基于复杂网络理论的生态空间优化

  目的  快速的城市化发展导致景观破碎化和生态空间网络的破坏，因此合理构建生态空间网络可以促进生态源地之间能量的流动，有效缓解生态环境的恶化。  方法  以松花江流域为研究对象，基于土地利用数据提取生态源地，运用GIS空间分析技术和MCR模型，筛选生态源地及潜在生态廊道；其次，基于复杂网络方法计算生态源地“度”，运用引力模型计算松花江流域潜在生态廊道“边权”，依据复杂网络中“边权”和“度”得到研究区生态源地“权重”；最后，通过权?度相关性对研究区生态空间网络进行模拟增边优化，分析生态空间网络鲁棒性。  结果  （1）松花江流域生态空间网络由450个生态源地和1 019条潜在生态廊道组成。（2）在松花江流域生态空间网络中，齐齐哈尔市、大庆市、松原市生态源地斑块聚集度低，生态廊道结构简单,呼伦贝尔市、牡丹江市斑块聚集度高，生态空间网络错综复杂。研究区生态空间网络出现两极分化，生态环境亟需优化。（3）基于复杂网络理论，对松花江流域进行模拟增边优化。共识别增边节点20个，模拟增边24条，模拟增边优化后，网络连接鲁棒性有了明显的增强，松花江流域生态空间网络连通性以及抗干扰能力有很大提升。  结论  基于MCR模型构建生态空间网络，运用复杂网络理论对松花江流域进行增边优化，提升生态空间网络的鲁棒性，为松花江流域生态空间格局优化奠定了理论基础。      

黄河流域生态空间网络特征

  目的  黄河流域在生态环境保护中有着举足轻重的地位,为了有效地应对城市快速发展所带来的生态环境问题,本文针对黄河流域构建了生态空间网络,以保护生物多样性、减缓景观格局破碎化。  方法  以黄河流域为研究对象,基于土地利用数据、生态斑块面积周长、归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)和平均斑块分维数,选取了生态源地;利用GIS空间分析和MCR模型算法构建最小累积生态阻力面,提取出潜在生态廊道和生态节点;最终得到由生态源地和潜在生态廊道组成的黄河流域潜在生态空间网络并对其进行鲁棒性分析。  结果  （1）黄河流域潜在生态空间网络由294块生态源地和369条潜在生态廊道组成。（2）生态源地主要土地利用类型为林地、草地和水域,主要分布在东北部和西南部,东南部也有零星分布。（3）生态廊道在东北部和西南部密度较大,生态空间网络结构复杂,在小块生态源地之间长度较长,对研究区生态环境发挥关键作用。（4）网络中共提取125个生态节点并使用matlab进行模拟攻击测试其鲁棒性,总体上随机攻击下生态空间网络的恢复鲁棒性优于恶意攻击,连接鲁棒性在攻击一定数量的节点后呈现大幅度上涨,网络结构崩溃。  结论  本文基于MCR模型构建黄河流域的潜在生态空间网络并对其进行了拓扑结构分析,为生态空间网络优化提供重要借鉴意义,为促进黄河流域高质量发展、提高黄河流域的生态文明建设水平提供理论指导。      

基于MSPA和MCR模型的曲靖中心城市生态网络优化研究

随着城市化进程的加快，生境破碎化问题日益突出，大型生境被行政区划等人为因素分割，而生态网络格局的构建是协调城市区域发展与自然资源保护的有效手段，因此构建符合区域实际情况的生态安全格局具有重要意义。以曲靖功能核心城市麒麟区、沾益区、马龙区为研究对象，基于MSPA和MCR模型对研究区生态网络进行构建和优化。结果表明，1）核心区景观“麒沾马”三区分布相对均匀，核心区景观面积185 525.19 hm²，占整体生态景观总面积的74.06%；2）景观连通性选取的20个重要生态源地，面积共95 049.63 hm²，沾益区分布最多，麒麟区次之，马龙区分布最少。斑块连接性重要程度（dPC值）与其面积相关性不显著；3）重力模型构建20个重要生态源地间的相互作用矩阵，提取相互作用力最大的16条重要廊道。其中斑块18~19的相互作用最强，斑块8~10的相互作用较弱；4）通过对生态廊道的提取，构建“一区、三核、七片、六廊、多点”的生态网络空间结构，以期构筑山湖相拥、林水相依的高原山地城市的生态网络格局。研究结果可为类似区域空间尺度的生态空间网络规划和生态修复及保护提供科学指导。     

多元目标导向下的成都中心城区绿地生态网络构建

基于形态学空间格局分析（MSPA）方法和景观连通性指数,以成都市三环内区域为研究对象,筛选研究区内维持景观连通性最重要的核心斑块作为绿地网络的生态源地;耦合最小累积阻力模型（MCR）,最小成本路径方法和重力模型,提取研究区内重要生态廊道,利用中介中心度识别踏脚石斑块,构建研究区优化的绿地生态网络。结果表明:利用MSPA方法可识别研究区内景观结构的核心区及连接桥区;利用景观连通性指数可筛选出具有重要连通性的12个核心绿地斑块作为生态源地。基于MCR模型与最小路径方法识别出的潜在绿地生态网络表明研究区南部、北部以及西南部存在生态廊道,但密集程度较小,东、西部区域生态廊道较少,生态网络结构完善度较差。利用绿地斑块的中介作用选取包括沙河公园在内的13个踏脚石斑块可构建出较为合理的研究区绿地生态网络。相比于其他城市绿地生态网络构建技术,该方法更科学,对城市绿地生态网络优化也更具参考和借鉴意义。     

基于生态网络构建的资源匮乏村落撤并研究——以吉林长春市刘家炉屯为例

村落撤并规划需要结合村落自身特点自下而上进行资源整合,没有具体的撤并模式,这也是导致村落撤并过程衔接不畅的主要原因,不合逻辑的大拆大建势必会引起社会矛盾。以地处环都市区域的资源匮乏型村落长春市刘家炉屯为研究对象,通过形态学空间格局分析（MSPA）方法、最小累积阻力模型(MCR)等方法识别生态源地及重要生态廊道,构建刘家炉屯生态网络。在研究结果的基础上,优化生态网络提出村落撤并的策略,旨在探索生态网络构建在乡村撤并中可行性。     

基于MSPA与电路理论的赣州市绿色基础设施网络构建

以基于形态学空间格局分析法(MSPA)和景观连通性指数识别确定生态核心区斑块,通过最小累积阻力模型(MCR)创建生态源地间的连接廊道,并且根据电路理论识别连接廊道中的生态夹点,由生态源地、生态廊道和生态夹点共同构建赣州市绿色基础设施网络。结果表明,MSPA能够依靠土地利用数据将研究区分成不同景观功能的景观要素类型,基于Conefor软件计算的各斑块的斑块重要性指数可以有效地筛选出重要的核心斑块作为生态源地,使生态源地的识别更符合景观生态学意义。最终筛选出共12个生态源地,总面积1 421 307.54 hm²,生成生态廊道25条。结合景观学和电路理论,以GIS平台为基础构建的绿色基础设施网络能够为赣州市绿色基础设施完善、物种多样性保护与生态空间合理规划提供科学依据。     

干旱绿洲区生态安全格局研究——以喀什地区为例

【目的】探究喀什地区的生态安全格局，为区域生态安全保护和绿洲区永续发展提供生态保障。【方法】以我国典型的干旱绿洲区——喀什地区为例，基于形态学空间格局分析(MSPA)模型和景观连接度对生态源地进行分析与确定，应用最小累积阻力(MCR)模型和重力模型对连接各生态源地的生态廊道进行识别与分析，结合生态断裂点识别和生态网络分析对区域生态安全格局进行提升。【结果】(1)喀什地区生态斑块面积占比较高，有较好的生态安全基础，但斑块数量多、面积差异大，导致生态斑块破碎度大，有较大的生态安全隐患；(2)生态斑块、生态源地及核心生态源地的分布形成明显的差异性分区，最终确定出16块核心生态源地；(3)识别出66条总长为5693.356 km的生态廊道，其连通生态源地的作用较好，能满足连通层次的安全；(4)提出“一源、一廊、两区、两带、三核、三轴”的生态安全格局，为生态安全保护提供选择的优先级。【结论】喀什地区的生态安全格局构建与修复对区域生态安全意义重大。     

基于MSPA-MCR模型的云南德昂族乡景观生态安全格局构建

在社会经济高速发展的冲击下,传统少数民族地区的生态景观呈现"破碎化""边缘化"的现象。本研究以云南德昂族乡为研究区,采用形态学空间分析(MSPA)和景观连通性指数分析方法,提取出连通性较高且具有重要意义的生态源地,基于AHP层次分析法选取地形地貌、自然环境、地质灾害、人类活动四个方面的10个阻力因子作为指标,构建德昂族乡生态综合阻力面,结合最小阻力模型(MCR)生成潜在生态廊道,最后基于重力模型对潜在廊道进行识别并提取出重要的生态廊道,构建德昂族乡景观生态安全格局。在此基础上,提出加强生态源地的保护和生态廊道的建设以及建设生态踏脚石的建议,以期为我国少数民族乡生态环境保护以及生物多样性营造提供参考。     

基于MSPA-Conefor-MCR路径的生态网络优化及其构建 ——以彭泽县为例

【目的】生态网络（ecological network,EN）是构建国土生态安全格局的重要环节,是国土生态空间的物种迁徙与发展的重要保障。通过选取生态源地、构建生态廊道、保护与规划生态暂歇点的综合手段保护物种多样性与地域特色。【方法】以江西省九江市彭泽县为例,采用形态学空间格局识别技术（MSPA）辅助选取生态空间中的核心区景观类型,并利用连通性分析软件（Conefor2.6）对核心区景观类型进行连通性分析,选取生态源地,同时使用网络体系评价中的成本参数（cost radio）对不同的廊道方案进行经济成本与生态效益的横向对比,选取最优方案。采用夜间灯光数据修正彭泽县最小累计阻力模型（MCR）,构建最小成本廊道,结合重力模型、图论技术对廊道重要性进行评价,选取重要廊道与一般廊道,并提取生态网络中的暂歇点和断裂点。【结果】研究表明在构建彭泽县生态网络方案时,对比各廊道方案的经济成本与增长效益后,决定对1 600 m廊道阈值的方案进行连通性分析。结果显示需要重点保护的生态源地是南部的21、17号斑块。总共36条生态廊道中需要重点保护的生态廊道共有15条,尤其是廊道21-25与21-18,基本分...     

黄土高原三生空间演变及驱动力分析

黄土高原是我国重要的生态屏障区，开展三生空间研究对推进该地区的生态文明建设具有重要意义。基于土地利用数据，构建了生产-生活-生态空间功能性土地分类体系，揭示了1980—2018三生空间格局分布及演变特征，应用地理探测器分析了三生空间变化的驱动因子。结果表明：(1)黄土高原地区主要以生态空间为主体，生产空间主要聚集于东南部，生活空间集中于快速发展的重要城市，生态空间主要分布于西部及中部地区。(2)生产和生态空间在黄土高原的中西部地区的变化均较为剧烈，生活空间的扩张主要集中在各大城市。(3)社会经济因素对三生空间的演变有较为显著的影响。人口是影响生产空间面积变化的主要因素；农林牧渔业总产值对于生活空间面积的限制作用较强；财政收支对生态空间的解释力较强。这些因子之间的交互作用对三生空间的影响都大于单个因素。结果能够为未来黄土高原地区生态系统持续健康发展提供良好的借鉴，并为推进三生空间协调发展提供决策参考。     

县域生态网络构建与优化研究——以河北省曲周县为例

生态网络的构建能够减少快速城镇化带来的斑块破碎化问题,有助于增加网络连接度、提升区域生态稳定性。本研究选取河北省曲周县为研究对象,利用形态学空间格局分析方法(MSPA)和最小累计阻力模型(MCR)构建生态网络,通过重力模型划分生态廊道等级,对比优化前后的网络结构指数,定量考察优化效果。结果表明:1)曲周县生态源地共9块主要分布于中部县城周边和东北部林场,生态廊道整体分布不均,网络结构简单;2)优化措施主要包括新增生态源地3块,增补踏脚石5块,划分出7条重要廊道、15条建设廊道与8条规划廊道,同时构建水系廊道5条,并重点保护27个生态节点并修复12个生态间断点。优化后的曲周县生态网络的连通度与环通度得到较大提升;3)建设用地会影响生态廊道建设可行性,相互作用力高的生态廊道具有高建设可行性。最后,从网络结构与网络建设内外两方面优化曲周县生态结构,提出“两轴、三区、四廊、多点”的生态结构规矩布局。本研究可为提升曲周县生态保护效果乃至华北平原生态网络构建提供参考。     

基于GIS的村级尺度统计数据空间化方法与时序分析初探

选择重庆市巴南区石龙镇大连村、大兴村、白马村、金星村、合路村、柏树村、大桥村、大园村和中伦村9个行政村作为研究区,将研究区的遥感影像、数字高程模型、行政界线等数据的空间参考坐标系统一为1980西安坐标系,选择2006-2012年研究区的农用肥施用量数据作为村级尺度统计数据空间化方法研究的研究数据,利用专家打分法对不同土地利用类型与农用肥施用之间的相关性进行打分,分值范围是0~1分。结合村级行政界线、行政村面积、农用肥施用量、土地利用数据和专家打分结果,构建农用肥施用数据空间化模型,分别生成2006-2012年村级农用肥施用数据空间化分布栅格数据,栅格尺度选择1、10、100和200 m这4种,并对栅格化结果进行对比分析。同时,对2006-2012年的农用肥施用空间分布数据进行时序分析,获取农用肥施用量的动态变化趋势。通过研究得到以下结论:1村级农用肥施用量数据空间化尺度与土地利用数据的类型及空间分辨率有关;2研究区各行政村农用肥施用量在2006-2012年期间总体变化趋于平稳。本研究对于实现村级统计数据空间化方法具有一定的参考意义,而空间化后的村级统计数据对于进行村镇区域规划、土地整改、生态环境保护等具有重要指导意义。     

森林生态功能空间格局研究——以江西省贵溪市为例

通过构建江西省贵溪市小班尺度的森林生态功能BP神经网络模型,分析研究区小班尺度的森林生态功能的空间格局;构建区域尺度的森林生态功能模型,分析研究区整体森林生态功能状况;构建森林生态功能空间均衡度指数模型,分析研究区森林生态功能的均衡分布状况。结果表明,BP神经网络结构为“8-5-1”,网络性能能够满足研究要求;研究区有林地小班的森林生态功能分为“好”“中”“差”3个等级,分别占有林地小班总面积的3.6%、88.4%、8.0%;区域尺度森林生态功能得分为0.609 7,整体森林生态功能等级为“差”;森林生态功能空间均衡度指数为0.863 8,森林生态功能在空间分布上较为均衡。研究区小班尺度森林生态功能等级为“中”占比较大,国家公益林保护成效显著,森林生态功能在空间分布上较为均衡,但整体森林生态功能较差。     

基于MCR和重力模型下的厦门市生态空间网络构建

伴随高密集土地开发,城市内部生态栖息地被严重侵蚀,致使区域生态走廊分散度、隔离度剧增,削弱生态斑块间的有效连接,影响了区域可持续发展。研究基于形态学空间格局分析（MSPA）、最小阻力模型（MCR）和重力模型,对厦门市重要生态源地进行提取,并模拟构建其生态走廊。结果表明:1）根据MSPA分析结果,厦门市核心区在所有景观类型中占比最高,为89.29%,且景观类型多为林地,占核心区总面积49.69%;2）结合重要生态源地景观连通指数,共选取17块生态源地,其中,1号生态源地的dPC值最高（81.369）,面积最大（59 726.385 hm²）;3）基于MCR和重力模型构建142条生态廊道,廊道分别占林地景观、水体景观和草地景观面积的21.57%、41.56%和17.42%。根据研究结果,在湖里区北部及集美区、海沧区南部等生态栖息地空白区适当建造小型或中型“踏脚石（stepping stone）”是十分必要的,以维持生态服务功能和区域内生态系统平衡。该研究结果可为厦门市构建更为完整结构的区域生态模式,并为类似高密度沿海建设区域生态空间网络营建提供参考和借鉴。     

基于改进DeepLab v3+模型和迁移学习的高分遥感耕地信息提取方法

针对实际遥感耕地信息提取工作中，多源数据特征复杂、样本标注工作繁重等导致高空间分辨率影像解译精度不高、自动化程度不够的问题，本研究基于DeepLab v3+模型，提出一种融合邻域边缘加权模块(NEWM)和轴向注意力机制模块(CBAM-s)的卷积网络模型DEA-Net,结合迁移学习方法进行高分辨率遥感影像耕地信息提取。首先，在浅层网络结构中加入邻域边缘加权模块，提升高分辨率下地物的连续性，细化边缘分割粒度；其次，在深层网络结构中添加轴向注意力机制模块，增加细小地物的关注权重，减少深度卷积导致地物丢失的情况；最后，采用迁移学习的思想，降低样本标注工作量，提高模型学习能力。利用高分卫星土地覆盖数据集(GID)数据构建源域数据集进行模型预训练，将获取的模型参数及权重信息迁移至大数据与计算智能大赛(BDCI)遥感影像地块分割竞赛数据集和全国人工智能大赛(NAIC)遥感影像数据集制作的2种不同目标域数据集中，微调训练后应用于耕地信息提取研究。结果表明，本研究构建方法能够增强模型的空间细节学习能力，提高耕地语义分割精度的同时，降低2/3以上的训练样本数量，为遥感耕地信息提取及农业数据智能化利用提供新...     

基于1D-CNN的植被等效水厚度反演研究

[目的]为实现高等级公路路域植被等效水厚度(EWT)快速、连续、高效监测需求。[方法]以叶片尺度高光谱为数据源，首先对辐射传输模型PROSPECT-D模拟数据和实测光谱数据分别进行标准正态变量变换、归一化等光谱变换。应用相关性分析提取各变换光谱特征波段，基于PROSPECT-D模拟数据特征波段分别构建一维卷积神经网络(1D-CNN)、支持向量机路域植被叶片EWT反演模型，并用实测光谱数据进行模型验证。[结果]植被EWT最优反演路径为对光谱进行归一化预处理后，构建PROSPECT-D与1D-CNN组合模型，测试决定系数(R²_c)为0.645、均方根误差(RMSE_C)为2.367,精度较高，满足应用需求。[结论]该研究为利用高光谱数据对南方丘陵地区高等级公路植被EWT定量反演奠定了基础。     

江汉平原耕地土壤氮素空间尺度套合与变异规律研究

 【目的】为克服尺度效应对氮素空间变异规律认识的影响，更加充分的利用多尺度空间信息。【方法】利用地统计学方法，以江汉平原后湖农场流塘分场为样区进行多尺度嵌套取样，探讨了全氮在不同采样尺度上的结构差异，提出了多尺度套合模型，研究了区域氮素的空间分布现状。【结果】各尺度上样点数据均符合正态分布，且以球状模型拟合效果最佳；全氮在不同尺度上都存在空间变异性，但其特征参数不同，尺度差异明显；采用多尺度套合模型进行kriging估值，可以有效提高拟合精度，且不局限于套合尺度的距离范围（本研究为100 m和50 m），部分区域内估计误差仅为普通克立格方法误差的1/2，精度提高的程度与套合尺度的设置有关。【结论】应用多尺度套合法研究土壤养分的空间变异，可有效提高拟合结果的可靠性和变量描述的准确性，可为精准农业方案的制定与实施提供科学依据。     

基于GIS西北地区生态风险信息系统构建

西北地区生态环境极其脆弱,迫切需要利用地理信息系统(GIS)技术构建能够对该区生态风险信息进行快速、准确的评价系统,加之GIS技术在生态风险评价研究中的应用日益广泛,G IS具有强大的空间分析功能和海量数据管理优势。基于此,提出了基于G IS西北地区生态风险信息系统构建方案,阐述了系统开发的平台、系统目标及系统总体设计,分析系统的主要功能包括信息的输入、查询、空间操作与分析、风险评价模型及信息输出。     

干旱绿洲区景观格局结构的空间尺度效应——以宁夏青铜峡市为例

干旱绿洲区景观格局结构的空间尺度效应研究对于区域生态安全以及区域生态网络构建具有重要意义,本文以宁夏青铜峡为研究对象,以2015年遥感影像为基础数据源,应用"斑块—廊道—基质"模式,综合运用景观指数法、Arcgis空间分析法以及地理探测器等方法对干旱绿洲区景观格局的尺度效应进行分析研究.结果表明:(1)在研究区景观格局中,其斑块为耕地、林地、草地、水域以及建设用地;廊道为河流,而其景观基质为未利用地.(2)从景观类型水平上看,不同景观类型的景观格局指数在不同区间上的尺度效应存在较大差异,其中斑块类型和景观类型水平上的景观指数对尺度变化的依懒性较强.(3)通过研究发现在1～15 km尺度区间上,景观类型和指标类型的尺度效应差异最大;在16～30 km尺度区间内,景观类型、指标类型尺度效应的差异明显减小;而在30 km尺度区间以后,景观类型和指标类型的尺度效应逐渐消失.因此30 km×30 km的尺度是研究青铜峡市景观格局的有效幅度.而通过地理探测器诊断和提取影响研究区景观格局尺度的主导因素发现,聚合度指数是影响研究区景观格局尺度效应的主要因素.     

基于多尺度特征度量元学习的玉米叶片病害识别模型研究

传统基于深度学习的玉米叶片病害检测模型检测精度不高、模型参数量大，基于此，提出一种融合多尺度、无参数度量学习的玉米叶片病害识别算法模型。首先，利用Vgg-16、Swin Transformer网络，将玉米叶片病害图片映射到全局和局部特征空间；然后，利用多尺度特征融合网络，实现全局和局部特征的深度融合，强化特征的分类能力；最后，利用无参数元学习网络，实现待测玉米叶片病害图片与特征集之间的度量，根据度量结果，实现玉米叶片病害的快速定位与识别。在开源Plant Village数据集、自建玉米叶片病害数据集上进行了测试，所提出模型的识别准确率分别为97.45%、96.39%,同时保持了较低的识别时间开销；相比其他经典玉米叶片病害识别模型，具有更强的鲁棒性和泛化性能。