本技術(shù)涉及地理信息科學，特別涉及一種基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在當前中國生態(tài)文明建設(shè)進入到實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期，鑒于生態(tài)土地在陸地生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的作用，量化其演變的時空特征對于理解人類土地利用的生態(tài)后果和潛在的生態(tài)過程至關(guān)重要。

2、相關(guān)技術(shù)中，利用進步的遙感技術(shù)手段和地理信息系統(tǒng)gis，可以基于景觀生態(tài)學理論定量刻畫區(qū)域景觀格局演變特征，從最初的側(cè)重量化景觀空間，幾何屬性的景觀指數(shù)軟件fragstats的廣泛應(yīng)用，到城市研究領(lǐng)域基于邊界貢獻率來定量城市擴張演變特征的系列指數(shù)，從而能夠有效刻畫城市土地演變動態(tài)。

3、然而，相關(guān)技術(shù)中，由于未能捕捉到以保護為導向的生態(tài)用地演變模式的獨特性，簡單盲目的套用指數(shù)方法來刻畫生態(tài)用地，無法揭示生態(tài)過程的復雜性，難以準確反映實際情況。由于未能在斑塊層面捕捉景觀連通性的時間動態(tài)，且未考慮因自然干擾、棲息地喪失或土地利用變化而導致的連通性變化，可能影響定量評估的科學性和針對性，亟待改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法及裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中，由于未能恰當捕捉生態(tài)用地演變模式的獨特性，可能降低生態(tài)管理有效性，由于未能充分考慮生態(tài)用地的連通性和時間動態(tài)性，可能無法全面揭示生態(tài)過程的復雜性，影響生態(tài)管理的精準性和時效性等問題。

2、本技術(shù)第一方面實施例提供一種基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法，包括以下步驟：采集生態(tài)用地的土地利用柵格數(shù)據(jù)，并對所述土地利用柵格數(shù)據(jù)進行預處理，得到生態(tài)用地數(shù)據(jù)，將所述生態(tài)用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組，并對所述二維數(shù)組進行標簽化處理，得到標簽化生態(tài)斑塊；對所述標簽化生態(tài)斑塊和變化生態(tài)斑塊進行定量分析，得到演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系，以基于所述定量關(guān)系構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)；將所述生態(tài)用地中的生態(tài)斑塊劃分為多個小區(qū)域，利用所述elei計算函數(shù)對所述多個小區(qū)域進行并行化計算，得到每個小區(qū)域的計算結(jié)果，并將所述每個小區(qū)域的計算結(jié)果以字典形式保存，得到全局字典；結(jié)合所述全局字典中的鍵值和結(jié)果映射函數(shù)生成二維elei數(shù)組，以基于所述二維elei數(shù)組，得到生態(tài)用地演變模式的定量分析結(jié)果。

3、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述對所述二維數(shù)組進行標簽化處理，得到標簽化生態(tài)斑塊，包括：將所述生態(tài)用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所述二維數(shù)組，并對所述二維數(shù)組進行標簽化處理，得到所述二維數(shù)組中每個生態(tài)斑塊的標簽數(shù)組：基于所述標簽數(shù)組中每個標簽出現(xiàn)的次數(shù)，得到所述每個生態(tài)斑塊的面積，并當所述面積小于預設(shè)閾值時，在所述二維數(shù)組中去除所述面積對應(yīng)的生態(tài)斑塊，得到更新后的二維數(shù)組；對所述更新后的二維數(shù)組進行標簽化處理，得到最終的標簽化二維數(shù)組和對應(yīng)的所述標簽化生態(tài)斑塊。

4、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述二維數(shù)組為：

5、grid_dataset＝gdal.open(path)

6、array＝dataset.getrasterband(1).readasarray()

7、array＝(array＝＝1).astype(int)

8、其中，grid_dataset為輸入的柵格數(shù)據(jù)，array為二值化數(shù)組，getrasterband(1).readasarray()為讀取柵格數(shù)據(jù)的第一個波段并轉(zhuǎn)為數(shù)組，(array＝＝1).astype(int)為對數(shù)組進行布爾操作并轉(zhuǎn)為只包含0和1的二值化數(shù)組。

9、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述對所述標簽化生態(tài)斑塊和變化生態(tài)斑塊進行定量分析，得到演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系，以基于所述定量關(guān)系構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)，包括：基于所述標簽化生態(tài)斑塊和所述標簽化生態(tài)斑塊對應(yīng)的標簽值，構(gòu)造所述標簽化生態(tài)斑塊的第一摩爾鄰域數(shù)組；基于所述變化生態(tài)斑塊和所述變化生態(tài)斑塊對應(yīng)的標簽值，構(gòu)造所述變化生態(tài)斑塊的第二摩爾鄰域數(shù)組；對所述第一摩爾鄰域數(shù)組和所述第二摩爾鄰域數(shù)組進行定量分析，得到所述演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系，以基于所述演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)。

10、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述elei的計算函數(shù)為：

11、

12、其中，c為intersecting_labels數(shù)組中非零的標簽值個數(shù)，λ為表示變化生態(tài)用地斑塊新增或消減情況的一個二值變量，n*為有斑塊摩爾領(lǐng)域與新增斑塊相交的像素個數(shù)，n為新增斑塊i摩爾鄰域的像素個數(shù)，cmax為所有新增斑塊與原有斑塊相交個數(shù)c中的最大值。

13、本技術(shù)第二方面實施例提供一種基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別裝置，包括：采集模塊，用于采集生態(tài)用地的土地利用柵格數(shù)據(jù)，并對所述土地利用柵格數(shù)據(jù)進行預處理，得到生態(tài)用地數(shù)據(jù)，將所述生態(tài)用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組，并對所述二維數(shù)組進行標簽化處理，得到標簽化生態(tài)斑塊；構(gòu)建模塊，用于對所述標簽化生態(tài)斑塊和變化生態(tài)斑塊進行定量分析，得到演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系，以基于所述定量關(guān)系構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)；計算模塊，用于將所述生態(tài)用地中的生態(tài)斑塊劃分為多個小區(qū)域，利用所述elei計算函數(shù)對所述多個小區(qū)域進行并行化計算，得到每個小區(qū)域的計算結(jié)果，并將所述每個小區(qū)域的計算結(jié)果以字典形式保存，得到全局字典；識別模塊，用于結(jié)合所述全局字典中的鍵值和結(jié)果映射函數(shù)生成二維elei數(shù)組，以基于所述二維elei數(shù)組，得到生態(tài)用地演變模式的定量分析結(jié)果。

14、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述采集模塊包括：第一處理單元，用于將所述生態(tài)用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為所述二維數(shù)組，并對所述二維數(shù)組進行標簽化處理，得到所述二維數(shù)組中每個生態(tài)斑塊的標簽數(shù)組：統(tǒng)計單元，用于基于所述標簽數(shù)組中每個標簽出現(xiàn)的次數(shù)，得到所述每個生態(tài)斑塊的面積，并當所述面積小于預設(shè)閾值時，在所述二維數(shù)組中去除所述面積對應(yīng)的生態(tài)斑塊，得到更新后的二維數(shù)組；第二處理單元，用于對所述更新后的二維數(shù)組進行標簽化處理，得到最終的標簽化二維數(shù)組和對應(yīng)的所述標簽化生態(tài)斑塊。

15、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述二維數(shù)組為：

16、grid_dataset＝gdal.open(path)

17、array＝dataset.getrasterband(1).readasarray()

18、array＝(array＝＝1).astype(int)

19、其中，grid_dataset為輸入的柵格數(shù)據(jù)，array為二值化數(shù)組，getrasterband(1).readasarray()為讀取柵格數(shù)據(jù)的第一個波段并轉(zhuǎn)為數(shù)組，(array＝＝1).astype(int)為對數(shù)組進行布爾操作并轉(zhuǎn)為只包含0和1的二值化數(shù)組。

20、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述構(gòu)建模塊包括：第一構(gòu)造單元，用于基于所述標簽化生態(tài)斑塊和所述標簽化生態(tài)斑塊對應(yīng)的標簽值，構(gòu)造所述標簽化生態(tài)斑塊的第一摩爾鄰域數(shù)組；第二構(gòu)造單元，用于基于所述變化生態(tài)斑塊和所述變化生態(tài)斑塊對應(yīng)的標簽值，構(gòu)造所述變化生態(tài)斑塊的第二摩爾鄰域數(shù)組；構(gòu)建單元，用于對所述第一摩爾鄰域數(shù)組和所述第二摩爾鄰域數(shù)組進行定量分析，得到所述演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系，以基于所述演變生態(tài)斑塊空間定量關(guān)系構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)。

21、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述elei的計算函數(shù)為：

22、

23、其中，c為intersecting_labels數(shù)組中非零的標簽值個數(shù)，λ為表示變化生態(tài)用地斑塊新增或消減情況的一個二值變量，n*為有斑塊摩爾領(lǐng)域與新增斑塊相交的像素個數(shù)，n為新增斑塊i摩爾鄰域的像素個數(shù)，cmax為所有新增斑塊與原有斑塊相交個數(shù)c中的最大值。

24、本技術(shù)第三方面實施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如上述實施例所述的基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法。

25、本技術(shù)第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上的基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法。

26、本發(fā)明第五方面實施例提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序被執(zhí)行時，以用于實現(xiàn)如上的基于二維數(shù)組的生態(tài)用地演變模式定量識別方法。

27、本技術(shù)實施例可以采集生態(tài)用地的土地利用柵格數(shù)據(jù)并進行預處理，將得到的生態(tài)用地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)組，并對二維數(shù)組進行標簽化處理，得到標簽化生態(tài)斑塊，進而通過對標簽化生態(tài)斑塊和變化生態(tài)斑塊進行定量分析，可以構(gòu)建生態(tài)用地演變指數(shù)elei計算函數(shù)，從而可以將生態(tài)用地中的生態(tài)斑塊劃分為多個小區(qū)域，利用elei計算函數(shù)對多個小區(qū)域進行并行化計算，并將每個小區(qū)域的計算結(jié)果以字典形式保存，結(jié)合全局字典中的鍵值和結(jié)果映射函數(shù)生成二維elei數(shù)組，實現(xiàn)生態(tài)用地演變模式的高效并行化定量分析，有效提高了生態(tài)用地演變分析的精確度和效率。由此，解決了相關(guān)技術(shù)中，由于未能恰當捕捉生態(tài)用地演變模式的獨特性，可能降低生態(tài)管理有效性，由于未能充分考慮生態(tài)用地的連通性和時間動態(tài)性，可能無法全面揭示生態(tài)過程的復雜性，影響生態(tài)管理的精準性和時效性等問題。

28、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實踐了解到。