專(zhuān)利名稱(chēng)：區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法(sizes)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息融合領(lǐng)域以及資源與生態(tài)系統(tǒng)管理領(lǐng)域，具體 涉及一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃的方法。
背景技術(shù)：
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃是認(rèn)識(shí)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間分異特征的重要手段。 盡管已經(jīng)進(jìn)行了生態(tài)區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)劃等方面的研究，但是，在區(qū)劃尺度上，多少區(qū)劃結(jié) 果為靜態(tài)輸出；在區(qū)劃方案上，各研究是以各種地理要素及其空間組合的相似性或相異性 程度為基礎(chǔ)進(jìn)行的特征區(qū)劃或自然區(qū)劃；在研究尺度上，多數(shù)是在區(qū)域尺度上開(kāi)展研究; 在數(shù)據(jù)源獲取上，數(shù)據(jù)源較為單一，且不同尺度數(shù)據(jù)的融合方法存在不確定性；在研究方法 上，一般采用定性與定量相結(jié)合的方式。因此，迫切需要一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃方法， 該方法能夠從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能自身規(guī)律出發(fā)，采用全過(guò)程定量化的方式在較精細(xì)的柵格 單元上形成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分區(qū)，并辨識(shí)每個(gè)分區(qū)單元上的核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其 差異性與空間分異特征。目前，我國(guó)開(kāi)展的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃研究，較多的借助于GIS和遙感技術(shù)，如 申請(qǐng)?zhí)枮?00710130861. 1，名為一種利用地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)進(jìn)行生態(tài)功能區(qū)劃的方 法，公開(kāi)號(hào)為CN101114277的申請(qǐng)專(zhuān)利。但是，該方法并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊 界全過(guò)程的智能化識(shí)別。因此，傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能數(shù)據(jù)處理、融合方法，區(qū)劃方法已 不能滿足研究需要，尤其是對(duì)如何自動(dòng)輸出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能一致性區(qū)劃單元的二維和三 維視圖的研究，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)區(qū)劃，現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃方法要實(shí)現(xiàn)上述目的比較 困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方法很難實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃的不 足，提供一種全過(guò)程定量化并智能識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界的區(qū)劃方法，為此，本發(fā) 明采取如下技術(shù)方案一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法(SIZES)，其特征在于包括以 下步驟S1，根據(jù)研究目的，獲取多源、多尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)數(shù)據(jù)。S2，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)數(shù)據(jù)整理成SIZES所需的1km柵格數(shù)據(jù)格式。S3，建立層式化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)體系模型。S4，利用SIEZS內(nèi)嵌的因子分析模型生成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能位序矩陣。S5，在S5的基礎(chǔ)上，利用主分量估計(jì)法提取核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。S6，利用SIZES內(nèi)嵌的空間模糊聚類(lèi)模型自動(dòng)識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界。S7，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界進(jìn)行制圖綜合，輸出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能一致性 區(qū)劃單元的二維或者三維制圖。其中，步驟S1獲取的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)包括自然環(huán)境數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)，土壤屬性數(shù)據(jù)，土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下用于說(shuō)明本發(fā) 明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。圖1是本發(fā)明實(shí)施的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法的流程圖。如圖1所示，本 發(fā)明包括以下步驟S1，根據(jù)研究目的，獲取多源的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)，選取自然環(huán)境數(shù)據(jù)， 氣象數(shù)據(jù)，土壤屬性數(shù)據(jù)，土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能現(xiàn) 狀的描述。S2，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)整理成SIZES軟件所需形式。SIZES以文本文 件為數(shù)據(jù)源的入口，在程序中定制了文本文件的格式。要求必須包含有OriginalMatrix， 并且放在文本文件的第一行；第二行為樣本數(shù)和指標(biāo)數(shù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)中間必須保留空格，例如 “31 8” ；并且在樣本點(diǎn)之間也需要有空格，例如“3229. 28 821.72 847.39 677.66 768.34 1429. 15 587. 98 561. 19”。一個(gè)制備完整的數(shù)據(jù)文件如下Original—Matrix783229. 28821. 72847. 39677. 66768. 341429. 15587. 98561. 192588. 10531. 97806. 3 6435. 38585. 94897. 02808. 05334. 401583. 68530. 02399. 04420. 15390. 24498. 06461. 1819 7. 391412. 95518. 10316. 99347. 49317. 83567. 85391. 06250. 741423. 22594. 69292. 42268. 8 8390. 18548. 21403. 69274. 331846. 11592. 01272. 75378. 31347. 47575. 06412. 09230. 62165 0. 95547. 04257. 73325. 37344. 97528. 61453. 85228. 70安裝，運(yùn)行SIZES軟件，分別進(jìn)行因子分析和模糊距離分析，最后，根據(jù)需要生成 二維或者三維視圖。S3，對(duì)獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一為1km柵格數(shù)據(jù)。S4,建立多源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能數(shù)據(jù)的1km柵格數(shù)據(jù)模型，其中包括氣候數(shù)據(jù)，社 會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟S41，建立氣象數(shù)據(jù)的1km柵格數(shù)據(jù)模型采用梯度距離平方反比法，建立氣象數(shù) 據(jù)的1km柵格數(shù)據(jù)模型，其估值公式為<formula>formula see original document page 4</formula>式中，Z為所要估計(jì)的柵格點(diǎn)的氣象要素；X和&為待估點(diǎn)與氣象點(diǎn)的X軸坐標(biāo) 值；Y和t為待估值點(diǎn)與氣象站點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)值；E和Ei為待估點(diǎn)與氣象站點(diǎn)的海拔高程； Cx、Cy和(；為站點(diǎn)氣象要素值與X、Y和海拔高程的回歸系數(shù)噸為待估點(diǎn)到第i站點(diǎn)的大 圓距離；n為用于插值的氣象站點(diǎn)的數(shù)目。
氣象數(shù)據(jù)Ikm柵格數(shù)據(jù)的具體處理步驟如下S411，確定各柵格點(diǎn)最近的四個(gè)氣象站點(diǎn)的順序號(hào)并計(jì)算距離在程序運(yùn)算中，按照柵格中心的大地坐標(biāo)，計(jì)算它與所有氣象站點(diǎn)的距離，以冒泡 法選取四個(gè)最近氣象站點(diǎn)的內(nèi)部ID號(hào)。設(shè)氣象站點(diǎn)Si和柵格點(diǎn)G具有相同屬性橫坐標(biāo)(米)x，縱坐標(biāo) (米)y，年等降 水量線(毫米)，則柵格點(diǎn)到四個(gè)站點(diǎn)的距離平方為<formula>formula see original document page 5</formula>S412，計(jì)算各個(gè)站點(diǎn)對(duì)柵格點(diǎn)的影響因子，即權(quán)重Wi。首先要判斷每個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)是否有效。如果氣象站點(diǎn)Si的數(shù)據(jù)為無(wú)效數(shù)據(jù)，則其權(quán) 值設(shè)為0 ；若數(shù)據(jù)有效則設(shè)為<formula>formula see original document page 5</formula>S413，對(duì)氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同化按照海拔高度每升高100米，日均氣溫下降 0. 6°C、日極端最高溫下降0. 9°C和日極端最低溫下降0. 4°C的溫度遞減速率，將溫度數(shù)據(jù) 調(diào)整到海平面的溫度Si. T* = Si. T+r X Si. elv/100. 0其中，Si為第i個(gè)氣象站點(diǎn)，T*為調(diào)整后的溫度(包括最高、最低和日均溫)，T為 原始數(shù)據(jù)，elv為海拔高度(m)。然后按照如下公式計(jì)算柵格點(diǎn)海平面高度的溫度<formula>formula see original document page 5</formula>
最后調(diào)整到實(shí)際海拔的溫度<formula>formula see original document page 5</formula>S414，降水量、日照時(shí)數(shù)與氣溫?cái)?shù)據(jù)的Ikm柵格數(shù)據(jù)制備過(guò)程類(lèi)似，僅是不需要考 慮海拔高度的影響。S42，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的Ikm柵格數(shù)據(jù)模型的建立包括以下步驟S421，在Arc/Info Grid模塊下，利用1 10萬(wàn)土地利用/覆被矢量圖，提取出耕 地邊界，生成mask模板；S422，根據(jù)收集的相應(yīng)指標(biāo)值計(jì)算單位耕地面積上的指標(biāo)權(quán)重，并轉(zhuǎn)成Ikm柵格 數(shù)據(jù)；S423，以扣除了線狀地物的耕地邊界為mask模板，通過(guò)地圖代數(shù)運(yùn)算，獲得相應(yīng) 指標(biāo)的同化數(shù)據(jù)。S5，整理Ikm柵格數(shù)據(jù)結(jié)果，輸出分布在柵格上的自然環(huán)境、氣候數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、 土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)圖層。S6，利用層次分析法，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)體系。S7，利用SIZES內(nèi)嵌的因子分析法生成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能位序矩陣。該模型的主 要步驟如下已知有N個(gè)樣品，每個(gè)樣品測(cè)得P個(gè)變量的數(shù)值，用Xia表示第a個(gè)樣品的第i個(gè) 變量觀測(cè)值，即向量Xa
<formula>formula see original document page 6</formula>于是，得到資料矩陣Χ:<formula>formula see original document page 6</formula>可以算得其協(xié)方差矩陣的估計(jì)值是<formula>formula see original document page 6</formula>其中，<formula>formula see original document page 6</formula>相關(guān)矩陣為<formula>formula see original document page 6</formula>
η, = TFT" = W…，Ρ一般地先將變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即令<formula>formula see original document page 6</formula>使得均值為0，方差為1，這樣方差協(xié)方差陣S與相關(guān)矩陣完全一樣，這時(shí)資料矩陣 X與相關(guān)矩陣R有關(guān)系<formula>formula see original document page 6</formula>將R陣的特征值和特征向量分別求出即記入々λ2彡…彡入￡)是1 的特征值；U =(U1 U2-Up)是R的特征向量矩陣。此時(shí)有
<formula>formula see original document page 6</formula>即
<formula>formula see original document page 6</formula>
兩邊左乘U'右乘U，得
<formula>formula see original document page 7</formula>F就是相應(yīng)于這個(gè)資料矩陣的主因子資料矩陣，<formula>formula see original document page 7</formula>即每一個(gè)Fa就是第a個(gè)成分的觀察值。S8，利用主分量估計(jì)法，提取核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，具體操作步驟如下所示從 P個(gè)成分中選擇足以代表P個(gè)變量的變化情況的那部分，通常選M個(gè)使得
<formula>formula see original document page 7</formula>(一般地達(dá)到60-90 %均可)就可以了。S9，利用SIZES內(nèi)嵌的空間模糊聚類(lèi)算法，自動(dòng)識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃 邊界，S91，對(duì)參與空間聚類(lèi)分析的區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合表征指標(biāo)的值進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合表征指標(biāo)向量Si = (Zil, Zi2，Zi3，Zi4)，Zik 是Zk在第i個(gè)柵格上的取值，i = 1,2,... ,η ；S92,設(shè)定區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能初始簇中心dp =Sj , (t = 0 ;j = 1,2, . . . ,η)；設(shè)定迭代閾值 emin = 0. 00001 ；S93，對(duì)第 t 次迭代，若有㈣-C<;)| < |5,-C | , j = 1，2，· · ·，10，j 興 j。，則把樣本 i 分
配到簇。如此，所有樣本都將被劃分到10個(gè)簇中。S94，計(jì)算新的區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能簇中心其中， 為第j個(gè)簇中包含的樣本個(gè)數(shù)；S95，若對(duì)Vy=1，2)…，10，有|卞)- C丨卞^成立，則停止迭代，得到區(qū)域核心生態(tài)系 統(tǒng)服務(wù)功能簇，將其表達(dá)到空間上即為區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分區(qū)；否則，轉(zhuǎn)向3)。以上所述僅是本發(fā)明的一般實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也屬于本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法，其特征在于，包括以下步驟S1，獲取多源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)；S2，利用1km柵格數(shù)據(jù)模型對(duì)多主題、多尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化處理；S3，采用層次分析法建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)體系；S4，利用SIZES內(nèi)嵌的因子分析模型，提取區(qū)域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能；S5，利用SIZES內(nèi)嵌的空間模糊聚類(lèi)分析模型，自動(dòng)生成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃邊界；S6，整理生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃邊界結(jié)果，輸出表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能一致性區(qū)劃單元的數(shù)據(jù)圖層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中獲取的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信 息包括自然環(huán)境數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)，土壤屬性數(shù)據(jù)，土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征還在于，獲取的自然環(huán)境數(shù)據(jù)包括高程，坡度，地 貌；獲取的氣候數(shù)據(jù)包括氣象臺(tái)站的空間分布信息，氣象臺(tái)站的最高、最低和日均溫，氣 象臺(tái)站的降水量、日照時(shí)數(shù)；獲取的土壤屬性數(shù)據(jù)包括土壤質(zhì)地(粘土、壤土、砂土)，土 壤酸堿度，土壤侵蝕強(qiáng)度，土壤有機(jī)質(zhì)，土壤養(yǎng)分含量(N、P、K)；獲取的土地利用數(shù)據(jù)包括 1 10萬(wàn)土地利用/覆被矢量圖；獲取的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括糧食供給量、淡水供給量和薪 材供給量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2還包括，將所述步驟S1獲取的 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)利用1km柵格數(shù)據(jù)模型進(jìn)行融合處理，實(shí)現(xiàn)多主題、多源、多尺 度數(shù)據(jù)的歸一化處理。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能信息數(shù)據(jù)進(jìn)行空間離 散化處理，最終將所有數(shù)據(jù)表征為1km柵格數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3還包括利用層次分析法構(gòu)建生 態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能層式化表征指標(biāo)體系。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4還包括生成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能 位序矩陣，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能優(yōu)先序列的空間辨識(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S5還包括形成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) 功能一致性單元，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和規(guī)劃以及資源管理提供理論支撐。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種全過(guò)程定量化并智能識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界的區(qū)劃方法——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動(dòng)態(tài)區(qū)劃方法(SIZES)，主要包括以下步驟S1，獲取多源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)數(shù)據(jù)。S2，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1km柵格數(shù)據(jù)格式。S3，建立層式化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表征指標(biāo)體系模型。S4，利用SIEZS內(nèi)嵌的因子分析模型生成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能位序矩陣。S5，利用SIEZS內(nèi)嵌的主分量估計(jì)法提取核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。S6，利用SIZES內(nèi)嵌的空間模糊聚類(lèi)模型識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界。S7，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)劃邊界進(jìn)行制圖綜合，輸出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能一致性單元的二維或三維圖。
文檔編號(hào)G06F17/30GK101814062SQ20101014593
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者史娜娜, 吳鋒, 岳娜, 戰(zhàn)金艷, 林英志, 鄧祥征 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)