CN114004416A - 一种城乡一体化生态安全格局构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涉及生态安全格局构建技术领域，具体为一种城乡一体化生态安全格局构建方法，所述构建方法包括以下步骤：确定研究目标并收集资料、城乡景观类型分类、建立模型并构建空间分布图、生态安全风险评估、生态安全格局构建、生态安全格局阻力模型的应用及综合生态安全格局优化；本发明采用统一的系统化格局构建方法，方便工作人员的使用，构建的框架清晰明，直接建立环境变量与生态安全格局之间的关系模型，避免了现有方法中产生大量过渡数据的问题，相比现有技术本发明能够更加客观、科学地构建出各个地区的生态安全格局，在实际用中，有比较好的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及生态安全格局构建技术领域，具体为一种城乡一体化生态安全格局构建方法。
背景技术
尽管经过长期不懈的努力，我国生态环境建设和保护取得了很大成绩，但形势依然十分严峻。生态系统结构性破坏问题日益突出，生态功能呈现持续退化的发展态势，生态退化的程度在加剧，生态服务功能不断下降。同时，土地退化、工业化、城乡化和矿产开发引起的一系列生态环境问题日渐突出，生物多样性不断减少，水资源日益短缺，并由此引发的生态灾害在加重，生态问题更加复杂化，随着城市进程的加快，城市建设用地不断扩张，导致城乡自然景观体系遭到破坏，自然生态系统的整体功能下降，生态环境恶化，已上升到了城乡生态安全问题的层面。
生态安全格局也称生态安全框架，指景观中存在着某种潜在的生态系统空间格局，由一些关键性的局部、点及位置关系所构成，而且这种格局对维护和控制某种生态过程有着关键性的作用。景观安全格局的构建是通过规划设计一些关键性的点、线、局部(面)或其它空间组合，恢复一个景观中的空间格局，从而保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性、实现对区域生态环境问题有效控制和持续改善。生态安全格局的构建通常需要进行景观生态分类，生态适宜性评价以及生态安全格局构建等过程；但基于不同的目标，生态安全格局的构建过程又不尽相同。
生态安全格局构建中，人们对于城乡生态安全及其生态安全格局都没有很好的了解，目前，所构建得到的生态安全格局模型预测的生态安全格局科学性相对较低，在实际应用中，参考价值受到一定限制。
鉴于此，我们提出一种城乡一体化生态安全格局构建方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城乡一体化生态安全格局构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种城乡一体化生态安全格局构建方法，所述构建方法包括以下步骤：
S1：确定研究目标并收集资料：确定需要进行城乡一体化生态安全格局构建的目标地区，并通过查阅相关文献对该地区进行资料收集；
S2：城乡景观类型分类：对目标地区遥感影像进行了目视解译，在GPS支持下，到控制点进行实地踏勘，确定实地地物类型，提高遥感解译精度，建立目标地区景观类型分类规则，分为建筑用地、耕地、草地、水域、林地和其他用地；
S3：建立模型并构建空间分布图：根据分类的景观类型信息进行模型建立，根据研究区的景观空间格局特征，参考全球陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算划分方法，对中国不同陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算值为基础数据、对目标地区各种景观类型赋值，得到目标地区景观生态功能强度值空间分布图及各环境变量分布图；
S4：生态安全风险评估：利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态安全风险评估，进而确定阻力面，利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态服务功能重要性评估；
S5：生态安全格局构建：基于生态系统服务，通过构建模块对生态安全格局进行构建，包括生态斑块的构建、重要生态廊道的构建以及生物群落的构建，所述构建模块，用于将阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建；
S6：生态安全格局阻力模型的应用：在GIS中，将各环境变量分布图中的各环境变量与对应各环境变量的权值向量进行相乘后再求和计算得到目标栅格，将目标栅格代入到逻辑斯谛回归模型中，通过逻辑斯谛回归模型获取到生态安全格局概率分布图，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局；
S7：综合生态安全格局优化：通过以上对目标地区不同生态过程的格局叠加分析，得到了目标地区综合生态安全格局，并针对生态过程在生态安全格局中的重要性，进行生态源地的保护、生态廊道的优化、生态节点的分重点建设、完善生态网络。
优选的，所述S1中，所述目标地区资料的收集内容包括该地区的生态情况、人文情况、景观格局情况及生态服务情况。
优选的，所述S4中，所述生态安全风险评估基于生态风险综合指数ESI，其计算公式为：
ESI＝B×ε1+N×ε2+C×ε3+G×ε4
式中，B为自然背景指数，N为NDVI，C为生态脆弱度指数，G为外界干扰指数；ε1-ε4分别为对应的权重。
优选的，所述生态安全格局构建的具体构建目标如下：
a.生态斑块的构建：根据格局分析以及生态服务价值评估确定重要生态斑块；
b.重要生态廊道的构建：GIS分析(最小耗费距离)生成连接生态源地的重要生态廊道，形成生态网络；
c.生物群落的构建：与现有廊道进行对比分析，人工拼贴与补缀，完善生态网络。
优选的，所述S6中，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局，具体为：在获取到生态安全格局概率分布图后，利用自然断点法将生态安全格局概率分布图划分为保障生态安全格局、缓冲生态安全格局和最优生态安全格局以及建设用地四个级别；所述逻辑斯谛回归模型为：
其中P为生态安全格局可能性分布图，R为目标栅格，w为LR模型截距；
逻辑斯谛回归模型中目标栅格R为：
其中环境变量包括分类变量和数值变量，分类变量指的是包括多个变量的环境变量；
其中vRi为环境变量中第i个多分类变量的目标栅格，N1为环境变量中属于多分类变量的环境变量总数；
其中Cj为环境变量中第j个数值变量的权值向量，N2为环境变量中属于数值变量的环境变量总数；Vj为环境变量中第j个数值变量的环境变量栅格，由对应环境变量分布图中环境变量导入到GIS后获取到；
其中利用栅格计算的Con语句对多分类变量栅格进行赋值运算，具体vRi为：
vRi＝Con(iR＝v1,nv1,Con(iR＝v2,nv2,Con(...)))；
其中iR为第i个分类变量的环境变量栅格，v1、v2…为该分类变量下的各个变量的分类值，nv1、nv2…分别为v1，v2…与对应变量的权值向量内积值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明涉及的一种城乡一体化生态安全格局构建方法，采用统一的系统化格局构建方法，方便工作人员的使用，构建的框架清晰明，直接建立环境变量与生态安全格局之间的关系模型，避免了现有方法中产生大量过渡数据的问题，相比现有技术本发明能够更加客观、科学地构建出各个地区的生态安全格局，在实际用中，有比较好的参考价值。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为图1的优化流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
一种城乡一体化生态安全格局构建方法，该构建方法包括以下步骤：
S1：确定研究目标并收集资料：确定需要进行城乡一体化生态安全格局构建的目标地区，并通过查阅相关文献对该地区进行资料收集；
S2：城乡景观类型分类：对目标地区遥感影像进行了目视解译，在GPS支持下，到控制点进行实地踏勘，确定实地地物类型，提高遥感解译精度，建立目标地区景观类型分类规则，分为建筑用地、耕地、草地、水域、林地和其他用地；
S3：建立模型并构建空间分布图：根据分类的景观类型信息进行模型建立，根据研究区的景观空间格局特征，参考全球陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算划分方法，对中国不同陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算值为基础数据、对目标地区各种景观类型赋值，得到目标地区景观生态功能强度值空间分布图及各环境变量分布图；
S4：生态安全风险评估：利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态安全风险评估，进而确定阻力面，利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态服务功能重要性评估；
S5：生态安全格局构建：基于生态系统服务，通过构建模块对生态安全格局进行构建，包括生态斑块的构建、重要生态廊道的构建以及生物群落的构建，构建模块，用于将阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建；
S6：生态安全格局阻力模型的应用：在GIS中，将各环境变量分布图中的各环境变量与对应各环境变量的权值向量进行相乘后再求和计算得到目标栅格，将目标栅格代入到逻辑斯谛回归模型中，通过逻辑斯谛回归模型获取到生态安全格局概率分布图，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局；
S7：综合生态安全格局优化：通过以上对目标地区不同生态过程的格局叠加分析，得到了目标地区综合生态安全格局，并针对生态过程在生态安全格局中的重要性，进行生态源地的保护、生态廊道的优化、生态节点的分重点建设、完善生态网络。
进一步地，S1中，目标地区资料的收集内容包括该地区的生态情况、人文情况、景观格局情况及生态服务情况。
进一步地，S4中，生态安全风险评估基于生态风险综合指数ESI，其计算公式为：
ESI＝B×ε1+N×ε2+C×ε3+G×ε4
式中，B为自然背景指数，N为NDVI，C为生态脆弱度指数，G为外界干扰指数；ε1-ε4分别为对应的权重。
进一步地，生态安全格局构建的具体构建目标如下：
a.生态斑块的构建：根据格局分析以及生态服务价值评估确定重要生态斑块；
b.重要生态廊道的构建：GIS分析(最小耗费距离)生成连接生态源地的重要生态廊道，形成生态网络；
c.生物群落的构建：与现有廊道进行对比分析，人工拼贴与补缀，完善生态网络。
进一步地，S6中，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局，具体为：在获取到生态安全格局概率分布图后，利用自然断点法将生态安全格局概率分布图划分为保障生态安全格局、缓冲生态安全格局和最优生态安全格局以及建设用地四个级别；逻辑斯谛回归模型为：
其中P为生态安全格局可能性分布图，R为目标栅格，w为LR模型截距；
逻辑斯谛回归模型中目标栅格R为：
其中环境变量包括分类变量和数值变量，分类变量指的是包括多个变量的环境变量；
其中vRi为环境变量中第i个多分类变量的目标栅格，N1为环境变量中属于多分类变量的环境变量总数；
其中Cj为环境变量中第j个数值变量的权值向量，N2为环境变量中属于数值变量的环境变量总数；Vj为环境变量中第j个数值变量的环境变量栅格，由对应环境变量分布图中环境变量导入到GIS后获取到；
其中利用栅格计算的Con语句对多分类变量栅格进行赋值运算，具体vRi为：
vRi＝Con(iR＝v1,nv1,Con(iR＝v2,nv2,Con(...)))；
其中iR为第i个分类变量的环境变量栅格，v1、v2…为该分类变量下的各个变量的分类值，nv1、nv2…分别为v1，v2…与对应变量的权值向量内积值。
本发明采用统一的系统化格局构建方法，方便工作人员的使用，构建的框架清晰明，直接建立环境变量与生态安全格局之间的关系模型，避免了现有方法中产生大量过渡数据的问题，相比现有技术本发明能够更加客观、科学地构建出各个地区的生态安全格局，在实际用中，有比较好的参考价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种城乡一体化生态安全格局构建方法，其特征在于，所述构建方法包括以下步骤：
S1：确定研究目标并收集资料：确定需要进行城乡一体化生态安全格局构建的目标地区，并通过查阅相关文献对该地区进行资料收集；
S2：城乡景观类型分类：对目标地区遥感影像进行了目视解译，在GPS支持下，到控制点进行实地踏勘，确定实地地物类型，提高遥感解译精度，建立目标地区景观类型分类规则，分为建筑用地、耕地、草地、水域、林地和其他用地；
S3：建立模型并构建空间分布图：根据分类的景观类型信息进行模型建立，根据研究区的景观空间格局特征，参考全球陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算划分方法，对中国不同陆地生态系统单位面积生态系统服务价值估算值为基础数据、对目标地区各种景观类型赋值，得到目标地区景观生态功能强度值空间分布图及各环境变量分布图；
S4：生态安全风险评估：利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态安全风险评估，进而确定阻力面，利用地理环境大数据中的部分环境数据进行生态服务功能重要性评估；
S5：生态安全格局构建：基于生态系统服务，通过构建模块对生态安全格局进行构建，包括生态斑块的构建、重要生态廊道的构建以及生物群落的构建，所述构建模块，用于将阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建；
S6：生态安全格局阻力模型的应用：在GIS中，将各环境变量分布图中的各环境变量与对应各环境变量的权值向量进行相乘后再求和计算得到目标栅格，将目标栅格代入到逻辑斯谛回归模型中，通过逻辑斯谛回归模型获取到生态安全格局概率分布图，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局；
S7：综合生态安全格局优化：通过以上对目标地区不同生态过程的格局叠加分析，得到了目标地区综合生态安全格局，并针对生态过程在生态安全格局中的重要性，进行生态源地的保护、生态廊道的优化、生态节点的分重点建设、完善生态网络。
2.根据权利要求1所述的一种城乡一体化生态安全格局构建方法，其特征在于：所述S1中，所述目标地区资料的收集内容包括该地区的生态情况、人文情况、景观格局情况及生态服务情况。
3.根据权利要求1所述的一种城乡一体化生态安全格局构建方法，其特征在于：所述S4中，所述生态安全风险评估基于生态风险综合指数ESI，其计算公式为：
ESI＝B×ε1+N×ε2+C×ε3+G×ε4
式中，B为自然背景指数，N为NDVI，C为生态脆弱度指数，G为外界干扰指数；ε1-ε4分别为对应的权重。
4.根据权利要求1所述的一种城乡一体化生态安全格局构建方法，其特征在于：所述生态安全格局构建的具体构建目标如下：
a.生态斑块的构建：根据格局分析以及生态服务价值评估确定重要生态斑块；
b.重要生态廊道的构建：GIS分析(最小耗费距离)生成连接生态源地的重要生态廊道，形成生态网络；
c.生物群落的构建：与现有廊道进行对比分析，人工拼贴与补缀，完善生态网络。
5.根据权利要求1所述的一种城乡一体化生态安全格局构建方法，其特征在于：所述S6中，根据生态安全格局概率分布图获取到该区的生态安全格局，具体为：在获取到生态安全格局概率分布图后，利用自然断点法将生态安全格局概率分布图划分为保障生态安全格局、缓冲生态安全格局和最优生态安全格局以及建设用地四个级别；所述逻辑斯谛回归模型为：
其中P为生态安全格局可能性分布图，R为目标栅格，w为LR模型截距；
逻辑斯谛回归模型中目标栅格R为：
其中环境变量包括分类变量和数值变量，分类变量指的是包括多个变量的环境变量；
其中vRi为环境变量中第i个多分类变量的目标栅格，N1为环境变量中属于多分类变量的环境变量总数；
其中Cj为环境变量中第j个数值变量的权值向量，N2为环境变量中属于数值变量的环境变量总数；Vj为环境变量中第j个数值变量的环境变量栅格，由对应环境变量分布图中环境变量导入到GIS后获取到；
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| 毛学刚等: "基于栅格尺度的北京市密云县生态环境脆弱性评价", 南京林业大学学报(自然科学版), vol. 41, no. 01, 31 January 2017 (2017-01-31), pages 96 - 102 * |
| 潘竟虎等: "基于空间主成分和最小累积阻力模型的内陆河景观生态安全评价与格局优化――以张掖市甘州区为例", 应用生态学报, vol. 26, no. 10, 31 October 2015 (2015-10-31), pages 3126 - 3136 * |
| 贺婧;: "基于遥感和GIS技术的生态环境脆弱性评估模型研究", 环境科学与管理, no. 11, 15 November 2018 (2018-11-15), pages 65 - 78 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116205505A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-02 | 北京航天驭星科技有限公司 | 一种生态安全格局的确定方法、系统、存储介质及设备 |
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