一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土地覆被、生态环境研究和遥感、地理信息系统空间化技术领域。尤其 涉及一种在土地覆被类型空间分布数据基础下，通过计算滑动窗口内不同土地覆被类型面 积比例，进而结合有效的阈值参数进行生态交错带空间范围自动识别的技术方法。
【背景技术】
[0002] 生态交错带是指相邻生态系统之间的过渡带，是生态系统结构和功能在时、空尺 度上变化较快的区域，也是土地覆被类型交错区、生物多样性丰富区、全球变化敏感区，又 称生态过渡带、生态脆弱带、景观交错带，相比其他地区来说，对全球气候变化具有"指示" 和"预防"作用，也是全球变化及区域响应研究的关键区，是联合国第七届"人与生物圈计 划"大会呼吁各国重点研究的Ecotone地带。随着全球气候变化和人为干扰活动的日益加 剧，生态交错带在时间和空间上的异质性已经成为其普遍特征，自生态交错带提出以来，有 关生态交错带的研究越来越引起国内外众多相关领域学者的广泛关注。通过对生态交错带 的研究能够使人们更加深入地理解景观和生态系统格局与生态过程的关系，以及生态系统 之间的相互作用和联系。
[0003] 生态交错带空间范围判定是定量研究交错带生态学过程的基础。在空间尺度上， 生态交错带出现在从生态区域到行政区划等各等级不同尺度水平，而且根据不同的尺度水 平确立的生态交错带会有一定的差异。在时间尺度上，因气候变化、人为干扰等多种因素的 作用，生态交错带的组成、空间结构、分布范围也会表现出随地表覆盖类型变化而变化的明 显动态性。这些综合影响因素给生态交错带研究的开展带来了一定的困难。近年来，生态 学界对交错带研究的重新关注和植被生态学的定量化研究热潮，最终推动了交错带定量判 定技术的发展，研究生态交错带的判定方法在斑块尺度格局和动态、群落尺度种群统计和 种群尺度异质种群的行为等研究中具有重要意义。
[0004] 由于生态交错带本身的复杂性、定量研究生态交错带目前缺乏公认的原理和方 法，对其范围、宽度判定和动态变化研究一直处于不断的探索中。长期以来，对生态交错带 的研究主要基于定性的描述、传统地理界定等比较笼统的方面，这显然是不全面的，尤其对 不断变化的交错区域的描述有可能会存在一定错误，这些都在一定程度上制约着生态交错 带的深入研究。
[0005] 生态交错带最为明显的特征是植被的变化，包括植物种类组成和植被结构的变 化。最容易定义的生态交错带是空间位置上植被种类组成发生突然变化的地段。目前判 定生态交错带空间范围的方法主要是边缘检测滤波方法，即计算相邻栅格（如3X3移动窗 口）的导数来判定生态交错带范围，然而基于一次滤波的方法仅能够提取出相邻生态系统 之间边界的所在。基于二次导数检测滤波技术则可以获取生态交错带位置和范围，这些滤 波被称之为拉普拉斯滤波。然而拉普拉斯滤波对噪声非常敏感，计算量也非常大，因此在自 动提取生态交错带空间范围时非常困难。
[0006] 本专利提出了基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，是在土地覆被类型空间 分布数据的基础上，通过滑动窗口内各种土地覆被类型面积比例的计算，结合通过大量调 研得出的各种交错带不同土地覆被类型种类组成比例阈值，实现生态交错带的自动识别， 试验证明，该方法在保证土地覆被类型数据精度的情况下能真实反映出生态交错带范围的 空间分布情况。
【发明内容】
[0007] (一）要解决的技术问题
[0008] 本发明要解决的技术问题是：如何根据已有的土地覆被类型空间分布数据，在借 助空间分析技术的基础上，有效实现不同类型生态交错带空间分布范围的自动识别。
[0009] (二）技术方案
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于滑动窗口计算不同土地覆被类型 面积比例，进而结合不同类型生态交错带阈值参数自动识别生态交错带空间范围的方法， 具体包括以下步骤：
[0011] S1、利用土地覆被类型空间分布数据，制作一定尺度单元格网下（如lkm*lkm)不 同土地覆被类型所占面积百分比的栅格数据。
[0012] S2、利用滑动窗口对各类土地覆被栅格数据进行重新计算，将栅格数据中每一单 元格的新属性值赋为其周围一定范围内（如矩形范围下5*5个单元格）所有单元格属性值 的平均值，边界区域则为有效单元格属性值的平均值。计算公式为：
【主权项】
1. 一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，包括以下步骤： 51、 利用土地覆被类型空间分布数据，制作一定尺度单元格网下不同土地覆被类型所 占面积百分比的栅格数据。 52、 利用滑动窗口对各类土地覆被栅格数据进行重新计算，将栅格数据中每一单元格 的新属性值赋为其周围一定范围内所有单元格属性值的平均值，边界区域则为有效单元格 属性值的平均值。 53、 根据区域土地覆被类型特点，设定的不同类型生态交错带内相关土地覆被类型的 面积比例阈值。 54、 根据设定的不同类型生态交错带内相关土地覆被类型的面积比例阈值，对利用滑 动窗口获取的新的各类型土地覆被面积比例数据进行计算判定，相关土地覆被类型面积比 例满足不同条件则判定为相对应类型的生态交错带。
2. 如权利要求1所述的一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，其特征在于， 步骤S1中所述的土地覆被类型依据不同分类体系略有差异，生态交错带类型和范围的识 别过程主要依据一级土地覆被类型实现对不同类型生态交错带范围的判定。
3. 如权利要求1所述的一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，其特征在于， 步骤S2中利用滑动窗口对各类土地覆被类型空间分布栅格数据重新计算，计算的方法为 将栅格数据中某一单元格的新属性值赋为其周围一定范围内（如矩形范围下5*5个单元 格）所有单元格属性值的平均值，边界区域则为有效单元格属性值的平均值，计算公式为：
式中，vk表示滑动窗口范围内中心单元格属性值，Vi表示滑动窗口内第i个单元格属 性值，n表示窗口中包含的有效单元格个数。
4. 如权利要求1所述的一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，其特征在于， 步骤S3中所述的基于设定的不同类型生态交错带内相关土地覆被类型的面积比例阈值来 判定生态交错带的类型和空间范围，不同类型生态交错带内相关土地覆被类型的面积比例 阈值可根据实际情况有所变化。
【专利摘要】本发明公开了一种基于滑动窗口的生态交错带自动识别方法，包括以下步骤：S1、利用土地覆被类型空间分布数据，制作一定尺度单元格网下不同土地覆被类型所占面积百分比的栅格数据；S2、利用滑动窗口对各类土地覆被栅格数据进行重新计算，将栅格数据中每一单元格的新属性值赋为其周围一定范围内所有单元格属性值的平均值，边界区域则为有效单元格属性值的平均值；S3、设定不同类型生态交错带内相关土地覆被类型的面积比例阈值；S4、根据设定的面积比例阈值，对各类型土地覆被面积比例数据进行计算判定，生成生态交错带类型和空间范围。本发明能有效获取生态交错带的类型和空间分布范围，从而为深入开展生态交错带研究和生态环境保护提供参考依据。
【IPC分类】G06K9-00, G06F17-30
【公开号】CN104699728
【申请号】CN201410126323
【发明人】徐新良
【申请人】中国科学院地理科学与资源研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年4月1日