一种基于大数据的生态安全格局构建方法、系统及计算机存储介质与流程

本申请涉及环境生态技术领域，具体而言，涉及一种基于大数据的生态安全格局构建方法、系统及计算机存储介质。

背景技术：

工业革命以来，人类活动和工业化过程已使地球环境严重恶化。人类活动造成的土地利用变化引发各类陆地生态系统面积、空间分布与格局变化，从而导致生境与结构破碎、生物地球化学循环过程改变、环境污染、水循环过程改变等一系列问题。从全球范围来看，全球性的生态灾难和环境危机，正在严重威胁着人类社会的生存、发展。一系列严重的生态和环境问题警示我们人类社会生存的环境正在退化。这些退化影响着人类的生活质量，威胁着国际经济的稳定，同时，还会触发许多新的国际争端，干扰人类社会的进步。

生态安全是随着生态恶化和环境问题日益严重而提出的一种安全理念，其可在一定程度上揭示一个国家或地区的生态环境与社会经济发展之间的相互关系，表明国家或地区生态环境的状况是否对社会经济发展构成了威胁，生态环境与社会经济之间是否出现了不协调现象；依据此理念及相关措施可监控生态环境的变化，确保国家或地区社会经济的稳定。

生态安全格局则是在生态安全理念下构建的一种框架，用于解决当今经济发展与生态环境保护的矛盾冲突，实现对生态环境的有效管理，使其不至于减缓或中断人类生存和文明发展的进程。但是目前并没有特别好的可行性高的生态安全格局构建方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供了一种基于大数据的生态安全格局构建方法、系统及计算机存储介质。

本申请的第一方面提供了一种基于大数据的生态安全格局构建方法，其特征在于，所述方法包括：

s1、获取目标地区的地理环境大数据，以构成生态环境样本数据集；其中，所述地理环境大数据为与所述样本地区的与生态安全格局相关的生态环境数据；

s2、利用所述地理环境大数据中的第一部分环境数据进行生态安全风险评价，进而确定阻力面；

s3、利用所述地理环境大数据中的第二部分环境数据进行生态服务功能重要性评估，以确定生态源地；

s4、将所述阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建。

优选地，所述第一部分环境数据包括土地利用现状数据、土壤类型数据与遥感数据；所述第二部分环境数据包括降雨数据、地貌数据和土壤侵蚀数据。

优选地，所述步骤s2中采用自然背景指数、反映植被覆盖情况的ndvi、反映土地利用现状类型的生态脆弱度指数、反映人类生产活动对生态系统影响的外界干扰指数作为评价指标。

优选地，所述生态安全风险评价基于生态风险综合指数esi，其计算公式为：

esi＝b×ε1+n×ε2+c×ε3+g×ε4

式中，b为自然背景指数，n为ndvi，c为生态脆弱度指数，g为外界干扰指数；ε1-ε4分别为对应的权重。

优选地，所述权重通过ahp算法确定。

优选地，所述步骤s2还包括对所述权重进行一致性检验步骤，

式中，cr为一致性比例，n为判断矩阵阶数，λmax为判断矩阵特征值，ri为平均随机一致性指标，ci为一致性指标；

其中，当cr小于阈值时，则表示判断矩阵一致性较好，反之则需要调整。

优选地，所述步骤s3中进行生态安全风险评价的评价指标包括生物多样性保护、水源涵养、土壤保持和气候调节。

优选地，基于土地利用类型确定生物多样性指标；基于地貌类型、降水量和地表覆盖类型评价指标并利用gis的空间叠加分析确定水源涵养指标；基于所述目标地区内土壤侵蚀状况大数据确定土壤保持指标；基于dem与遥感影像数据，通过gis和rs软件提取所述目标地区内各地形因子和植被覆盖度因子并作为单类气候重要性评价指标，再通过几何加权方法计算得出气候调节重要性的综合性指标，从而得到所述目标地区的气候调节重要性分布结果。

优选地，所述步骤s4中的最小累积阻力模型为：

式中，furee表示最小生态累积阻力面值；fmin表示最小累积阻力与生态适宜性的负相关关系，min表示某单元对所述第一部分环境数据各类型数据取累积阻力的最小值；dij表示从源j至目标单元i的距离；ri表示目标单元i对源j的阻力。

本申请的第二方面提供了一种基于大数据的生态安全格局构建系统，其特征在于，所述系统包括获取模块、阻力面确定模块、生态源地确定模块、构建模块；

所述获取模块，用于获取目标地区的地理环境大数据，以构成生态环境样本数据集；其中，所述地理环境大数据为与所述样本地区的与生态安全格局相关的生态环境数据；

所述阻力面确定模块，用于利用所述地理环境大数据中的第一部分环境数据进行生态安全风险评价，进而确定阻力面；

所述生态源地确定模块，用于利用所述地理环境大数据中的第二部分环境数据进行生态服务功能重要性评估，以确定生态源地；

所述构建模块，用于将所述阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建。

本申请的第三方面提供了一种基于大数据的生态安全格局构建设备，其特征在于，所述设备包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如前述所述的基于大数据的生态安全格局构建方法。

本申请的第四方面提供了一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如前述所述的基于大数据的生态安全格局构建方法。

本发明的有益效果在于：

本申请所提出的基于大数据的生态安全格局构建方案，获取目标地区的地理环境大数据，以构成生态环境样本数据集；其中，所述地理环境大数据为与所述样本地区的与生态安全格局相关的生态环境数据；利用所述地理环境大数据中的第一部分环境数据进行生态安全风险评价，进而确定阻力面；利用所述地理环境大数据中的第二部分环境数据进行生态服务功能重要性评估，以确定生态源地；将所述阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建。在整个构建过程中，自动获取了所需的地理环境大数据，自动化程度高，极大的降低了人力成本。

同时，基于最小累积阻力模型实现生态安全格局的构建，综合考虑了各单元之间的水平联系，能够反映生态安全格局的内在有机联系，构建的生态安全格局更为可靠。于是，本申请的基于大数据的生态安全格局构建方案，可为后续生态环境建设提供切实可行的科学指导。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建方法的流程示意图；

图2是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建系统的结构示意图；

图3是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

实施例一

请参阅图1，图1是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建方法的流程示意图。如图1所示，本申请实施例的一种基于大数据的生态安全格局构建方法，其特征在于，所述方法包括：

s1、获取目标地区的地理环境大数据，以构成生态环境样本数据集；其中，所述地理环境大数据为与所述样本地区的与生态安全格局相关的生态环境数据；

s2、利用所述地理环境大数据中的第一部分环境数据进行生态安全风险评价，进而确定阻力面；

s3、利用所述地理环境大数据中的第二部分环境数据进行生态服务功能重要性评估，以确定生态源地；

s4、将所述阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建。

在本申请实施中，本申请提出的基于大数据的生态安全格局构建方法，在整个构建过程中，自动获取了所需的地理环境大数据，自动化程度高，极大的降低了人力成本；同时，基于最小累积阻力模型实现生态安全格局的构建，综合考虑了各单元之间的水平联系，能够反映生态安全格局的内在有机联系，构建的生态安全格局更为可靠。

优选地，所述第一部分环境数据包括土地利用现状数据、土壤类型数据与遥感数据；所述第二部分环境数据包括降雨数据、地貌数据和土壤侵蚀数据。

可选地，所述步骤s2中采用自然背景指数、反映植被覆盖情况的ndvi、反映土地利用现状类型的生态脆弱度指数、反映人类生产活动对生态系统影响的外界干扰指数作为评价指标。

在本申请实施中，区域生态安全风险评价是在区域尺度上评估人类活动或自然灾害对生态系统及其组分产生危害的可能性和大小的过程。本申请以土壤数据、土地利用现状数据和遥感数据为基础，选取反映自然生态状况和人类活动影响的两大类生态风险指数。

可选地，所述生态安全风险评价基于生态风险综合指数esi，其计算公式为：

esi＝b×ε1+n×ε2+c×ε3+g×ε4

式中，b为自然背景指数，n为ndvi，c为生态脆弱度指数，g为外界干扰指数；ε1-ε4分别为对应的权重。

在本申请实施中，在确定出的上述单指数的基础上，本申请对上述单指数进行叠加分析，得到了同时反映区域自然生态状况和人类活动影响的区域生态风险综合指数。

可选地，所述权重通过ahp算法确定。

可选地，所述步骤s2还包括对所述权重进行一致性检验步骤，

式中，cr为一致性比例，n为判断矩阵阶数，λmax为判断矩阵特征值，ri为平均随机一致性指标，ci为一致性指标；

其中，当cr小于阈值时，则表示判断矩阵一致性较好，反之则需要调整。

在本申请实施中，ahp法虽然可以快速得出各权重，但仍需对其进行一致性校验，才能保证所获得的权重的合理性，其中的阈值可为0.1。

可选地，所述步骤s3中进行生态安全风险评价的评价指标包括生物多样性保护、水源涵养、土壤保持和气候调节。

可选地，基于土地利用类型确定生物多样性指标；基于地貌类型、降水量和地表覆盖类型评价指标并利用gis的空间叠加分析确定水源涵养指标；基于所述目标地区内土壤侵蚀状况大数据确定土壤保持指标；基于dem与遥感影像数据，通过gis和rs软件提取所述目标地区内各地形因子和植被覆盖度因子并作为单类气候重要性评价指标，再通过几何加权方法计算得出气候调节重要性的综合性指标，从而得到所述目标地区的气候调节重要性分布结果。按照生态源地类型，可分为林地、湿地、草地、水系，当然，也可以根据需要进行其他标准的生态源地类型分类，本申请对此不作限定。

在本申请实施中，生态系统服务功能综合重要性空间分布结果可为一般重要、比较重要、中等重要、重要，例如，一般重要可为城镇建设用地，重要可为湿地保护区等。

可选地，所述步骤s4中的最小累积阻力模型为：

式中，furee表示最小生态累积阻力面值；fmin表示最小累积阻力与生态适宜性的负相关关系，min表示某单元对所述第一部分环境数据各类型数据取累积阻力的最小值；dij表示从源j至目标单元i的距离；ri表示目标单元i对源j的阻力。

在本申请实施中，基于上述区域地理单元的研究，结合生态安全风险的分析、生态系统服务功能分析和mcr模型分析，本申请的方案可快速获取准确的区域生态安全格局。

可选地，步骤s4中还可包括步骤：采用夜间灯光数据模拟人类活动强度对生态阻力面进行校正，校正公式为：

式中，zx单元x由夜间灯光系数校正后的阻力值，gx为单元的夜间灯光指数，ga为单元x所属景观类型a的平均灯光指数，z为单元x初始生态阻力值。

在本申请实施中，夜间灯光数据能在一定程度上反映人口密度、经济发展状况、城市化水平等人类活动因素。于是，本申请的技术方案基于夜间灯光数据来模拟人类活动强度对生态阻力面进行校正，从而保证获得的生态阻力面数据的准确性。

实施例二

请参阅图2，图2是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建系统的结构示意图。如图2所示，本申请实施例的一种基于大数据的生态安全格局构建系统，其特征在于，所述系统包括获取模块、阻力面确定模块、生态源地确定模块、构建模块；

所述获取模块，用于获取目标地区的地理环境大数据，以构成生态环境样本数据集；其中，所述地理环境大数据为与所述样本地区的与生态安全格局相关的生态环境数据；

所述阻力面确定模块，用于利用所述地理环境大数据中的第一部分环境数据进行生态安全风险评价，进而确定阻力面；

所述生态源地确定模块，用于利用所述地理环境大数据中的第二部分环境数据进行生态服务功能重要性评估，以确定生态源地；

所述构建模块，用于将所述阻力面和生态源地数据输入最小累积阻力模型，从而完成该目标地区生态安全格局的构建。

在本申请实施中，本申请提出的基于大数据的生态安全格局构建方法，在整个构建过程中，自动获取了所需的地理环境大数据，自动化程度高，极大的降低了人力成本；同时，基于最小累积阻力模型实现生态安全格局的构建，综合考虑了各单元之间的水平联系，能够反映生态安全格局的内在有机联系，构建的生态安全格局更为可靠。

实施例三

请参阅图3，图3是本申请实施例公开的一种基于大数据的生态安全格局构建设备的结构示意图。如图3所示，本申请实施例的一种基于大数据的生态安全格局构建设备，其特征在于，所述设备包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如前述所述的基于大数据的生态安全格局构建方法。

实施例四

本申请实施例提供一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如前述所述的基于大数据的生态安全格局构建方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。