一種生態(tài)承載力的遙感估算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，包括：構(gòu)建生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，分別從干擾強(qiáng)度、生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)、人類(lèi)響應(yīng)三個(gè)方面建立對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層；基礎(chǔ)資料收集；構(gòu)建植被覆蓋度數(shù)據(jù)庫(kù)；基于前述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、土地利用分類(lèi)圖、植被覆蓋度，分別以行政區(qū)劃和集水單元為評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行生態(tài)承載力單指標(biāo)估算。對(duì)所述各單指標(biāo)，利用層次分析法進(jìn)行權(quán)重因子確定，進(jìn)行生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)。本發(fā)明利用定量遙感耦合思路，考慮空間異構(gòu)性，體現(xiàn)待估算區(qū)域的地區(qū)差異，通過(guò)構(gòu)建生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字化，能夠快速、全面地實(shí)現(xiàn)待估算區(qū)域的生態(tài)承載力評(píng)價(jià)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種生態(tài)承載力的遙感估算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生態(tài)保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及生態(tài)環(huán)境承載力的估算方法，尤其涉及一種 生態(tài)承載力的遙感估算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)以來(lái)，隨著科技進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的極大提高，人口劇增、資源過(guò)度消耗、 環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問(wèn)題日益凸顯，導(dǎo)致許多地區(qū)生態(tài)承載力下降，威脅人類(lèi)的未來(lái)生 存。
[0003] 保持生態(tài)系統(tǒng)的完整性，將人類(lèi)活動(dòng)控制在生態(tài)系統(tǒng)承載能力范圍之內(nèi)，是實(shí)現(xiàn) 生態(tài)系統(tǒng)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的最基本和首要條件。國(guó)內(nèi)外對(duì)于生態(tài)承載力的相關(guān)研宄大多 數(shù)是從種群生態(tài)學(xué)角度出發(fā)的。A. C. Smaal等認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)承載力是在特定時(shí)間內(nèi)特定生 態(tài)系統(tǒng)所能支持的最大種群數(shù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者于20世紀(jì)90年代初開(kāi)始對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行研宄。 目前生態(tài)承載力還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，一種較為全面的定義是：特定時(shí)間、特定生態(tài)系統(tǒng)自我 維持、自我調(diào)節(jié)的能力，資源與環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的一種支持能力以 及生態(tài)系統(tǒng)所能持續(xù)支撐的一定發(fā)展程度的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模和具有一定生活水平的人口數(shù) 量。
[0004] 生態(tài)承載力研宄是生態(tài)環(huán)境規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的前提。受眾多因素和 時(shí)空條件的制約，生態(tài)承載力的估算具有很大的不確定性。如何定量評(píng)價(jià)和模擬預(yù)測(cè)區(qū)域 生態(tài)承載力成為目前的難點(diǎn)。目前主要的估算方法有自然植被凈第一性生產(chǎn)力估測(cè)法、生 態(tài)足跡法、高吉喜法、供需平衡法等。這些方法在生態(tài)承載力的估測(cè)中有不同程度的應(yīng)用， 但是存在很多問(wèn)題。首先，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口眾多，下墊面情況復(fù)雜，以單要素承載力研 宄很難使用生態(tài)系統(tǒng)資源開(kāi)發(fā)與發(fā)展的要求；其次，我國(guó)幅員遼闊，地區(qū)差異性大，利用生 態(tài)足跡等方法進(jìn)行生態(tài)承載力計(jì)算時(shí)，地面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取難度較大；第三，污染排放強(qiáng)度是 評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的重要指標(biāo)，現(xiàn)有的模型方法卻較少考慮，沒(méi)有計(jì)算點(diǎn)源污染及非點(diǎn)源 污染對(duì)生態(tài)承載力的影響。
[0005] 目前，我國(guó)對(duì)于生態(tài)承載力的評(píng)價(jià)還沒(méi)有推薦的技術(shù)方法，存在由于地區(qū)差異較 大，部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取難度大，且現(xiàn)有方法考慮單一，不能對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行較全面評(píng)價(jià)等 問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，考慮空間異 構(gòu)性，構(gòu)建生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，快速、全面地進(jìn)行生態(tài)承載力的評(píng)價(jià)。
[0007] 一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，包括以下步驟：
[0008] Sl :構(gòu)建生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，分別從干擾強(qiáng)度、生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)、人類(lèi)響應(yīng)三 個(gè)方面建立對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層；
[0009] S2 :基礎(chǔ)資料收集：獲取位于待估算區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字地形數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃矢 量圖、集水單元矢量圖、土壤圖、土壤樣品等；
[0010] S3:根據(jù)所述衛(wèi)星數(shù)據(jù)和土壤圖獲取降水量分布圖、土地利用分類(lèi)圖及植被覆蓋 度情況，構(gòu)建植被覆蓋度數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0011] S4 :基于步驟S2-S3中所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、降水量分布圖、土地利用分類(lèi)圖、植被覆蓋 度，分別以行政區(qū)劃和集水單元為評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行生態(tài)承載力各單指標(biāo)估算；
[0012] S5:對(duì)所述各單指標(biāo)，利用層次分析法對(duì)各單指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重因子確定，對(duì)待估算區(qū) 域進(jìn)行生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述Sl還基于"壓力-狀態(tài)-響應(yīng)"(PSR)模型建立相應(yīng)的生態(tài)承載力 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)層。
[0014] 進(jìn)一步地，所述S2中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)具體包括：反射率數(shù)據(jù)、增強(qiáng)植被指數(shù)EVI和地表 溫度數(shù)據(jù)LST、降水衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述所述S2中的土壤圖為全國(guó)1:400萬(wàn)土壤類(lèi)型分布圖。
[0016] 進(jìn)一步地，所述S3還包括如下步驟：
[0017] S3. 1 :對(duì)所述遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0018] S3. 2 :根據(jù)S3. 1中預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行年降水量計(jì)算、土地覆蓋精細(xì)分類(lèi)及歸一 化植被指數(shù)NDVI計(jì)算；
[0019] S3. 3 :根據(jù)S3. 2中得到的土地精細(xì)覆蓋分類(lèi)結(jié)果及歸一化植被指數(shù)，結(jié)合土壤類(lèi) 型圖，分別選取各種土地利用類(lèi)型99. 5 %的置信區(qū)間作為該類(lèi)型的NDVIv，選取各種土壤類(lèi) 型0. 05 %的置信區(qū)間作為NDVIs，獲取流域NDVIv、NDVIs分布圖，計(jì)算流域植被覆蓋度圖；
[0020] S3. 4 :根據(jù)S3. 3得到的植被覆蓋度結(jié)果，構(gòu)建植被覆蓋度數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0021] 更進(jìn)一步地，所述S3. 1的預(yù)處理包括：格式轉(zhuǎn)化、投影轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)重采樣、裁剪、反 射率數(shù)據(jù)降維、LST數(shù)據(jù)重建。
[0022] 更進(jìn)一步地，所述的LST數(shù)據(jù)重建采用光譜角距離加權(quán)算法，利用多時(shí)相數(shù)據(jù)的 反射率光譜角作為加權(quán)系數(shù)進(jìn)行LST數(shù)據(jù)重建；反射率數(shù)據(jù)當(dāng)前時(shí)相和前后各特定個(gè)數(shù)時(shí) 相的反射率數(shù)據(jù)用于計(jì)算參考像元和空值像元的光譜角距離；光譜角距離小于〇. 1，將參 考像元放入?yún)⒖枷裨?；通過(guò)下式對(duì)LST圖像中空值像元進(jìn)行重建：

【權(quán)利要求】
1. 一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 51 :構(gòu)建生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，分別從干擾強(qiáng)度、生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)、人類(lèi)響應(yīng)三個(gè)方 面建立對(duì)應(yīng)的指標(biāo)層； 52 :基礎(chǔ)資料收集：獲取位于待估算區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字地形數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃矢量 圖、集水單元矢量圖、土壤圖、土壤樣品； 53 :根據(jù)所述衛(wèi)星數(shù)據(jù)和土壤圖獲取降水量分布圖、土地利用分類(lèi)圖及植被覆蓋度情 況，構(gòu)建植被覆蓋度數(shù)據(jù)庫(kù)； 54 :基于步驟S2、S3中所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、降水量分布圖、土地利用分類(lèi)圖、植被覆蓋度，分 別以行政區(qū)劃和集水單元為評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行生態(tài)承載力各單指標(biāo)估算； 55 :對(duì)所述各單指標(biāo)，利用層次分析法對(duì)各單指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重因子確定，對(duì)待估算區(qū)域進(jìn) 行生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述Sl基于 "壓力-狀態(tài)-響應(yīng)"模型建立相應(yīng)的生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo) 層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S2中的 衛(wèi)星數(shù)據(jù)具體包括：反射率數(shù)據(jù)、增強(qiáng)植被指數(shù)EVI和地表溫度數(shù)據(jù)LST、降水衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S2中的 土壤圖為全國(guó)1:400萬(wàn)土壤類(lèi)型分布圖。
5. 根據(jù)如權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S3還 包括如下步驟： S3. 1 :對(duì)所述遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； S3. 2 :根據(jù)S3. 1中預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行年降水量計(jì)算、土地覆蓋精細(xì)分類(lèi)及歸一化植 被指數(shù)NDVI計(jì)算； S3. 3 :根據(jù)S3. 2中得到的土地精細(xì)覆蓋分類(lèi)結(jié)果及歸一化植被指數(shù)NDVI，結(jié)合土壤類(lèi) 型圖，分別選取各種土地利用類(lèi)型99. 5 %的置信區(qū)間作為該類(lèi)型的NDVIv，選取各種土壤類(lèi) 型0. 05 %的置信區(qū)間作為NDVIs，獲取流域NDVIv、NDVIs分布圖，計(jì)算流域植被覆蓋度圖； S3. 4 :根據(jù)S3. 3得到的植被覆蓋度結(jié)果，構(gòu)建植被覆蓋度數(shù)據(jù)庫(kù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S3. 1的 預(yù)處理包括：格式轉(zhuǎn)化、投影轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)重采樣、裁剪、反射率數(shù)據(jù)降維、LST數(shù)據(jù)重建。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述的LST數(shù) 據(jù)重建采用光譜角距離加權(quán)算法，利用多時(shí)相數(shù)據(jù)的反射率光譜角作為加權(quán)系數(shù)進(jìn)行LST 數(shù)據(jù)重建；反射率數(shù)據(jù)當(dāng)前時(shí)相和前后各特定個(gè)數(shù)時(shí)相的反射率數(shù)據(jù)用于計(jì)算參考像元 和空值像元的光譜角距離；光譜角距離小于0. 1，將參考像元放入?yún)⒖枷裨?；通過(guò)下式對(duì) LST圖像中空值像元進(jìn)行重建：

其中，LSTfp是空值像元的重建結(jié)果，Nkps是參考像元集中的參考像元個(gè)數(shù)，LSL是第j 個(gè)參考像元的LST值，ω』為L(zhǎng)ST」的加權(quán)系數(shù)，ST為相似度閾值，SAD」是第j個(gè)參考像元和 空值像元的光譜角距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S4還包 括如下步驟： S4. 1 :基于Sl中生態(tài)承載力指標(biāo)評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)指標(biāo)層，建立各個(gè)單指標(biāo)評(píng)價(jià)t旲型； S4. 2 :根據(jù)S4. 1的單指標(biāo)評(píng)價(jià)模型，以遙感像元為基本單元，計(jì)算8種單指標(biāo)； 54. 3 :分別以行政區(qū)劃和集水單元為基本評(píng)價(jià)單元，計(jì)算8種單指標(biāo)的估算量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征在于，所述S4. 2中 8種單指標(biāo)為人類(lèi)干擾強(qiáng)度、災(zāi)害頻率、污染排放強(qiáng)度、土壤侵蝕模數(shù)與等級(jí)、NPP、景觀破碎 度、綜合彈性和成效指數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1?9中的任意一項(xiàng)所述的一種生態(tài)承載力的遙感估算方法，其特征 在于，所述S5進(jìn)一步包括如下步驟： 55. 1 :建立生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)模型； S5. 2 :利用層次分析法對(duì)各單指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重因子確定； S5. 3 :根據(jù)S5. 1的生態(tài)承載力評(píng)價(jià)模型和S5. 2中所述的各單指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重因子確定， 以行政區(qū)劃和集水單元為基本評(píng)價(jià)單元，計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的生態(tài)承載力。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104517037SQ201410812345
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】張霞, 王樹(shù)東, 張立福, 馮淑娜, 孫艷麗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所