基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，基于MCR模型，确定重要生态源地之间最小累积阻力路径及适宜路径空间范围；基于电路理论，计算每条最小累积阻力路径的电流邻近中心度，并确定有效廊道；基于电路理论，计算所有源地之间适宜路径空间范围内每个像元电流密度；针对每条有效廊道，依托最小累积阻力路径设定不同宽度缓冲区，计算缓冲区累积电流密度与面积的比值，即连接度效益成本比；提取城市生态廊道“宽度

【技术实现步骤摘要】
基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法


[0001]本专利技术涉及城市生态规划和建设
，具体涉及一种基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法。

技术介绍

[0002]城市生态廊道(urban ecologicalcorridor)是指城市区域内，具有一定宽度和连通性的带状或线状生态空间集合，主要由绿地、林地、草地、湿地、水域、园地、耕地等及生态功能显著的其他用地空间作为要素组成，是城市生态网络的重要组成部分。构建高效、节约的城市生态廊道体系，可以有效连通分散的生态源地、限制城市无序扩张、保护城市生物多样性、增强生态服务功能，对于协调生态保护与城市发展之间的用地矛盾，维持健康稳定的城市生态安全格局具有重要意义。
[0003]生态廊道的宽度受焦点物种、植被构成情况(包括植被结构、密度、盖度等)、主导功能、周边土地利用、廊道长度、社会经济水平、气候条件等多种因素影响，如何在高度城市化地区确定廊道宽度是生态廊道建设的难点和重点。过窄的廊道连接度小、边缘效应大，动植物的栖息生存价值低，生态服务功能有限；廊道宽度越大，连接度和生态服务功能一般越高，但过宽的廊道占地面积大，与城市用地资源紧缺之间矛盾突出。在土地资源紧缺的城市化地区，生态廊道往往要服务于多个焦点物种，而不同焦点物种对于廊道的宽度要求不一，既要满足生态功能需求，又要降低对用地资源的占用，因此需要确定生态廊道的最小理想宽度。
[0004]目前确定生态廊道宽度的方法主要有两大类：一类是通过MCR模型提取最小累积阻力路径，然后在路径的两侧设定均一的宽度来确定空间范围；另外一类是基于对河流、路网和其他基础设施走廊的重要性、用地规模和用地现状等，判断廊道等级。
[0005]上述两类方法均存在宽度设定较为主观的问题，不能定量反映廊道宽度与连接度之间的关系。在不同连接度指标中，功能连接度 (functional connectivity)能够反映景观促进或阻碍目标物种或生态过程在源地间运动的程度，是表征生态廊道有效连通性的核心指标。因此，亟需一种满足生态功能需求且用地面积最小的城市生态廊道宽度确定方法，在保障廊道功能连接度的同时，实现对城市用地资源的节约。

技术实现思路

[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，首先在确定对象城市拟保护焦点物种的前提下，构建综合阻力面，基于MCR模型确定不同重要生态源地之间最小累积阻力路径及适宜路径空间范围；然后基于电路理论的连接度模型，计算最小累积阻力路径的电流邻近中心度，确定有效廊道；同时计算所有源地之间适宜路径空间范围内每个像元的电流密度，用其表征焦点物种通过该像元的概率，即功能连接度；再次，针对每一条有效廊道，在GIS软件中依托其最小累积阻力路径依次设定不同宽度的多级缓冲区，计算缓冲区内所有像元电流密度的累加值；并计算电流密
度累加值与廊道用地面积的比值，即连接度效益成本比；最后，采用分段线性回归模型，提取城市生态廊道“宽度
‑
连接度效益成本比”分段线型回归曲线的唯一折点，该折点对应宽度值即为用地规模约束下该城市生态廊道的最小理想宽度。
[0007]本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，包括生态源地筛选和综合阻力面构建，基于生态源地和综合阻力面采用最小累积阻力模型模拟和提取生态源地之间的最小累积阻力路径及适宜路径空间范围；
[0009]采用电路理论，计算每条最小累积阻力路径的电流邻近中心度，确定有效廊道；计算所有生态源地之间适宜路径空间范围内每个像元的电流密度；针对每条有效廊道，以最小累积阻力路径为中心，制作阶梯式宽度的多级缓冲区，计算每一级缓冲区内所有像元电流密度的累加值，计算电流密度的累加值与廊道用地面积的比值；
[0010]针对每条有效廊道，以宽度为横坐标、对应宽度下电流密度的累加值与廊道用地面积的比值为纵坐标绘制散点图，针对每条有效廊道在散点图中基于分段线性回归模型提取唯一未知折点，即前后两段线性回归模型的交点，该交点对应的宽度值为用地规模约束下的城市生态廊道的最小理想宽度。
[0011]进一步地，分段线性回归模型公式如下：
[0012]BCRC＝I+αW+β(W
‑
ψ)+，
[0013]其中，BCRC为连接度效益成本比，W是廊道宽度，I是回归模型的截距，α是第一段线性回归的斜率，β是两段线性回归的斜率差，(α+β) 是第二段线性回归的斜率，ψ即折点所在的廊道宽度。
[0014]进一步地，筛选有效廊道时，基于生态源地和综合阻力面，采用电路理论模拟每条最小累积路径的电流邻近中心度，在GIS软件中根据每条最小累积阻力路径的中心度值大小对最小累积阻力路径进行分级，设定级别阈值提取有效廊道。
[0015]进一步地，生态源地筛选时，包括以下步骤：
[0016]步骤1、获取对象城市现状绿地斑块的空间分布数据；
[0017]步骤2、在GIS软件中对获取的对象城市现状绿地斑块进行裁剪、聚合，筛选得到备选生态源地；
[0018]步骤3、确定对象城市拟保护的焦点物种，综合人类生态宜居和焦点物种栖息需求构建城市生态源地筛选指标体系，将备选生态源地进行重要性等级划分，根据重要性等级选取生态源地。
[0019]进一步地，综合阻力面构建时，将现状土地利用类型与其他阻力因子结合构建阻力因子表，其他阻力因子包括距生态源地距离、距骨干道路距离、距骨干河流距离、人口密度、植被质量、高程、坡度中的至少一项；对阻力因子表赋值，基于GIS软件将各阻力因子的栅格图层进行空间叠加获取综合阻力面。
[0020]进一步地，制作阶梯式宽度的多级缓冲区时，以最小累积阻力路径为中心，设定起始宽度，以起始宽度为基准逐级等量增加宽度至设定的终止宽度。
[0021]相比与现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术的基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，采用分段线性回归模型，建立每一条有效廊道的连接度效益成本与宽度之间的数学模型，定量反映不
同宽度下城市生态廊道建设所获得的连接度效益与其用地成本之间的关系，通过在散点图中基于分段线性回归模型提取前后两段线性回归的交点进而明确在用地规模约束下满足生态功能需求且用地面积最小的理想宽度值，避免了在廊道宽度确定时主观性较强的问题。
[0023]2、本专利技术综合了最小累积阻力模型(MCR模型)和电路理论，MCR 模型可以有效提取不同源地之间累积阻力的最小路径；基于电路理论的连接度模型用电子在电路中随机流动的特性来模拟焦点物种在景观中的迁移扩散过程，电流密度可以表征对功能连接度具有重要影响的景观要素或者“夹点”区域(夹点区域为廊道中电流密度较大的区域)，可以作为确定生态廊道合理宽度的数据基础。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的确定城市生态廊道最小理想宽度的技术流程图。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，其特征在于，包括生态源地筛选和综合阻力面构建，基于生态源地和综合阻力面采用最小累积阻力模型模拟和提取生态源地之间的最小累积阻力路径及适宜路径空间范围；采用电路理论，计算每条最小累积阻力路径的电流邻近中心度，确定有效廊道；计算所有生态源地之间适宜路径空间范围内每个像元的电流密度；针对每条有效廊道，以最小累积阻力路径为中心，制作阶梯式宽度的多级缓冲区，计算每一级缓冲区内所有像元电流密度的累加值，计算电流密度的累加值与廊道用地面积的比值；针对每条有效廊道，以宽度为横坐标、对应宽度下电流密度的累加值与廊道用地面积的比值为纵坐标绘制散点图，针对每条有效廊道在散点图中基于分段线性回归模型提取唯一未知折点，即前后两段线性回归模型的交点，该交点对应的宽度值为用地规模约束下的城市生态廊道的最小理想宽度。2.根据权利要求1所述的基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方法，其特征在于，分段线性回归模型公式如下：BCRC＝I+αW+β(W
‑
ψ)
+
，其中，BCRC为连接度效益成本比，W是廊道宽度，I是回归模型的截距，α是第一段线性回归的斜率，β是两段线性回归的斜率差，(α+β)是第二段线性回归的斜率，ψ即折点所在的廊道宽度。3.根据权利要求1所述的基于功能连接度的城市生态廊道最小理想宽度确定方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浪，仲启铖，张桂莲，易扬，李晓策，林勇，邢璐琪，郑谐维，林奕成，
申请(专利权)人：上海市园林科学规划研究院，
类型：发明
国别省市：