一种基于矢量数据的生境网络构建方法技术

本发明专利技术提出一种基于矢量数据的生境网络构建方法，包括：S1，收集研究区内造成景观破碎的人工要素；S2，将研究区内的人工要素进行擦除得到多个分区，对分区内部所存在的生境斑块按照分区进行分组；S3，对生境斑块进行缓冲区分析，并对重叠的缓冲区进行融合；S4，对融合后的缓冲区再次进行逆向缓冲；S5，基于S2步骤中被人工要素分割后的分区空间分布图，计算研究区的有效斑块面积指标A

A construction method of habitat network based on vector data

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量数据的生境网络构建方法
本专利技术涉及区域景观格局分析领域，尤其涉及一种基于矢量数据的生境网络构建方法。
技术介绍
当前，我国正在处于高速的城镇化进程中，城乡建设用地持续扩张和区域交通设施的快速增加，使得生态用地面积持续减少，尤其是高等级的公路、铁路构成了物种迁徙的人工屏障，导致生物栖息地被分割，种群萎缩，生态空间变得日益破碎化、岛屿化，人类对城乡空间的开发利用所引起的景观破碎化已成为全球生物多样性加速下降的重要原因。我国的国土空间规划是坚持山水林田湖草生命共同体理念，保护生态廊道，构建互联互通的生态网络。生态网络是一个地区同类型生态系统(生境)的集合，是增加区域物种栖息地有效面积的方式之一，可以理解为高质量的生境互相联通，减少景观破碎化对残余自然斑块的负面影响，以改善区域生态系统服务功能，是实现区域城乡可持续发展和生态文明建设的重要途径，是区域空间规划至关重要的核心内容之一。景观破碎化和生境连通性两个概念相互关联，也存在差异。景观破碎化主要是由于线状人工要素和大面积建设用地(例如，交通网络和城镇)对地表整体的切割作用，导致景观被划分为孤立的“碎斑”，从而丧失了斑块间的物质、能量交流。生境是景观中物种赖以生存的栖息环境(例如森林等)，景观破碎化必然会引起生境的破碎化，导致生境连通性降低；同时生境面积的萎缩，也会导致生境本身的内部连通性降低；此外，生境的连通性也与物种的最远迁徙距离(生境间最大连通距离)有关，对于空间间距一样的生境斑块，能够长途迁徙的物种的生境连通性要高于短距离迁徙的物种。总之，生境的连通性与景观的破碎化程度、生境的面积大小，以及生境之间最大连通距离密切相关。当前对生境连通性的分析和评估方法主要是利用最小成本路径模型构建生境斑块之间的连接廊道，将生境和生境之间的连接廊道简化为节点和连接线，采用基于图论的相关指标对生态网络的连通性进行评估，例如中介性(BetweennessCentrality)、连通可能性(ProbabilityofConnectivity)等指标。然而，应用于栅格数据的最小成本路径模型的计算复杂，尤其是在大区域尺度上模拟大量生境斑块间的廊道对计算机性能要求很高，耗时费力，且最小成本路径仅是在生境边缘建立连接，无法体现生境斑块的空间形态对廊道分布的影响，不利于在多空间尺度开展生态廊道规划实践。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，在充分考虑道路、城市建设用地对景观的破碎化作用下，本专利技术基于矢量数据提出一种快速、简化的生境廊道构建方法，针对所构建生境网络提出了相对应的生境连通性评估指标。本专利技术所提出的生境连通性评估指标是考虑交通网络和城市建设对景观的破碎化作用基础上，提出有效生境网络面积指标，评估生境斑块在景观破碎状态下的连通性(包括斑块内部连通性和斑块之间的外部连通性)。首先根据破碎化后的分区空间分布，计算景观破碎度指标(即有效斑块面积指标)；其次在景观分区的基础上，构建各分区内的生境网络，计算有效生境网络面积；在此基础上，进一步采用有效生境网络面积与有效斑块面积的比值表示区域生境网络的连通强度，该指标反映了在受到人工要素对地表的破碎化作用下，生境在空间分布上所达到的连通性与其所能达到的最大连通性的比值。本专利技术的有益效果为：可实现快速、直观的区域生态廊道模拟，并在充分考虑各类人工要素对地表分割作用的基础上，对生境连通性和连通强度进行评估。相较于基于栅格数据的最小成本路径模型，本专利技术可实现在大区域尺度上针对大量生境斑块的快速模拟和评估，并直观反映区域生态廊道的空间位置、宽度等信息。附图说明为了更容易理解本专利技术，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本专利技术。这些附图只描绘了本专利技术的典型实施方式，不应认为对本专利技术保护范围的限制。图1为本专利技术的方法的流程图。图2为本专利技术所构建的基于矢量数据的生境网络构建流程图。图3为本专利技术所构建廊道的宽度与源地形态的关系示意图。图4为有效斑块面积和有效生境网络面积指标计算示例。图5为本专利技术所提出的有效生境网络面积指标的应用示例说明。图6为人工要素参数说明及数据处理的图。图7为本专利技术实施例中2015年京津冀地区交通网络和城区分布图，以及由人工要素所造成的破碎化地表分布图。图8为本专利技术实施例中京津冀地区基于800米最大连通距离的林地生境网络分布图。图9为本专利技术实施例中北京、天津、石家庄基于800米最大连通距离的林地生境网络分布图。图10为本专利技术实施例中基于城市单元的有效斑块面积和有效林地网络面积的统计结果。图11为本专利技术实施例中基于城市单元的林地网络连通强度的统计结果。具体实施方式下面参照附图描述本专利技术的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。由图1所示，本专利技术提出生态网络构建及其连通性测度方法包括以下步骤：S1、空间数据收集：收集研究区(基质)内造成景观破碎的人工要素，包括高等级公路、铁路和大面积的城镇建设用地，以及需要建立廊道连接的生境空间分布数据。采用景观生态学中的“斑块-廊道-基质”模式假设地表研究区域由人工要素、生境斑块和基质背景三部分构成，见图2中的(a)。S2、区域空间破碎化：采用ArcGIS软件中的erase工具将研究区内的人工要素进行擦除操作，导致研究区(基质)被分割为多个分区，并对分区内部所存在的生境斑块按照分区进行分组。由于人工要素对地表的破碎化作用，导致分区之间无法建立有效的生态廊道，仅同一分区内的生境可建立有效生态廊道，见图2中的(b)。S3、对各分区内的生境斑块进行缓冲区分析，并对重叠的缓冲区进行融合：假设生境之间的最大连通距离为L(实际应用中可采用多个最大连通距离构建多尺度生态网络)，采用ArcGIS软件中的Buffer工具，对同一分区内的生境斑块进行缓冲区分析，缓冲距离为相距小于L的生境斑块的缓冲区范围出现重叠，并对重叠的缓冲区进行融合，见图2中的(c)。S4、对融合后的缓冲区再次进行逆向缓冲，生成生境网络空间分布图：缓冲距离为各分区内相邻生境斑块之间逆向缓冲区即构成了生态廊道，生境通过生态廊道相连构建生境网络，见图2中的(d)。通过多次缓冲方法所得生态廊道的空间形态与相邻生境所对应的连接边密切相关。由图3可以看出，生境之间对应边界的长度比决定了廊道的宽度，该方法所生成的生态廊道一定程度上体现了生境之间潜在的信息流的强度。S5、基于S2步骤中被人工要素分割后的分区空间分布图，计算研究区的景观破碎度指标，即有效斑块面积指标Aeff。由于研究区的边界对地表景观同样会起到类似人工要素的分割作用，所以在实践应用中，不仅要考虑研究区内被人工要素分割后的分区面积，还需要考虑在研究区边界之外与分区相连的部分。有效斑块面积指标计算公式如下：其中，Aeff表示被人工要素分割后的研究区的有效斑块面积指标，其取值范围为(0,]；n表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矢量数据的生境网络构建方法，其特征在于，包括：/nS1，收集研究区内造成景观破碎的人工要素；/nS2，将研究区内的人工要素进行擦除得到多个分区，对分区内部所存在的生境斑块按照分区进行分组；/nS3，对各分区内的生境斑块进行缓冲区分析，并对重叠的缓冲区进行融合；/nS4，对融合后的缓冲区再次进行逆向缓冲，生成生境网络空间分布图；/nS5，基于S2步骤中被人工要素分割后的分区空间分布图，计算研究区的有效斑块面积指标A

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量数据的生境网络构建方法，其特征在于，包括：
S1，收集研究区内造成景观破碎的人工要素；
S2，将研究区内的人工要素进行擦除得到多个分区，对分区内部所存在的生境斑块按照分区进行分组；
S3，对各分区内的生境斑块进行缓冲区分析，并对重叠的缓冲区进行融合；
S4，对融合后的缓冲区再次进行逆向缓冲，生成生境网络空间分布图；
S5，基于S2步骤中被人工要素分割后的分区空间分布图，计算研究区的有效斑块面积指标Aeff；
S6，基于S4步骤中所生成的生境网络空间分布图计算有效生境网络面积指标


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
S7，根据S6计算的结果，计算生境连接强度指标


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在S3中，如果生境之间的最大连通距离为L，对同一分区内的生境斑块进行缓冲区分析，缓冲距离为对相距小于L的生境斑块的重叠的缓冲区进行融合。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
在S4中，对融合后的缓冲区再次进行逆向缓冲。

【专利技术属性】
技术研发人员：侯伟，翟亮，乔庆华，桑会勇，张英，刘佳，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11