CN111950926A - 一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法和装置，计算景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量，计算生物能量渐进值，评估每个斑块对整体景观连通性的影响，计算每个斑块的生态系统服务价值。根据连通性指数对斑块在维持景观整体连通性方面的重要性进行评价，根据生态系统服务价值参数对斑块的生态系统服务价值进行评价，根据系统的生物能量值的变化评估不同土地利用模式下系统的渐近生物能量值的变化确定对景观整体连通性的影响，通过量化评价斑块在维持整体景观连通性方面的重要程度以及生态系统服务价值对重要性进行评估，能够提高评估准确性和科学性，为绿色基础设施网络规划和城市规划实践提供技术支持。

Description

一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法和装置
技术领域
本发明涉及一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法和装置。
背景技术
随着城市规模的不断扩张，每次城市土地利用类型发生改变都会影响城市整体景观连通性。景观连通性是指景观促进或阻碍栖息地斑块之间物质、能量和信息移动的能力，与生物多样性保护和生态系统服务密切相关，特别是生物多样性代表了一种基本的生态系统属性，有研究发现生物多样性发生1％的变化就会导致所有生态系统服务价值发生0.5％的变化。良好连接的景观对人类和自然的干扰更具有抵抗力，能够确保生态系统功能和生态系统服务供应的更大稳定性，能够保障生物多样性的长期持久性。因此，景观连通性在确定景观内某一个斑块的生态系统服务价值中起着重要作用，具有相同大小和特征的栖息地斑块可能由于其位于景观中的不同位置，因具有不同的连通性而提供不同的生态系统服务。而且，具有良好连通性的景观能够增加城市社会生态系统的弹性，使城市能够通过持久性、适应性和转化过程应对环境的突然变化，保障城市生态安全。目前，常用的连接度模型，如最小成本模型、基于景观图论的连接度模型、基于电路理论的连接度模型等都无法直接评估与景观连通性相关的生态系统服务。由于城市系统的复杂性，国土空间利用决策过程以及城市规划背景下的景观连通性评估仍然具有挑战性，需要空间明确的生态系统服务指标提供城市规划方案比较和决策支持。
景观是空间上延伸的异质化的复杂系统，这些系统按层次组织成不同的结构形态，通过能量和物质的流动来确定其组成部分之间的相互作用，而环境是由自然或人为屏障划分成的若干景观单元(Landscape Unit)组成的，人类活动通过土地利用类型变化以及自然资源的消耗强烈改变着景观。生物区域容量(Biological Territorial Capacity，BTC)考虑了植物代谢的综合功能。由于能量交换的重要性，尽管景观很少处于任何形式的均衡状态，但是关注哪个假设的能量平衡状态将被实现以及人类决策对这种平衡的影响，从而获得更好地规划自然资源并进行保护管理的策略，对城市可持续发展具有重要价值和意义。
目前，较为常见的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法为：仅仅根据绿色基础设施的斑块面积大小进行重要性评估，这种评估方法的评估条件比较单一，准确性和科学性比较差，无法有效地为绿色基础设施网络规划和城市规划实践提供技术支持，在绿色基础设施网络规划和城市规划时，增加不必要的资金投入和人力投入。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法和装置，用以解决现有的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法的准确性和科学性比较差的问题。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，包括：
基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值；
基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量；
计算生物能量渐进值；
评估每个斑块对整体景观连通性的影响；
计算每个斑块的生态系统服务价值。
进一步地，所述基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值，包括：
根据如下计算公式计算BELUi在时间t时刻的生物能量值
Figure BDA0002647108400000021
Figure BDA0002647108400000022
Figure BDA0002647108400000023
其中，BELUi表示第i个景观单元；
Figure BDA0002647108400000031
表示BELUi在时间t时刻的总生物区域容量值，单位为Mcal/年；sji是BELUi内部土地利用斑块j的面积；
Figure BDA0002647108400000032
表示BELUi内部土地利用斑块j的总生物区域容量值；Ki表示BELUi的平均K值，取决于BELUi的特征。
进一步地，Ki的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000033
其中，
Figure BDA0002647108400000034
考虑了斑块边界的形状，
Figure BDA0002647108400000035
是斑块的渗透性，
Figure BDA0002647108400000036
是BELUi的生物能量多样性，
Figure BDA0002647108400000037
和
Figure BDA0002647108400000038
分别与土壤的相对湿度和BELUi的太阳辐射情况有关，
Figure BDA0002647108400000039
和
Figure BDA00026471084000000310
均∈(0，1)；
Figure BDA00026471084000000311
其中，Pi是BELUi的周长，Ai是BELUi的面积，
Figure BDA00026471084000000312
对应于一个面积等于Ai的圆的周长；
Figure BDA00026471084000000313
其中，lri是BELUi周长Pi中r部分的长度，其渗透率指数pr＝1，…，s，s是BELUi边界分成的份数；
Figure BDA00026471084000000314
其中，nk是指景观中存在的H类中k个生物区域容量类型中的生态区
数；
Figure BDA00026471084000000315
其中，
Figure BDA00026471084000000316
为BELUi中处于湿度的土壤表面部分的面积，
Figure BDA00026471084000000317
为BELUi中处于亚湿度的土壤表面部分的面积；w1和w2分别设置为1和0.5；
Figure BDA00026471084000000318
其中，
Figure BDA00026471084000000319
为BELUi中处于东南/南方位的土壤表面部分的面积，
Figure BDA00026471084000000320
为BELUi中处于西方位的土壤表面部分的面积，
Figure BDA0002647108400000041
为BELUi中处于北/东北方位的土壤表面部分的面积；w3，w4和w5分别设置为1，0.5和0。
进一步地，所述基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量，包括：
相邻景观单元之间的生物能量交换量的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000042
其中，
Figure BDA0002647108400000043
是指BELUi与BELUk之间总长度为Lik的边界中长度为r对应段的边界，所述长度为r对应段的渗透指数pr∈(0，1)，Pi和Pk分别表示BELUi与BELUk的周长，BELUk表示第k个景观单元，BELUi与BELUk表示相邻景观单元。
进一步地，计算得到相邻景观单元之间的生物能量交换量之后，绘制生物能量景观图进行可视化表达。
进一步地，所述计算生物能量渐进值，包括：
计算景观单元内部单个土地利用斑块的生物能量近似值；
计算每个景观单元的生物能量近似值；
计算整个系统的生物能量近似值。
进一步地，所述计算景观单元内部单个土地利用斑块的生物能量近似值，包括：
t时刻BELUi内土地利用斑块j的生物能量计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000044
Figure BDA0002647108400000045
其中，ci为与Bji相关的权重；hi和Ui代表了BELUi能量流通的限制因素，以及BELUi内每个斑块的生物能量演化的限制因素，其中hi表示BELUi内生物区域容量值为0的区域的周长，Ui表示BELUi内所有生物区域容量值为0的区域占研究区总面积的百分比；a是赋予hi的权重，b是赋予Ui的权重，a和b均大于0且小于1；
所述计算每个景观单元的生物能量近似值，包括：
t时刻BELUi的生物能量计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000051
其中，mi和sji分别表示BELUi内斑块j的数目和面积；
所述计算整个系统的生物能量近似值，包括：
整个系统的生物能量值Mastot的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000052
其中，n是景观单元的数量。
进一步地，所述评估每个斑块对整体景观连通性的影响，包括：
采用dMtot指数评估每个斑块对整体景观连通性的影响，dMtot指数的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000053
其中，Mastotj表示包含所有斑块的渐近值的整个系统的生物能量值，dMtot的范围在0到100之间，dMtot的数值越大，表示在该地块城市化后整体景观单元降低越多，重要性等级越高。
进一步地，所述计算每个斑块的生态系统服务价值，包括：
生态系统服务价值的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000054
其中，ESV_Bjk是基于生物多样性保护的土地利用斑块的生态系统服务价值，Aj是斑块j的面积，dMtotj_max表示景观单元中所有斑块的最大值，VCk是k类土地覆被类型的生物多样性保护的价值系数。
一种绿色基础设施用地斑块重要性评估装置，包括：
生物能量值获取模块，用于基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值；
生物能量交换量获取模块，用于基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量；
生物能量渐进值获取模块，用于计算生物能量渐进值；
第一评估模块，用于评估每个斑块对整体景观连通性的影响；
第二评估模块，用于计算每个斑块的生态系统服务价值。
本发明的有益效果为：基于景观连通性和生态系统服务价值对绿色基础设施斑块的重要性进行评估，与以往仅仅根据绿色基础设施的斑块面积大小进行重要性评估相比，本发明提供的方法根据连通性指数对每个斑块在维持景观整体连通性方面的重要性进行量化评价，根据生态系统服务价值参数对每个斑块的生态系统服务价值进行量化评价，同时根据整个系统的生物能量值的变化评估不同土地利用模式下系统的渐近生物能量值的变化确定对景观整体连通性的影响。该方法通过量化评价每个斑块在维持整体景观连通性方面的重要程度以及每个斑块的生态系统服务价值对其重要性进行评估，提高了绿色基础设施评估方法的准确性和科学性，为绿色基础设施网络规划和城市规划实践提供技术支持，进而降低一些不必要的资金投入和人力投入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1是本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法的整体流程示意图；
图2是本申请实施例二提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估装置的整体结构示意图；
图3是本申请实施例三提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
本申请实施例提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法可以应用于手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtualreality，VR)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。即，本申请实施例提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法对应的客户端的载体可以是上述各个终端设备中的任意一个。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施方式来进行说明。
参见图1，是本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法的一种实现过程的流程图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
该绿色基础设施用地斑块重要性评估方法包括：
步骤S101：基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值：
本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法考虑的能量是生物能量，用生物区域容量(BTC)指数表示，BTC指数与植被代谢相关联，描述了生态系统为了维持其亚稳态水平必须在环境中消散的能量通量(Mcal/m2/年)。BTC指数考虑了生物量信息、初级生产总值和新陈代谢，单个景观单元(BELU)，即BELUi在时间t时刻的生物能量值
Figure BDA0002647108400000081
的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000082
Figure BDA0002647108400000083
其中，BELUi表示第i个景观单元，即表示单个景观单元；
Figure BDA0002647108400000084
表示BELUi在时间t时刻的总BTC值(即总生物区域容量值)，单位为Mcal/年；sji是BELUi内部土地利用斑块j的面积；
Figure BDA0002647108400000085
表示BELUi内部土地利用斑块j的BTC值(即生物区域容量值)；Ki表示BELUi的平均K值，取决于BELUi的特征。
Ki的数值可以由BELUi的特征进行具体设定，也可以采用如下的计算公式进行计算：
Figure BDA0002647108400000091
其中，
Figure BDA0002647108400000092
考虑了斑块边界的形状，
Figure BDA0002647108400000093
是斑块的渗透性，
Figure BDA0002647108400000094
是BELUi的生物能量多样性；
Figure BDA0002647108400000095
和
Figure BDA0002647108400000096
分别与土壤的相对湿度和BELUi的太阳辐射情况有关，
Figure BDA0002647108400000097
和
Figure BDA0002647108400000098
均∈(0，1)。
具体地：
Figure BDA0002647108400000099
其中，Pi是BELUi的周长，Ai是BELUi的面积，
Figure BDA00026471084000000910
对应于一个面积等于Ai的圆的周长。
Figure BDA00026471084000000911
其中，lri是BELUi周长Pi中r部分的长度，其渗透率指数pr＝1，…，s，s是BELUi边界分成的份数。
Figure BDA00026471084000000912
其中，nk是指景观中存在的H类中k个BTC类型(即生物区域容量类型)中的生态区数。
Figure BDA00026471084000000913
Figure BDA00026471084000000914
其中，
Figure BDA00026471084000000915
和
Figure BDA00026471084000000916
分别是湿度、亚湿度、东南/南、西和北/东北裸露的土壤表面部分，具体地：
Figure BDA00026471084000000917
为BELUi中处于湿度的土壤表面部分的面积，
Figure BDA00026471084000000918
为BELUi中处于亚湿度的土壤表面部分的面积，
Figure BDA00026471084000000919
为BELUi中处于东南/南方位的土壤表面部分的面积，
Figure BDA00026471084000000920
为BELUi中处于西方位的土壤表面部分的面积，
Figure BDA0002647108400000101
为BELUi中处于北/东北方位的土壤表面部分的面积；w是预设的权重，w1和w2分别设置为1和0.5，只是为了区分最合适的气候条件与较不适用的条件；w3，w4和w5分别设置为1，0.5和0，w3，w4和w5指的是太阳辐射情况，从最有利的(南、东南，权重为1)到最不理想(西北，权重为0)。
应当理解，
Figure BDA0002647108400000102
和
Figure BDA0002647108400000103
的计算公式中所用到的各个参数均是已知的，比如：已知值、给定量或者测试值。
步骤S102：基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量：
相邻景观单元之间的生物能量交换量的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000104
其中，
Figure BDA0002647108400000105
是指BELUi与BELUk之间总长度为Lik的边界中长度为r这一段的边界(即总长度为Lik的边界中长度为r对应段的边界)，该长度为r对应段的渗透指数(即与
Figure BDA0002647108400000106
相对应的渗透指数)pr∈(0，1)，Pi和Pk分别表示BELUi与BELUk的周长，BELUk表示第k个景观单元，BELUi与BELUk表示相邻景观单元。
进一步地，计算得到相邻景观单元之间的生物能量交换量之后，根据计算得到的相邻景观单元之间的生物能量交换量以及每个景观单元的生物能量值M，绘制生物能量景观图，进行可视化表达，就可以根据可视化进行相关的评估。
本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法建立在基于图论的景观连通性评估理论基础上，但与传统的基于图论的连通性评估方法又有所不同。从理论上讲，每个土地利用斑块都会与邻近的斑块进行能量交换，能量交换的通量取决于斑块自身的特征(包括植被代谢能力、土壤特征、气候条件和斑块形态特征)以及相邻两个斑块之间屏障的渗透性等条件。能量交换发生在所有土地利用斑块之间，其中每个斑块是一个节点，其连接数量与其相邻斑块的数量相同。显然，这将会是一个非常庞大和复杂的连接网络，尤其是对于空间尺度较大的区域，这种复杂的结构需要巨大的计算能力来建立和管理。为了便于应用，本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法提出了一个简化的方法，也就是能量交换的主要组成部分不是斑块，而是斑块的上一层级——景观单元。景观是相互作用的生态系统组成的异质化土地，由若干景观单元组成，景观单元之间被自然或人为的屏障所分割，并通过屏障不断地进行物质和能量的交换，每个景观单元又由不同的土地利用斑块组成。
在城市化的背景下，阻碍能量交换的屏障通常以道路和铁路网络以及城市建成区为代表，因为他们能够有力地限制动物、种子和花粉在景观中的移动和传播。景观单元划分的标准取决于阻碍生物能量流通的屏障的数量，根据土地利用数据可以识别出各种阻碍能量流通的屏障，然后根据这些屏障阻碍能量流通的能力确定每个屏障的渗透系数。景观单元内部的每个斑块，以及景观单元的其他物理特征，如土壤肥力、气候特征和太阳辐射条件，对景观单元的生物能量水平均有所影响。景观单元的能量必须在环境中消散以维持其亚稳态，而且发生的能量交换量越大，表明系统的生物多样性越丰富。根据不同类型的屏障阻碍能量交换的能力，不同屏障类型的渗透率也不同，每个景观单元具有不同的屏障类型，每种屏障类型阻碍能量交换的能力不同，具有不同的权重和渗透率。景观单元的生物能量用广义生物能量值M表示，M是景观单元每年可用于交换的生物能量，景观单元需要交换这些生物能才能保持其亚稳态。
步骤S103：计算生物能量渐进值：
由于常微分方程系统的方程数目较多，数值积分计算量很大，为了便于计算操作，本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法进一步采用代数层级和基本常微分方程的近似解来计算每个斑块的最终能量平衡。本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法基于系数扰动原理，是一种与初始或边界条件相关的常微分方程的高精度技术。生物能量景观图和渐近生物能量图可用于识别生物能量通量的分布、影响能量流通的屏障的分布以及维持整体景观连通性最为重要的景观单元。这些信息都能够为空间规划提供技术支撑，从而选择最能够增强景观连通性的绿色基础设施要素进行保护和建设。维持整体景观连通性最重要的景观组成部分可以根据连通性指数(dMtot)和ES值进行识别。最后根据渐近的dMtot指数确定在整体景观连通性方面潜在影响最小的情景。
本实施例中，生物能量渐进值的计算过程包括：
步骤S1031：计算景观单元内部单个土地利用斑块的生物能量近似值：
t时刻BELUi内土地利用斑块j的生物能量计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000121
Figure BDA0002647108400000122
其中，Bji是与BELUi内土地利用斑块j相关的状态变量，表示斑块j的生物能量水平，Bji是标准化的BTC值，研究区内的每个斑块依照研究区植被最大BTC值进行标准化；Bji遵循种群的逻辑增长模型规律，并由ci进行加权，依赖于BELUi的能量通量，即ci为与Bji相关的权重；hi和Ui代表了BELUi能量流通的限制因素，以及BELUi内每个斑块的生物能量演化的限制因素，其中hi表示BELUi内生物区域容量值为0的区域的周长，Ui表示BELUi内所有生物区域容量值为0的区域占研究区总面积的百分比；a是赋予hi的权重，b是赋予Ui的权重，a和b均大于0且小于1。
步骤S1032：计算每个景观单元的生物能量近似值：
参照Bji的渐近值，t时刻BELUi的生物能量计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000123
其中，mi和sji分别表示BELUi内斑块j的数目和面积。
步骤S1033：计算整个系统的生物能量近似值：
包含所有斑块的渐近值的整个系统的生物能量值Mastot的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000131
其中，n是景观单元的数量。
Mastot是整体BELC的指标，它考虑了所有景观斑块在存在能量通量、气候、形态和土壤条件等障碍物的情况下的生物能量演化进程。
步骤S104：评估每个斑块对整体景观连通性的影响：
PANDORA模型通过计算景观单元内的土地利用斑块对BELC的影响对其重要性等级进行评估，采用dMtot指数表示，即采用dMtot指数评估每个斑块对整体景观连通性的影响，dMtot指数的计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000132
其中，Mastotj表示包含所有斑块的渐近值的整个系统的生物能量值，dMtot通过比较将斑块j改为城市区域前后的整体连通性差异，计算出每个斑块对维持整体景观连通性的贡献，从而确定其重要性等级；dMtot的范围在0到100之间，dMtot的数值越大，表示在该地块城市化后整体BELC降低越多，重要性等级越高，相应地，对整体景观连通性的影响越大。
步骤S105：计算每个斑块的生态系统服务价值：
本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法依据Ng等提出的不同土地利用类型在生物多样性保护方面的生态系统服务价值(ESV-B)和Li等提出的ES等效权重因子，计算每个土地利用类型斑块的生态系统服务价值。首先将平均每公顷耕地天然食物产量的经济价值的权重因子设定为1，然后将耕地的经济价值与每种土地利用类型的权重系数相乘可以得到每种生态系统的单位面积的生态服务价值，最后根据最近的等效生态系统分配给每个土地利用类型一个生态服务服务值，计算公式如下：
Figure BDA0002647108400000141
其中，ESV_Bjk是基于生物多样性保护的土地利用斑块的生态系统服务价值，Aj是斑块j的面积，dMtotj_max在不考虑土地利用类型差异的情况下表示景观单元中所有斑块的最大值，VCk是k类土地覆被类型的生物多样性保护的价值系数，VCk可以用货币或非货币形式表示。
本申请实施例一提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法能够：(1)评估景观的生态质量；(2)确定景观各要素重要性等级；(3)确定每个斑块的生态系统服务价值；(4)比较不同规划情景下的景观连通性。
对应于上文中的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例中所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，图2示出了本申请实施例二提供的绿色基础设施用地斑块重要性评估装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
参照图2，绿色基础设施用地斑块重要性评估装置200包括：
生物能量值获取模块201，用于基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值；
生物能量交换量获取模块202，用于基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量；
生物能量渐进值获取模块203，用于计算生物能量渐进值；
第一评估模块204，用于评估每个斑块对整体景观连通性的影响；
第二评估模块205，用于计算每个斑块的生态系统服务价值。
需要说明的是，上述装置/模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述绿色基础设施用地斑块重要性评估装置200的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述中各功能模块的具体工作过程，可以参考前述绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
图3是本申请实施例三提供的终端设备的结构示意图。如图3所示，终端设备300包括：处理器302、存储器301以及存储在存储器301中并可在处理器302上运行的计算机程序303。处理器302的个数是至少一个，图3以一个为例。处理器302执行计算机程序303时实现上述绿色基础设施用地斑块重要性评估方法的实现步骤，即图1所示的步骤。
终端设备300的具体实现过程可以参见上文中的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例。
示例性的，计算机程序303可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在存储器301中，并由处理器302执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序303在终端设备300中的执行过程。
终端设备300可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、主控等计算设备，也可以是手机等移动终端。终端设备300可包括，但不仅限于，处理器以及存储器。本领域技术人员可以理解，图3仅是终端设备300的示例，并不构成对终端设备300的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备300还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器302可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，还可以是其他通用处理器、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现成可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器301可以是终端设备300的内部存储单元，例如硬盘或内存。存储器301也可以是终端设备300的外部存储设备，例如终端设备300上配备的插接式硬盘、SMC(SmartMedia Card，智能存储卡)、SD卡(Secure Digital，安全数字卡)、Flash Card(闪存卡)等。进一步地，存储器301还可以既包括终端设备300的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器301用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序303的程序代码等。存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上文中的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例中的步骤。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述计算机程序303可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序303在被处理器302执行时，可实现上述绿色基础设施用地斑块重要性评估方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序303包括计算机程序代码，所述计算机程序303代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，包括：
基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值；
基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量；
计算生物能量渐进值；
评估每个斑块对整体景观连通性的影响；
计算每个斑块的生态系统服务价值。
2.根据权利要求1所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值，包括：
根据如下计算公式计算BELUi在时间t时刻的生物能量值
Figure FDA0002647108390000011
Figure FDA0002647108390000012
Figure FDA0002647108390000013
其中，BELUi表示第i个景观单元；
Figure FDA0002647108390000014
表示BELUi在时间t时刻的总生物区域容量值，单位为Mcal/年；sji是BELUi内部土地利用斑块j的面积；
Figure FDA0002647108390000015
表示BELUi内部土地利用斑块j的总生物区域容量值；Ki表示BELUi的平均K值，取决于BELUi的特征。
3.根据权利要求2所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，Ki的计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000016
其中，
Figure FDA0002647108390000017
考虑了斑块边界的形状，
Figure FDA0002647108390000018
是斑块的渗透性，
Figure FDA0002647108390000019
是BELUi的生物能量多样性，
Figure FDA00026471083900000110
和
Figure FDA00026471083900000111
分别与土壤的相对湿度和BELUi的太阳辐射情况有关，
Figure FDA00026471083900000112
和
Figure FDA00026471083900000113
均∈(0，1)；
Figure FDA00026471083900000114
其中，Pi是BELUi的周长，Ai是BELUi的面积，
Figure FDA0002647108390000021
对应于一个面积等于Ai的圆的周长；
Figure FDA0002647108390000022
其中，lri是BELUi周长Pi中r部分的长度，其渗透率指数pr＝1，…，s，s是BELUi边界分成的份数；
Figure FDA0002647108390000023
其中，nk是指景观中存在的H类中k个生物区域容量类型中的生态区数；
Figure FDA0002647108390000024
其中，
Figure FDA0002647108390000025
为BELUi中处于湿度的土壤表面部分的面积，
Figure FDA0002647108390000026
为BELUi中处于亚湿度的土壤表面部分的面积；w1和w2分别设置为1和0.5；
Figure FDA0002647108390000027
其中，
Figure FDA0002647108390000028
为BELUi中处于东南/南方位的土壤表面部分的面积，
Figure FDA0002647108390000029
为BELUi中处于西方位的土壤表面部分的面积，
Figure FDA00026471083900000210
为BELUi中处于北/东北方位的土壤表面部分的面积；w3，w4和w5分别设置为1，0.5和0。
4.根据权利要求2或3所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量，包括：
相邻景观单元之间的生物能量交换量的计算公式如下：
Figure FDA00026471083900000211
其中，
Figure FDA00026471083900000212
是指BELUi与BELUk之间总长度为Lik的边界中长度为r对应段的边界，所述长度为r对应段的渗透指数pr∈(0，1)，Pi和Pk分别表示BELUi与BELUk的周长，BELUk表示第k个景观单元，BELUi与BELUk表示相邻景观单元。
5.根据权利要求4所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，计算得到相邻景观单元之间的生物能量交换量之后，绘制生物能量景观图进行可视化表达。
6.根据权利要求2或3所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述计算生物能量渐进值，包括：
计算景观单元内部单个土地利用斑块的生物能量近似值；
计算每个景观单元的生物能量近似值；
计算整个系统的生物能量近似值。
7.根据权利要求6所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述计算景观单元内部单个土地利用斑块的生物能量近似值，包括：
t时刻BELUi内土地利用斑块j的生物能量计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000031
Figure FDA0002647108390000032
其中，ci为与Bji相关的权重；hi和Ui代表了BELUi能量流通的限制因素，以及BELUi内每个斑块的生物能量演化的限制因素，其中hi表示BELUi内生物区域容量值为0的区域的周长，Ui表示BELUi内所有生物区域容量值为0的区域占研究区总面积的百分比；a是赋予hi的权重，b是赋予Ui的权重，a和b均大于0且小于1；
所述计算每个景观单元的生物能量近似值，包括：
t时刻BELUi的生物能量计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000033
其中，mi和sji分别表示BELUi内斑块j的数目和面积；
所述计算整个系统的生物能量近似值，包括：
整个系统的生物能量值Mastot的计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000041
其中，n是景观单元的数量。
8.根据权利要求7所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述评估每个斑块对整体景观连通性的影响，包括：
采用dMtot指数评估每个斑块对整体景观连通性的影响，dMtot指数的计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000042
其中，Mastotj表示包含所有斑块的渐近值的整个系统的生物能量值，dMtot的范围在0到100之间，dMtot的数值越大，表示在该地块城市化后整体景观单元降低越多，重要性等级越高。
9.根据权利要求8所述的绿色基础设施用地斑块重要性评估方法，其特征在于，所述计算每个斑块的生态系统服务价值，包括：
生态系统服务价值的计算公式如下：
Figure FDA0002647108390000043
其中，ESV_Bjk是基于生物多样性保护的土地利用斑块的生态系统服务价值，Aj是斑块j的面积，dMtotj_max表示景观单元中所有斑块的最大值，VCk是k类土地覆被类型的生物多样性保护的价值系数。
10.一种绿色基础设施用地斑块重要性评估装置，其特征在于，包括：
生物能量值获取模块，用于基于生物区域容量，计算景观单元的生物能量值；
生物能量交换量获取模块，用于基于所述景观单元的生物能量值，计算相邻景观单元之间的生物能量交换量；
生物能量渐进值获取模块，用于计算生物能量渐进值；
第一评估模块，用于评估每个斑块对整体景观连通性的影响；
第二评估模块，用于计算每个斑块的生态系统服务价值。
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