CN115018268A - 一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法 - Google Patents

一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及森林生态服务价值评估技术领域，具体地说，涉及一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其包括以下步骤：一、数据收集；二、各指标价值量化，包括支持服务价值量化、调节服务价值量化、供给服务价值量化、文化服务价值量化和总价值量化；三、经济价值计算。本发明能较佳地对森林生态服务价值进行评估。

Description

一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法
技术领域
本发明涉及森林生态服务价值评估技术领域，具体地说，涉及一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法。
背景技术
森林生态系统及其生态过程能为人类提供自然环境条件与效用，具有多功能服务价值。为推进建立完善森林生态产品价值实现机制，协调生态保护和经济发展，针对森林生态系统服务功能的复杂性、空间广袤性及异性质的特点，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布了国标，为科学评估森林生态系统服务价值提供了重要依据。而现有国标存在极大依赖于地面监测数据、可操作性、计算庞杂、空间指示不足等问题，且最后估算的经济价值是基于各指标实物量及当前社会经济水平，难以体现地区间差异。
发明内容
本发明的内容是提供一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
根据本发明的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其包括以下步骤：
一、数据收集；
二、各指标价值量化，包括支持服务价值量化、调节服务价值量化、供给服务价值量化、文化服务价值量化和总价值量化；
三、经济价值计算。
作为优选，数据收集至少包括以下数据：
1)森林资源管理一张图数据库；
2)遥感影像；
3)气象数据。
作为优选，支持服务价值量化中，使用降雨和坡度、地形起伏度、地形褶皱度、地表曲率五个空间指标对水土流失程度进行计算，结合生物量数据，计算支持服务价值，计算公式如下：
Figure BDA0003652402550000021
式中，S为支持服务价值系数，R1为地形起伏度，R2为地形褶皱度，D为坡度，M为降雨，Sc为地表曲率，NDVI为归一化植被指数；
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
作为优选，调节服务价值量化中，使用气温、降雨、温度和地表温度四个空间指标进行计算，结合生物量数据，计算调节服务价值，计算公式如下：
A＝St×M×T×H×NDVI
式中，A为调节服务价值系数，St为地表温度，M为降雨，T为气温，H为湿度，NDVI为归一化植被指数；
栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
作为优选，供给服务价值量化中，供给服务中选取以景观异质性、生境异质性和人为干扰异质性综合的空间异质性进行价值量化，包括：
a、景观异质性中，选取斑块数、面积、周长、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数、分离度指数和形状指数九个景观异质性指标，采用主成份分析方法，将多个指标的关键信息映射至第一主成份，从而达到去相关性、降低指标个数的目的；最后以第一主成份作为景观异质性指标度量；
b、选用水热指标和地形指标作为生境异质性指标；地形指标采用地形起伏度和地形褶皱度两个次级指标，水热指标采用相对湿度和地表温度两个次级指标；
c、采用荒野度指标进行人为干扰异质性的度量；基于NASA航天飞机雷达地形任务90m数字较高程模型，考虑海拔和坡度地理环境对人类空间范围可及难易程度的栅格计算，公式如下所示：
CST＝(sin(SP)×H0.3+0.1)0.3
式中，CST为成本光栅，SP为坡度，H为海拔；
再以居民点、道路及其它基础设施为数据源，借助ArcGIS的成本距离分析模型并渲染处理为0-255亮度值的人为活动可及性栅格数据MR，最后通过如下公式进行荒野度模拟：
MH＝255-MR
式中，MH表示荒野度；MR表示渲染处理的人为活动栅格值；
d、将景观异质性、生境异质性计算结果进行渲染处理，再与人为干扰异质性指标进行向量空间融合，以ISO无监督聚类分析进行分类，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
作为优选，文化服务价值量化中，采用景观异质性、居民点数据和道路等级数据三个空间指标，最后结合生物量数据，计算文化服务价值，计算公式如下：
C＝L×MR×Rd×NDVI
式中，C为文化服务价值系数，L为景观异质性，MR为居民点，Rd为道路等级，NDVI为归一化植被指数；
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
作为优选，总价格量化中，采用因子分析法，进行标准化处理，再进行因子分析，最终求出各因子权重，从而计算生态服务总价值；
总价值计算公式如下所示：
Z＝aS'+bA'+cM'+dC'
式中，Z为生态服务价值总价值，S'为标准化后支持服务价值，A'为标准化后调节服务价值，M'为标准化后供给服务价值，C'为标准化后文化服务价值，a、 b、c、d为因子分析后各指标所占权重。
作为优选，经济价值计算公式如下所示：
Sg＝αCg
Ag＝βCg
Mg＝γCg
Zg＝Sg+Ag+Mg+Cg
式中，Zg为生态服务价值总经济价值，Sg为支持服务经济价值，Ag调节服务经济价值，Mg供给服务经济价值，Cg文化服务经济价值，α、β、γ为相关性分析后各指标与文化服务经济价值的相关性。
本发明以森林资源管理一张图专题数据、多源遥感影像数据等为数据源，借助遥感反演与GIS分析建模，基于空间30m×30m栅格单元，利用主成份分析、聚类分析、因子分析及加权叠加等方法，通过指标量化及价值量转化方法，科学、客观评估森林生态系统服务功能价值量。该发明为提高森林经营、保护规划经营管理水平，推进森林生态产品价值化实现，推动森林生态价值补偿及自然资源资产负债编制实现等具有重要参考及现实意义。
附图说明
图1为实施例1中一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法的流程图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其包括以下步骤：
一、数据收集；
二、各指标价值量化，包括支持服务价值量化、调节服务价值量化、供给服务价值量化、文化服务价值量化和总价值量化；
三、经济价值计算。
数据收集至少包括以下数据：
1)森林资源管理一张图数据库；包括了境内所有林地及非林地的空间分布、自然属性(地类、起源、群落结构、优势树种、树较高等)及社会属性(行政区、权属、保护等级、工程类别等)，数据结构为矢量结构。
2)遥感影像；遥感影像涉及Landsat8 OLI、MODIS数据，DEM数据为SRTM DEM 90m产品，均来源于地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)。通过对影像辐射定标、基于DEM的几何精校正，以及利用ENVI的FLAASH进行大气校正处理。
3)气象数据。气象数据资料来源于中国科学院资源环境数据中心 (https://www.resdc.cn/)全国降雨、气温1000m×1000m栅格数据集。其它基础地理信息数据，包括居民点、道路、行政界线等来自于非涉密的矢量数据集。
4)示范应用地区云南维西傈僳族自治县近年旅游收入公开数据、当地林木补偿价格数据、碳汇国际市场价格等。此部分数据内容不限，可根据相关政府或组织需求使用不同的数据，以最终服务价值需求或政府决策为准，以增加评估结果实用性。
支持服务价值量化中，使用降雨和坡度、地形起伏度、地形褶皱度、地表曲率五个空间指标对水土流失程度进行计算，结合生物量数据，计算支持服务价值，其计算方式如表1所示，由于降雨侵蚀力和土壤可蚀性两个空间指标中各级指标具有明显相关性，将数据渲染处理标准化后，根据专家决策法采用乘法模型进行分析，计算公式如下：
Figure BDA0003652402550000051
式中，S为支持服务价值系数，R1为地形起伏度，R2为地形褶皱度，D为坡度，M为降雨，Sc为地表曲率，NDVI为归一化植被指数。
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级(较低、低、中等、较高和高)进行可视化制图。
表1支持服务价值系数指标
Figure BDA0003652402550000061
调节服务价值量化中，使用气温、降雨、温度和地表温度四个空间指标进行计算，结合生物量数据，计算调节服务价值，其计算方式如表2所示，由于指标相互独立，将数据渲染处理标准化后，根据专家决策法，采用加法模型进行分析，计算公式如下：
A＝St×M×T×H×NDVI
式中，A为调节服务价值系数，St为地表温度，M为降雨，T为气温，H为湿度，NDVI为归一化植被指数；
栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级(较低、低、中等、较高和高)进行可视化制图。
表2调节服务价值系数指标
Figure BDA0003652402550000062
供给服务价值量化中，供给服务中选取以景观异质性、生境异质性和人为干扰异质性综合的空间异质性进行评估价值量化，包括：
a、景观异质性中，选取斑块数、面积、周长、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数、分离度指数和形状指数九个景观异质性指标，如表3 所示，由于选取的景观异质性指标较多，且各指标之间具较高度相关性，采用主成份分析方法，将多个指标的关键信息映射至第一主成份，从而达到去相关性、降低指标个数的目的；最后以第一主成份作为景观异质性指标度量；
表3景观异质性评估指标
Figure BDA0003652402550000071
Figure BDA0003652402550000081
b、选用水热指标和地形指标作为生境异质性指标；地形指标采用地形起伏度和地形褶皱度两个次级指标，水热指标采用相对湿度和地表温度两个次级指标；由于生境异质性各次级指标具有明显相关性，根据专家决策法选用0.5作为相关系数，采用加法模型和乘法模型对生境异质性进行分析，计算公式如表4 所示。
表4生境异质性评估指标
Figure BDA0003652402550000082
Figure BDA0003652402550000091
c、采用荒野度指标进行人为干扰异质性的度量；利用示范区居民点及道路基础地理数据，以可及性的成本距离模拟出研究区内各类干扰活动的影响范围，基于NASA航天飞机雷达地形任务90m数字较高程模型，考虑海拔和坡度地理环境对人类空间范围可及难易程度的栅格计算，公式如下所示：
CST＝(sin(SP)×H0.3+0.1)0.3
式中，CST为成本光栅，SP为坡度，H为海拔；
再以居民点、道路及其它基础设施为数据源，借助ArcGIS的成本距离分析模型并渲染处理为0-255亮度值的人为活动可及性栅格数据MR，最后通过如下公式进行荒野度模拟：
MH＝255-MR
式中，MH表示荒野度；MR表示渲染处理的人为活动栅格值；
d、将景观异质性、生境异质性计算结果进行渲染处理，再与人为干扰异质性指标进行向量空间融合，以ISO无监督聚类分析进行分类，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
文化服务价值量化中，采用景观异质性、居民点数据和道路等级数据三个空间指标，最后结合生物量数据，计算文化服务价值，具体方法如表5所示，之后将数据渲染处理标准化后，根据专家决策法，采用乘法模型进行分析，计算公式如下：
C＝L×MR×Rd×NDVI
式中，C为文化服务价值系数，L为景观异质性，MR为居民点，Rd为道路等级，NDVI为归一化植被指数；
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级(较低、低、中等、高和较高)进行可视化制图。
表5文化服务价值系数指标
Figure BDA0003652402550000101
总价格量化中，根据国标标准生态服务总价值应该为四个功能服务价值之和，而目前生态服务各功能价值为相对度量，而不是标准中的具体价值，因此难以直接进行进行求和，需要分析各服务功能价值的权重，故采用因子分析法，进行标准化处理，再进行因子分析，最终求出各因子权重，从而计算生态服务总价值；
总价值计算公式如下所示：
Z＝aS'+bA'+cM'+dC'
式中，Z为生态服务价值总价值，S'为标准化后支持服务价值，A'为标准化后调节服务价值，M'为标准化后供给服务价值，C'为标准化后文化服务价值，a、 b、c、d为因子分析后各指标所占权重。
经济价值计算公式如下所示：
Sg＝αCg
Ag＝βCg
Mg＝γCg
Zg＝Sg+Ag+Mg+Cg
式中，Zg为生态服务价值总经济价值，Sg为支持服务经济价值，Ag调节服务经济价值，Mg供给服务经济价值，Cg文化服务经济价值，α、β、γ为相关性分析后各指标与文化服务经济价值的相关性。
通过前期评估可使用国际碳汇价格和林木补偿、旅游收入等常用的市场经济价值，根据示范地中交易变现情况和该价格与各功能层关系，以此作为参考，通过对其科学性和相关性进行各功能经济价值计算，最终核算生态服务总经济价值。
根据对应用示范区实际情况，示范区文化服务功能集中表现且完成交易变现的内容为旅游价值，故使用2019年云南省维西傈僳族自治县旅游局公开旅游收入20.9亿元作为文化服务经济价值。
将支持服务价值、调节服务价值、供给服务价值和文化服务价值分别做相关性分析，分析结果表示均为及其显著，其中α＝0.070，β＝0.345，γ＝0.448。
最终计算得到结果：示范应用地维西县内支持服务经济价值1.463亿元，调节服务经济价值7.2105亿元，供给服务经济价值9.3632亿元，总经济价值38.9367 亿元。
本实施例提出一种空间上可度量、实际可操作，尽可能体现森林生态系统服务功能内涵的指标体系，再结合市场交易场景设置的森林生态服务功能评估方法，为区域、县、市及国有林场不同尺度的森林生态服务价值核算提供指导，并以云南省维系傈僳族自治县为例进行方法描述。以森林资源管理一张图专题数据、多源遥感影像数据等为数据源，借助遥感反演与GIS分析建模，基于空间30m×30m栅格单元，利用主成份分析、聚类分析、因子分析及加权叠加等方法，通过指标量化及价值量转化方法，科学、客观评估森林生态系统服务功能价值量。该发明为提高森林经营、保护规划经营管理水平，推进森林生态产品价值化实现，推动森林生态价值补偿及自然资源资产负债编制实现等具有重要参考及现实意义。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、数据收集；
二、各指标价值量化，包括支持服务价值量化、调节服务价值量化、供给服务价值量化、文化服务价值量化和总价值量化；
三、经济价值计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：数据收集至少包括以下数据：
1)森林资源管理一张图数据库；
2)遥感影像；
3)气象数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：支持服务价值量化中，使用降雨和坡度、地形起伏度、地形褶皱度、地表曲率五个空间指标对水土流失程度进行计算，结合生物量数据，计算支持服务价值，计算公式如下：
Figure FDA0003652402540000011
式中，S为支持服务价值系数，R1为地形起伏度，R2为地形褶皱度，D为坡度，M为降雨，Sc为地表曲率，NDVI为归一化植被指数；
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：调节服务价值量化中，使用气温、降雨、温度和地表温度四个空间指标进行计算，结合生物量数据，计算调节服务价值，计算公式如下：
A＝St×M×T×H×NDVI
式中，A为调节服务价值系数，St为地表温度，M为降雨，T为气温，H为湿度，NDVI为归一化植被指数。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：供给服务价值量化中，供给服务中选取以景观异质性、生境异质性和人为干扰异质性综合的空间异质性进行价值量化，包括：
a、景观异质性中，选取斑块数、面积、周长、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数、分离度指数和形状指数九个景观异质性指标，采用主成份分析方法，将多个指标的关键信息映射至第一主成份，从而达到去相关性、降低指标个数的目的；最后以第一主成份作为景观异质性指标度量；
b、选用水热指标和地形指标作为生境异质性指标；地形指标采用地形起伏度和地形褶皱度两个次级指标，水热指标采用相对湿度和地表温度两个次级指标；
c、采用荒野度指标进行人为干扰异质性的度量；基于NASA航天飞机雷达地形任务90m数字较高程模型，考虑海拔和坡度地理环境对人类空间范围可及难易程度的栅格计算，公式如下所示：
CST＝(sin(SP)×H0.3+0.1)0.3
式中，CST为成本光栅，SP为坡度，H为海拔；
再以居民点、道路及其它基础设施为数据源，借助ArcGIS的成本距离分析模型并渲染处理为0-255亮度值的人为活动可及性栅格数据MR，最后通过如下公式进行荒野度模拟：
MH＝255-MR
式中，MH表示荒野度；MR表示渲染处理的人为活动栅格值；
d、将景观异质性、生境异质性计算结果进行渲染处理，再与人为干扰异质性指标进行向量空间融合，以ISO无监督聚类分析进行分类，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：文化服务价值量化中，采用景观异质性、居民点数据和道路等级数据三个空间指标，最后结合生物量数据，计算文化服务价值，计算公式如下：
C＝L×MR×Rd×NDVI
式中，C为文化服务价值系数，L为景观异质性，MR为居民点，Rd为道路等级，NDVI为归一化植被指数；
最终结果栅格大小为30m×30m，通过渲染处理归一化后，最后以自然断点法分为五个等级进行可视化制图。
7.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：总价格量化中，采用因子分析法，进行标准化处理，再进行因子分析，最终求出各因子权重，从而计算生态服务总价值；
总价值计算公式如下所示：
Z＝aS′+bA′+cM′+dC′
式中，Z为生态服务价值总价值，S′为标准化后支持服务价值，A′为标准化后调节服务价值，M′为标准化后供给服务价值，C′为标准化后文化服务价值，a、b、c、d为因子分析后各指标所占权重。
8.根据权利要求1所述的一种基于空间测算相对量的森林生态服务价值评估方法，其特征在于：经济价值计算公式如下所示：
Sg＝αCg
Ag＝βCg
Mg＝γCg
Zg＝Sg+Ag+Mg+Cg
式中，Zg为生态服务价值总经济价值，Sg为支持服务经济价值，Ag调节服务经济价值，Mg供给服务经济价值，Cg文化服务经济价值，α、β、γ为相关性分析后各指标与文化服务经济价值的相关性。
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CN118036834A (zh) * 2024-04-15 2024-05-14 山东省国土空间生态修复中心(山东省地质灾害防治技术指导中心、山东省土地储备中心) 自然资源资产负债管理系统
CN118036834B (zh) * 2024-04-15 2024-06-18 山东省国土空间生态修复中心(山东省地质灾害防治技术指导中心、山东省土地储备中心) 自然资源资产负债管理系统

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