一种生态承载力的遥感估算方法
【专利摘要】本发明涉及一种生态承载力的遥感估算方法，包括：构建生态承载力指标评价体系，分别从干扰强度、生态系统状态、人类响应三个方面建立对应的指标层；基础资料收集；构建植被覆盖度数据库；基于前述基础数据、土地利用分类图、植被覆盖度，分别以行政区划和集水单元为评价单元，进行生态承载力单指标估算。对所述各单指标，利用层次分析法进行权重因子确定，进行生态承载力综合评价。本发明利用定量遥感耦合思路，考虑空间异构性，体现待估算区域的地区差异，通过构建生态承载力指标评价体系，实现复合生态系统的数字化，能够快速、全面地实现待估算区域的生态承载力评价。
【专利说明】一种生态承载力的遥感估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生态保护【技术领域】，涉及生态环境承载力的估算方法，尤其涉及一种 生态承载力的遥感估算方法。
【背景技术】
[0002] 20世纪以来，随着科技进步和社会生产力的极大提高，人口剧增、资源过度消耗、 环境污染、生态破坏等问题日益凸显，导致许多地区生态承载力下降，威胁人类的未来生 存。
[0003] 保持生态系统的完整性，将人类活动控制在生态系统承载能力范围之内，是实现 生态系统与区域可持续发展的最基本和首要条件。国内外对于生态承载力的相关研宄大多 数是从种群生态学角度出发的。A. C. Smaal等认为生态系统承载力是在特定时间内特定生 态系统所能支持的最大种群数。国内学者于20世纪90年代初开始对生态承载力进行研宄。 目前生态承载力还没有统一的定义，一种较为全面的定义是：特定时间、特定生态系统自我 维持、自我调节的能力，资源与环境子系统对人类社会系统可持续发展的一种支持能力以 及生态系统所能持续支撑的一定发展程度的社会经济规模和具有一定生活水平的人口数 量。
[0004] 生态承载力研宄是生态环境规划和实现生态环境协调发展的前提。受众多因素和 时空条件的制约，生态承载力的估算具有很大的不确定性。如何定量评价和模拟预测区域 生态承载力成为目前的难点。目前主要的估算方法有自然植被净第一性生产力估测法、生 态足迹法、高吉喜法、供需平衡法等。这些方法在生态承载力的估测中有不同程度的应用， 但是存在很多问题。首先，我国是农业大国，人口众多，下垫面情况复杂，以单要素承载力研 宄很难使用生态系统资源开发与发展的要求；其次，我国幅员辽阔，地区差异性大，利用生 态足迹等方法进行生态承载力计算时，地面基础数据获取难度较大；第三，污染排放强度是 评估生态系统状态的重要指标，现有的模型方法却较少考虑，没有计算点源污染及非点源 污染对生态承载力的影响。
[0005] 目前，我国对于生态承载力的评价还没有推荐的技术方法，存在由于地区差异较 大，部分基础数据获取难度大，且现有方法考虑单一，不能对生态承载力进行较全面评价等 问题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种生态承载力的遥感估算方法，考虑空间异 构性，构建生态承载力指标评价体系，快速、全面地进行生态承载力的评价。
[0007] 一种生态承载力的遥感估算方法，包括以下步骤：
[0008] Sl :构建生态承载力指标评价体系，分别从干扰强度、生态系统状态、人类响应三 个方面建立对应的指标层；
[0009] S2 :基础资料收集：获取位于待估算区域的卫星数据、数字地形数据、行政区划矢 量图、集水单元矢量图、土壤图、土壤样品等；
[0010] S3:根据所述卫星数据和土壤图获取降水量分布图、土地利用分类图及植被覆盖 度情况，构建植被覆盖度数据库；
[0011] S4 :基于步骤S2-S3中所述基础数据、降水量分布图、土地利用分类图、植被覆盖 度，分别以行政区划和集水单元为评价单元，进行生态承载力各单指标估算；
[0012] S5:对所述各单指标，利用层次分析法对各单指标进行权重因子确定，对待估算区 域进行生态承载力综合评价。
[0013] 进一步地，所述Sl还基于"压力-状态-响应"(PSR)模型建立相应的生态承载力 评价指标体系，确定生态承载力评价指标层。
[0014] 进一步地，所述S2中的卫星数据具体包括：反射率数据、增强植被指数EVI和地表 温度数据LST、降水卫星数据。
[0015] 进一步地，所述所述S2中的土壤图为全国1:400万土壤类型分布图。
[0016] 进一步地，所述S3还包括如下步骤：
[0017] S3. 1 :对所述遥感数据进行预处理；
[0018] S3. 2 :根据S3. 1中预处理后的数据进行年降水量计算、土地覆盖精细分类及归一 化植被指数NDVI计算；
[0019] S3. 3 :根据S3. 2中得到的土地精细覆盖分类结果及归一化植被指数，结合土壤类 型图，分别选取各种土地利用类型99. 5 %的置信区间作为该类型的NDVIv，选取各种土壤类 型0. 05 %的置信区间作为NDVIs，获取流域NDVIv、NDVIs分布图，计算流域植被覆盖度图；
[0020] S3. 4 :根据S3. 3得到的植被覆盖度结果，构建植被覆盖度数据库。
[0021] 更进一步地，所述S3. 1的预处理包括：格式转化、投影转换、数据重采样、裁剪、反 射率数据降维、LST数据重建。
[0022] 更进一步地，所述的LST数据重建采用光谱角距离加权算法，利用多时相数据的 反射率光谱角作为加权系数进行LST数据重建；反射率数据当前时相和前后各特定个数时 相的反射率数据用于计算参考像元和空值像元的光谱角距离；光谱角距离小于〇. 1，将参 考像元放入参考像元集；通过下式对LST图像中空值像元进行重建：
【权利要求】
1. 一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 51 :构建生态承载力指标评价体系，分别从干扰强度、生态系统状态、人类响应三个方 面建立对应的指标层； 52 :基础资料收集：获取位于待估算区域的卫星数据、数字地形数据、行政区划矢量 图、集水单元矢量图、土壤图、土壤样品； 53 :根据所述卫星数据和土壤图获取降水量分布图、土地利用分类图及植被覆盖度情 况，构建植被覆盖度数据库； 54 :基于步骤S2、S3中所述基础数据、降水量分布图、土地利用分类图、植被覆盖度，分 别以行政区划和集水单元为评价单元，进行生态承载力各单指标估算； 55 :对所述各单指标，利用层次分析法对各单指标进行权重因子确定，对待估算区域进 行生态承载力综合评价。
2. 根据权利要求1所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述Sl基于 "压力-状态-响应"模型建立相应的生态承载力评价指标体系，确定生态承载力评价指标 层。
3. 根据权利要求1所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S2中的 卫星数据具体包括：反射率数据、增强植被指数EVI和地表温度数据LST、降水卫星数据。
4. 根据权利要求1所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S2中的 土壤图为全国1:400万土壤类型分布图。
5. 根据如权利要求1所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S3还 包括如下步骤： S3. 1 :对所述遥感数据进行预处理； S3. 2 :根据S3. 1中预处理后的数据进行年降水量计算、土地覆盖精细分类及归一化植 被指数NDVI计算； S3. 3 :根据S3. 2中得到的土地精细覆盖分类结果及归一化植被指数NDVI，结合土壤类 型图，分别选取各种土地利用类型99. 5 %的置信区间作为该类型的NDVIv，选取各种土壤类 型0. 05 %的置信区间作为NDVIs，获取流域NDVIv、NDVIs分布图，计算流域植被覆盖度图； S3. 4 :根据S3. 3得到的植被覆盖度结果，构建植被覆盖度数据库。
6. 根据权利要求5所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S3. 1的 预处理包括：格式转化、投影转换、数据重采样、裁剪、反射率数据降维、LST数据重建。
7. 根据权利要求6所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述的LST数 据重建采用光谱角距离加权算法，利用多时相数据的反射率光谱角作为加权系数进行LST 数据重建；反射率数据当前时相和前后各特定个数时相的反射率数据用于计算参考像元 和空值像元的光谱角距离；光谱角距离小于0. 1，将参考像元放入参考像元集；通过下式对 LST图像中空值像元进行重建：
其中，LSTfp是空值像元的重建结果，Nkps是参考像元集中的参考像元个数，LSL是第j 个参考像元的LST值，ω』为LST」的加权系数，ST为相似度阈值，SAD」是第j个参考像元和 空值像元的光谱角距离。
8. 根据权利要求1所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S4还包 括如下步骤： S4. 1 :基于Sl中生态承载力指标评价体系及评价指标层，建立各个单指标评价t旲型； S4. 2 :根据S4. 1的单指标评价模型，以遥感像元为基本单元，计算8种单指标； 54. 3 :分别以行政区划和集水单元为基本评价单元，计算8种单指标的估算量。
9. 根据权利要求8所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征在于，所述S4. 2中 8种单指标为人类干扰强度、灾害频率、污染排放强度、土壤侵蚀模数与等级、NPP、景观破碎 度、综合弹性和成效指数。
10. 根据权利要求1?9中的任意一项所述的一种生态承载力的遥感估算方法，其特征 在于，所述S5进一步包括如下步骤： 55. 1 :建立生态承载力综合评价模型； S5. 2 :利用层次分析法对各单指标进行权重因子确定； S5. 3 :根据S5. 1的生态承载力评价模型和S5. 2中所述的各单指标进行权重因子确定， 以行政区划和集水单元为基本评价单元，计算各评价单元的生态承载力。
【文档编号】G06F19/00GK104517037SQ201410812345
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】张霞, 王树东, 张立福, 冯淑娜, 孙艳丽 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所