CN116608900A - 一种地质生态环境动态评价方法 - Google Patents

一种地质生态环境动态评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地质生态环境动态评价方法，包括：获取地质生态环境数据；基于所述地质生态环境数据，获取评价指标；计算所述评价指标，并对所述评价指标的计算结果进行分析；基于分析结果，获取地质生态环境动态情况。该方法可以对不同的目标区域进行地质生态环境评价，不仅参考了传统的生态环境评价的参数指标和方法，也结合了差分干涉测量监测地表形变的优势，并且考虑了社会经济指标对于区域生态地质环境的影响，这对于定量化综合评价生态地质环境提供了新方法。

Description

一种地质生态环境动态评价方法
技术领域
本发明属于遥感监测技术领域，尤其涉及一种地质生态环境动态评价方法。
背景技术
由于自然环境因素与人类活动因素所导致的生态地质问题，在针对单一的生态遥感监测或者地质环境调查方面虽有大量实践经验与数据作为基础,但是缺少将多光谱遥感生态环境指标、雷达遥感地表形变指标以及社会经济指标有机结合进行多维度的综合监测评价。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种地质生态环境动态评价方法，针对现如今的生态空间格局、生态系统质量、生态胁迫等方面主要突出生态问题上有了新的解释角度。
为实现上述目的，本发明提供了一种地质生态环境动态评价方法，包括：
获取地质生态环境数据；
基于所述地质生态环境数据，获取评价指标；
计算所述评价指标，并对所述评价指标的计算结果进行分析；
基于分析结果，获取地质生态环境动态情况。
可选的，获取所述地质生态环境数据包括：对原始的地质生态环境数据进行实地调查，获取所述地质生态环境数据；
可选的，所述评价指标包括：生态环境指标、地质环境指标和社会经济指标，其中，所述生态环境指标包括：生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数，所述地质环境指标包括：地表形变指数，所述社会经济指标包括：社会经济指数。
可选的，计算所述评价指标包括：
根据生态环境的多光谱遥感数据计算所述生态环境指标；
根据雷达干涉技术计算所述地质环境指标；
根据统计社会经济数据计算所述社会经济指标。
可选的，
所述生物丰度指数为：
BAI＝Abio×(0.35×Afor+0.21×Agra+0.28×Awat+0.11×Acul+0.04×Acon+0.01×Aunl)/A其中：BAI为生物丰度指数，Abio为生物丰富指数的归一化系数，Afor为评价区域内的林地面积，Agra为评价区域内的草地面积，Awat为评价区域内的水域面积，Acul为评价区域内的耕地面积，Acon为评价区域内的建设用地面积，Aunl为评价区域内的未利用地面积；
所述植被覆盖指数为：
其中，VCI为植被覆盖指数，FVCmean为预设日期植被覆盖度最大值的均值，Pi为预设日期像元制备覆盖区域的月的均值，n为月份数；
所述土地胁迫指数为：
LSI＝Aero×(0.4×Aser+0.2×Amer+0.2×Acon+0.2×Aoer)/A
其中：Aero是土地胁迫指数的归一化系数；Aser评价区域内的重度侵蚀面积，Amer为评价区域内的中度侵蚀面积，Acon为评价区域内的建设用地面积，Aoer为评价区域内其他侵蚀面积；
所述水网密度指数为：
式中：WDI为水网密度指数，Ariv为河流长度的归一化指数，Lriv为区域内天然形成或人工开挖形成的河流及主干渠的长度，Alak为水域面积的归一化指数，Awat为评价区域内的水域面积，Ares为水资源量的归一化指数，Sr*es是根据评价区域内相关水利单位提供的水资源数据进行计算得出的水资源量。
可选的，计算所述地质环境指标包括：
地表形变指数为：
SDI＝Adef×(0.5×Acon+0.1×Acul+0.1×Afor+0.05×Agra+0.05×Awat+0.2×Abar)
其中：Adef为地表形变指数的归一化系数，Afor为评价区域内林地面积，Agra为评价区域内草地面积，Awat为评价区域内水域面积，Acul为评价区域内耕地面积，Acon为评价区域内建设用地面积，Abar为评价区域内裸露地面积。
可选的，计算所述社会经济指标包括：
社会经济指数为：
SEI＝Aeco×(0.3×Xprp+0.3×Xgdp+0.2×Xiov+0.2×Xfai)
其中：Aeco——社会经济指数的归一化系数，Xprp为评价区域内的常住人口，Xgdp为评估区域内的生产总值，Xiov为评估区域内的规模以上工业总产值，Xfai为评估区域内的全社会固定资产总投资。
可选的，对所述评价指标的计算结果进行分析包括：
以所述生物丰度指数为对比序列，其他指数为特征序列，计算所述对比序列与所述特征序列的关联度值，其中，所述其他指数包括：植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、地表形变指数、社会经济指数；
基于所述关联度值，获取所述对比序列与所述特征序列的权重；
根据所述权重，建立地质生态环境指数模型；
基于所述地质生态环境指数模型，完成所述评价指标的分析。
可选的，所述地质生态环境指数模型为：
EGI＝x×BAI+y×(100-SDI)+z×(100-LSI)+f×(100-SEI)+g×VCI+h×WDI
其中，x为生物丰度指数权重，y为地表形变指数权重，z为土地胁迫指数权重，f为社会经济指数权重，g为植被覆盖指数权重，h为水网密度指数权重。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明中的方法可以对不同的目标区域进行地质生态环境评价，不仅参考了传统的生态环境评价的参数指标和方法，也结合了差分干涉测量监测地表形变的优势，并且考虑了社会经济指标对于区域生态地质环境的影响，这对于定量化综合评价生态地质环境提供了新方法，也科学合理得给予了对特殊地质地貌的地区的地质生态评价模型新的方式，在针对现如今的生态空间格局、生态系统质量、生态胁迫等方面主要突出生态问题上有了新的解释角度
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的地质生态环境动态评价方法流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明出了一种地质生态环境动态评价方法，首先以长时序遥感动态监测数据为依据，利用卫星雷达干涉测量、多光谱遥感技术识别提取定量遥感信息，结合目标区经济、地理、环境特性，综合选取合理有效的生态地质环境评价因子，利用灰色关联分析方法建立生态地质环境评价模型。本发明利用雷达干涉测量来进行大范围的地表形变监测，准确提取区域内地表沉陷信息，结合多光谱遥感进行生态环境指标识别提取，从而利用灰色关联分析法对定量指标进行分析，利用不同指标的离散数据，求出各个数据与母数列的关联度，从而得出各个指标值的权重，再利用通过灰色关联分析所得的给予各个指标的权重，进行指标评价的动态模型构建，综合得出地质生态环境的综合评价情况。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种地质生态环境动态评价方法，包括：数据收集和野外调查，根据需要进行动态评价的区域进行资料收集，主要考虑地区的自然环境，地质地貌，气候水文，植被覆盖，城镇化程度等各种相关因素，结合遥感数据的条件和区域社会经济发展的实际情况，对重点监测区域进行实地野外调查，并进行数据收集获取工作；
指标选取，经过前期数据收集，考虑区域生态环境的整体现状与遥感数据的条件，进行动态评价指标的选取，指标的选取要符合所选择的区域的实际情况，根据区域的生态环境结构进行指标的选取，结合区域经济、地理、环境特性，综合选取合理有效的生态地质环境评价因子，如生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、地表沉降指数、社会经济指数等评级指标；
生态地质环境评价指标计算，反映区域生态与地质环境的整体状态，指标体系包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、地表形变指数，社会经济指数等因素指标，指数分别反映被评价区域内生物的丰贫，植被覆盖的高低，水的丰富程度，遭受的胁迫强度，地表形变大小和社会经济水平变化。其中生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数这四种指标集中反应区域内生态环境最重要的四个指标，地表形变指数则从地表形变的角度去反应区域地表沉陷的程度，以此来反应区域内自然或者人工活动对地质环境的影响。
多光谱定量生态环境指标计算
多光谱定量生态环境指标主要根据多光谱数据测定土地利用与植被覆盖度来计算描述生物多样性、植被与水土的生态环境指标。针对复杂多样的地形地貌与生态特征，多光谱遥感可实现以矿山、荒漠、干旱区、岩溶山地等岩土裸露严重区域为应用场景，在遭受自然侵蚀、人为破坏、自然灾害后而导致的土地退化、植被面积消减、植物生长受损等现象的直观观测与信息统计，并以准确的信息统计结果为生态修复策略制定提供数据支撑。
生物丰度指数(BAI)
BAI＝Abio×(0.35×Afor+0.21×Agra+0.28×Awat+0.11×Acul+0.04×Acon+0.01×Aunl)/A式中：Abio——生物丰富指数的归一化系数；Afor，Agra，Awat，Acul，Acon，Aunl分别为评价区域内的林地面积，草地面积，水域面积，耕地面积，建设用地面积以及未利用地面积；A为区域面积。
植被覆盖指数(VCI)
采用区域内5-9月像元内植被覆盖度FVC的月最大值的均值FVCmean来计算植被覆盖度，具体计算公式如下：
式中：FVCmean为生长季预设月份植被覆盖度最大值的均值，Pi为预设月份内像元制备覆盖区域的月均值，n为月份数。
土地胁迫指数(LSI)
LSI＝Aero×(0.4×Aser+0.2×Amer+0.2×Acon+0.2×Aoer)/A
式中：Aero是土地胁迫指数的归一化系数；Aser，Amer，Acon，Aoer分别为评价区域内的重度侵蚀面积，中度侵蚀面积，建设用地面积以及其他侵蚀面积；A为区域面积。
水网密度指数(WDI)
式中：Ariv是河流长度的归一化指数；Lriv是区域内天然形成或人工开挖形成的河流及主干渠的长度；Alak是水域面积的归一化指数；Awat是区域内的水域面积；Ares是水资源量的归一化指数；是根据区域内相关水利单位提供的水资源数据进行计算得出的水资源量；
其中水资源量由下式计算而来：
其中，Sres为区域内相关水利单位提供的水资源数据，为区域内相关水利单位提供的水资源量的研究年份内的年平均值。
雷达干涉定量地质环境指标
雷达干涉定量地质环境指标主要测定地表形变指数(SDI)，利用雷达干涉技术得到评估年份内区域的干涉图，利用SBAS-InSAR小基线测量进行形变计算。
对每个等级中的不同土地利用类型进行统计，结合植被生长可能带来的形变监测误差，根据土地利用分类进行权重赋值，综合评价地表形变对研究区域的地质环境影响。形变等级划分如表1所示：
表1
对于在同一形变等级下不同土地利用类型的综合考虑，给予各个土地利用类型的分权重系数，用以表现不同土地利用类型和形变的影响情况。
地表形变指数的参数数据来源于利用InSAR技术的雷达干涉测量所得到的地表形变数据，通过对形变数据的分类处理统计后乘以其所包含各个地类的不同权重值所得。
SDI＝Adef×(0.5×Acon+0.1×Acul+0.1×Afor+0.05×Agra+0.05×Awat+0.2×Abar)
式中：Adef——地表形变指数的归一化系数，参考值取100/Amax(Amax为归一化处理前数据集的最大值)；
Afor，Agra，Awat，Acul，Acon，Abar分别为评价区域内的林地面积，草地面积，水域面积，耕地面积，建设用地面积以及裸露地面积；
统计数据定量社会经济指标
对于区域环境而言，自然环境因素在短期内相对稳定，对于整体而言，自然环境的影响是循序渐进的过程，而对于社会经济因素来说则是动态变化的，这种人为因素对于区域环境的影响是直接的且影响较大的。社会经济这种正向的发展对于区域生态环境与地质情况来说，社会经济发展注定离不开资源开发与利用，所以大多数情况是负面的影响。社会经济数据主要选取评估年份的社会经济层面最主要的四个指标：常住人口、生产总值、规模以上工业总产值和全社会固定资产投资总额。
对于不同的社会经济指标计算社会经济指数时，给与其各个指标不同的权重，该权重依据为其对于社会经济情况的相关程度，社会经济指数的参数数据主要来自于区域内相关政府部分统计的社会经济指标并乘以权重系数后所得。
SEI＝Aeco×(0.3×Xprp+0.3×Xgdp+0.2×Xiov+0.2×Xfai)
式中:Aeco——社会经济指数的归一化系数，参考值取100/Amax(Amax为归一化处理前数据集的最大值)；Xprp，Xgdp，Xiov，Xfai分别为评估区域的常住人口(万人)，生产总值(亿元)，规模以上工业总产值(亿元)，全社会固定资产总投资(亿元)。
利用灰色关联分析法构建生态地质环境动态评价模型，利用灰度关联分析法，根据以生物丰度指数为对比序列，其他指标为特征序列，进行动态模型构建。
生物丰度指数指通过单位面积上不同生态系统类型在生物物种数量上的差异，间接地反映被评价区域内生物丰度的丰贫程度，对区域环境多样性具有代表性意义，所以选择生物丰度指数作为对比序列具有合理性。
针对5个评价项-植被覆盖指数(VCI)、水网密度指数(WDI)、土地胁迫指数(LSI)、地表形变指数(SDI),社会经济指数(SEI),以及5项数据进行灰色关联度分析，并且以生物丰度指数(BAI)作为"参考值"(母序列)，研究5个评价项-植被覆盖指数(VCI)、水网密度指数(WDI)、土地胁迫指数(LSI)、地表形变指数(SDI)、社会经济指数(SEI)与生物丰度指数(BAI)的关联度，并基于关联度来提供分析参考，使用灰色关联分析时，分辨系数取0.5，结合关联系数计算公式计算出关联系数值，并根据关联系数值，然后计算出关联度值后用于评价判断。
结合关联系数结果进行加权处理，最终得出关联度值，使用关联度值针对5个评价对象进行评价排序；关联度值介于0～1之间，该值越大代表其与“参考值”(母序列)之间的相关性越强，也即意味着其评价越高。将关联结果进行归一化处理，得出各个指标的权重值，权重计算表格如表2所示：
表2
评价指标 关联度系数(i) 指标权重
生物丰度指数(BAI) iBAI＝1 x＝iBAI/K
地表形变指数(SDI) iSDI y＝iSDI/K
土地胁迫指数(LSI) iLSI z＝iLSI/K
社会经济指数(SEI) iSEI f＝iSEI/K
植被覆盖指数(VCI) iVCI g＝iVCI/K
水网密度指数(WDI) iWDI h＝iWDI/K
(i为各指标按照灰色关联分析得到的关联度系数。)
利用灰度关联分析方法确定指标权重，建立生态与地质环境状况EGI指数模型：
EGI＝x×BAI+y×(100-SDI)+z×(100-LSI)+f×(100-SEI)+g×VCI+h×WDI
对上述模型所得的生态地质环境状况指数(EGI)进行可视化处理，结合实际条件，将生态与地质环境状况分为5级，即优、良、中、较差和差，具体分级情况见表3所示。
表3
结合区域内相关生态地质环境相关的政策和环保措施，给出区域内地质生态环境保护的相关意见，为区域地质生态环境保护提供可视化的数据评价支撑。
进一步地，对于地质生态环境评价模型中对于地质环境评价的部分，利用SAR数据采用雷达干涉测量进行形变计算的结果进行地表形变指数的评价。
进一步地，利用地表的形变的程度来表达地质环境的影响，并引入地表形变等级来评价区域地质环境变化。
进一步地，引入灰色关联分析来对模型内各评价指标系数进行动态的调整，以适用于不同区域的地质生态环境状况。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，包括：
获取地质生态环境数据；
基于所述地质生态环境数据，获取评价指标；
计算所述评价指标，并对所述评价指标的计算结果进行分析；
基于分析结果，获取地质生态环境动态情况。
2.根据权利要求1所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，获取所述地质生态环境数据包括：对原始的地质生态环境数据进行实地调查，获取所述地质生态环境数据。
3.根据权利要求1所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，所述评价指标包括：生态环境指标、地质环境指标和社会经济指标，其中，所述生态环境指标包括：生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数，所述地质环境指标包括：地表形变指数，所述社会经济指标包括：社会经济指数。
4.根据权利要求3所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，计算所述评价指标包括：
根据生态环境的多光谱遥感数据计算所述生态环境指标；
根据雷达干涉技术计算所述地质环境指标；
根据统计社会经济数据计算所述社会经济指标。
5.根据权利要求4所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，
所述生物丰度指数为：
BAI＝Abio×(0.35×Afor+0.21×Agra+0.28×Awat+0.11×Acul+0.04×Acon+0.01×Aunl)/A
其中：BAI为生物丰度指数，Abio为生物丰富指数的归一化系数，Afor为评价区域内的林地面积，Agra为评价区域内的草地面积，Awat为评价区域内的水域面积，Acul为评价区域内的耕地面积，Acon为评价区域内的建设用地面积，Aunl为评价区域内的未利用地面积；
所述植被覆盖指数为：
其中，VCI为植被覆盖指数，FVCmean为生长季预设月份植被覆盖度最大值的均值，Pi为预设月份内像元制备覆盖区域的月均值，n为月份数；
所述土地胁迫指数为：
LSI＝Aero×(0.4×Aser+0.2×Amer+0.2×Acon+0.2×Aoer)/A
其中：LSI为土地胁迫指数；Aero是土地胁迫指数的归一化系数；Aser评价区域内的重度侵蚀面积，Amer为评价区域内的中度侵蚀面积，Acon为评价区域内的建设用地面积，Aoer为评价区域内其他侵蚀面积；
所述水网密度指数为：
式中：WDI为水网密度指数，Ariv为河流长度的归一化指数，Lriv为区域内天然形成或人工开挖形成的河流及主干渠的长度，Alak为水域面积的归一化指数，Awat为评价区域内的水域面积，Ares为水资源量的归一化指数，是根据评价区域内相关水利单位提供的水资源数据进行计算得出的水资源量。
6.根据权利要求4所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，计算所述地质环境指标包括：
地表形变指数为：
SDI＝Adef×(0.5×Acon+0.1×Acul+0.1×Afor+0.05×Agra+0.05×Awat+0.2×Abar)
其中：SDI为地表形变指数；Adef为地表形变指数的归一化系数，Afor为评价区域内林地面积，Agra为评价区域内草地面积，Awat为评价区域内水域面积，Acul为评价区域内耕地面积，Acon为评价区域内建设用地面积，Abar为评价区域内裸露地面积。
7.根据权利要求4所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，计算所述社会经济指标包括：
社会经济指数为：
SEI＝Aeco×(0.3×Xprp+0.3×Xgdp+0.2×Xiov+0.2×Xfai)
其中：SEI为社会经济指数；Aeco——社会经济指数的归一化系数，Xprp为评价区域内的常住人口，Xgdp为评估区域内的生产总值，Xiov为评估区域内的规模以上工业总产值，Xfai为评估区域内的全社会固定资产总投资。
8.根据权利要求3所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，对所述评价指标的计算结果进行分析包括：
以所述生物丰度指数为对比序列，其他指数为特征序列，计算所述对比序列与所述特征序列的关联度值，其中，所述其他指数包括：植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数、地表形变指数、社会经济指数；
基于所述关联度值，获取所述对比序列与所述特征序列的权重；
根据所述权重，建立地质生态环境指数模型；
基于所述地质生态环境指数模型，完成所述评价指标的分析。
9.根据权利要求8所述一种地质生态环境动态评价方法，其特征在于，所述地质生态环境指数模型为：
EGI＝x×BAI+y×(100-SDI)+z×(100-LSI)+f×(100-SEI)+g×VCI+h×WDI
其中，EGI为地质生态环境指数模型，x为生物丰度指数权重，y为地表形变指数权重，z为土地胁迫指数权重，f为社会经济指数权重，g为植被覆盖指数权重，h为水网密度指数权重。
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CN117314196A (zh) * 2023-10-18 2023-12-29 河南大学 一种综合生态环境质量评价指标体系的构建方法

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CN109636104A (zh) * 2018-11-06 2019-04-16 青岛理工大学 矿山地质环境质量演变规律的综合评价方法
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胡艳芳 等: "流域生态系统状况评估及遥感动态研究—以汕头市练江流域为例", 中国环境出版集团, pages: 103 - 108 *

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