GIS技术在生态敏感性评价中的应用课件

主要内容GIS常用的空间分析叠加分析的原理方法理论依据数据获取生态因子的选取单因子分级及其评价权重确立求取评价结果值及分级标准确定

主要内容GIS常用的空间分析1评价技术流程评价技术流程2GIS常用的空间分析下面以ARCGIS软件为例介绍在众多的GIS的空间分析功能中经常使用的几种：表面分析空间查询分析缓冲区分析叠置分析网络分析三维分析GIS常用的空间分析下面以ARCGIS软件为例介绍在众多的G3叠加分析的原理方法基于GIS技术的生态敏感性分析评价中应用的直接功能就是叠加。叠加分析是根据参加复合的数据层各类别的空间关系，重新划分空间区域，使每个空间区城内各空问点的属性组合一致．简单的说就是，将2个或2个以上图层相互计算．得到一个新的图层。该图层的数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的各个复合的数据平面的属性数据库的所有的数据项。一般来说，进行叠加操作的图层．必须在相同的坐标系内。叠加分析的原理方法基于GIS技术的生态敏感性分析评价中应用的4叠加分析的原理方法根据已输入图层的属性数据分类，可以将叠加计算方法分为4种(Malczewski．1999)，分别是算数叠加、逻辑叠加、概率叠加和模糊叠加。在生态敏感性分析中常用的是算数叠加和逻辑叠加。假定叠加的输入图层为A和B，输出的结果图层为C，算术叠加和逻辑叠加的操作可以表示为:(1)算术叠加算术叠加包括：加、减、乘、除四种基本逆算。叠加图层C中每一个单元的值为图层A和B相应位置单元值运算结果.叠加分析的原理方法根据已输入图层的属性数据分类，可以将叠加计5叠加分析的原理方法(2)逻辑叠加

逻辑叠加是根据布尔运算进行，包括AND(交)、OR(并)、NOT(补)三种运算．在属性数据库中．逻辑字段用1，0表示。一般1为真，0为假。采用1，0表示，就可以将叠加的运算表示为：AANDB就相当于A*B，AOR

B就相当于A+B．但是，逻辑运算NOT是计算图层A或者图层B的补集，得到结果图层C。GIS的出现．尤其是叠加功能的使用，使生态敏感性分析手段大大简化，研究走向深入，分析和评价的技术区域完善成熟和精确。叠加分析的原理方法(2)逻辑叠加6理论依据基于GIS技术的生态敏感性分析以加权叠加法为理论方法。加权叠加法是结合GIS的适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叠加的方法，将每个单因子的评价值与权重相乘，再累加求和。加权叠加法最适宜于计算机技术，并且与GIS的叠加技术原理相同，因此加权叠加法与GIS可以很好的契合。理论依据基于GIS技术的生态敏感性分析以加权叠加法为理论方法7数据获取整个地理信息系统就是围绕着空间数据的采集、处理、存储、分析和表现而展开的，因此空间数据来源、采集手段、生成工艺、数据质量都直接影响到地理信息系统应用的潜力、成本和效率。空间数据的准确、高效的获取是GIS运行的基础。空间数据的来源多种多样，包括地图数据、野外实测数据、空间定位数据、摄影测量与遥感图像、多媒体数据等等。不同的数据有不同的采集方法，能够获取的空间数据也不尽相同，这其中涉及到：①数据源的选择；②采集方法的确定：③数据的进一步编辑与处理，包括错误消除、数学基础变换、数据结构与格式的重构、图形的拼接、拓扑的生成、数据的压缩、质量的评价与控制等等，保证采集的各类数据符合数据入库及空间分析的需求；④数据入库，让采集的空间数据统一进入空间数据库。数据获取整个地理信息系统就是围绕着空间数据的采集、处理、存储8生态因子的选取在基于GIS的敏感性分析中，不需要所有的数据都参与敏感性分析评价，要根据规划内容的需要来选择单因子。对于因子的评价包括两个概念：目标和属性。目标就是研究评价因子要达到的状态，例如是为了“保护资源”还是为了“建设开发”；属性则是对因子具体的描述和要达剑的指标，例如“植被的覆盖率的多少”或是“水体的分布情况”。生态因子的选取在基于GIS的敏感性分析中，不需要所有的数据都9生态因子的选取对于同一个目标，可以对应多个属性，而不同的目标也可能会对应同一个因子的属性。在选取因子时需符合以下要求：首先是完整，易于理解；其次是可以定量，即可以用数量化的指标表示，或是能用特定的方法将其转化为定量指标；第三是可操作性，这里强调的是因子的可取性(具有一定的现实统计基础)、可比性、可测性(所选的因子必须在现实生活中是可以测量得到的或可通过科学方法聚合生成的)、可控性(必须是能根据生态价值、区域可持续发展需要来理性调控的)等．生态因子的选取对于同一个目标，可以对应多个属性，10生态因子的选取对于因子具体的选择方法是要通过对具体实例问题的分析而产生的，一般可以通过查阅相关文献、资料，专家咨询等作为选择的辅助手段，当问题较复杂时，还可以采用德尔菲法(DelphiMethod)来选择确定。在生态敏感性分析中常用的评价因子有：空气质量、植被、坡度、坡向、水文、景源等。生态因子的选取对于因子具体的选择方法是要通过对具体实例问题的11生态因子的选取旅游地生态规划目的主要是制止对自然环境的人为消极作用．维持和维护原有生物种群、结构及其功能特征．提高自然环境的复苏能力，提高其生态系统或自然环境对人为负荷的稳定性或承载力。而地形因子、植被因子以及水体因子对此都有影响。①地形因子：地形是区域的骨架和背景，在区域生态环境与景观质量中．地形有着重要的影响。本研究选取高程、坡度、坡向指标进行评价．生态因子的选取旅游地生态规划目的主要是制止对自然12生态因子的选取②植被因子：植被是生态环境中最重要、最敏感的自然要素，是保护生态基因库和改善环境的重要因素，起着调节小气候、保护生物多样性、维持良好生态环境的作用。本研究采用植被多样性指标进行评价。③水体因子：水体是生态系统中的重要组成部分，其周边地方生物多样性价值高，有保护价值。规划区大小水体星罗棋布，是构成特色景观的重要因素。本研究采用水体分布及水体缓冲分析指标进行评价。生态因子的选取②植被因子：植被是生态环境中最重要、最敏感的自13单因子分级及其评价这一步骤，需要将上一步骤选择出的各生态评价因子的原始信息(文字或不同比例图)统一标准，进行等级化、数量化。根据空间分析目标的需要，确定所需的评价标准。例如评价等级可定为V-(V1，V2，V3，V4)=(最敏感，敏感，低敏感，不敏感)4个等级表示。将每一个定量化的单因子都用一张具有属性的图层表示出来。在实际应用中，单因子的图层可以是栅格的，也可以是矢量的，但是多以栅格图像为主，这是由于栅格图像更便于图层进行叠加操作。依据因子分级标准做出单因子分析图。单因子分级及其评价这一步骤，需要将上一步骤选择出的各14旅游区保护计划因子分级旅游区保护计划因子分级15权重确立权重(weight)用来衡量单因子的相对重要性，权重值越大，就表示该因子对敏感性的影响越大。确定权重在生态敏感性分析中是关键的一步，往往受到决策者主观因素的影响，但是要尽量减小人为因素带来的误差，反映各项标准之间真实的相对关系。在因子叠加分析过程中，对权重也需要进行标准化处理，使所有的权重值之和为1。当存在多个因子时，所有的因子权重表示为权重确立16权重确定目前被用于评价因子权重确定的方法己有多种，如：层次分析法、排队法、权衡分析法等。由于层次分析法具有高度的逻辑性、系统性、简洁性与实用性的特点，且较为成熟，应用比较广泛、最为常见。本文的权重确定采用了以层次分析法为基础的成对比较法。应用成对比较法进行评价因子权重确定的基本步骤如下：权重确定目前被用于评价因子权重确定的方法己有多种，如：层次分17权重确定(1)根据评价因子建立成对比较矩阵，成对比较法源于层次分析法，因此也需要根据比例矩阵进行比较，计算产生权重。将因子的一对比较值定为1、3、5、7、9(A对B时的情况)，相反时按1、1／3、1／5、1／7、1／9权重确定(1)根据评价因子建立成对比较矩阵，成对比较法源于层18权重确定(2)计算因子的权重将每个因子依照其相互比较的重要度对应表格分别打分。计算出每一行结果的几何平均值。将所有计算出几何平均值求和，再除各单行的几何平均值，即为这行因子的权重值。(3)检验判断结果——整合度(C.I.)计算

在获得各因子的权重后，还要检验此结果是否科学正确，因为这只是两个评价标准间的价值比较，对全体评价标准而言不一定具备这样的价值。这时需要鉴于整合度来解决。C.I.=(合计得分的算术平均-项目数)／(项目数-1)C.I.=0表示完全整合。一般的C.I.值在0--0.1之间，有时根据需要允许达到0.15。如果在此区间内，说明此权重的计算结果是合理可行的。权重确定(2)计算因子的权重将每个因子依照其相互比较的重要度19求取评价结果值及分级标准确定进行了前两步骤的评分赋值和权重计算后，在地理信息系统中进行空间分析叠加计算。其基本原理就是应用加权叠加法，将各个单因子地图与各自所占权重相乘，对加权后的准则地图直接进行GIS的算术叠加，最终得出规划区域中每个空间地块的综合得分值。加权叠加法的计算公式为：求取评价结果值及分级标准确定20单因子权重分析表生态因子高程坡度坡向植物多样性水体分布水体缓冲分析几何平均值权重值高程1

1/33

1/7

1/5

1/30.39420.0374坡度315

1/5

1/311．00000.0948坡向

1/3

1/51

1/9

1/7

1/50.18410.0175植物多样性7591355.4310.515水体分布537

1/3132.53650.2406水体缓冲析315

1/5

1/311．00000.0948旅游区保护计划因子权重计算单因子权重分析表生态因子高程坡度坡向植物多样性水体分布水体缓21求取评价结果值及分级标准确定综合评价值即代表了该空间地块的生态敏感程度，一般此分值相比较越高，则生态敏感性越强。在此基础上进行生态环境区划，将区域的生态环境按生态敏感性分为最敏感区、敏感区、低敏感区和不敏感区四类。求取评价结果值及分级标准确定综合评价值即代表了该空间地块的生22求取评价结果值及分级标准确定最敏感区一般为有地表水影响区或坡度>20％区域，生态价值高。该区域对开发建设活动极为敏感，一旦出现破坏干扰，不仅影响旅游区正常的开发建设活动的进行，而且有可能会给区域生态系统带来严重破坏，属自然生态重点保护地段；敏感区对人类活动敏感性较高，生态恢复难，对维持最敏感区的良好功能及气候环境等方面起到重要作用，开发时必须慎重；求取评价结果值及分级标准确定最敏感区一般为有地表水影响区或坡23求取评价结果值及分级标准确定低敏感区能承受一定的人类干扰，但若遭遇严重干扰会引起环境空气质量下降、植被破坏、噪音等生态环境问题，生态恢复慢；不敏感区可承受一定强度的开发建设，土地可作多种用途开发。根据GIS系统的计算结果，生成综合生态敏感性图，从而将计算结果直观地反映在图形中，生态敏感性分析的结果显示土地分为不同的生态区域，为土地的合理配置、有续开发提供科学依据。求取评价结果值及分级标准确定低敏感区能承受一定的人类干扰，但24高程评价图坡度评价图高程评价图坡度评价图25坡向评价图植被多样性评价图坡向评价图植被多样性评价图26水体分布评价图水体缓冲分析评价图水体分布评价图水体缓冲分析评价图27生态敏感性分析灰度图生态敏感性分析分级图生态敏感性分析灰度图生态敏感性分析分级图28主要内容GIS常用的空间分析叠加分析的原理方法理论依据数据获取生态因子的选取单因子分级及其评价权重确立求取评价结果值及分级标准确定

主要内容GIS常用的空间分析29评价技术流程评价技术流程30GIS常用的空间分析下面以ARCGIS软件为例介绍在众多的GIS的空间分析功能中经常使用的几种：表面分析空间查询分析缓冲区分析叠置分析网络分析三维分析GIS常用的空间分析下面以ARCGIS软件为例介绍在众多的G31叠加分析的原理方法基于GIS技术的生态敏感性分析评价中应用的直接功能就是叠加。叠加分析是根据参加复合的数据层各类别的空间关系，重新划分空间区域，使每个空间区城内各空问点的属性组合一致．简单的说就是，将2个或2个以上图层相互计算．得到一个新的图层。该图层的数据记录了重新划分的区域，而属性数据库结构中则包含了原来的各个复合的数据平面的属性数据库的所有的数据项。一般来说，进行叠加操作的图层．必须在相同的坐标系内。叠加分析的原理方法基于GIS技术的生态敏感性分析评价中应用的32叠加分析的原理方法根据已输入图层的属性数据分类，可以将叠加计算方法分为4种(Malczewski．1999)，分别是算数叠加、逻辑叠加、概率叠加和模糊叠加。在生态敏感性分析中常用的是算数叠加和逻辑叠加。假定叠加的输入图层为A和B，输出的结果图层为C，算术叠加和逻辑叠加的操作可以表示为:(1)算术叠加算术叠加包括：加、减、乘、除四种基本逆算。叠加图层C中每一个单元的值为图层A和B相应位置单元值运算结果.叠加分析的原理方法根据已输入图层的属性数据分类，可以将叠加计33叠加分析的原理方法(2)逻辑叠加

逻辑叠加是根据布尔运算进行，包括AND(交)、OR(并)、NOT(补)三种运算．在属性数据库中．逻辑字段用1，0表示。一般1为真，0为假。采用1，0表示，就可以将叠加的运算表示为：AANDB就相当于A*B，AOR

B就相当于A+B．但是，逻辑运算NOT是计算图层A或者图层B的补集，得到结果图层C。GIS的出现．尤其是叠加功能的使用，使生态敏感性分析手段大大简化，研究走向深入，分析和评价的技术区域完善成熟和精确。叠加分析的原理方法(2)逻辑叠加34理论依据基于GIS技术的生态敏感性分析以加权叠加法为理论方法。加权叠加法是结合GIS的适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叠加的方法，将每个单因子的评价值与权重相乘，再累加求和。加权叠加法最适宜于计算机技术，并且与GIS的叠加技术原理相同，因此加权叠加法与GIS可以很好的契合。理论依据基于GIS技术的生态敏感性分析以加权叠加法为理论方法35数据获取整个地理信息系统就是围绕着空间数据的采集、处理、存储、分析和表现而展开的，因此空间数据来源、采集手段、生成工艺、数据质量都直接影响到地理信息系统应用的潜力、成本和效率。空间数据的准确、高效的获取是GIS运行的基础。空间数据的来源多种多样，包括地图数据、野外实测数据、空间定位数据、摄影测量与遥感图像、多媒体数据等等。不同的数据有不同的采集方法，能够获取的空间数据也不尽相同，这其中涉及到：①数据源的选择；②采集方法的确定：③数据的进一步编辑与处理，包括错误消除、数学基础变换、数据结构与格式的重构、图形的拼接、拓扑的生成、数据的压缩、质量的评价与控制等等，保证采集的各类数据符合数据入库及空间分析的需求；④数据入库，让采集的空间数据统一进入空间数据库。数据获取整个地理信息系统就是围绕着空间数据的采集、处理、存储36生态因子的选取在基于GIS的敏感性分析中，不需要所有的数据都参与敏感性分析评价，要根据规划内容的需要来选择单因子。对于因子的评价包括两个概念：目标和属性。目标就是研究评价因子要达到的状态，例如是为了“保护资源”还是为了“建设开发”；属性则是对因子具体的描述和要达剑的指标，例如“植被的覆盖率的多少”或是“水体的分布情况”。生态因子的选取在基于GIS的敏感性分析中，不需要所有的数据都37生态因子的选取对于同一个目标，可以对应多个属性，而不同的目标也可能会对应同一个因子的属性。在选取因子时需符合以下要求：首先是完整，易于理解；其次是可以定量，即可以用数量化的指标表示，或是能用特定的方法将其转化为定量指标；第三是可操作性，这里强调的是因子的可取性(具有一定的现实统计基础)、可比性、可测性(所选的因子必须在现实生活中是可以测量得到的或可通过科学方法聚合生成的)、可控性(必须是能根据生态价值、区域可持续发展需要来理性调控的)等．生态因子的选取对于同一个目标，可以对应多个属性，38生态因子的选取对于因子具体的选择方法是要通过对具体实例问题的分析而产生的，一般可以通过查阅相关文献、资料，专家咨询等作为选择的辅助手段，当问题较复杂时，还可以采用德尔菲法(DelphiMethod)来选择确定。在生态敏感性分析中常用的评价因子有：空气质量、植被、坡度、坡向、水文、景源等。生态因子的选取对于因子具体的选择方法是要通过对具体实例问题的39生态因子的选取旅游地生态规划目的主要是制止对自然环境的人为消极作用．维持和维护原有生物种群、结构及其功能特征．提高自然环境的复苏能力，提高其生态系统或自然环境对人为负荷的稳定性或承载力。而地形因子、植被因子以及水体因子对此都有影响。①地形因子：地形是区域的骨架和背景，在区域生态环境与景观质量中．地形有着重要的影响。本研究选取高程、坡度、坡向指标进行评价．生态因子的选取旅游地生态规划目的主要是制止对自然40生态因子的选取②植被因子：植被是生态环境中最重要、最敏感的自然要素，是保护生态基因库和改善环境的重要因素，起着调节小气候、保护生物多样性、维持良好生态环境的作用。本研究采用植被多样性指标进行评价。③水体因子：水体是生态系统中的重要组成部分，其周边地方生物多样性价值高，有保护价值。规划区大小水体星罗棋布，是构成特色景观的重要因素。本研究采用水体分布及水体缓冲分析指标进行评价。生态因子的选取②植被因子：植被是生态环境中最重要、最敏感的自41单因子分级及其评价这一步骤，需要将上一步骤选择出的各生态评价因子的原始信息(文字或不同比例图)统一标准，进行等级化、数量化。根据空间分析目标的需要，确定所需的评价标准。例如评价等级可定为V-(V1，V2，V3，V4)=(最敏感，敏感，低敏感，不敏感)4个等级表示。将每一个定量化的单因子都用一张具有属性的图层表示出来。在实际应用中，单因子的图层可以是栅格的，也可以是矢量的，但是多以栅格图像为主，这是由于栅格图像更便于图层进行叠加操作。依据因子分级标准做出单因子分析图。单因子分级及其评价这一步骤，需要将上一步骤选择出的各42旅游区保护计划因子分级旅游区保护计划因子分级43权重确立权重(weight)用来衡量单因子的相对重要性，权重值越大，就表示该因子对敏感性的影响越大。确定权重在生态敏感性分析中是关键的一步，往往受到决策者主观因素的影响，但是要尽量减小人为因素带来的误差，反映各项标准之间真实的相对关系。在因子叠加分析过程中，对权重也需要进行标准化处理，使所有的权重值之和为1。当存在多个因子时，所有的因子权重表示为权重确立44权重确定目前被用于评价因子权重确定的方法己有多种，如：层次分析法、排队法、权衡分析法等。由于层次分析法具有高度的逻辑性、系统性、简洁性与实用性的特点，且较为成熟，应用比较广泛、最为常见。本文的权重确定采用了以层次分析法为基础的成对比较法。应用成对比较法进行评价因子权重确定的基本步骤如下：权重确定目前被用于评价因子权重确定的方法己有多种，如：层次分45权重确定(1)根据评价因子建立成对比较矩阵，成对比较法源于层次分析法，因此也需要根据比例矩阵进行比较，计算产生权重。将因子的一对比较值定为1、3、5、7、9(A对B时的情况)，相反时按1、1／3、1／5、1／7、1／9权重确定(1)根据评价因子建立成对比较矩阵，成对比较法源于层46权重确定(2)计算因子的权重将每个因子依照其相互比较的重要度对应表格分别打分。计算出每一行结果的几何平均值。将所有计算出几何平均值求和，再除各单行的几何平均值，即为这行因子的权重值。(3)检验判断结果——整合度(C.I.)计算

在获得各因子的权重后，还要检验此结果是否科学正确，因为这只是两个评价标准间的价值比较，对全体评价标准而言不一定具备这样的价值。这时需要鉴于整合度来解决。C.I.=(合计得分的算术平均-项目数)／(项目数-1)C.I.=0表示完全整合。一般的C.I.值在0--0.1之间，有时根据需要允许达到0.15。如果在此区间内，说明此权重的计算结果是合理可行的。权重确定(2)计算因子的权重将每个因子依照其相互比较的重要度47求取评价结果值及分级标准确定进行了前两步骤的评分赋值和权重计算后，在地理信息系统中进行空间分析叠加计算。其基本原理就是应用加权叠加法，将各个单因子地图与各自所占权重相乘，对加权后的准则地图直接进行GIS的算术叠加，最终得出规划区域中每个空间地块的综合得分值。加权叠加法的计算公式为：求取评价结果值及分级标准确定48单因子权重分析表生态因子高程