一种基于GIS的生态环境敏感性评估模式外文翻译资料

 2021-12-18 22:49:00

英语原文共 11 页

一种基于GIS的生态环境敏感性评估模式

摘要：随着GIS技术的快速发展,越来越多的GIS平台提供了各种关于数据管理、主题建模、空间分析方法、过程和结果表示等技术用于生态环境敏感性分析。 一些方法论例如理论研究、案例研究和定性和定量相结合的分析都被用于这项研究。 首先,这篇论文介绍了相关概念以及生态敏感性和GIS的研究进展。 然后,结合定性与定量的研究建立评价的程序，最终得到一个基于GIS的评估过程。 最后以岷江流域为例,以一个案例研究实验验证该模式的合理性。

第一部分

介绍

近年来,利用GIS技术建设和管理规划信息系统成为热点。 许多规划部门已经或正在准备大量投资地理信息系统的开发和应用。 同时,人们更加重视生态的概念,可持续发展和和谐发展理论,所以人们更加重视环境保护和资源可持续利用的生态规划并加强敏感地区的规划。 在此基础上,生态敏感性分析与GIS技术在未来将有广泛的应用前景。 首先,它支持敏感地区的数字化发展。 因为在规划中包括许多生态因子,它不仅包括空间数据也有属性数据(例如,地形特征、植被类型和分布,水源分布、土地利用状况等等),所以一般的机械支持的映射系统往往不能满足要求,因为它无法管理这些不同类型的数据[1]。 本研究旨在利用GIS的数据管理和分析功能,全面处理所有类型的信息(空间数据和属性数据,图纸数据)。 结合GIS下的规划分析模型映射,生成景观虚拟现实图像[2]。 其次,它有利于提高科学规划的严谨性。 目前,GIS应用于很多行业,如林业、保护、生态、城市规划、地质等。 但使用GIS技术进行敏感性评价仍处于初始探索阶段,只有简单的资料查询和使用资源管理地理信息系统的功能。 所以对于生态敏感性分析，GIS在每一步将提供更直观和科学的依据。 首先生态敏感性分析与结合GIS,它已经准备好量化工作,通过生态敏感性分析GIS规划重点保护的面积大小、一般保护或适合发展,因此我们可以通过分析规划方案提供科学决策的基础和土地条件的适当性。 第三,它能够提高规划的效率。 每个生态因子与其他因子互动和制约,这使问题更加复杂,所以传统的分析方法难以适应需求。 例如:应用因子加权叠加方法,其步骤是复杂的,它需要很长时间,更重要的是如果因此出现错误会更麻烦。 但利用GIS软件的空间分析功能,我们可以快速、准确地实现。

随着计算机技术的发展,地理信息系统对生态环境敏感性的作用日益显现。 基于GIS技术,生态敏感性分析,使用加权叠加法作为基本分析方法利用GIS的空间分析功能,借此我们的生态敏感性研究从感性到理性、从静态到动态,实现生态敏感性规划结合定性和定量方法,传统规划理论与现代科学技术相结合,规划结果也更科学和精密,准确。

第二部分

GIS技术及其在生态环境敏感性评估中的优势

A.相关概念

1）生态敏感性

生态系统敏感性是生态系统对人类活动的敏感程度;反映生态失衡和生态环境问题的可能性大小[3]。具体而言，是在人类活动或外力的影响下，生成系统的生态环境问题（如土壤侵蚀，荒漠化，生物多样性和酸雨损害等）的可能性。生态敏感区，包括国家级自然保护区，山地森林，水源，大型水库，沿海地区，自然景观旅游区，大面积的农田，果园，鱼塘，丘陵保护区，用于阻止城市的紊乱蔓延防止城市生活环境恶化，城区间长期控制土地，控制主要交通干线两侧长期非建设用地等。生态环境敏感性是人类活动影响下区域生态系统变化（退化或改善）的潜在概率和程度[4]。它是评价区域环境质量，人口负荷，土地利用合理有效性和经济发展状况的综合指标，是区域生态环境规划和管理的基础。区域生态系统的可持续发展是区域社会和谐发展的前提。在自然条件下，生态过程保持相对稳定的耦合关系，保持生态系统的相对平衡，当干扰超过一定限度时，耦合关系将被打破，一些生态过程将借机扩大，造成严重环境问题。生态系统敏感性评价的实质是评估自然条件下特定生态过程的潜在变化能力，可用于表征外界干扰的后果。高敏感区域是生态环境保护和恢复的重点，因为它们容易出现环境问题。因此，其评价对区域生态系统的分析和生态系统保护重点的确定起着重要作用。随着社会的发展和技术的进步，人类对自然环境的影响范围和强度也在不断增加，由此产生的区域生态环境问题不容忽视，保护和改善生态环境已成为世界日益重大的问题。分析生态敏感性，制定生态环境保护规划，指导区域社会经济发展，现已在世界范围内广泛应用。

2）地理信息系统

地理信息系统（GIS）也被称为“地球科学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一个特殊的，重要的空间信息系统。它是一个在在计算机硬件和软件系统的支持下，获取，存储，管理，操作，分析，显示和描述地球表面空间（包括大气）的全部或部分地理分布数据的技术系统。 GIS是空间数据管理和分析的应用工程技术，也是地球科学，信息科学和空间科学的一门应用基础科学。该技术系统由计算机硬件，软件和相关方法过程组成，支持空间数据的采集，管理，处理，分析，建模和显示，以解决复杂的规划和管理问题[5]。 GIS的处理和管理对象是各种地理空间实体数据和关系，包括空间方位数据，图形数据，遥感图像数据，属性数据等，用于分析和处理特定地理区域内的各种现象和过程分布区域，解决复杂的规划、决策和管理问题。

总之，GIS技术为生态敏感性分析带来了极大的便利。在用传统方法进行分析时，由于影响灵敏度的多种生态因素，各种因素之间的约束和相互影响，数值计算复杂，过程繁复。GIS利用其强大的空间数据处理和计算能力，为生态关系的复杂分析提供有用的工具和技术，促进和简化分析过程，得出更加准确和清晰的结果，提高生态敏感区规划的效率和科学性。

空间数据作为GIS的重要组成部分，是GIS以及基于GIS的应用的组成部分和基础。生态敏感性分析涉及多种类型的空间数据，如地形图，遥感图像，敏感主题数据，DEM数据，土地覆盖和使用数据，经济统计数据，以及相关文件和多媒体数据，任何类型都不外乎两种基本的GIS数据格式：矢量和栅格。根据地理特征，可以组织所有这些数据并将其存储到ArcGIS Geodatabase等空间数据库中。

空间分析 基于空间位置，空间形态，空间关系，地理特征地统计学的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息（特别是用于提取和传输隐式空间信息），并解决实际的地理空间问题。空间分析是GIS的核心功能，几乎用于GIS领域特定领域和其他相关领域的所有应用。常见的空间分析方法包括空间查询，表面分析，缓冲分析，叠加分析，网络分析，空间插值，DEM分析等。

B. GIS技术在评估生态环境敏感性方面的优势

生态环境敏感性规划处理大量复杂的空间信息，基本材料尤其是实时性，基础数据的准确性是规划成功的关键，因此为了科学规划和管理，首先必须有足够的相关信息。现有的环境状况和特征，如自然环境的空间数据，包括地形地貌，植被多样性，水文数据，土壤，气候等。处理和分析这些数据的工作量非常大。随着社会经济的发展，环境问题越来越突出，越来越广泛，难度和数据处理量也越来越大，新技术的引入成为必然。

近年来，涉及规划的新技术主要有3S技术，数字现场测量技术，CAD技术，虚拟现实技术[6]。其中对规划影响较大的是利用GIS技术构建与现实相对应的地理信息空间，利用现实数字模型对地理空间现象和过程中的决策进行分析，模拟和辅助。传统的敏感性分析技术显示处它不够与时俱进的问题，而同时，基于GIS技术的敏感性分析在准确性，及时性和评价方面显示出强大的优势。以提高效率，管理信息为例简要阐述如下：

1)提高精度

在基于GIS技术的敏感性分析与评价的全过程中，对于GIS处理空间数据的能力，始终以定量数据为基础，结合传统方法和现代技术理论的分析，分析结果不仅具有 定性描述，也是更准确的量化指标。 它为规划提供了更加科学有效的依据，可以作为规划涉及的范围，数据计算的强度，并且由于实现了尺寸信息和属性信息的集成分析和处理功能，它提高了 分析准确性，丰富了规划内容。

2)保持及时性

及时性灵敏度分析基于GIS技术在会议上与传统方法不同,限于技术的限制,传统的规划现状分析基础图主要来源自纸质地图,由于数据收集的滞后,规划的准确性相对较弱。 基于GIS技术的分析过程使用信息量化,结合遥感技术可以使这些数据及时更新,所以它可以满足不断变化的城市建设的变化。

3)提高效率

利用GIS技术可以用电脑替换原来的复杂的手工操作,它节省了人工计算繁琐的过程,使分析过程方便、有效,可以提高工作效率的计划。

4）易于建模

GIS可以轻松构建模型，不仅可以表示地理特征，还可以表示地理过程和常规模式。生态环境特征可以按空间分布特征分为点，线，区域类型。采用GIS建模方法，定义了生态敏感性评价模型。

5）促进信息管理

基于GIS技术的敏感性分析可用于实现后期研究区域管理的现代化。研究区资源信息数据可以在GIS中以电子文件的方式存储，它不仅有利于信息检索，而且有利于文件的网络传输和数据共享，我们可以随时查询，分析和处理、显示和更新。它比传统方法更方便有效，是研究领域管理和决策的有效工具。

6）提供多样化的可视化风格

GIS可以为地理对象和统计数据提供各种表示样式。地图，图表，图像，3D虚拟现实以及其他一些可视化类型的表示信息的方法。此外，它的多媒体技术使各种媒体（如视频，波形，闪光，动画等）的表现更加直观，生动，具有互动性。

第三部分

生态环境敏感性评价方法

生态环境敏感性分析理论上基于加权叠加法的影响因子，并采用GIS维度叠加技术实现。 从GIS的角度来看，解决敏感性分析问题需要多层叠加，因为叠加是基本的处理方法，然后每个单独的影响因子将与相关层相对应。 在GIS应用于敏感性分析之前，有两个技术问题需要解决：一个是如何将不同的影响因子转移到各个层; 另一个是如何在层之间叠加。

A.生态环境敏感性评价方法

为了获得基于多因素综合评价的生态敏感性综合图，本文采用了GIS的层次分析法，叠加分析法和空间分析法。

1）分析层次结构过程

层次分析法（AHP）是一种决策方法，在将相关要素分解为目标，标准，方案水平等的基础上进行定性和定量分析[7]。作为一个复杂的多目标决策系统，将目标分解为多个目标或标准，然后进入多个目标（标准，约束）的某个层次，通过模糊量化指标计算单个层次（权重）和整个系统的顺序量化，这种系统的客观（多目标）方法，多方案优化决策就是AHP。

AHP按照一般目标、子层目标、评价标准和具体演员方案的顺序将决策问题分解为不同的层次结构，并采用求解特征向量的方法，然后计算每个层的每个元素的先验权重。前一层的某个元素，最后，通过重新加权，将每个投射方案分层合并到一般目标的最终权重，最终权重的最大值是最佳方案。所谓的“先验权重”是相对测量，其表示在特定评估标准或子目标下的每个演员方案的优越程度，以及每个子对象与前一层目标的显着程度。 AHP适用于具有分层评价指标的目标系统，决策问题难以定量描述目标价值。 AHP的使用是构造判断矩阵，计算最大特征值和相应的特征向量W，归一化后，结果是水平指标与先前相关水平指标之间的相对显着权重。

2）覆盖分析方法

基于GIS的生态敏感性分析中应用的指向函数是叠加的。叠加分析基于参与合成数据层之间的空间相关性类型划分新的空间区域，使每个空间区域中的每个空间点的属性保持一致，然后创建新的数据层。简而言之，它通过计算两个或更多个层来获得新层。新图层的数据记录重新划分区域，但新属性数据库结构包括原始图层属性数据库的所有数据项。通常，重叠的层具有相同的空间参考坐标系。叠加分析用于多元素综合分类，以划分最小地理景观单元，然后用于进行整体评估以识别每个优势等级。

根据输入层的属性数据，可以分为四种重叠计算方法：算术叠加，逻辑叠加，概率叠加和模糊叠加。算术叠加和逻辑叠加常用于生态敏感性分析。算术覆盖包括加，减，乘，除四种运算。通过布尔运算进行的逻辑叠加包括AND，OR和NOT [8]的三个运算。

GIS的出现，特别是覆盖层的使用，使生态敏感性分析得到了极大的简化，使研究更加深入，分析评价技术更加成熟和精确。

3）GIS空间分析

虽然AHP在多元素综合评价中具有独特的优势，但它不能有效地反映空间分布格局的评价。空间分析在GIS中的强大功能恰好补充了AHP的不足。随着GIS的发展，人们开始关注GIS的强大空间技术与数理统计方法的结合，以达到数学与空间的实用性，因此GIS与AHP的紧密结合被证明是完美和有利的[9] ]。 AHP反映了整个区域的生态环境复杂性和不同剖面的质量状况，但GIS对于推进区域生态环境的空间分布格局至关重要。基本路线是将整个评估区域划分为一系列单独的评估单元，通过层次分析法评估不同单元，建立基于GIS的评估单元质量状态属性数据库，并通过唯一ID号将属性数据库与空间图数据库相关联，在评价单元质量水平的基础上生成专题地图，揭示整个区域生态环境质量的空间格局。通过这种方式，评估者可以对区域生态环境的深度（不同层次的质量状况）和广度（质量水平的空间格局）进行综合评价指标，从而帮助其他人了解量化信息如何随时间变化。因此，GIS与AHP相结合有助于提高生态环境质量综合评价水平。

图1 评估的基本指导过程

生态环境敏感性综合指数在ArcGIS 9.3（ESRI，Redlands，CA）中计算。 首先，建立生态环境敏感性评价因子数据库，在ArcGIS软件中输入各评价指标的数值，建立各评价单位的属性数据库，然后在ArcGIS软件中自动计算各评价单位的生态敏感性综合指数，计算公式为 如下：

EEQ=sum;ni=1Ulowast;iWi,i=1,2,3,hellip;n

EEQ表示每个评估单元的生态环境敏感性综合指数，u

资料编号：[4595]

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