基于网络群组特征的生态管理分区方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络群组特征的生态管理分区方法，包括：采集研究区域的相关数据，并对数据进行预处理；根据预处理后的数据对研究区域进行生境质量评价，并根据生境质量评价结果选取生态源地并构建生态廊道，从而形成生态网络；基于生态网络建立引力模型，在引力模型的基础上，采用CONCOR算法对生态源地进行群组划分，并分析群组结构特征；基于划分的群组特征，进行网络分区，并对分区进行评价；基于生境质量评价，群组结构特征，分区管理特点，制定分区规划保护措施。本发明专利技术解决了现有分区方法侧重区域生态属性特征，忽略了空间结构联系网，未充分考虑生态要素在生态过程中相互联系的问题，为区域生态差异化治理提供新视角。为区域生态差异化治理提供新视角。为区域生态差异化治理提供新视角。

【技术实现步骤摘要】
基于网络群组特征的生态管理分区方法


[0001]本专利技术属于生态保护的
，具体涉及一种基于网络群组特征的生态管理分区方法。

技术介绍

[0002]随着城镇化进程与人类活动的不断加剧，导致生态土地持续破碎化乃至丧失，城市生态安全受到严重威胁。生态分区管理是生态保护领域的重要科学问题，对于维持区域生态安全具有重要意义。城市生态管理分区所体现的城市生态功能异质性，是城市用地开发指引和生态空间管控的重要依据。如何准确、科学、合理的划分城市生态管理分区,对于城市生态生态差异化治理，构建城市生态安全格局尤为重要。
[0003]目前，针对生态分区管控的研究较为丰富，包括：基于不同生态要素的生态分区,如水源、湿地、绿地等；基于不同研究热点的生态分区,如国土生态空间修复分区、生态系统服务供需关系分区等；基于不同评价指标体系，如生境质量、生态系统服务价值、生态敏感性、生态脆弱性等，运用矩阵分析、聚类分析、多准则决策等指标分析方法进行生态分区的划定。然而由于缺乏生态要素完整性和协调性观念，现有评价体系注重了区域生态属性特征，忽略了生态空间形态特征，忽视了区域生态要素之间的关系。
[0004]生态网络能够反映区域生态要素的形状、比例和空间配置，体现空间中点、线、面所构成的潜在关系。作为生态网络中的关键要素，生态斑块反映区域生态系统服务价值、生境质量等属性，廊道有效维持区域内物质、能量、信息等的交换与流动。斑块间产生物种联系，形成辐射效应，使碎片化的生态土地能够在空间中形成多个群体，从而产生组群效应，形成不同功能区域，使各生态区域的服务功能产生“1＋1>2”的效果。相较于指标体系分区，网络群组结构充分考虑生态要素在生态过程中的相互联系，关注结构联系网，将区域分成异质性群组，在生态要素功能同质性及相互联系基础上，使有机体能够在斑块间进行迁移、信息交换，维持生态过程完整性。基于生态网络的群组特征进行生态管理分区，对于制定合理的生态保护规划，谋划合理的生态布局促进生态环境与社会经济协调发展具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于网络群组特征的生态管理分区方法，该方法解决了现有分区方法侧重区域生态属性特征，忽略了空间结构联系网，未充分考虑生态要素在生态过程中相互联系的问题，为区域生态差异化治理提供新视角，对构建生态安全格局，实现城市生态安全具有重要意义。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于网络群组特征的生态管理分区方法，包括如下步骤：步骤1、采集研究区域的相关数据，包括遥感影像数据和矢量数据，并对数据进行预处理；
步骤2、根据预处理后的数据对研究区域进行生境质量评价，并根据生境质量评价结果选取生态源地并构建生态廊道，从而形成生态网络；步骤3、基于步骤2形成的生态网络建立引力模型，在引力模型的基础上，采用CONCOR算法对生态源地进行群组划分，并分析群组结构特征；步骤4、基于划分的群组特征，进行网络分区，并对分区进行评价；步骤5、基于生境质量评价，群组结构特征，分区管理特点，制定分区规划保护措施。
[0007]进一步地，步骤1中预处理方法包括：获取研究区域的土地利用数据并将其进行土地利用类型划分，包括耕地、林地、草地、水域、建设用地、其他用地；获取高程数据，并据此计算坡度，坡向以及地形起伏度；获取路网数据，包括提取铁路、高速路、国道、省道及县道五类道路信息。
[0008]进一步地，步骤2中研究区域进行生境质量评价的计算公式为：；；；式中：Q
xj
为第j 种土地利用类型中栅格x的生境质量指数，Q
xj
∈[0, 1]，其中，栅格为步骤1中获取的遥感影像重采样后划分的网格；H
j
为第j 种生境类型的生境适宜性分值；z为尺度常数；k为半饱和常数；D
xj
为第j 种生境类型中栅格x 的生境退化度，R为威胁因子总数，Yr为栅格y上威胁因子的个数，、、、依次对应代表不同威胁因子的权重、栅格y中的威胁因子 r对栅格 x 的影响、生境抗干扰水平、生境类型j对威胁因子r的敏感程度；d
xy
代表栅格 x、y 之间的距离，d
rmax
代表威胁因子 r的最大胁迫距离。
[0009]进一步地，将生境质量评价值最高的土地利用类型作为MSPA分析的前景要素，MSPA通过空间拓扑关系将前景分为核心、孤岛、孔隙、边缘区、环道区、桥接区和分支，提取出核心区，再对核心区进行景观连通性评价，用斑块重要性dPC来衡量核心区的连通性，其计算公式为：；PC值表示所有核心区都存在时的景观整体的可能连通性指数，PCremove指缺少某一核心区后剩余核心区组成的景观的可能连通性指数；当dPC越大时，说明缺少该核心区时，整体的可能连通性指数变化量大，表示该核
心区在景观连通中的重要性越大；最终将dPC值大于1的核心区作为生态源地。
[0010]进一步地，步骤3中，构建MCR模型，通过MCR模型确立生态源地到目标地之间的生态廊道，MCR模型的计算公式为：；式中，MCR为最小累积阻力值；f是未知的正函数，反映空间中任一点的最小累积阻力值与该点到所有生态源地的距离及景观阻力面的正相关关系；D
ij
表示景观阻力面上物种从生态源地j到空间单元i的距离；R
i
表示景观基面上空间单元i对物种扩散所造成的阻力；MCR模型通过计算物种在景观阻力面上从生态源地点到目标地所需克服的最小累积阻力获取二者间的最低成本路径，该最低成本路径则视为物种在两地间迁移扩散的最优路径，这条最优路径即确立为生态廊道。
[0011]进一步地，根据土地利用类型、地形要素、距道路距离三种因素赋予空间单元阻力系数及权重，构建综合阻力面，其中，生态用地赋予的阻力系数比非生态用地更小，缓坡比陡坡的阻力系数更小，距离高速公路越近阻力系数越大。
[0012]进一步地，步骤3中构建的引力模型为：；G
ab
指生态源地a、b之间的引力值，N
a
、N
b
为生态源地a、b的权重，通过生态源地生境质量评价值与生态源地面积乘积获得；D
ab
为两生态源地之间廊道连接的最短距离。
[0013]进一步地，步骤3中对生态源地进行群组划分的方法为：以各生态源地的引力值G
ab
为指标构建N
×
N的对称矩阵，计算该对称矩阵各行或各列的相关系数，之后把相关系数矩阵作为输入矩阵，继续计算此矩阵的各个行或者各个列之间的相关系数，依次类推经多次迭代运算后，矩阵的相关系数值由
‑
1 和1 组成，通过对该矩阵的各个行和列同时进行置换,从而进行实现对各生态源地进行群组划分，其简化形式为：；此外，对上述为+1的子矩阵进行同样的群组划分操作从而得到多个分区。
[0014]进一步地，对划分后的群组计算凝聚子群内密度和凝聚子群间密度，根据凝聚子群内密度和凝聚子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于网络群组特征的生态管理分区方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、采集研究区域的相关数据，包括遥感影像数据和矢量数据，并对数据进行预处理；步骤2、根据预处理后的数据对研究区域进行生境质量评价，并根据生境质量评价结果选取生态源地并构建生态廊道，从而形成生态网络；步骤3、基于步骤2形成的生态网络建立引力模型，在引力模型的基础上，采用CONCOR算法对生态源地进行群组划分，并分析群组结构特征；步骤4、基于划分的群组特征，进行网络分区，并对分区进行评价；步骤5、基于生境质量评价，群组结构特征，分区管理特点，制定分区规划保护措施。2.根据权利要求1所述的基于网络群组特征的生态管理分区方法，其特征在于，步骤1中预处理方法包括：获取研究区域的土地利用数据并将其进行土地利用类型划分，包括耕地、林地、草地、水域、建设用地、其他用地；获取高程数据，并据此计算坡度，坡向以及地形起伏度；获取路网数据，包括提取铁路、高速路、国道、省道及县道五类道路信息。3.根据权利要求1所述的基于网络群组特征的生态管理分区方法，其特征在于，步骤2中研究区域进行生境质量评价的计算公式为：；；；式中：Q
xj
为第j 种土地利用类型中栅格x的生境质量指数，Q
xj
∈[0, 1]，其中，栅格为步骤1中获取的遥感影像重采样后划分的网格；H
j
为第j 种生境类型的生境适宜性分值；z为尺度常数；k为半饱和常数；D
xj
为第j 种生境类型中栅格x 的生境退化度，R为威胁因子总数，Yr为栅格y上威胁因子的个数，、、、依次对应代表不同威胁因子的权重、栅格y中的威胁因子 r对栅格 x 的影响、生境抗干扰水平、生境类型j对威胁因子r的敏感程度；d
xy
代表栅格 x、y 之间的距离，d
rmax
代表威胁因子 r的最大胁迫距离。4.根据权利要求1所述的基于网络群组特征的生态管理分区方法，其特征在于，将生境质量评价值最高的土地利用类型作为MSPA分析的前景要素，MSPA通过空间拓扑关系将前景分为核心、孤岛、孔隙、边缘区、环道区、桥接区和分支，提取出核心区，再对核心区进行景观连通性评价，用斑块重要性dPC来衡量核心区的连通性，其计算公式为：
；PC值表示所有核心区都存在时的景观整体的可能连通性指数，PCremove指缺少某一核心区后剩余核心区组成的景观的可能连通性指数；当dPC越大时，说明缺少该核心区时，整体的可能连通性指数变化量大，表示该核心区在景观连通中的重要性越大；最终将dPC值大于1的核心区作为生态源地。5.根据权利要求1所述的基于网络群组特征的生态管理分区方法，其特征在于，步骤3中，构建MCR模型，通过MCR模型确立生态源地到目标地之间的生态廊道，MCR模型的计算公式为：；式中，MCR为最小累积阻力值；f是未知的正函数，反映空间中任一点的最小累积阻力值与该点到所有生态源地的距离及景观阻力面的正相关关系；D
ij
表示景观阻力面上物种从生态源地j到空间单元i的距离；R
i
表示景观基面上空间单元i对物种扩散所造成的阻力；MCR模型通过计算物种在景观阻力面上从生态源地点到目标地所需克服的最小累积阻力获取二者间的最低成本路径，该最低成本路径则视为物种在两地间迁移扩散的最优路径，这条最优路径即确立为生...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建华，袁毅，张苗苗，覃荣诺，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：