基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法。物种多样性，运用最大熵模型预测重点物种的分布，得到物种栖息地分布预测图；景观多样性，运用景观格局指数计算工具，根据土地利用/覆盖数据计算研究区内各个规划单元的香农多样性指数，得到研究区内景观多样性分布图；生态系统多样性，选取生态系统服务功能的综合评价与权衡模型，运用该模型中的栖息地质量模块制作研究区的生境质量分布图；将物种多样性、景观多样性和生态系统多样性的分析结果进行整合并结合规划单元成本数据空间插值结果，输入Marxan模型，根据模型最终选取的最优范围和不可替代性值的分布结果，综合得到最终的保护区自然边界和功能分区。和功能分区。和功能分区。

【技术实现步骤摘要】
基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法


[0001]本专利技术涉及遥感、生态
，更具体地，涉及一种基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，运用计算机技术进行多源数据融合分析处理。

技术介绍

[0002]自然环境越来越受到人类活动的影响，甚至影响全球生态系统的适应能力和恢复力，降低生态系统维持生产力和提供其他关键生态系统服务的能力。保护区是生物多样性保护、生态安全保障、生态文明建设的重要保障。我国自然保护区在保护生物多样性、保护自然遗产、改善生态环境质量、维护国家生态安全等方面发挥了重要作用，但其范围和功能的划定不够科学合理，例如一些自然保护区与其他自然保护区重叠，历史遗留问题多，管控措施针对性和可操作性差等，这些问题严重影响了保护区野生动植物的保护和管理。因此，迫切需要建立一种科学合理的方法来评价保护区及周边地区的资源、环境和生态状况，并划定更合理的保护区自然边界和功能分区办法，为实现生物多样性和人类与生态自然可持续和谐发展的目标。此外，大多数相关研究都集中在生物多样性方面，目前缺乏关于保护区对周边人群的社会经济和文化影响的研究。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，基于多学科交叉应用，运用模拟退火算法模型，综合考虑了物种、景观、生态系统和经济发展因素对于保护区的影响，最终形成保护区的自然边界并根据训练结果选取核心保护区和一般控制区。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、进行物种多样性分析评估，运用最大熵模型预测研究区中需要保护的陆生脊椎动物以及地栖鸟类的分布，得到物种栖息地分布预测图；
[0007]步骤2、进行景观多样性分析，运用景观格局指数计算工具中的香农多样性指数运算模块，根据研究区的土地利用/覆盖数据计算研究区范围内各个规划单元的香农多样性指数值，得到研究区内景观破碎程度的分布结果；
[0008]步骤3、进行生态系统多样性分析，运用生态系统服务功能的综合评价与权衡模型中的栖息地质量模块制作研究区的生境质量分布图，以反映研究区的生态系统质量；
[0009]步骤4、进行自然边界划分，将物种多样性、景观多样性和生态系统多样性的分析结果，进行整合处理，结合研究区管理成本数据空间插值分布结果，输入Marxan模型进行训练，经过足够的训练次数，根据训练中选取的最优结果和不可替代性值的分布结果，综合得到最终的保护区自然边界；
[0010]步骤5、进行保护区功能分区，根据Marxan模型得到的不可替代性值的分布结果，划分核心保护区和一般控制区。
[0011]进一步地，所述步骤1包括：
[0012]获取研究区高程数据、归一化植被指数数据、野生生物红外摄像机调查数据和研究区生物气候数据；所述研究区高程数据包括海拔、坡度和坡向；所述野生生物红外摄像机调查数据包括属性、分布；
[0013]对多个类别的研究区生物气候数据进行皮尔逊相关性分析，选取相关系数小于0.8的气候数据作为气候影响因子；
[0014]对获取的数据进行预处理，将数据分辨率和坐标系均统一设定为相同且合理的尺度；
[0015]根据最大熵模型运算结果的受试者工作特征曲线下的面积值，选取面积值大于0.7的物种作为可用的物种预测分布结果，选取模型模拟结果均值大于0.4的区域作为物种适宜分布区域。
[0016]进一步地，所述步骤2包括将研究区通过图像处理工具进行规划单元划分；
[0017]其中，所述将土地利用/覆盖数据输入至规划单元网格内，输出对应的规划单元网格的土地利用/覆盖数据，包括每个规划单元中不同地物的面积和空间分布；
[0018]运用图像处理工具中的移动窗格克里金法工具，将土地利用/覆盖数据空间插值至规划单元中，将生成的规划单元插值数据输入景观格局指数计算工具中，输出所述的香农多样性指数值；
[0019]采用自然断裂法将香农多样性指数值分为4个等级：低、中、中高和高。
[0020]进一步地，运用所述步骤3中的栖息地质量模块之前，根据研究区域的条件，调整相关参数，包括：
[0021]在研究区内选取人造地物类型为威胁因子，威胁因子的最大干扰半径、威胁因子的权重和距离递减率；获取各土地利用类型的生境质量对威胁因子的相对敏感性；
[0022]运用生态系统服务功能的综合评价与权衡模型中的栖息地质量模块计算研究区的生境质量指数，根据生成的生境质量指数，运用自然断裂法分为四个等级：低、中、中高和高。
[0023]进一步地，所述步骤4包括：
[0024]运用各个动物的保护级别、濒危程度和贸易管制级别的对应数值计算均值，取均值加1的25％值，作为最终各个动物的保护目标面积占比；
[0025]针对研究区景观多样性和生态系统多样性对自然环境保护决策的影响程度进行评分，综合计算景观和生态系统对应保护目标面积占比，占比取值范围为15％
‑
30％。
[0026]进一步地，确定保护目标后，输入并运用图像处理工具中的栅格重分类和分区几何计算工具计算出的影响因素的保护目标面积，包括：
[0027]所述步骤1中得到的物种适宜分布预测区域面积、所述步骤2中得到的景观多样性中高和高的区域面积以及所述步骤3中得到的生态系统质量中高和高的面积，以及所述步骤4中计算得到的保护目标面积比例值；
[0028]运用栅格图像处理工具根据人均GDP分布值进行研究区规划单元的管理成本空间插值，最终得到研究区保护成本数据集；
[0029]进行数据处理，得到边界长度修改量数据和物种惩罚因子数据，输入Marxan模型中，进行训练；输出最优保护区域和各个规划单元的不可替代性值分布数据；
[0030]获取研究区内各个规划单元不可替代性值，进行空间插值处理，进行数据可视化，选取不可替代值超过40％总训练次数的区域与最优保护区域的并集作为保护区范围。
[0031]进一步地，所述步骤5中，将不可替代性值超过总训练次数80％的区域划分为核心保护区；将不可替代性值大于总训练次数40％且小于80％的区域划分为一般控制区。
[0032]有益效果：
[0033]本专利技术不仅考虑了动物栖息地和生态环境的保护，还考虑了人文景观和地方经济的成本和发展。将多个模型进行综合应用，实现最大保护效率。本专利技术不仅可以测算保护区周边动物的分布情况，还可以科学划分重点保护动物的栖息地范围，也为保护区的自然边界划分和功能划分提供决策依据。
附图说明
[0034]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0035]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法的流程图；
[0036]图2示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、进行物种多样性分析评估，运用最大熵模型预测研究区中需要保护的陆生脊椎动物以及地栖鸟类的分布，得到物种栖息地分布预测图；步骤2、进行景观多样性分析，运用景观格局指数计算工具中的香农多样性指数运算模块，根据研究区的土地利用/覆盖数据计算研究区范围内各个规划单元的香农多样性指数值，得到研究区内景观破碎程度的分布结果；步骤3、进行生态系统多样性分析，运用生态系统服务功能的综合评价与权衡模型中的栖息地质量模块制作研究区的生境质量分布图，以反映研究区的生态系统质量；步骤4、进行自然边界划分，将物种多样性、景观多样性和生态系统多样性的分析结果，进行整合处理，结合研究区管理成本数据空间插值分布结果，输入Marxan模型进行训练，经过足够的训练次数，根据训练中选取的最优结果和不可替代性值的分布结果，综合得到最终的保护区自然边界；步骤5、进行保护区功能分区，根据Marxan模型得到的不可替代性值的分布结果，划分核心保护区和一般控制区。2.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，其特征在于，所述步骤1包括：获取研究区高程数据、归一化植被指数数据、野生生物红外摄像机调查数据和研究区生物气候数据；所述研究区高程数据包括海拔、坡度和坡向；所述野生生物红外摄像机调查数据包括属性、分布；对多个类别的研究区生物气候数据进行皮尔逊相关性分析，选取相关系数小于0.8的气候数据作为气候影响因子；对获取的数据进行预处理，将数据分辨率和坐标系均统一设定为相同且合理的尺度；根据最大熵模型运算结果的受试者工作特征曲线下的面积值，选取面积值大于0.7的物种作为可用的物种预测分布结果，选取模型模拟结果均值大于0.4的区域作为物种适宜分布区域。3.根据权利要求1所述的基于多源数据融合的保护区自然边界划分和功能分区方法，其特征在于，所述步骤2包括将研究区通过图像处理工具进行规划单元划分；其中，所述将土地利用/覆盖数据输入至规划单元网格内，输出对应的规划单元网格的土地利用/覆盖数据，包括每个规划单元中不同地物的面积和空间分布；运用图像处理工具中的移动窗格克里金法工具，将土地利用/覆盖数据空间插值至规划单元中，将生成的规划单元插值数据输入景观格局指数计算工具中，输出所述的香农多样...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚武韬，王诗缘，马勇，陈甫，尚二萍，仉淑艳，杨进，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：