一种基于动态过程本底的国家公园综合成效评价方法

本发明涉及公园建设，尤其涉及一种基于动态过程本底的国家公园综合成效评价方法。

背景技术：

1、国家公园是指由国家批准设立并主导管理，边界清晰，以保护具有国家代表性的大面积自然生态系统为主要目的，实现自然资源科学保护和合理利用的特定陆地或海洋区域。

2、政策方向调整、更加科学地开展相应管理工作以及给予其他国家公园可持续发展可供参考的经验都有着重要意义。但是现有技术中并没有完整的针对国家公园建设成效的评价方法或者评价模型，无法科学准确的对国家公园的建设成效进行快速评价。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于动态过程本底的国家公园综合成效评价方法，采用了空间数理与统计的方法将行政单元尺度的社会经济数据与栅格像元尺度的生态环境数据相统一，有效地解决了大多数研究中所遇到的生态环境数据与社会经济数据的空间不匹配问题，并且将二者综合起来衡量一个地区的发展水平，实现了不同类别不同尺度数据的融合计算，对于综合评价类研究的相关评价研究有着较大的借鉴意义，最终建立的模型可直接用来对国家公园的建设综合效益进行快速评价。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于动态过程本底的国家公园综合成效评价方法，其特征在于，包括以下步骤，

4、s1：获取国家公园建设前后5年的多源数据；

5、s2：建立国家公园综合成效评价指标体系；

6、s3：确定步骤s2中的评价指标数据；

7、s4：基于熵值法和层次分析法确定评价指标的权重；

8、s5：根据步骤s4中得到的各项评价指标的权重值，建立国家公园综合成效的评价模型；

9、s6：基于工程前后平均状况比较法和变化趋势比较法对国家公园综合成效进行评估。

10、进一步的，步骤s2中所述的国家公园综合成效评价指标体系包括目标层、准则层和指标层；

11、所述目标层包括生态环境指标和社会经济指标；

12、所述生态环境指标对应的准则层包括生态系统质量、生态系统功能和景观格局指数；

13、所述社会经济指标对应的准则层包括社会效益和经济效益；

14、所述生态系统质量对应的指标层包括植被覆盖度和净初级生产力；所述生态系统功能对应的指标层包括水源涵养量、土壤保持量和防风固沙量；所述景观格局指数对应的指标层包括香农多样性指数；

15、所述社会效益对应的指标层包括人口密度、医疗服务能力和第三产业从业人员密度；所述经济效益对应的指标层包括gdp密度、居民储蓄存款余额和家畜密度。

16、进一步的，步骤s3中生态环境指标对应的指标层评价指标的计算方法包括，

17、植被覆盖度采用像元二分模型计算，计算公式为：

18、

19、式中，fvc为植被覆盖率；ndvi为归一化植被指数，是植物生长状态和植被空间分布密度的指示因子；ndvisoil为全无植被覆盖像元的ndvi值；ndviveg为纯植被像元的ndvi值；

20、净初级生产力采用ec-lue模型计算，计算公式为：

21、npp＝εmax×min(f(t)×f(w))×fpar×par

22、fpar＝1.24×ndvi-0.168

23、式中，npp为净初级生产力，εmax为潜在光能利用率；f(t)和f(w)分别是受环境中的温度和冠层水分状况胁迫下的下的光能利用率；par为入射的光合有效辐射；fpar为植物冠层吸收的光合有效辐射的比例；

24、水源涵养量采用降水贮量法计算，计算公式为：

25、s＝10m×q×e

26、q＝q0×k

27、e＝e0-eg

28、eg＝-0.3187×fvc+0.3640

29、式中，s为与裸地相比较，陆地生态系统涵养水分的增加量；m为生态系统面积，q为年产流降水量；q0为年均降水量；e为与裸地相比较，生态系统减少径流的效益系数，k为产流降雨量占降雨量的比例，取值0.68；e0为产流降雨条件下裸地降雨径流率，取值0.36403；eg为产流降雨条件下生态系统降雨径流率；

30、土壤保持量采用修正的通用土壤流失方程计算，计算公式为：

31、tb＝tbq-tbr

32、tbq＝kq×m

33、tbr＝kr×m

34、t＝j×d×p×h×f×w

35、式中，tb为计算单元上的生态系统土壤保持量；tbq为计算单元上无植被保护下的潜在土壤侵蚀量；tbr为计算单元上现实覆被状态下的土壤侵蚀量；kq为计算单元上无植被保下的潜在土壤侵蚀模数；kr为计算单元现实覆被状态下的土壤侵蚀模数；t为土壤侵蚀模数通量；j为降水侵蚀力因子；d为土壤可蚀性因子；p为坡长因子；h坡度因子；f为覆盖和管理因子，取值范围为0～1；w为水土保持措施因子，取值范围为0～1；

36、防风固沙量采用修正的土壤风蚀方程计算，计算公式为：

37、dg＝dgq-dgr

38、dgq＝wlq×a

39、dgr＝wlr×a

40、

41、

42、nmax＝109.8(wf×bf×scf×c×fg)

43、l＝150.71(wf×bf×scf×c×fg)-0.3711

44、式中，dg为计算单元上的生态系统防风固沙量；dgq为计算单元上无植被保护下的潜在土壤风蚀量；dgr为计算单元上现实覆被状态下的土壤风蚀量；wlq为计算单元上无植被保护下的潜在土壤风蚀模数；wlr为计算单元上现实覆被状态下的土壤风蚀模数；a为计算单元面积；wl为风蚀模数；x为地块长度；nx为地块x处的沙通量；nmax为风力的最大输沙能力；l为关键地块长度；wf为气象因子；bf为土壤可蚀性成分；scf为土壤结皮因子；c为土壤糙度因子；fg植被因子；

45、香农多样性指数采用景观格局软件fragstats进行计算，计算公式为：

46、

47、式中，shdi为香农多样性指数，pi为土地利用/覆盖类型i所占据的比率。

48、进一步的，步骤s3中社会经济指标对应的指标层评价指标的计算方法包括，

49、人口密度和gdp密度的计算方法为：

50、popi+1＝popi×ki+1

51、gdpi+1＝gdpi×ki+1

52、式中，popi为第i年的人口密度，ki+1为第i+1年的人口密度增长率，gdpj为第j年的gdp密度，kj+1为第产1年的gdp密度增长率；

53、医疗服务能力的计算方法为：

54、

55、

56、式中，nbmiij为第i行第j列栅格的医疗卫生机构床位数量，nbmicou为栅格单元所在的县级行政区单元的医疗卫生机构床位数量统计值，mstaij为该栅格单元的医疗服务理论能力，mstacou为该栅格单元所在县级行政单元的总医疗服务理论能力，mscij为第i行第j列栅格的医疗服务能力，popij为该栅格单元的人口数量；

57、第三产业从业人员密度的计算方法为：

58、

59、式中，petiij为第i行第j列栅格的第三产业从业人员密度，peticou为该栅格单元所在的县级行政区单元的第三产业从业人员密度统计值；popcou为该栅格单元所在县级行政单元的总人口数量；

60、居民储蓄存款余额的计算方法为：

61、

62、式中，sdbrij是第i行第j列栅格的居民储蓄存款余额，sdbrcou为该栅格单元所在的县级行政区单元的居民储蓄存款余额统计值；gdpij为该栅格单元的gdp；gdpcou为该栅格单元所在县级行政单元的总gdp；

63、家畜密度的计算方法为：

64、

65、式中，ldij是第i行第j列栅格的家畜数量；ldcou为该栅格单元所在的县级行政区单元的家畜数量统计值；laiij为该栅格单元的家畜活动强度；laicou为该栅格单元所在县级行政单元的总家畜活动强度。

66、进一步的，步骤s4的具体操作包括以下步骤，

67、s401：运用熵值法计算各项评价指标的权重；

68、s402：运用层次分析法计算各项评价指标的权重；

69、s403：取熵值法计算得到的评价指标权重和层次分析法计算得到的评价指标权重的平均值，作为该评价指标的最终权重。

70、进一步的，步骤s401的具体操作包括以下步骤，

71、s4011：对各评价指标的原始数值进行极差标准化处理；

72、其中，对于正向指标，

73、对于负向指标，

74、s4012：计算第i个样本第j项指标值的比重，

75、

76、s4013：计算第j项指标的熵值，

77、s4014：计算第j项指标的权重，

78、式中，x′ij为第i个样本第j项指标标准化处理后的值；xij为第i个样本第j项指标的原始数值；xmax为第i个样本第j项指标的最大值；xmin为第i个样本第j项指标的最小值；n为样本数。

79、进一步的，步骤s402的具体操作包括以下步骤，

80、s4021：根据指标体系构造判断矩阵：通过专家打分的方法，对同一层次内指标两两进行比较，构造该层次判断矩阵：

81、

82、式中，uxy表示ux相对于uy的重要性数值，x＝1,2,…,t，y＝1,2,…，t；t表示该层次指标个数；

83、s4022：根据判断矩阵u，计算对应的最大特征根λmax与特征向量w，之后将特征向量归一化处理可得权重向量，即uw＝λmax×w，uw为权重向量；

84、s4023：对步骤s4022中得到的权重向量进行一致性检测。

85、进一步的，步骤s4023的具体操作包括以下步骤，

86、步骤1：首先计算一致性指标

87、步骤2：根据因子个数确认平均随机一致性指标ri；

88、步骤3：计算一致性比例

89、进一步的，步骤s5的具体操作包括以下步骤，

90、s501：利用各指标所对应的权重乘以该指标极差标准化后的数值，通过加和得到对应的生态环境指标评价结果和社会经济指标评价结果，也即

91、

92、

93、式中，eco为生态环境指标评价结果，soc为社会经济指标评价结果，ewi为生态环境对应的各指标权重，swj为社会经济对应的各指标权重，eii为生态环境对应的各指标标准化后结果，sij为社会经济对应的各指标标准化后结果；

94、s502：利用步骤s501中的评价结果，建立社会公园建设综合效益的综合评价模型，com＝cwe×eco+cws×soc，式中，com为建设综合效益值，cwe为生态环境指标权重，cws为社会经济指标权重。

95、本发明的有益效果是：

96、1、本发明构建了国家公园建设成效评价的动态过程本底模型，通过对国家公园建设前5年和后5年的生态环境指数、社会经济指数与综合效益值分别进行建设前后平均值的计算，以国家公园建设为时间阈值，对比分析国家公园建设后综合成效；此外，为摒除气候因素的波动，本发明还同时采用变化趋势对比法，对国家公园建设前后5年的生态环境指数、社会经济指数与综合效益值的变化趋势计算与对比，从而分析国家公园建设成效；此外，用模型模拟变量控制法、工程区内外变化量和趋势对比法的结合，识别国家公园建设与气候因子对生态成效贡献率，从而进一步验证国家公园建设的成效，创新性的发展了国家公园建设成效评估方法。

97、2、本发明采用了空间数理与统计的方法将行政单元尺度的社会经济数据与栅格像元尺度的生态环境数据相统一，有效地解决了大多数研究中所遇到的生态环境数据与社会经济数据的空间不匹配问题，并且将二者综合起来衡量一个地区的发展水平，实现了不同类别不同尺度数据的融合计算，对于综合评价类研究的相关评价研究有着较大的借鉴意义。

98、3、本发明中在确认各评价指标的权重时采用熵值法和层次分析法的结合，对于评价指标的计算结果更加准确，从而能够提高评价结果的精确度。

99、4、本发明中评价指标的选择，基于深刻地挖掘了三江源国家公园建设的深层目的，以科学性、针对性、易获得性和可量化性为原则，综合了生态环境和社会经济两个方面指标，全面契合三江源国家公园的生态社会本底条件以及建设目标，最终建立起来的评价模型能够直接用来对对国家公园的建设综合成效进行快速评价。