CN113408895A - 基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 - Google Patents
基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113408895A CN113408895A CN202110678461.4A CN202110678461A CN113408895A CN 113408895 A CN113408895 A CN 113408895A CN 202110678461 A CN202110678461 A CN 202110678461A CN 113408895 A CN113408895 A CN 113408895A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- index
- value
- correlation
- pixel
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 7
- 238000012952 Resampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 29
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 description 5
- GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N geranyl diphosphate Chemical compound CC(C)=CCC\C(C)=C\CO[P@](O)(=O)OP(O)(O)=O GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001303 quality assessment method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06311—Scheduling, planning or task assignment for a person or group
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
- G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/10—Services
- G06Q50/26—Government or public services
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Marketing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统，涉及信息技术领域。该方法包括：获取目标区域预设时间序列的初始数据；进行预处理和标准化处理，得到标准数据；对全部所述指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选；对筛选后的所述标准数据逐像元计算每个指标值的权重；根据所述权重对每个指标值进行加权，构建所述目标区域的生态质量指数。本发明适用于生态质量指数的构建，避免了得分固定化、年际变化不敏感的问题，可灵活应用于大面积、高精度、长时序的分析与研究中，能够更准确地反映研究区域生态质量的状态好坏，并且成本较低，时耗较短。
Description
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统。
背景技术
生态质量是指一定时空范围内生态系统要素、结构和功能的综合特征，具体表现为生态系统的状况、生产能力、结构/功能的稳定性、抗干扰和恢复能力。生态质量的监测是综合运用科学的、可比的和成熟的技术方法，对不同尺度的生态系统进行监测，获取多层次和高精度的信息，以评价生态系统质量状况及其变化。
现有的生态质量评价方法主要有遥感生态指数、压力状态响应模型和生态环境指数等。然而，一方面，这些评估方法大都将一套标准应用于不同的生态系统，忽略了生态系统间的不可比性。这样往往会导致结果中不同生态系统的生态质量得分差距较大。当进行长时序的生态质量评估时，将导致各个生态系统的质量得分分别固定在特定小区间内波动，而不能很好的展示生态系统时间上的特征变化。另一方面，主流生态质量评价方法往往从人类社会的角度来评估生态系统的质量，根据生态系统为人类社会能量贡献和材料提供的多少评定该生态系统的质量等级。这种思想具有一定的局限性，因为生态系统所能提供给人类的福祉，有些是直接可量化的；但每种生态系统具有其独特的自然属性，为人类提供不同的难以直接量化的福祉，使得以人类为中心的评价不能完全反映其生态质量。因此以人类需求来定义生态系统的质量是主观的、时效性的和非全局的。
因此，现有的生态质量评估的方法具有角度局限和参数固定的缺点，未考虑生态系统本身的潜在价值与质量，在模型计算时未以全局尺度为背景，弱化了不同系统、单元间的差异性，导致结果无法反映真实情况，也无法灵敏捕捉时间序列上的变化特征。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于像元尺度的生态质量指数构建方法，包括：
获取目标区域预设时间序列的初始数据，所述初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
对所述初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
根据所述标准数据对全部所述指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选；
根据预设的优化查找算法对筛选后的所述标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
根据所述权重对每个指标值进行加权，构建所述目标区域的生态质量指数。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种基于像元尺度的生态质量指数构建系统，包括：
数据获取单元，用于获取目标区域预设时间序列的初始数据，所述初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
标准化处理单元，用于对所述初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
相关性分析单元，用于根据所述标准数据对全部所述指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选；
权重计算单元，用于根据预设的优化查找算法对筛选后的所述标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
指数计算单元，用于根据所述权重对每个指标值进行加权，构建所述目标区域的生态质量指数。
本发明的有益效果是：本发明适用于生态质量指数的构建，通过对逐个像元构建一套基于其历史数据的指标权重，考虑了生态系统、单元间的差异性，可以为不同情况的生态单元生成不同的权重值，从而避免了得分固定化、年际变化不敏感的问题，计算精度完全取决于数据的分辨率，可灵活应用于大面积、高精度、长时序的分析与研究中，对研究区域范围和精度没有限制。因该指标体系主要基于各像元的历史数据，所以将随着时序的增加而更加准确的捕捉和展现生态质量的变化特征。以全局尺度为背景，从生态环境自身的角度定义生态质量，考虑了生态系统潜在价值，能够更准确地反映研究区域生态质量的状态好坏。此外，本方法主要基于历史数据进行计算，成本较低，时耗较短，节约了大量的人力物力，为生态系统质量的长期实时监测提供了可能。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明生态质量指数构建方法的实施例提供的流程示意图；
图2为本发明生态质量指数构建方法的实施例提供的生态质量评价体系示意图；
图3为本发明生态质量指数构建系统的实施例提供的结构框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明生态质量指数构建方法的实施例提供的流程示意图，该生态质量指数构建方法基于对数据的像元尺度和历史本底的处理实现，包括：
S1，获取目标区域预设时间序列的初始数据，初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
需要说明的是，指标分为一级指标和二级指标，如图2所示，给出了一种示例性的生态质量评价体系示意图，一级概念指标包括调节功能、支持功能和维持功能，二级指标主要是气候、植被、土壤三个方面的数据，具体包括陆面温度LST、叶面积指数LAI、植被指数NDVI、植被覆盖度FVC、总初级生产力GPP、净初级生产力NPP、净生态系统生产力NEP、湿润度指数IM、波文比Bowen、水分利用效率WUE和水分蓄存指数WSI。
在按照一级概念指标选择相应的二级指标后，获取相应的二级指标数据作为初始数据。
需要说明的是，获取的初始数据可以为卫星拍摄的图像形式的遥感数据，也可以为栅格数据，如果是栅格数据，在后续涉及到像素的处理过程中，对于每个栅格单元，可以认为是一个像素点。
S2，对初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
应理解，对于不同时间序列的数据，其数据的格式可能不同，以遥感数据为例，其空间分辨率、空间位置和投影等可能存在差异，因此，可以通过预处理使数据格式统一，从而便于后续的处理。
此外，由于不同指标之间的量纲可能不同，因此，需要对初始数据进行标准归一化处理，消除指标间量纲及无量纲差异。
例如，可以采用极大极小值法进行标准归一化处理。
S3，根据标准数据对全部指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部指标值进行筛选；
具体地，由于每个样本由多个指标值进行评价，因此，可以分别对指标值进行两两的相关性分析，从而得到每个指标与其他指标的之间的相关性，可以去除相关性较高的指标值，从而减少处理的数据量，提高指标值的代表性。
应理解，预设阈值可以根据实际需求设置，例如，可以为0.9，也可以为0.8。
S4，根据预设的优化查找算法对筛选后的标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
需要说明的是，可以采用PSO-PPC(基于粒子群优化算法的投影寻踪聚类方法)逐像元计算每个指标值的权重，可以利用集群智慧寻找全局最优解来优化速度，同时使投影标准差与局部密度值之积最大，达到整体分散、局部密集的目的。
下面给出示例性的计算方法：
首先，根据筛选后的标准数据创建初始粒子，并根据迭代控制参数配置迭代环境。每一指标对应一个维度，每一样本视为一个粒子，在创建初始粒子后，还需要初始化，包括：构建N个M维[0,1]的投影向量aij；创建初速度vij＝0的N个M维粒子；创建全局最优解gbest、全局最优投影向量gbesta、个体最优解pbest和个体最优向量pbesta。
判断是否达到最大迭代次数T或者满足迭代终止条件，如果达到最大迭代次数T或满足迭代终止条件，则根据M维全局最优投影向量gbesta计算各样本的评估值。
构建适应度函数，根据适应度函数计算每个初始粒子的适应度，开始循环。
可以根据以下公式计算每个初始粒子的适应度：
Q＝Dz*Sz
其中，Dz为粒子局部密度，Sz为粒子全局类间分散度。
如果未达到最大迭代次数T或不满足迭代终止条件，则对第I个M维粒子进行循环，I的取值为从1到N，N为粒子的数量。更新第I个粒子的移动方向与速度vij，并更新粒子位置。
例如，可以根据以下公式更新粒子的速度与位置：
其中，
表示第k次迭代第i个粒子的飞行速度矢量的第m维分量，
表示第k次迭代第i个粒子的位置矢量的第m维分量，
表示第i个粒子经历的历史最优位置，
表示粒子群经历的历史最优位置，c0为惯性权重，c1和c2为学习因子，random(0，1)表示从0到1之间的随机数，i＝1，2，3，...，N，N为样本数量，m＝1，2，3，...，M，M为维度数量，k＝1，2，3，...，T，T为总循环次数。
应理解，上述两个公式更新的是粒子的速度及位置，c0用来调节对空间的搜索能力，c1和c2用以调节学习的最大步长，random(0，1)用以增加搜索的随机性。
然后，分别计算第I个粒子聚类局部密度值Dz和全局类间分散度Sz，根据Dz和Sz计算第I个粒子的适应度Qa，判断Qa是否大于个体最优解pbest，如果是，则先将第I个粒子的个体最优向量pbestai赋值为aI，再判断Qa是否大于全局最优解gbest；如果否，则直接判断Qa是否大于全局最优解gbest。
如果Qa大于全局最优解gbest，则将粒子群的全局最优投影向量gbesta赋值为aI，再判断是否迭代完所有的粒子；如果Qa不大于全局最优解gbest，则直接判断是否迭代完所有的粒子。
如果迭代完所有的粒子，则判断是否达到最大迭代次数T或者满足迭代终止条件；如果未迭代完所有的粒子，则继续对粒子的移动方向、速度与位置进行更新，继续迭代循环。
其中，aI为第I个粒子当前的投影向量。
迭代循环停止后，输出每个指标的权重值和全局最优解。
S5，根据权重对每个指标值进行加权，构建目标区域的生态质量指数。
如表1所示，给出了一种示例性的生态质量指数得分与等级之间的对应关系，可以用于评估目标区域的生态质量，值越大表示该点生态质量越高，可以根据级别分值查询表来评定生态质量。
表1
| 生态质量得分 | 生态质量等级 |
| 80–100 | 优 |
| 60–80 | 良 |
| 40–60 | 中等 |
| 20–40 | 较差 |
| 0–20 | 差 |
本实施例提供的生态质量指数构建方法适用于生态质量指数的构建，通过对逐个像元构建一套基于其历史数据的指标权重，考虑了生态系统、单元间的差异性，可以为不同情况的生态单元生成不同的权重值，从而避免了得分固定化、年际变化不敏感的问题，计算精度完全取决于数据的分辨率，可灵活应用于大面积、高精度、长时序的分析与研究中，对研究区域范围和精度没有限制。因该指标体系主要基于各像元的历史数据，所以将随着时序的增加而更加准确的捕捉和展现生态质量的变化特征。以全局尺度为背景，从生态环境自身的角度定义生态质量，考虑了生态系统潜在价值，能够更准确地反映研究区域生态质量的状态好坏。此外，本方法主要基于历史数据进行计算，成本较低，时耗较短，节约了大量的人力物力，为生态系统质量的长期实时监测提供了可能。
可选地，在一些可能的实施方式中，对初始数据进行预处理，具体包括：
对初始数据进行裁剪、重采样和再投影，使全部初始数据的空间分辨率、空间位置、空间坐标参考和投影统一。
例如，以卫星拍摄的遥感数据为例，如规定数据的规格为1km分辨率，1年时间精度，研究区域矩阵行列号为4088×4998，坐标系和投影采用WGS1984和Albers等面积圆锥投影；对空间精度为1km时间精度为1年的植被指数数据根据研究区域使用ArcGIS Extractedby Mask工具进行裁剪；若数据空间精度不统一，需要对数据进行重采样，可将空间精度为30m的植被指数数据通过ArcGIS Resample工具重采样成1km精度的数据；如果原始数据的坐标或投影不一致，则可使用ArcGIS中的Project Raster进行统一；以上操作皆可在ArcGIS的model Builder或python中批量进行。
可选地，在一些可能的实施方式中，对初始数据进行标准化处理，具体包括：
判断初始数据中每个指标值的正负向；
对于正向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
对于负向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
其中，Fi是第i个像素点归一化后的数值，Ii是第i个像素点的值，Imin为第i个像素点时序上的最小值，Imax为第i个像素点时序上的最大值，i的取值范围为数据矩阵行列数之积。
例如，以某年全国陆地生态系统的LST、LAI、NDVI、FVC、GPP、NPP、NEP、IM、Bowen、WUE、WSI共11项参数的年度某省栅格数据为例，其中，Bowen为负向数据，其余均为正向数据。
通过对数据中的正向数据和负向数据进行判断和区分，能够更好地挖掘数据间的关联性。
可选地，在一些可能的实施方式中，根据预设阈值对全部指标值进行筛选，具体包括：
分别计算每两个指标值之间的相关性，挑选出相关性大于预设阈值的指标值对，每个指标值对中的指标值分别记为第一指标值和第二指标值；
计算第一指标值与除第二指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第一相关性值；
计算第二指标值与除第一指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第二相关性值；
判断第一相关性值与第二相关性值的大小，将较大一方对应的指标值剔除。
假设共有4个指标，分别是指标A、指标B、指标C和指标D，假设经过相关性分析后，指标AB的相关性为0.95，指标AC的相关性为0.6，指标AD的相关性为0.5，指标BC的相关性为0.7，指标BD的相关性为0.7，指标CD的相关性为0.3，相关性越高，说明两个指标越相似，因此可以从相关性较高的指标中删除一个，保留一个，这样既可以减少数据处理量，也可以保留数据的特征，现有做法通常是随机删除一个。而本方案中，假设预设阈值为0.9，那么只有指标AB的相关性为0.95，超过了预设阈值，因此可以分别判断指标A与其他指标CD的相关性的平均值，再判断指标B与其他指标CD的相关性的平均值，从而确定删除哪一个指标。经过计算，指标A与其他指标CD的相关性的平均值为0.55，断指标B与其他指标CD的相关性的平均值为0.7，说明指标B与其他指标更加相关，因此，可以删除指标B，保留指标A，从而在高效降维的同时最大程度保留源数据特征。
例如，以某年全国陆地生态系统的LST、LAI、NDVI、FVC、GPP、NPP、NEP、IM、Bowen、WUE、WSI共11项参数的年度某省栅格数据为例，以相关性等于0.9为阈值判定强相关性去除相应指标，留下相关性相对较弱的8项数据，分别为LAI、NDVI、NPP、GPP、LST、Bowen、WUE、WSI。
示例性地，最终计算得到的权重结果如表2所示。
表2
| 指标 | LAI | NDVI | NEP | NPP | Bowen | LST | WUE | WSI |
| 权重 | 0.0447 | 0.2385 | 0.1057 | 0.1399 | 0.0437 | 0.1324 | 0.1592 | 0.1354 |
可选地，在一些可能的实施方式中，根据以下公式计算生态质量指数：
其中，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,m，n为样本数量，m为空间维度，xij为像素值，aj为权重值，Gj为生态质量指数。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
如图3所示，为本发明生态质量指数构建系统的实施例提供的结构框架图，该生态质量指数构建系统基于对数据的像元尺度和历史本底的处理实现，包括：
数据获取单元10，用于获取目标区域预设时间序列的初始数据，初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
标准化处理单元20，用于对初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
相关性分析单元30，用于根据标准数据对全部指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部指标值进行筛选；
权重计算单元40，用于根据预设的优化查找算法对筛选后的标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
指数计算单元50，用于根据权重对每个指标值进行加权，构建目标区域的生态质量指数。
本实施例提供的生态质量指数构建系统适用于生态质量指数的构建，通过对逐个像元构建一套基于其历史数据的指标权重，考虑了生态系统、单元间的差异性，可以为不同情况的生态单元生成不同的权重值，从而避免了得分固定化、年际变化不敏感的问题，计算精度完全取决于数据的分辨率，可灵活应用于大面积、高精度、长时序的分析与研究中，对研究区域和范围没有限制。因该指标体系主要基于各像元的历史数据，所以将随着时序的增加而更加准确的捕捉和展现生态质量的变化特征。以全局尺度为背景，从生态环境自身的角度定义生态质量，考虑了生态系统潜在价值，能够更准确地反映研究区域生态质量的状态好坏。此外，本方法主要基于历史数据进行计算，成本较低，时耗较短，节约了大量的人力物力，为生态系统质量的长期实时监测提供了可能。
可选地，在一些可能的实施方式中，标准化处理单元20具体用于对初始数据进行裁剪、重采样和再投影，使全部初始数据的空间分辨率、空间位置、空间坐标参考和投影统一。
可选地，在一些可能的实施方式中，标准化处理单元20用于判断初始数据中每个指标值的正负向；
对于正向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
对于负向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
其中，Fi是第i个像素点归一化后的数值，Ii是第i个像素点的值，Imin为第i个像素点时序上的最小值，Imax为第i个像素点时序上的最大值，i的取值范围为数据矩阵行列数之积。
可选地，在一些可能的实施方式中，相关性分析单元30具体用于分别计算每两个指标值之间的相关性，挑选出相关性大于预设阈值的指标值对，每个指标值对中的指标值分别记为第一指标值和第二指标值；计算第一指标值与除第二指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第一相关性值；计算第二指标值与除第一指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第二相关性值；判断第一相关性值与第二相关性值的大小，将较大一方对应的指标值剔除。
可选地，在一些可能的实施方式中，指数计算单元50具体用于根据以下公式计算生态质量指数：
其中，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,m，n为样本数量，m为空间维度，xij为像素值，aj为权重值，Gj为生态质量指数。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
需要说明的是，上述各实施方式是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施方式的说明可以参考上述各方法实施方式中的对应说明，在此不再赘述。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，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，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
上述方法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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于像元尺度的生态质量指数构建方法，其特征在于，包括：
获取目标区域预设时间序列的初始数据，所述初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
对所述初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
根据所述标准数据对全部所述指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选；
根据预设的优化查找算法对筛选后的所述标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
根据所述权重对每个指标值进行加权，构建所述目标区域的生态质量指数。
2.根据权利要求1所述的基于像元尺度的生态质量指数构建方法，其特征在于，对所述初始数据进行预处理，具体包括：
对所述初始数据进行裁剪、重采样和再投影，使全部初始数据的空间分辨率、空间位置、空间坐标参考和投影统一。
3.根据权利要求1所述的基于像元尺度的生态质量指数构建方法，其特征在于，对所述初始数据进行标准化处理，具体包括：
判断所述初始数据中每个指标值的正负向；
对于正向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
对于负向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
其中，Fi是第i个像素点归一化后的数值，Ii是第i个像素点的值，Imin为第i个像素点时序上的最小值，Imax为第i个像素点时序上的最大值，i的取值范围为数据矩阵行列数之积。
4.根据权利要求1所述的基于像元尺度的生态质量指数构建方法，其特征在于，根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选，具体包括：
分别计算每两个指标值之间的相关性，挑选出相关性大于预设阈值的指标值对，每个所述指标值对中的指标值分别记为第一指标值和第二指标值；
计算所述第一指标值与除所述第二指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第一相关性值；
计算所述第二指标值与除所述第一指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第二相关性值；
判断所述第一相关性值与所述第二相关性值的大小，将较大一方对应的指标值剔除。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于像元尺度的生态质量指数构建方法，其特征在于，根据以下公式计算生态质量指数：
其中，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,m，n为样本数量，m为空间维度，xij为像素值，aj为权重值，Gj为生态质量指数。
6.一种基于像元尺度的生态质量指数构建系统，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取目标区域预设时间序列的初始数据，所述初始数据包含用于构建生态质量指数的多个指标值；
标准化处理单元，用于对所述初始数据分别进行预处理和标准化处理，得到标准数据；
相关性分析单元，用于根据所述标准数据对全部所述指标值进行相关性分析，生成相关性矩阵，并根据预设阈值对全部所述指标值进行筛选；
权重计算单元，用于根据预设的优化查找算法对筛选后的所述标准数据逐像元计算每个指标值的权重；
指数计算单元，用于根据所述权重对每个指标值进行加权，构建所述目标区域的生态质量指数。
7.根据权利要求6所述的基于像元尺度的生态质量指数构建系统，其特征在于，所述标准化处理单元具体用于对所述初始数据进行裁剪、重采样和再投影，使全部初始数据的空间分辨率、空间位置、空间坐标参考和投影统一。
8.根据权利要求6所述的基于像元尺度的生态质量指数构建系统，其特征在于，所述标准化处理单元用于判断所述初始数据中每个指标值的正负向；
对于正向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
对于负向数据，使用如下公式进行标准归一化处理：
其中，Fi是第i个像素点归一化后的数值，Ii是第i个像素点的值，Imin为第i个像素点时序上的最小值，Imax为第i个像素点时序上的最大值，i的取值范围为数据矩阵行列数之积。
9.根据权利要求6所述的基于像元尺度的生态质量指数构建系统，其特征在于，所述相关性分析单元具体用于分别计算每两个指标值之间的相关性，挑选出相关性大于预设阈值的指标值对，每个所述指标值对中的指标值分别记为第一指标值和第二指标值；计算所述第一指标值与除所述第二指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第一相关性值；计算所述第二指标值与除所述第一指标值之外的其他指标值的相关性的平均值，得到第二相关性值；判断所述第一相关性值与所述第二相关性值的大小，将较大一方对应的指标值剔除。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的基于像元尺度的生态质量指数构建系统，其特征在于，所述指数计算单元具体用于根据以下公式计算生态质量指数：
其中，i＝1,2,3,…,n，j＝1,2,3,…,m，n为样本数量，m为空间维度，xij为像素值，aj为权重值，Gj为生态质量指数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110678461.4A CN113408895B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110678461.4A CN113408895B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113408895A true CN113408895A (zh) | 2021-09-17 |
| CN113408895B CN113408895B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=77681345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110678461.4A Active CN113408895B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113408895B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113837671A (zh) * | 2021-11-26 | 2021-12-24 | 南京复创智能制造技术有限责任公司 | 一种新产品质量管理方法和系统 |
| CN118114957A (zh) * | 2024-04-30 | 2024-05-31 | 四川众瓴数字科技有限公司 | 一种基于数字技术的农田建设质量监管方法 |
| CN118411056A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-30 | 贵州师范大学 | 用于喀斯特农村生态系统的生态产品信息数据共享方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106503178A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-03-15 | 河南理工大学 | 一种土地生态质量评价的自动化方法及装置 |
| CN109358162A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-02-19 | 福州大学 | 一种基于空间几何原理的新型遥感生态指数的构建方法 |
| CN109740956A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-10 | 陕西师范大学 | 一种土地生态质量自动化评价方法 |
| CN110135767A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-16 | 国家气象中心 | 基于植被npp和覆盖度的植被生态质量指数构建方法 |
| CN110361383A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-22 | 广州大学 | 一种基于沉积柱快照的湖泊历史生态健康评价方法 |
| CN111582689A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-25 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种生态保护红线保护成效的评估方法及系统 |
| CN112836969A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-25 | 浙江易智信息技术有限公司 | 一种基于遥感技术的河流生态质量评价方法 |
-
2021
- 2021-06-18 CN CN202110678461.4A patent/CN113408895B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106503178A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-03-15 | 河南理工大学 | 一种土地生态质量评价的自动化方法及装置 |
| CN109358162A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-02-19 | 福州大学 | 一种基于空间几何原理的新型遥感生态指数的构建方法 |
| CN109740956A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-10 | 陕西师范大学 | 一种土地生态质量自动化评价方法 |
| CN110135767A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-16 | 国家气象中心 | 基于植被npp和覆盖度的植被生态质量指数构建方法 |
| CN110361383A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-22 | 广州大学 | 一种基于沉积柱快照的湖泊历史生态健康评价方法 |
| CN111582689A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-25 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种生态保护红线保护成效的评估方法及系统 |
| CN112836969A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-25 | 浙江易智信息技术有限公司 | 一种基于遥感技术的河流生态质量评价方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| XIHUANG OUYANG等: "Applying a projection pursuit model for evaluation of ecological quality in Jiangxi Province, China", 《ECOLOGICAL INDICATORS》, pages 1 - 15 * |
| 王军邦等: "2000–2018 年中国陆地生态系统生态质量指数", 《中国科学数据》, vol. 8, no. 3, pages 1 - 9 * |
| 钱拴等: "陆地植被生态质量监测评估方法研究", 《2017中国环境科学学会科学与技术年会论文集（第三卷）》, pages 3375 - 3380 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113837671A (zh) * | 2021-11-26 | 2021-12-24 | 南京复创智能制造技术有限责任公司 | 一种新产品质量管理方法和系统 |
| CN113837671B (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 南京复创智能制造技术有限责任公司 | 一种新产品质量管理方法和系统 |
| CN118114957A (zh) * | 2024-04-30 | 2024-05-31 | 四川众瓴数字科技有限公司 | 一种基于数字技术的农田建设质量监管方法 |
| CN118411056A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-30 | 贵州师范大学 | 用于喀斯特农村生态系统的生态产品信息数据共享方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113408895B (zh) | 2023-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113408895A (zh) | 基于像元尺度的生态质量指数构建方法及系统 | |
| Selvan et al. | RAINFALL DETECTION USING DEEP LEARNING TECHNIQUE | |
| CN108446741B (zh) | 机器学习超参数重要性评估方法、系统及存储介质 | |
| Jalalkamali | Using of hybrid fuzzy models to predict spatiotemporal groundwater quality parameters | |
| CN111539296A (zh) | 一种基于遥感影像变化检测的违章建筑识别方法及系统 | |
| CN111476274B (zh) | 一种大数据预测分析的方法、系统、装置及存储介质 | |
| CN112184412A (zh) | 一种信用评分卡模型的建模方法、装置、介质及电子设备 | |
| CN116883065A (zh) | 商户风险预测方法及装置 | |
| CN118097438A (zh) | 一种基于大数据的施肥方法及系统 | |
| CN115018357A (zh) | 一种面向生产绩效提升的农户画像构建方法及系统 | |
| CN111445065A (zh) | 用于数据中心制冷群控的能耗优化方法及系统 | |
| CN116893428B (zh) | 基于激光点云的森林资源调查与监测方法及系统 | |
| Ilich et al. | Modeling of employment structural transformations | |
| CN109636194B (zh) | 一种输变电项目重大变动多源协同检测方法与系统 | |
| CN114782835B (zh) | 作物倒伏面积比例检测方法及装置 | |
| CN116739739A (zh) | 一种贷款额度评估方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN110458438A (zh) | 植被水分利用效率wue的影响因子的计算方法及装置 | |
| Ding et al. | Projecting the future fine-resolution carbon dioxide emissions under the shared socioeconomic pathways for carbon peak evaluation | |
| CN113837913B (zh) | 一种村镇耕地资源承载力关键阈值确定方法及装置 | |
| CN115345488A (zh) | 一种湿地生态系统服务评估方法、装置、服务器及介质 | |
| CN112711256B (zh) | 一种移动机器人的目标搜索观测点自动生成方法 | |
| CN106650790A (zh) | 一种基于蜂群智能的遥感影像聚类方法 | |
| CN113378468B (zh) | 多维地学参量的权重优化方法及系统 | |
| Tu et al. | A study on business performance with the combination of Z-score and FOAGRNN hybrid model | |
| CN111160635A (zh) | 一种基于ReliefF算法的区域物流需求影响因素预测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |