin为目标区域中归一化植被指数的最小值，NDVImax为目标区域中归一化植被指数的最大值。本实施例中，植被覆盖率的评价指标图层获取方法为植被覆盖率指标数据是将目标区域的MODIS植被指数数据，利用ArcMap中的栅格计算器工具，根据上述公式计算，以指定像元大小(本实施例中具体为250m*250m像元)为基本单元进行计算，得到植被覆盖率的评价指标图层。
人口密度是单位土地面积上的人口数量。本实施例中，人口密度的评价指标图层获取方法为将目标区域统计年鉴中的乡镇人口数据收集整理为表格，并连接到目标区域行政区划矢量图层上，利用字段计算器进行计算，并转化为指定像元大小(本实施例中具体为30m*30m 像元)的栅格图像，得到人口密度的评价指标图层。
土地利用强度以受人类干扰的土地占评价单元土地总面积的比重(％)表征。本实施例中，土地利用强度的评价指标图层获取方法为利用ArcMap中汇总统计数据工具以乡镇为基本统计单元计算土地利用类型数据中受到人类干扰土地(耕地、园地、商服用地、工矿用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、特殊用地、交通运输用地和水利设施用地)占总面积的比重，得到水土保持区划目标区域各乡镇土地利用强度的统计表。将该统计表连接到水土保持防空区划目标区域行政区划矢量图层上，并转化为指定像元大小(本实施例中具体为 30m*30m像元)的栅格图像，得到土地利用强度评价指标图层。
土壤侵蚀综合指数是反映评价单元或地块上发生的土壤侵蚀模数的高低程度的重要指标，其计算方法为：
上式中，E为土壤侵蚀综合指数，n为土壤侵蚀等级数，Ci和Ai分别为第i等级侵蚀土壤的面积和权重，S为评价单元的土地总面积。土壤侵蚀综合指数E在0到100取值，为0时表示没有任何水土流失发生，在许多平原地区普遍存在，为100时表示评价单元全部剧烈侵蚀，除非单元面积很小，不然实际很难发生。
本实施例中，土壤侵蚀类型与权重关系如表1所示。
表1、土壤侵蚀类型与权重关系表。
| 类别 | 土壤侵蚀模数/[t/(km2·a)] | 权重 |
| 无明显侵蚀 | <500 | 0 |
| 轻度 | 500～2500 | 8.02 |
| 中度 | 2500～5000 | 20.05 |
| 强度 | 5000～8000 | 34.76 |
| 极强度 | 8000～15000 | 61.49 |
| 剧烈 | >15000 | 100 |
本实施例中，土壤侵蚀综合指数的评价指标图层获取方法为对照表1，利用ArcMap中重分类工具将土地侵蚀模数数据重分类，再利用栅格计算器工具，以指定像元大小(本实施例中具体为30m*30m像元)为基本单元带入上述公式进行计算，得到土壤侵蚀综合指数评价指标图层。
生态系统服务价值是对生态系统的服务和自然资本用经济法则所做的估计。采用单位面积生态系统价值当量因子的方法，对生态系统服务功能中的土壤保持生态服务类型价值进行核算。将单位面积农田生态系统粮食生产的净利润当作1个标准当量因子的生态系统服务价值量，本方法中1个生态系统价值当量的经济价值为3406.50元·hm－2。结合现有土地利用数据及南方低山丘陵红壤区特点，确定单位面积生态系统服务功能价值的基础当量表(表2)。
表2、单位面积生态系统服务功能价值的基础当量表。
本实施例中，生态系统服务价值的评价指标图层获取方法为对照表2，利用ArcMap中重分类工具将土地利用现状数据重分类，再利用栅格计算器工具，以指定像元大小(本实施例中具体为30m*30m像元)为基本单元进行计算，得到生态系统服务价值评价指标图层。
本实施例中，步骤1.2)中将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并时，按照权重合并的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，P为维度的指标值，Vi为该维度下第i项评价指标的指标值，Wi为第i项评价指标的权重，n为该维度包括评价指标的数量；且该维度下第i项评价指标的权重的计算函数表达式如式(2)所示；
Wi＝aWi1+bWi2 (2)
式(2)中，Wi1表示该维度下第i项评价指标采用一种方式得到的权重，Wi2表示该维度下第i项评价指标采用另一种方式得到的权重，a和b为预设的常数系数，通过对多种方式得到的权重进行综合计算，弥补单一方法的不足，增强了区划综合评价结果的合理性和科学性。
本实施例中，Wi1为采用层次分析法得到的权重值，Wi2为采用熵权法得到的权重值，通过层次分析法和熵权法的主、客观结合，增强了区划综合评价结果的合理性和科学性。本实施例中，预设的常数系数a和b均取值为0.5，此外也可以根据经验调整不同方式权重的比重。
本实施例中，采用一种方式得到的权重为采用层次分析法得到的权重，且采用层次分析法得到具体权重如下：坡度0.28、植被覆盖率0.48、人口密度0.10、土地利用强度0.14。
本实施例中，采用另一种方式得到的权重为采用熵权法得到的权重，且采用熵权法得到权重的详细步骤包括：
S1)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的分配权重pi；
式(3)中，Yi表示为每个基本单元归一化后的值，n表示该维度下评价指标的总数；如果pi＝0，则定义在ArcMap中将所有评价指标图层利用以表格显示分区统计工具，得出不同指标在每个乡镇的平均值。在Excel中打开这些表格，以乡镇名称为连接字段将所有指标统计在一张表上，并将其带入x*＝(x-min)/(max-min)公式进行归一化处理即可得到Yi，其中max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值。
S2)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的信息熵Ei；
式(4)中，pi表示该维度下第i项评价指标的分配权重，n表示该维度下评价指标的总数；
S3)根据式(5)计算该维度下第i项评价指标的采用熵权法得到的权重Wi；
式(5)中，Ei表示该维度下第i项评价指标的信息熵，k为常数系数。k为一个与样本有关的常数，k＝1/lnm，m为矩阵阶数。本实施例中，k＝0.339623272。
本实施例中，水土流失危险性得到的权重如表3所示。
表3、水土流失危险性的权重表。
| 坡度 | 植被覆盖率 | 人口密度 | 土地利用强度 | |
| 层次分析法 | 0.28 | 0.48 | 0.10 | 0.14 |
| 熵权法 | 0.04 | 0.07 | 0.76 | 0.13 |
| 综合权重 | 0.16 | 0.275 | 0.43 | 0.135 |
参见表1可知，本实施例采用层次分析法得到的权重值分别如下：坡度0.28、植被覆盖率0.48、人口密度0.10、土地利用强度0.14；采用熵权法得到的权重值分别如下：坡度0.04、植被覆盖率0.07、人口密度0.76、土地利用强度0.13。最终，将两种权重进行综合得到综合权重为：坡度0.16、植被覆盖率0.275、人口密度0.43、土地利用强度0.135。
本实施例中，水土流失危险性包括坡度、植被覆盖度、人口密度、土地利用强度四项评价指标，因此针对水土流失危险性需要先获取坡度、植被覆盖度、人口密度、土地利用强度四项评价指标的评价指标图层，然后在将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并。由于土壤侵蚀态势和生态系统服务两个维度都是单项评价指标的维度，所以直接以指对应单项评价指标的评价指标图层作为该维度评价结果(该维度的评价指标图层)。
本实施例中，GIS平台具体采用ArcGIS 10.2 for desktop，此外也可以采用其他类似的地图制作软件；步骤2)中在ArcGIS 10.2 for desktop中打开三个维度的评价指标图层，分别按照预设的分级阈值对各个维度进行重分类，利用栅格计算器将三个维度叠加，再按照水土保持类型区划分，得到目标区域的水土保持防控原始区划图层层。
本实施例中，按照预设的分级阈值对各个维度进行重分类时：水土流失危险性采用自然间断法分为低、中、高三类，并以1/2/3表示。土壤侵蚀态势根据中国水土流失分区方法， E<2.0为低侵蚀指数区，2.0≤E≤6.5为中侵蚀指数区，E>6.5为高侵蚀指数区，分别以A/B/C 表示。生态服务价值则按照数值直方图中由低到高累计频数的30％、40％、30％分为低、中、高三类，以I/II/III表示。
本实施例中，步骤2)中利用重分类工具按照水土保持类型区划分的详细步骤包括：将水土流失危险性划分为低、中、高三类并记为1、2、3，将土壤侵蚀态势划分为低、中、高三类并记为A、B、C，将生态服务价值划分为低、中、高三类并记为I、II、III，根据生态服务价值的每一种类型下对水土流失危险性三种类型、土壤侵蚀态势的三种类型进行组合得到九种类型，一共得到27种类型(参见图2)，并将27种类型划分为自然修复区、预防保护区、防治结合区、重点治理区四种类型。如图2所示，本实施例中将27种类型划分为自然修复区、预防保护区、防治结合区、重点治理区四种类型时，其中A-1-I、A-1-II、A-1-III、A-2-III、 B-1-III为自然修复区，水土流失危险性不高，土壤侵蚀强度不大；A-2-I、B-1-I、A-2-II、B-1-II、B-2-III为预防保护区，特征是水土流失危险性高但流失情况尚不严重，或流失情况已引起注意但危险性低；B-2-I、A-3-II、B-2-II、C-1-II、A-3-III、C-1-III为防治并重区，区内土壤侵蚀强度较预防保护区更高；A-3-I、B-3-I、C-1-I、C-2-I、C-3-I、B-3-II、C-2-II、C-3- II、B-3-III、C-2-III、C-3-III为重点治理区，区内水土流失危险性可能不高，但当前侵蚀状况已相当严峻。
本实施例中，步骤2)中利用栅格计算器将三个维度叠加的函数表达式如式(6)所示；
R＝P*100+E*10+V (6)
式(6)中，R为叠加后的值，P为水土流失危险性的值，E为土壤侵蚀态势的值，V为生态服务价值的值。
本实施例中步骤3)在水土保持防控原始区划图层中添加生态红线图层时，在ArcMap 中将生态红线数据与原始区划数据叠加，利用栅格计算器将所有属于一级管控区的基本单元划归为自然修复区，将属于二级管控区的基本单元作降级处理，即，原属于重点治理区的基本单元划为防治并重区，原属于防治并重区的划为预防保护区，原属于预防保护区的划为自然修复区，得到修改后的水土保持防控区划。
本实施例利用生态红线图层将水土保持防控原始区划图层中的基本单元划分为一类管控区和二类管控区，其中一类管控区范围包括省级以上(含省级)自然保护区的核心区和缓冲区、风景名胜区的核心景区、饮用水水源保护区的一级保护区、地质公园的一级保护区、森林公园的保育区、湿地公园的保育区以及国家一级生态公益林、国家级水产种质资源保护区的核心区、农业野生植物资源原生境保护区(点)的核心区等。未纳入一类管控区的生态红线图层区，则为二类管控区。两类管控区实行分类管理，一类管控区内，除必要的科学实验、教学研究以及现有法律法规允许的民生工程外，禁止任何形式的开发建设活动，不得发放排污许可证，所以将一类管控区划分为自然修复区。二类管控区内，实行准入负面清单制度，制定禁止性和限制性开发建设活动清单。地方各级政府及其职能部门不得改变生态红线图层的保护性质，不得降低生态红线图层的生态功能，不得减少生态红线图层的空间面积，所以将二类管控区作降级处理，减少人为干预。
本实施例中，步骤3)中将属于二级管控区的基本单元作降级处理的详细步骤包括：将原属于重点治理区的基本单元划为防治并重区，将原属于防治并重区的划为预防保护区，将原属于预防保护区的划为自然修复区。
最终，本实施例中在ArcGIS 10.2 for desktop中打开修改后的水土保持防控区划数据与赣县乡镇行政边界数据，利用以表格显示分区统计工具，以赣县乡镇边界为区域数据、乡镇名称为统计字段、修改后的水土保持防控区划数据为赋值栅格，统计每个乡镇所占面积最大的区划类型，并输出赣县水土保持防控区划表。打开赣县乡镇边界数据，以乡镇名称为连接字段，将赣县水土保持防控区划表在乡镇边界数据属性表上，并进行可视化处理，通过综合制图，得到最终的水土保持防控区划结果图，如图3所示。
此外，本实施例还提供一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程以执行本实施例前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的步骤，或者该计算机设备的存储介质中存储有被编程以执行本实施例前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程以执行本实施例前述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为实施步骤包括：
1)针对目标区域收集三维指标框架下三个维度的评价指标数据并各自生成评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
2)在GIS平台中打开三个维度的评价指标图层，分别按照预设的分级阈值对各个维度进行重分类，利用栅格计算器将三个维度叠加，将不同三维组合类型划为不同水土保持类型区，得到目标区域的水土保持防控原始区划图层；
3)在水土保持防控原始区划图层中添加生态红线图层，将包括一类管控区和二类管控区的生态红线图层与水土保持防控原始区划叠加；利用栅格计算器将所有属于一级管控区的基本单元划归为自然修复区，将属于二级管控区的基本单元作降级处理，得到修改后的水土保持防控区划数据；
4)在GIS平台中打开修改后的水土保持防控区划数据与目标区域的乡镇行政边界数据，以表格显示分区统计工具，以目标区域的乡镇边界为区域数据、乡镇名称为统计字段、修改后的水土保持防控区划数据为赋值栅格，统计每个乡镇内所占面积最大的区划类型，得到目标区域的水土保持防控区划表并输出。
2.根据权利要求1所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤4)中得到目标区域的水土保持防控区划表后还包括生成目标区域的水土保持防控区划结果图的步骤，详细步骤包括：打开目标区域的乡镇边界数据，以乡镇名称为连接字段，将目标区域的水土保持防控区划表连接到乡镇边界数据的属性表并进行可视化处理，通过综合制图得到目标区域最终的水土保持防控区划结果图。
3.根据权利要求1所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)针对目标区域，收集三维指标框架下三个维度下的评价指标数据并分别生成各项评价指标的评价指标图层，所述三维指标框架包括水土流失危险性、土壤侵蚀态势、生态服务价值三个维度，每一个维度包括至少一项评价指标；
1.2)对于每一维度，如果该维度仅包括单项价指标项目，则直接将该维度下唯一的价指标项目的评价指标图层作为该维度的评价指标图层；否则，将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并后作为该维度的评价指标图层。
4.根据权利要求3所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤1.2)中将该维度下所有的价指标项目的评价指标图层按照权重合并时，按照权重合并的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，P为维度的指标值，Vi为该维度下第i项评价指标的指标值，Wi为第i项评价指标的权重，n为该维度包含评价指标的数量；且该维度下第i项评价指标的权重的计算函数表达式如式(2)所示；
Wi＝aWi1+bWi2 (2)
式(2)中，Wi1表示该维度下第i项评价指标采用一种方式得到的权重，Wi2表示该维度下第i项评价指标采用另一种方式得到的权重，a和b为预设的常数系数。
5.根据权利要求4所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，所述采用一种方式得到的权重为采用层次分析法得到的权重，且采用层次分析法得到具体权重如下：坡度0.28、植被覆盖率0.48、人口密度0.10、土地利用强度0.14；所述采用另一种方式得到的权重为采用熵权法得到的权重，且采用熵权法得到权重的详细步骤包括：
S1)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的分配权重pi；
式(3)中，Yi表示为每个基本单元归一化后的值，n表示该维度下评价指标的总数；
S2)根据式(3)计算该维度下第i项评价指标的信息熵Ei；
式(4)中，pi表示该维度下第i项评价指标的分配权重，n表示表示该维度下评价指标的总数；
S3)根据式(5)计算该维度下第i项评价指标的采用熵权法得到的权重Wi；
式(5)中，Ei表示该维度下第i项评价指标的信息熵，k为常数系数。
6.根据权利要求1所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤2)中利用重分类工具按照水土保持类型区划分的详细步骤包括：将水土流失危险性划分为低、中、高三类并记为1、2、3，将土壤侵蚀态势划分为低、中、高三类并记为A、B、C，将生态服务价值划分为低、中、高三类并记为I、II、III，根据生态服务价值的每一种类型下对水土流失危险性三种类型、土壤侵蚀态势的三种类型进行组合得到九种类型，一共得到27种类型，并将27种类型划分为自然修复区、预防保护区、防治结合区、重点治理区四种类型。
7.根据权利要求1所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤2)中利用栅格计算器将三个维度叠加的函数表达式如式(6)所示；
R＝P*100+E*10+V (6)
式(6)中，R为叠加后的值，P为水土流失危险性的值，E为土壤侵蚀态势的值，V为生态服务价值的值。
8.根据权利要求1所述的基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法，其特征为，步骤3)中将属于二级管控区的基本单元作降级处理的详细步骤包括：将原属于重点治理区的基本单元划为防治并重区，将原属于防治并重区的划为预防保护区，将原属于预防保护区的划为自然修复区。
9.一种基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划系统，包括计算机设备，其特征为，所述计算机设备被编程以执行权利要求1～8中任意一项所述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的步骤，或者所述计算机设备的存储介质中存储有被编程以执行权利要求1～8中任意一项所述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。
10.一种计算机可读存储介质，其特征为，所述计算机可读存储介质中存储有被编程以执行权利要求1～8中任意一项所述基于三维指标框架的县域尺度水土保持防控区划方法的计算机程序。
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