面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测方法与流程

本发明涉及生态系统管理领域，尤其涉及一种面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测方法。

背景技术

生态系统管理是对全球生态、环境和资源危机的一种响应，也是自然资源管理的一种整体性途径。20世纪后半期以来，在世界经济高速发展过程中，生态危机对人类社会发展构成了极大的威胁。同时，随着全球经济一体化和环境问题国际化进程的加速，使宏观生态学的研究热点转向了如何科学地管理地球生态系统。然而生态系统受自然生态系统和社会经济系统中多种非线性因素的影响，如何评估生态系统状态及其变化，是生态系统管理领域亟待解决的热点和难点。

当前，生态系统管理领域主要从生态系统服务供给领域来评估生态系统状态，常用的方法包括替代市场技术、模拟市场技术和当量因子法。但替代市场技术评估客观，可信度较高，但需要大量的前期工作；模拟市场技术应用较为广泛，但是受众多主观因素影响，其可信度较低。当量因子法简单明了，评估较为全面但计算结果精确度较低。

同时生态系统不仅受自然因素影响，同时还依赖于社会系统。没有人类的受益者，生态系统的结构和过程就不能形成生态系统服务。同时利益相关者的经济活动对生态系统服务产生了巨大的需求，并导致生态系统服务的变化。如果只考虑生态系统服务的供给，忽视人类对生态服务的需求，就无法实现生态系统管理。已有的评估生态服务需求评估的多采用问卷调查等方法，费时费力，很难比较一定时间和空间范围内的生态系统服务供给和需求。而且不能揭示生态系统服务供给与需求的耦合机制，分析评估生态系统服务供需状态的变化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服生态系统管理人类需求被忽视的问题，提供一种可提高了生态系统管理的科学性与合理性的面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测方法。

本发明为达上述目的所采用的技术方案是：

提供一种面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测方法，包括以下步骤：

步骤1.构建生态系统服务供需指数，基于多种因子数据，提取改进的当量因子，获取生态系统服务供给结果；利用人口、gdp、建设用地比例数据量化生态系统服务需求；按照公式三构建生态系统服务供需指数，实现生态系统服务供需耦合；

定义esp为生态系统服务供给，dn为土地利用数据的面积，ln为该土地利用类型改进的当量因子；

esd＝a×lg(b)×lg(c)式二

定义esd为生态系统服务需求，a为建设用地比例，b为人口密度，c为gdp密度；

定义iessd为生态系统服务供需指数；

步骤2.构建生态系统服务供需指数分级表；根据获取的国家公布的生态文明示范县、国家园林城市和全国生态环境质量报告结果，构建生态系统服务供需指数分级表，下表1中将生态系统服务供需指数的状态共分为3大类，包括生态赤字区域、生态平衡区域和生态盈余区域，5种供需状态，包括盈余、较盈余、平衡、超载和严重超载；

表1生态系统服务供需指数分级表

步骤3.利用变化检测方法，分析生态系统服务供需指数的状态变化；下表2中行表示t1时刻的生态系统服务供需指数状态面积，列表示t2时刻的生态系统服务供需指数的状态面积；pij表示t1-t2期间生态系统服务供需指数状态i转换为状态j的面积占土地总面积的百分比；pij表示t1-t2期间i种生态系统服务供需指数状态类型保持不变的面积百分比；pi+表示t1时刻状态i的总面积百分比；p+j表示t2时刻点j生态系统服务供需指数状态类型的总面积百分比；pi+-pii为t1-t2时刻状态i面积减少的百分比；p+j-pjj为t1-t2时刻生态系统服务供需指数的状态j面积增加的百分比；其中i、j为自然数；

表2生态系统服务供需指数的状态变化分析

提供一种面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测系统，包括：

生态系统服务供需指数构建模块，用于构建生态系统服务供需指数，具体基于多种因子数据，提取改进的当量因子，获取生态系统服务供给结果；利用人口、gdp、建设用地比例数据量化生态系统服务需求；按照公式三构建生态系统服务供需指数，实现生态系统服务供需耦合；

定义esp为生态系统服务供给，dn为土地利用数据的面积，ln为该土地利用类型改进的当量因子；

esd＝a×lg(b)×lg(c)式二

定义esd为生态系统服务需求，a为建设用地比例，b为人口密度，c为gdp密度；

定义iessd为生态系统服务供需指数；

生态系统服务供需指数分级表构建模块，用于构建生态系统服务供需指数分级表；具体根据获取的国家公布的生态文明示范县、国家园林城市和全国生态环境质量报告结果，构建生态系统服务供需指数分级表，下表1中将生态系统服务供需指数的状态共分为3大类，包括生态赤字区域、生态平衡区域和生态盈余区域，5种供需状态，包括盈余、较盈余、平衡、超载和严重超载；

表1生态系统服务供需指数分级表

生态系统服务供需指数的状态变化分析模块，具体用于利用变化检测方法，分析生态系统服务供需指数的状态变化；下表2中行表示t1时刻的生态系统服务供需指数状态面积，列表示t2时刻的生态系统服务供需指数的状态面积；pij表示t1-t2期间生态系统服务供需指数状态i转换为状态j的面积占土地总面积的百分比；pij表示t1-t2期间i种生态系统服务供需指数状态类型保持不变的面积百分比；pi+表示t1时刻状态i的总面积百分比；p+j表示t2时刻点j生态系统服务供需指数状态类型的总面积百分比；pi+-pii为t1-t2时刻状态i面积减少的百分比；p+j-pjj为t1-t2时刻生态系统服务供需指数的状态j面积增加的百分比；其中i、j为自然数；

表2生态系统服务供需指数的状态变化分析

本发明产生的有益效果是：本发明首先通过量化生态系统服务供给和生态系统服务需求，构建生态系统服务供需指数；接着通过构建生态系统服务供需指数分级表，衡量生态服务供需指数的状态；最后利用变化检测方法，分析了生态系统服务供需指数状态的变化。该发明克服了生态系统管理人类需求被忽视的问题，提高了生态系统管理的科学性与合理性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测方法流程图；

图2为本发明实施例1的生态系统服务供给图；

图3为本发明实施例1的生态系统服务需求图；

图4为本发明实施例1的生态系统服务供需指数图；

图5为本发明实施例1的生态系统服务供需指数变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

步骤1.构建生态系统服务供需指数。基于地形因子、土壤因子、社会经济因子等数据，按照综合指数方法，通过不同土地利用类型数据获取不同县域不同土地类型改进的当量因子，基于公式一获取生态系统服务供给结果；利用人口、gdp、建设用地比例数据，按照公式二量化生态系统服务需求；按照公式三构建生态系统服务供需指数，实现生态系统服务供需耦合。

定义esp为生态系统服务供给，dn为土地利用数据的面积，ln为该土地利用类型改进的当量因子。

esd＝a×lg(b)×lg(c)式二

定义esd为生态系统服务需求，a为建设用地比例，b为人口密度，c为gdp密度。

定义iessd为生态系统服务供需指数。

步骤2.生态系统服务供需指数分级表(如下表1所示)。根据国家公布的生态文明示范县、国家园林城市和全国生态环境质量报告结果，构建生态系统服务供需指数分级表，通过查阅相关文献，咨询专家意见并结合管控需求将生态系统服务供需指数的状态共分为3大类，包括生态赤字区域、生态平衡区域和生态盈余区域，5种供需状态，包括盈余、较盈余、平衡、超载和严重超载。

表1生态系统服务供需指数分级表

步骤3.利用变化检测方法，分析生态系统服务供需指数状态变化(如下表2所示)，通过下表可以反映某一区域某一时段期初和期末不同生态系统服务供需指数类型相互转化的动态过程信息，通过分析表格内不同行列的数据，可以清楚的了解某一状态的土地有多少面积分别转化成了其他的状态类型，现在某一状态的土地面积分别是由过去的哪些状态转化而来的。下表中行表示t1时刻的生态系统服务供需指数类型所在土地面积，列表示t2时刻的生态系统服务供需指数的状态土地面积。pij表示t1-t2期间生态系统服务供需指数状态i转换为状态j的土地面积占土地总面积的百分比；pij表示t1-t2期间i种生态系统服务供需指数状态类型保持不变的土地面积百分比。pi+表示t1时刻状态i的土地总面积百分比。p+j表示t2时刻点j生态系统服务供需指数状态类型的土地总面积百分比。pi+-pii为t1-t2时刻状态i土地面积减少的百分比；p+j-pjj为t1-t2时刻生态系统服务供需指数的状态j土地面积增加的百分比。

表2生态系统服务供需指数的状态变化分析

因此，本发明具有如下优点：首先通过量化生态系统服务供给和生态系统服务需求，构建生态系统服务供需指数。接着通过构建生态系统服务供需指数分级表，衡量生态服务供需指数的状态。最后利用变化检测方法，分析了生态系统服务供需指数状态的变化。该发明克服了生态系统管理人类需求被忽视的问题，提高了生态系统管理的科学性与合理性。

本发明还提供了一种面向管理领域的生态系统服务供需指数变化检测系统，用于实现上述方法，该系统具体包括：

生态系统服务供需指数构建模块，用于构建生态系统服务供需指数，具体基于多种因子数据，提取改进的当量因子，获取生态系统服务供给结果；利用人口、gdp、建设用地比例数据量化生态系统服务需求；按照公式三构建生态系统服务供需指数，实现生态系统服务供需耦合。

生态系统服务供需指数分级表构建模块，用于构建生态系统服务供需指数分级表；具体根据获取的国家公布的生态文明示范县、国家园林城市和全国生态环境质量报告结果，构建生态系统服务供需指数分级表，如上表1所示。

生态系统服务供需指数的状态变化分析模块，具体用于利用变化检测方法，分析生态系统服务供需指数的状态变化，如上表2所示。

实施例1：

本发明所采用的模型流程图如图1所示。

该生态系统服务供需指数状态变化评估包括如下步骤：

步骤1.构建生态系统服务供需指数。通过量化生态系统服务供给和需求，构建生态系统服务供需指数，实现生态系统服务供给和需求的耦合。

步骤2.生态系统服务供需指数状态分析。通过构建生态系统服务供需指数分级表，分析生态系统服务供需指数的状态。

步骤3.分析生态系统服务供需指数状态的变化。利用变化检测方法，来分析生态系统服务供需指数状态的变化。

以下是采用上述方法的一个具体实施例。

1.基于改进的当量因子，获得2000年和2015年生态系统服务供给数据，如图2所示；通过人口、gdp、建设用地比例，量化2000年和2015年生态系统服务需求，如图3所示；利用arcgis10.4字段计算器功能，对2000年和2015年供给和需求数据进行极差标准化；利用arcgis10.4字段计算器，新建iessd字段，耦合生态系统服务供给和需求数据，构建生态系统服务供需指数。

2.根据国家公布的生态文明示范县、国家园林城市和全国生态环境质量报告结果，利用arcgis10.4空间分析功能，构建生态系统服务供需指数状态分级表，将2000年和2015年生态系统服务供需指数分为盈余、较盈余、平衡、超载和严重超载5状态，如图4所示。

3.利用变化检测方法，得到2000-2015年生态系统服务供需指数状态的变化，如图5所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。