[發(fā)明專利]融合景觀指數(shù)和隨機(jī)游走模型的生態(tài)安全格局識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110787661.3
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113505510B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭立;黃可欣;鄧偉
• 申請（專利權(quán)）人: 四川師范大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T5/30;G06T7/62;G06T7/136
• 代理公司: 成都宏田知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51337
• 代理人: 常利敏

1.融合景觀指數(shù)和隨機(jī)游走模型的生態(tài)安全格局識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

A、基于InVEST模型評估各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，按照自然間斷點(diǎn)法重分類分為五級，提取第四、五級的范圍作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高值區(qū)，并對所述高值區(qū)進(jìn)行等權(quán)疊加，取并集，獲取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)范圍；

B、基于土地利用類型數(shù)據(jù)，利用形態(tài)學(xué)空間格局分析模型獲取MSPA分析結(jié)果中的核心區(qū)范圍；取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)與MSPA分析所提取的核心區(qū)范圍的交集，所述交集即為生態(tài)源地備選區(qū)；通過設(shè)定不同的生態(tài)源地最小面積閾值，觀察各生態(tài)源地最小面積閾值與生態(tài)源地斑塊數(shù)量之間的關(guān)系，選出最適合研究區(qū)的生態(tài)源地最小面積閾值；并根據(jù)所述閾值提取出本研究區(qū)的生態(tài)源地，形態(tài)學(xué)空間格局分析模型通過數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理采用腐蝕、膨脹、開運(yùn)算和閉運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算，對柵格圖像的空間格局分布進(jìn)行分析與尺度分割，識別出不同空間結(jié)構(gòu)，基于土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，將具有生態(tài)效應(yīng)的用地設(shè)置為前景、其他非生態(tài)用地設(shè)為背景，利用ArcGIS軟件平臺進(jìn)行二值化重分類，將重分類后的柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入GuidoToolbox2.8_64windows軟件平臺中，通過一系列圖形處理方法得到功能不同的7類景觀，分別為核心區(qū)、分支、邊緣、孔隙、孤島、橋接區(qū)和環(huán)線區(qū)，再提取出MSPA分析結(jié)果中核心區(qū)的矢量面數(shù)據(jù)，為之后提取生態(tài)源地斑塊作準(zhǔn)備，得出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)以及MSPA分析結(jié)果中的核心區(qū)的范圍后，利用ArcGIS軟件工具箱中的相交工具，對這兩個矢量面數(shù)據(jù)圖層取交集，該交集所得的斑塊將作為生態(tài)源地的備選斑塊，打開生態(tài)源地備選斑塊的圖層屬性表可以看到各備選斑塊的編號和面積屬性值；通過設(shè)定不同的生態(tài)源地最小面積閾值，分別統(tǒng)計大于所述閾值的斑塊數(shù)量，將統(tǒng)計結(jié)果輸入Excel軟件中生成折線圖，其中縱軸反映斑塊數(shù)量，橫軸反映生態(tài)源地最小面積閾值，根據(jù)折線圖，可以分析不同的最小面積閾值下，斑塊數(shù)量的變化趨勢，觀察斑塊數(shù)量下降趨于平緩時，橫軸上的值為多少，該橫軸上的值即為生態(tài)源地最小面積閾值；并根據(jù)所述閾值提取出本研究區(qū)的生態(tài)源地；

C、在構(gòu)建生態(tài)阻力面時，由于生境質(zhì)量越高，生物多樣性水平越高，物種運(yùn)動的阻力越小，利用InVEST模型計算生境質(zhì)量，將生態(tài)阻力值定義為生境質(zhì)量的反比；

D、基于隨機(jī)游走模型識別出研究區(qū)的生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點(diǎn)的空間分布狀況，再通過Fragstats軟件平臺計算有效粒度尺寸這一景觀破碎化指數(shù)，利用ArcGIS軟件平臺對指數(shù)網(wǎng)格化，再結(jié)合MESH網(wǎng)格化結(jié)果，對隨機(jī)游走模型所計算的累積電流密度值進(jìn)行校正，將校正后仍為高電流的地區(qū)遴選為關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)；

其中，有效粒度尺寸指數(shù)的計算公式為：

；式中，MESH表示景觀i的有效粒度尺寸，n為景觀i中非破碎斑塊的數(shù)量， 表示斑塊ij的面積，A為景觀總面積；

累積電流密度值的修正公式為：

，式中，Y_i 為修正前的累積電流密度值；MESH_i為柵格i所在斑塊的有效粒度尺寸；MESH_a為柵格i對應(yīng)區(qū)域內(nèi)有效粒度尺寸的平均值；Y′_i為修正后的累積電流密度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合景觀指數(shù)和隨機(jī)游走模型的生態(tài)安全格局識別方法，其特征在于：步驟C中由于生境質(zhì)量越好的地區(qū)，生物種類越多，生態(tài)信息傳遞越暢通，因此在構(gòu)建生態(tài)阻力面時，將阻力值定義為生境質(zhì)量的倒數(shù)，即生境質(zhì)量越好，物種流動與信息傳遞效率越高，阻力值越低。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合景觀指數(shù)和隨機(jī)游走模型的生態(tài)安全格局識別方法，其特征在于：步驟D中隨機(jī)游走模型利用電荷在電路中隨機(jī)游走的特性來模擬物種個體或基因流在某一景觀中的遷移擴(kuò)散過程，將復(fù)雜景觀中的物種個體或基因流類比于電荷，經(jīng)過的景觀視為電阻面，根據(jù)是否利于某種生態(tài)過程為各類景觀賦予相應(yīng)的電阻值，隨機(jī)游走模型模擬出的廊道可滿足多物種的遷徙需求，更符合物種運(yùn)動的真實(shí)情況。