生態(tài)敏感性評價方法(1)

1、 GIS常用的空間分析 疊加分析的原理方法 理論依據(jù) 數(shù)據(jù)獲取 生態(tài)因子的選取 單因子分級及其評價 權(quán)重確立 求取評價結(jié)果值及分級標(biāo)準(zhǔn)確定 下面以ARCGIS軟件為例介紹在眾多的GIS的空間分析功能中經(jīng)常使用的幾種 ： 表面分析 空間查詢分析 緩沖區(qū)分析 疊置分析 網(wǎng)絡(luò)分析 三維分析 基下GIS技術(shù)的生態(tài)敏感性分析評價中應(yīng)用的直接功能就是疊加。疊加分析是根據(jù)參加復(fù)合的數(shù)據(jù)層各類別的空間關(guān)系，重新劃分空間區(qū)域，使每個空間區(qū)城內(nèi)各空問點(diǎn)的屬性組合一致簡單的說就是，將2個或2個以上圖層相互計算得到一個新的圖層。該圖層的數(shù)據(jù)記錄了重新劃分的區(qū)域，而屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中則包含了原來的各個復(fù)合的數(shù)據(jù)平面的屬性

2、數(shù)據(jù)庫的所有的數(shù)據(jù)項。一般來說，進(jìn)行疊加操作的圖層必須在相同的坐標(biāo)系內(nèi)。 根據(jù)已輸入圖層的屬性數(shù)據(jù)分類，可以將疊加計算方法分為4種(Malczewski1999)，分別是算數(shù)疊加、邏輯疊加、概率疊加和模糊疊加。在生態(tài)敏感性分析中常用的是算數(shù)疊加和邏輯疊加。假定疊加的輸入圖層為A、B，輸出的結(jié)果圖層為C。算術(shù)疊加、邏輯疊加的操作可以表示為: (1)算術(shù)疊加算術(shù)疊加包括：加、減、乘、除四種基本逆算。疊加圖層C中每一個單元的值為圖層A和B相應(yīng)位置單元值運(yùn)算結(jié)果. (2)邏輯疊加邏輯疊加是根據(jù)布爾運(yùn)算進(jìn)行，包括AND(交)、OR(并)、NOT(補(bǔ))三種運(yùn)算在屬性數(shù)據(jù)庫中邏輯字段用l，0表示。一般1為真

3、，0為假。采用1，0表示，就可以將疊加的運(yùn)算表示為：A AND B就相當(dāng)于A*B，A ORB就相當(dāng)于A+B但是，邏輯運(yùn)算NOT是計算圖層A或者圖層B的補(bǔ)集，得到結(jié)果圖層C。 GIS的出現(xiàn)尤其是疊加功能的使用，使生態(tài)敏感性分析手段大大簡化，研究走向深入，分析和評價的技術(shù)區(qū)域完善成熟和精確 。 基于GIS技術(shù)的生態(tài)敏感性分析以加權(quán)疊加法為理論方法。加權(quán)疊加法是結(jié)合GIS的適宜性模型分析中使用最多最流行的方法。其基本原理就是基于疊加的方法，將每個單因子的評價值與權(quán)重相乘，再累加求和。加權(quán)疊加法最適宜于計算機(jī)技術(shù)，并且與GIS的疊加技術(shù)原理相同，因此加權(quán)疊加法與GIS可以很好的契合。 整個地理信息系統(tǒng)

4、就是圍繞著空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、分析和表現(xiàn)而展開的，因此空間數(shù)據(jù)來源、采集手段、生成工藝、數(shù)據(jù)質(zhì)量都直接影響到地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的潛力、成本和效率。 空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、高效的獲取是GIS運(yùn)行的基礎(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)的來源多種多樣，包括地圖數(shù)據(jù)、野外實測數(shù)據(jù)、空間定位數(shù)據(jù)、攝影測量與遙感圖像、多媒體數(shù)據(jù)等等。不同的數(shù)據(jù)有不同的采集方法，能夠獲取的空間數(shù)據(jù)也不盡相同，這其中涉及到：數(shù)據(jù)源的選擇；采集方法的確定：數(shù)據(jù)的進(jìn)一步編輯與處理，包括錯誤消除、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)變換、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與格式的重構(gòu)、圖形的拼接、拓?fù)涞纳?、?shù)據(jù)的壓縮、質(zhì)量的評價與控制等等，保證采集的各類數(shù)據(jù)符合數(shù)據(jù)入庫及空間分析的需求；數(shù)據(jù)入庫，讓采集

5、的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)入空間數(shù)據(jù)庫。 在基于GIS的敏感性分析中，不需要所有的數(shù)據(jù)都參與敏感性分析評價，要根據(jù)規(guī)劃內(nèi)容的需要來選擇的單因子。對于因子的評價包括兩個概念：目標(biāo)和屬性。目標(biāo)就是研究評價因子要達(dá)到的狀態(tài)，例如是為了“保護(hù)資源”還是為了“建設(shè)開發(fā)”；屬性則是對因子具體的描述和要達(dá)劍的指標(biāo)，例如“植被的覆蓋率的多少”或是“水體的分布情況”。 對于同一個目標(biāo)，可以對應(yīng)多個屬性，而不同的目標(biāo)也可能會對應(yīng)同一個因子的屬性。在選取因子時需符合以下要求： 首先是完整，易于理解； 其次是可以定量，即可以用數(shù)量化的指標(biāo)表示，或是能用特定的方法將其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)； 第三是可操作性，這里強(qiáng)調(diào)的是因子的可取性(具

6、有一定的現(xiàn)實統(tǒng)計基礎(chǔ))、可比性、可測性(所選的因子必須在現(xiàn)實生活中是可以測量得到的或可通過科學(xué)方法聚合生成的)、可控性(必須是能根據(jù)生態(tài)價值、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展需要來理性調(diào)控的)等 對于因子具體的選擇方法是要通過對具體實例問題的分析而產(chǎn)生的，一般可以通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)、資料，專家咨詢等作為選擇的輔助手段，當(dāng)問題較復(fù)雜時，還可以采用德爾菲法(Delphi Method)來選擇確定。在生態(tài)敏感性分析中常用的評價因子有：空氣質(zhì)量、植被、坡度、坡向、水文、景源等。 旋游地生態(tài)規(guī)劃目的主要是制止對自然環(huán)境的人為消極作用維持和維護(hù)原有生物種群、結(jié)構(gòu)及其功能特征提高自然環(huán)境的復(fù)蘇能力，掘高其生態(tài)系統(tǒng)或自然環(huán)境對人

7、為負(fù)荷的穩(wěn)定性或承載力。而地形因子、植被因子以及水體因子對此都有影響。 地形因子：地形是區(qū)域大的骨架和背景，在區(qū)域生態(tài)環(huán)境與景觀質(zhì)量中地形有著重要的影響。本研究選取高程、坡度、坡向指標(biāo)進(jìn)行評價植被因子：植被是生態(tài)環(huán)境中最重要、最敏感的自然要素，是保護(hù)生態(tài)基因庫和改善環(huán)境的重要因素，起著調(diào)節(jié)小氣候、保護(hù)生物多樣性、維持良好生態(tài)環(huán)境的作用。本研究采用植被多樣性指標(biāo)進(jìn)行評價。水體因子：水體是生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，其周邊地方生物多樣性價值高，有保護(hù)價值。規(guī)劃區(qū)大小水體星羅棋布，是構(gòu)成特色景觀的重要因素。本研究采用水體分布及水體緩沖分析指標(biāo)進(jìn)行評價。這一步驟，需要將上一步驟選擇出的各生態(tài)評價因子的原

8、始信息(文字或不同比例圖)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行等級化、數(shù)量化。根據(jù)空間分析目標(biāo)的需要，確定所需的評價標(biāo)準(zhǔn)。例如評價等級可定為V-(Vl，V2，V3，V4)=(最敏感，敏感，低敏感，不敏感)4個等級表示。將每一個定量化的單因子都用一張具有屬性的圖層表示出來。在實際應(yīng)用中，單因子的圖層可以是柵格的，也可以是矢量的，但是多以柵格圖像為主，這是由于柵格圖像更便于圖層進(jìn)行疊加操作。依據(jù)因子分級標(biāo)準(zhǔn)做出單因子分析圖。 權(quán)重(weight)用來衡量單因子的相對重要性，權(quán)重值越大，就表示該因子對敏感性的影響越大。確定權(quán)重在生態(tài)敏感性分析中是關(guān)鍵的一步，往往受到?jīng)Q策者主觀因素的影響，但是要盡量減小人為因素帶來的誤差，

9、反映各項標(biāo)準(zhǔn)之間真實的相對關(guān)系。 在因子疊加分析過程中，對權(quán)重也需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使所有的權(quán)重值之和為1。當(dāng)存在多個因子時，所有的因子權(quán)重表示為 目前被用于評價因子權(quán)重確定的方法己有多種，如層次分析法、排隊法、權(quán)衡分析法等。由于層次分析法具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性、簡潔性與實用性的特點(diǎn)，且較為成熟，應(yīng)用比較廣泛、最為常見。本文的權(quán)重確定采用了以層次分析法為基礎(chǔ)的成對比較法。應(yīng)用成對比較法進(jìn)行評價因子權(quán)重確定的基本步驟如下： (1)根據(jù)評價因子建立成對比較矩陣成對比較法來源于層次分析法，因此也需要根據(jù)比例矩陣在進(jìn)行比較，再計算產(chǎn)生權(quán)重。將因子的一對比較值定為l、3、5、7、9(A對B時的情況)，

10、相反時按1、13、15、17、19 (2)計算因子的權(quán)重將每個因子依照其相互比較的重要度對應(yīng)表格分別打分。計算出每一行結(jié)果的幾何平均值。將所有計算出幾何平均值求和，再除各單行的幾何平均值即為這行因子的權(quán)重值 。 (3)檢驗判斷結(jié)果整合度(CI)計算在獲得各因子的權(quán)重后，還要檢驗此結(jié)果是否科學(xué)正確，因為這只是兩個評價標(biāo)準(zhǔn)間的價值比較，對全體評價標(biāo)準(zhǔn)而言不一定具備這樣的價值。這時需要鑒于“整合度”(CI)來解決。整合度(CI)-(合計得分的算術(shù)平均一項目數(shù))(項目數(shù)一1)。一般的cI值在“01”之間，有時根據(jù)需要允許達(dá)到“O15”。如果在此區(qū)間內(nèi)，說明此權(quán)重的計算結(jié)果是合理可行的 進(jìn)行了前兩步驟的

11、評分賦值和權(quán)重計算后，在地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行空間分析疊加計算。其基本原理就是應(yīng)用加權(quán)疊加法，將各個單因子地圖與各自所占權(quán)重相乘，對加權(quán)后的準(zhǔn)則地圖直接進(jìn)行GIS的算術(shù)疊加，最終得出規(guī)劃區(qū)域中每個空間地塊的綜合得分值。 加權(quán)疊加法的計算公式為：生態(tài)因子高程坡度坡向植物多樣性水體分布水體緩沖分析幾何平均值權(quán)重值高程1 1/33 1/7 1/5 1/30.39420.0374坡度315 1/5 1/31100000.0948坡向 1/3 1/51 1/9 1/7 1/50.18410.0175植物多樣性7591355.4310.515水體分布537 1/3132.53650.2406水體緩沖析315

12、1/5 1/31100000.0948 綜合評價值即代表了該空間地塊的生態(tài)敏感程度，一般此分值相比較越高，則生態(tài)敏感性越強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)環(huán)境區(qū)劃，將區(qū)域的生態(tài)環(huán)境按生態(tài)敏感性分為最敏感區(qū)、敏感區(qū)、低敏感區(qū)和不敏感區(qū)四類 。 最敏感區(qū)一般為有地表水影響區(qū)或坡度20區(qū)域，生態(tài)價值高。該區(qū)域?qū)﹂_發(fā)建設(shè)活動極為敏感，一旦出現(xiàn)破壞干擾，不僅影響旅游區(qū)正常的開發(fā)建設(shè)活動的進(jìn)行，而且有可能會給區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重破壞，屬自然生態(tài)重點(diǎn)保護(hù)地段； 敏感區(qū)對人類活動敏感性較高，生態(tài)恢復(fù)難，對維持最敏感區(qū)的良好功能及氣候環(huán)境等方面起到重要作用，開發(fā)時必須慎重； 低敏感區(qū)能承受一定的人類干擾，但若遭遇嚴(yán)重干擾會引起環(huán)境空氣質(zhì)量下降、植被破壞、噪音等生態(tài)環(huán)境問題，生態(tài)恢復(fù)慢； 不敏感區(qū)可承受一定強(qiáng)度的開發(fā)建設(shè)，土地