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生态系统脆弱性遥感评估方法和系统

阅读：120发布：2020-06-17

专利汇可以提供生态系统脆弱性遥感评估方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种生态系统脆弱性遥感评估方法和系统，该方法通过在目标地域范围内进行生态系统脆弱性分区，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法建立生态系统脆弱性遥感评估模型进而进行生态系统脆弱性评估。该方法在目标地域范围内形成了一个合理的生态环境分区方案，并根据各分区的生态环境特征分别构建了一套科学、规范的生态系统脆弱性评估体系和权重赋值方案以及评估模型，实现生态系统脆弱性的智能遥感评估，评估结果准确可靠，并能够重复操作。，下面是生态系统脆弱性遥感评估方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种生态系统脆弱性遥感评估方法，其特征在于，该方法通过在目标地域范围内进行生态系统脆弱性分区，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法建立生态系统脆弱性遥感评估模型进而进行生态系统脆弱性评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
第一步骤，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；
第二步骤，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；
第三步骤，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；
第四步骤，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一步骤为生态系统脆弱性分区步骤，是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区；
所述第二步骤为不同分区生态系统脆弱性评估体系建立步骤，是依据第一步骤得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一步骤是在全国范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和ISODATA动态聚类算法结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图将全国生态系统划分为五个区，再结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案，最终分区包括：青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第二步骤中将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在生态系统脆弱性评估体系中，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量和/或水网密度，气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速和/或极端气候，植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数和/或NPP，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化和/或石漠化，地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型和/或坡向，人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量和/或恩格尔系数。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三步骤为生态系统脆弱性遥感评估模型建立步骤，所述层次分析法包括层次结构模型的建立、判断矩阵的构建、权值求解以及矩阵一致性检验，依次是将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；基于综合指数法根据评估指标的计算结果和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，进而得到生态系统脆弱性指数并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第四步骤为生态系统脆弱性评估步骤，是利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。
8.一种生态系统脆弱性遥感评估系统，其特征在于，包括依次连接的生态系统脆弱性分区模块、不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块、生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块和生态系统脆弱性评估模块；
所述生态系统脆弱性分区模块，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；
所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；
所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；
所述生态系统脆弱性评估模块，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述生态系统脆弱性分区模块是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区；
和/或，所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块是依据所述生态系统脆弱性分区模块得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果；
和/或，所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块包括相互连接的生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块和生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块，所述生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块基于综合指数法根据评估指标和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，进而得到生态系统脆弱性指数并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级；
和/或，所述生态系统脆弱性评估模块是利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述生态系统脆弱性分区模块是在全国范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和ISODATA动态聚类算法结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图将全国生态系统划分为五个区，再结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案，最终分区包括：青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区；
所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块中将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在生态系统脆弱性评估体系中，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量和/或水网密度，气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速和/或极端气候；植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数和/或NPP，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化和/或石漠化，地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型和/或坡向，人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量和/或恩格尔系数。

说明书全文

生态系统脆弱性遥感评估方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及生态遥感技术领域，特别是生态系统脆弱性遥感评估方法和系统。

背景技术

[0002] 生态系统是构成陆地生态圈的最基本组成单元之一,是维持社会经济可持续发展的重要保证。20世纪以来，气候变暖状况日益加剧，全球气候与环境发生了极大变化，物种多样性丧失、极端天气事件频发、沙漠化加剧、两极冰川融化等正是对生态系统变化的强烈反馈，极大的威胁了人类的生存和社会经济的可持续发展。然而，在人类活动和气候变化的双重胁迫下,人口、资源和环境问题日益成为影响人类生存的亟待解决的问题。急剧膨胀的人口数量和资源的不合理开发利用,使生态系统自身的恢复能力和自净能力不断下降,人类生存环境呈现出越来越脆弱的趋势。关于“脆弱生态环境”、“生态系统脆弱性”的研究已引起国内外学者的广泛关注。生态系统脆弱性领域的研究已被国际生物学计划(IBP)(20世纪60年代)、人与生物圈计划(MAB)(70年代)以及地圈、生物圈计划(GBP)(80年代)作为重要的研究热点问题。作为全球生态环境变化及生态系统可持续性科学领域重要的分析工具，生态系统脆弱性研究已经被许多国际性科学机构(IHDP、IPCC、IGBP等)提上了研究日程，成为全球生态环境变化学科领域关注的焦点。

[0003] 作为生态学研究的重要内容之一，生态系统脆弱性评估是在全球生态系统现状与演变研究基础上的进一步深化。生态系统脆弱性的研究，不仅能为脆弱生态区的可持续发展和生态修复提供决策支持，而且为非脆弱生态区的生态系统保护提供很大程度的借鉴作用和科学依据。通过对区域生态系统的现状以及在外部环境变化的胁迫下可能发生的趋势变化进行分析，生态系统脆弱性研究能够一定程度的掌握脆弱生态系统的成因与变化机制及其相应的区域特点，进而做出生态脆弱性评估及分级最终为因地制宜地环境改造和建设各种生态环境恢复工程提供科学、合理的依据。

[0004] 目前对于生态系统脆弱性形成机制的研究还相当有限，还难以就每个生态脆弱性问题的敏感性与其影响因子建立定量的数学关系。关于生态环境的大尺度特别是全国尺度的基础数据相对缺少，如全国尺度的生态环境问题定性和定量分布图。当前对于生态系统脆弱区划分方法的研究尚不成熟，尽管对于全国尺度的生态分区研究已经开展多年，获得了不少的区划方案，为我国环境保护和经济建设提供重要的科学支撑，但绝大多数的生态环境分区方案基于专家集成方法所得，该方法具有可靠性和实用性的优点，但是不可重复操作，基本上属于一种半定性的分区方法，难以对多种因素进行综合分析和归纳，因此建立一套科学的定量化的生态区划方法已成为当前亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术存在的问题，提出一种生态系统脆弱性遥感评估方法，在分区的基础上建立不同的生态系统脆弱性评估体系，通过确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标和评估模型，进而进行生态系统脆弱性评估，该方法在目标地域范围内形成了一个合理的生态环境分区方案，并根据各分区的生态环境特征分别构建了一套科学、规范的生态系统脆弱性评估体系和权重赋值方案以及评估模型，实现生态系统脆弱性的智能遥感评估，评估结果准确可靠，并能够重复操作。本发明还涉及一种生态系统脆弱性遥感评估系统。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 一种生态系统脆弱性遥感评估方法，其特征在于，该方法通过在目标地域范围内进行生态系统脆弱性分区，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法建立生态系统脆弱性遥感评估模型进而进行生态系统脆弱性评估。

[0008] 所述方法包括下述步骤：

[0009] 第一步骤，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；

[0010] 第二步骤，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；

[0011] 第三步骤，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；

[0012] 第四步骤，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0013] 所述第一步骤为生态系统脆弱性分区步骤，是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区；

[0014] 所述第二步骤为不同分区生态系统脆弱性评估体系建立步骤，是依据第一步骤得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果。

[0015] 所述第一步骤是在全国范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和ISODATA动态聚类算法结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图将全国生态系统划分为五个区，再结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案，最终分区包括：青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区。

[0016] 所述第二步骤中将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在生态系统脆弱性评估体系中，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量和/或水网密度，气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速和/或极端气候，植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数和/或NPP，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化和/或石漠化，地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型和/或坡向，人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量和/或恩格尔系数。

[0017] 所述第三步骤为生态系统脆弱性遥感评估模型建立步骤，所述层次分析法包括层次结构模型的建立、判断矩阵的构建、权值求解以及矩阵一致性检验，依次是将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；基于综合指数法根据评估指标的计算结果和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，进而得到生态系统脆弱性指数并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级。

[0018] 所述第四步骤为生态系统脆弱性评估步骤，是利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0019] 一种生态系统脆弱性遥感评估系统，其特征在于，包括依次连接的生态系统脆弱性分区模块、不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块、生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块和生态系统脆弱性评估模块；

[0020] 所述生态系统脆弱性分区模块，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；

[0021] 所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；

[0022] 所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；

[0023] 所述生态系统脆弱性评估模块，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0024] 所述生态系统脆弱性分区模块是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区；

[0025] 和/或，所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块是依据所述生态系统脆弱性分区模块得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果；

[0026] 和/或，所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块包括相互连接的生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块和生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块，所述生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；所述生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块基于综合指数法根据评估指标和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，进而得到生态系统脆弱性指数并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级；

[0027] 和/或，所述生态系统脆弱性评估模块是利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0028] 所述生态系统脆弱性分区模块是在全国范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和ISODATA动态聚类算法结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图将全国生态系统划分为五个区，再结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案，最终分区包括：青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区；

[0029] 所述不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块中将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在生态系统脆弱性评估体系中，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量和/或水网密度，气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速和/或极端气候；植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数和/或NPP，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化和/或石漠化，地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型和/或坡向，人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量和/或恩格尔系数。

[0030] 本发明的技术效果如下：

[0031] 本发明涉及一种生态系统脆弱性遥感评估方法，通过在目标地域范围内进行生态系统脆弱性分区，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法建立生态系统脆弱性遥感评估模型进而进行生态系统脆弱性评估。该方法以地球信息科学思想为指导，结合国家主体功能区遥感应用方法与示范为研究对象，在目标地域范围内形成了一个合理的生态环境分区方案，归纳、总结了不同尺度、不同地区的生态系统脆弱性遥感评估方法和体系，提取了各地区的主导生态环境问题，根据各地区的生态环境状况及人文特征筛选了不同敏感指标即确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标，并根据各分区的生态环境特征分区构建了一套科学、规范的生态系统脆弱性评估体系和权重赋值方案以及评估模型，实现生态系统脆弱性的智能遥感评估，评估结果准确可靠，并能够重复操作，有利于生态系统脆弱性评估研究的推广应用。

[0032] 本发明生态系统脆弱性遥感评估方法优选按照四步骤进行，第一步骤为生态系统脆弱性分区步骤，第二步骤为不同分区生态系统脆弱性评估体系建立步骤，第三步骤为生态系统脆弱性遥感评估模型建立步骤，第四步骤为生态系统脆弱性评估步骤，各步骤依次执行，实现目标地域范围内生态系统脆弱性的智能遥感评估。

[0033] 优选可以将全国范围作为目标地域范围，在全国范围内形成了一个合理的生态环境分区方案。以我国宏观尺度上的生态系统为研究对象，在充分考虑了我国生态地域分异规律、生态系统服务功能、区域生态环境敏感性和人类活动对生态环境的胁迫等要素的基础上，基于主成分分析和计算机自动分类对我国的生态系统脆弱性进行了初步分区,然后对相关的生态地域进行合并和区分等调整，进而形成最终的分区方案：Ⅰ青藏高原高寒生态区、Ⅱ西北干旱荒漠生态区、Ⅲ北方半干旱荒漠草原生态区、Ⅳ中东部湿润半湿润生态区、Ⅴ西南山地喀斯特生态区。再经后续不同分区生态系统脆弱性评估体系建立步骤，生态系统脆弱性遥感评估模型建立步骤以及生态系统脆弱性评估步骤，主要基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和评估模型，分别得到青藏高原高寒生态区生态系统脆弱性评估结果、西北干旱荒漠生态区生态系统脆弱性评估结果、北方半干旱荒漠草原生态区生态系统脆弱性评估结果、中东部湿润半湿润生态区生态系统脆弱性评估结果、西南山地喀斯特生态区生态系统脆弱性评估结果，故最终得到全国生态系统脆弱性评估结果。

[0034] 本发明还涉及一种生态系统脆弱性遥感评估系统，包括依次连接的生态系统脆弱性分区模块、不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块、生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块和生态系统脆弱性评估模块，依次进行生态系统脆弱性分区、建立不同分区生态系统脆弱性评估体系、建立生态系统脆弱性遥感评估模型和进行生态系统脆弱性评估，实现生态系统脆弱性的智能遥感评估，各模块协同工作，提高了生态系统脆弱性遥感评估的工作效率，提高了遥感评估的准确性和可靠性。附图说明

[0035] 图1是本发明生态系统脆弱性遥感评估方法的流程图。

[0036] 图2是本发明生态系统脆弱性遥感评估方法中生态系统脆弱性分区步骤优选流程图。

[0037] 图3是本发明生态系统脆弱性遥感评估方法的优选流程图。

[0038] 图4是本发明生态系统脆弱性遥感评估方法的另一优选流程图。

[0039] 图5是青藏高原高寒生态区生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0040] 图6是西北干旱荒漠生态区生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0041] 图7是北方半干旱荒漠草原生态区生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0042] 图8是中东部湿润半湿润生态区生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0043] 图9是西南山地喀斯特生态区生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0044] 图10是全国生态系统脆弱性评估结果展示图。

[0045] 图11是生态系统脆弱性遥感评估系统的结构示意图。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图对本发明进行说明。

[0047] 本发明涉及一种生态系统脆弱性遥感评估方法，其流程如图1所示，通过在目标地域范围内进行生态系统脆弱性分区，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法建立生态系统脆弱性遥感评估模型进而进行生态系统脆弱性评估。

[0048] 下面对本发明生态系统脆弱性遥感评估方法进行详细说明，该评估方法可以分四个步骤进行，如图3所示的优选流程图，该评估方法包括下述步骤：

[0049] 第一步骤，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；

[0050] 第二步骤，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，该生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；

[0051] 第三步骤，利用层次分析法(AHP)确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；

[0052] 第四步骤，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0053] 以下对各步骤分别详细说明。

[0054] 一、第一步骤为生态系统脆弱性分区步骤，是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区。本发明立足于国家主体功能区战略，在分析了影响中国的主要生态环境问题—沙漠化、盐渍化、水土流失和石漠化的分布格局和空间相关性的基础上，分析了影响中国生态系统脆弱性主导因素，并通过分区探讨，分析生态系统脆弱性的区域分异规律，为制定预防和治理生态环境问题的区域政策提供科学根据。

[0055] 该第一步骤的优选流程如图2所示，优选在全国范围内，结合地理信息系统(GIS)技术和遥感(RS)技术对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，对涉及到的气候数据、土壤数据、地形数据、水资源数据和植被数据进行空间自相关分析，采用主成分分析法对多因子进行主成分的提取，进而对信息贡献率之和>95％的前4个主成分采用ISODATA动态聚类算法进行计算机自动分类，并在此基础上,结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图(或者说是生态敏感性分区资料)，将全国按生态系统脆弱性划分为五个区，完成初步分区；结合国内外参考文献、国家主体功能区实施方案和省级主体功能区实施方案等进行专家系统知识库构建，从而建立专家系统知识库；将初步分区的结果依据专家系统知识库和其它生态分区方案，并结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案。

[0056] 目标地域范围可以是任意所要研究的范围，如全球、全国、某省、某地区等等，图2所示实施例是全国范围，通过第一步骤在全国范围内形成了一个合理的生态环境分区方案。以我国宏观尺度上的生态系统为研究对象，在充分考虑了我国生态地域分异规律、生态系统服务功能、区域生态环境敏感性和人类活动对生态环境的胁迫等要素的基础上，基于计算机自动分类对我国的生态系统脆弱性进行了初步分区，然后对相关的生态地域进行合并和区分，进而形成最终的分区方案：Ⅰ青藏高原高寒生态区、Ⅱ西北干旱荒漠生态区、Ⅲ北方半干旱荒漠草原生态区、Ⅳ中东部湿润半湿润生态区、Ⅴ西南山地喀斯特生态区。

[0057] 二、第二步骤为不同分区生态系统脆弱性评估体系建立步骤，是依据第一步骤得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，其中，生态本底特征指的是一定区域内森林、草地、水体、荒漠等生态系统的基本特征。该生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果。

[0058] 1、指标选取原则

[0059] 进行各分区生态系统脆弱性评估时，针对不同地区的评估对象的差异性，评估的基本原则主要为:主导性原则、动态性原则、目的性原则、整体性原则、相关性、因地制宜性、科学性和合理性等原则。

[0060] (1)主导性原则

[0061] 导致生态系统脆弱的因素众多，但是在各因素中，必定有一种或者几种因素起主导作用并且对于外界干扰和变化反应敏感，这些主导因素的变化能够直接改变生态系统内部结构和功能。因此，在区域生态系统评估体系构建过程中要遵循主导性原则，选取对脆弱生态环境影响最为显著的因子。

[0062] (2)动态性原则

[0063] 生态系统内部结构、功能以及外部环境胁迫都是在不断的发展变化的，研究时段不同，其评估体系指标体系也应该不同。在生脆弱性评估中，尤其是在预测外部环境的胁迫对系统的影响时，应该从动态的角度去把握外部环境胁迫和系统内部本身未来可能发生的变化趋势。

[0064] (3)目的性原则

[0065] 不同的生态子系统都具有一定的结构和功能，其结构和功能随着子系统的不同变现一定的差异。生态系统脆弱性研究和评估最根本的目的就阐述不同系统的当前状况、未来发展趋势以及对外部胁迫的响应机理，进而是生态环境不断改善和修复，向有利于人类生存发展的方向改变，最终实现自然生态系与人类社会和谐共存。

[0066] (4)整体性原则

[0067] 研究生态系统内部不同因素或子系统之间的相互联系及弄清外界不同胁迫因子对系统的影响对于生态系统脆弱性评估是非常重要的。影响因子作为指标和各指标涉及的指标内容构成了一个相对完整的生态系统脆弱性评估体系，尽管各个因子之间虽有主次之分，但都在一定程度上反映了生态脆弱性的不同方面。

[0068] (5)相关性原则

[0069] 生态系统脆弱性评估体系中各因素之间是相互关联、相互制约的，因此在研究中必须考虑到各子系统之间的相关性、同一层次各系统间的关系及不同层次子系统之间的关联。

[0070] (6)稳定性原则

[0071] 不管是自然或者人文系统都具有特定的结构和功能。因此，对于评估体系的构建要遵循稳定性原则，也就是选择在研究区域长期稳定出现的生态环境问题。

[0072] (7)科学性和可行性相结合原则

[0073] 生态系统脆弱性评估体系构造要根据国家及行业规范的科学分类，结合不同研究区的具体状况，有针对的选择脆弱性评估因子。评估因子的获取要简单易行，可操作性强。

[0074] (8)因地制宜原则

[0075] 我国疆域辽阔，生态环境的空间格局变化十分复杂，不同区域生态系统的脆弱性成因和表现形式不同，同一区域不同尺度上的脆弱性成因主导因子也不同，因此必须根据研究区域生态环境的基本特征和研究尺度，因地制宜地调整和建立评估体系。

[0076] 2、指标筛选及依据

[0077] 国内外大量的研究从不同尺度针对我国不同的地区进行了生态环境质量评估和生态脆弱性敏感性评估，本评估方法为了选取对不同地区的生态环境影响最敏感的指标，对各研究中的评估指标进行了统计，结合《国家主体功能区规划实施方案》、《生态环境状况评价技术规范(试行)》以及生态系统服务功能评估方案，同时考虑到指标获取的可操作性和关联性，本文从水体、气候、植被、土壤、地形地貌和人文六个方面选取指标构建了评估体系。指标筛选依据如表1所示。

[0078] 表1指标筛选依据

[0079]

[0080] 在表1中，指标和指标内容构成生态系统脆弱性评估体系，生态系统脆弱性评估体系可理解为是指标集，优选将水体、气候、植被、土壤、地形地貌和人文作为生态系统脆弱性评估指标，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量、水网密度等等，涉及的评估方法包括生态健康评估、综合指数法、景观生态法、生态足迹法等等；气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速、极端气候等等，涉及的评估方法包括综合指数法、生态模型法、景观生态法、生态健康法等等；植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数、NPP等等，涉及的评估方法包括生态足迹法、综合指数法、生态模型法、景观生态法、生态健康法等等，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化、石漠化等等，涉及的评估方法包括景观生态法、生态足迹法、生态模型法等等；地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型、坡向等等，涉及的评估方法包括综合指数法、生态健康法、生态模型法等等；人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量、恩格尔系数等等，涉及的评估方法包括综合指数法等等。水体、气候、植被、土壤、地形地貌和人文可理解为是一级指标，所涉及的指标内容可理解为是二级指标，各评估体系包括一级指标和二级指标，在各评估体系的基础上利用评估方法进行空间叠置计算可分别得到水体、气候、植被、土壤、地形地貌和人文这几个评估指标的计算结果。

[0081] 三、第三步骤为生态系统脆弱性遥感评估模型建立步骤，利用层次分析法(AHP)确定不同分区内的各个生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型。层次分析法主要是通过模拟人脑对客观事物的分析与评估的复杂过程，将定性分析和定量研究结合为一种综合分析方法。层次分析法主要分为四步：层次结构模型的建立、判断矩阵的构建、权值求解以及矩阵一致性检验，依次是将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；基于综合指数法根据评估指标的计算结果和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，进而得到生态系统脆弱性指数并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级。

[0082] 1、层次分析法

[0083] 20世纪70年代，美国著名运筹学家赛蒂(T.L Saaty)提出的一种定性与定量结合的系统分析法，称之为层次分析法。其流程是首先根据分析对象的总目标，通过将一个复杂问题逐步分解为多个层次和多个因素，然后对各层次两两指标之间的相对重要程度进行相互比较，建立判断矩阵，进而得到判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量，最后就能得到不同方案的重要性程度的权重值。层次分析法主要是通过模拟人脑对客观事物的分析与评估的复杂过程，将定性分析和定量研究结合为一种综合分析方法。一般，层次分析法主要分为四个步骤：层次模型的建立、判断矩阵的构建、权值求解以及矩阵一致性检验，具体过程如下：

[0084] (1)层次模型的建立

[0085] 首先对问题进行深入分析，将问题中涉及的所有元素(即为评估指标和指标内容，或者说是一级指标和二级指标)根据属性进行分层，一般情况下可分为目标层、准则层以及措施层。同一层次中各个元素不仅对下一层的各元素起一定支配作用，而且还不同程度的受到上一层次元素的支配，形成递接层次。

[0086] (2)判断矩阵的构建

[0087] 在层次结构模型基础上确定上下层次间不同元素的隶属度，然后描述每一个层次中各元素(或者说是各级指标)的相对重要性，如表2所示。

[0088] 表2各指标隶属度关系

[0089]重要程度含义
1 两个指标(a,b)同等重要
3 a指标比b指标稍微重要
5 a指标比b指标比较重要
7 a指标比b指标十分重要
9 a指标比b指标十分重要
2,4,6,8 两相邻判断的中间值
1/2,1/3,1/4,1/5,1/6,1/7,1/8,1/9 上述重要性程度的倒数

[0090] (3)权值求解

[0091] 当前计算权重最常用的方法是方根法，该方法主要是基于方根法求解归一化特征值和特征向量，满足一致性检验，最终所得的特征向量就是各元素的权重排序。

[0092] a)矩阵的每一行元素b计算的M

[0093]

[0094] 其中，bij代表判断矩阵中第i行第j列的值，即表2中指标a和b的隶属度关系值。

[0095] b)各行M的几何平均值Ui求解

[0096]

[0097] c)向量U＝(U1，U2，..Un)T进行归一化处理

[0098]

[0099] 向量ω＝(ω1，ω2，..ωn)T为所求的对应最大特征值的特征向量，即为各生态系统脆弱性评估指标的权重值。

[0100] (4)矩阵一致性检验

[0101] 判断矩阵的构造过程中，由于评估人员的主观认知能力以及客观事物的复杂性各不相同，因而造成了所构建的判断矩阵会也因人而异，因而需要通过一致性检验来检验专家的判断思考是否合理。计算过程如下：

[0102] a)判断矩阵的最大特征根的计算

[0103]

[0104] b)一致性检验

[0105]

[0106]

[0107] 其中，当CI<0时,则判断矩阵满足一致性要求，否则判断矩阵需要重新调整。CI为一致性指标；RI为平均随机一致性指标；CR为相对一致性指标。

[0108] 2、综合指数法

[0109] 综合指数评估法(即综合指数法)是将不同的评估指标进行叠加进行综合计算，得到一个综合性的评估指数。在国内外研究中主要采用三种评估方法：直接叠加法、多因子加权叠加法以及生态因子组合法。生态系统脆弱性综合评估法就是选取不同的指标构建一个综合评估体系，通过确定体系内不同指标的权重值，最后计算形成一个加权综合指数的过程。

[0110] 本研究借助GIS工具实现不同指标的叠加分析。考虑到不同指标对生态系统脆弱性的贡献不同，因此需要引入权重的概念，通过对不同的指标赋予不同的权重，从而突出地区生态环境主导问题。其计算公式为：

[0111]

[0112] 其中，ESVI(Eco-System Vulnerability Index)为生态系统脆弱性指数；χi为第i个指标值，即为第二步骤得到的评估指标的计算结果；ωi为第i个指标权重；n为指标个数。ESVI的取值范围为[0,5]，其值越大，生态系统脆弱性的就越大。为了便于分析和对比，根据生态系统脆弱性直方图分布，进行脆弱性分级，各级别特征描述如表3所示：

[0113] 表3生态系统脆弱性级别描述

[0114]

[0115] 四、第四步骤为生态系统脆弱性评估步骤，主要基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和评估模型，利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。即分别得到如图5所示的青藏高原高寒生态区生态系统脆弱性评估结果、如图6所示的西北干旱荒漠生态区生态系统脆弱性评估结果、如图7所示的北方半干旱荒漠草原生态区生态系统脆弱性评估结果、如图8所示的中东部湿润半湿润生态区生态系统脆弱性评估结果、如图9所示的西南山地喀斯特生态区生态系统脆弱性评估结果，综合后最终得到如图10所示的全国生态系统脆弱性评估结果。

[0116] 图4是本发明生态系统脆弱性遥感评估方法的另一优选流程图。该流程图的第一步骤未显示，从第二步骤开始，根据分区结果确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标，可以将水体、气候、植被、土壤、地形地貌和人文作为生态系统脆弱性评估指标，各评估指标涉及相应的指标内容，如表1所示，在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，各分区建立的生态系统脆弱性评估体系包括评估指标和指标内容。在各评估体系的基础上利用评估方法进行空间叠置计算可分别得到水体、气候、植被、地形地貌和人文这几个评估指标的计算结果χi，并在第三步骤中利用层次分析法(AHP)确定不同分区内的各个生态系统脆弱性评估指标的权重ωi，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型，即公式7，将χi和ωi输入模型，得到生态系统脆弱性指数(非土壤)ESVI，根据生态系统脆弱性直方图分布(专家系统知识库中的数据)，进行脆弱性分级；对于土壤这一评估指标可单独处理，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化、石漠化等等，按照土壤的评估方法将土壤评估内容进行计算处理得到土壤评估指标计算结果，进一步得到土壤脆弱性指数，并根据生态系统脆弱性直方图分布(专家系统知识库中的数据)，进行土壤脆弱性分级，包括水力侵蚀分级、风力侵蚀分级、冻融侵蚀分级、盐渍化分级、沙漠化分级、石漠化分级等等，并对分级结果取最大值MAX，完成最终的土壤脆弱性分级；将图4左边的非土壤脆弱性分级结果和右边的土壤脆弱性分级结果汇合，参考分区指标权重值进行空间叠置计算，得到分区的全部指标脆弱性值，得到生态系统脆弱性评估结果。

[0117] 下面以目标地域为全国，分区为青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区这五个为例详细说明第四步骤，即生态系统脆弱性评估步骤。

[0118] 1、青藏高原高寒生态区生态系统脆弱性评估

[0119] 可利用ArcGIS10.2的栅格计算器，基于青藏高原高寒生态区脆弱性评估体系中不同指标的权重值计算的生态系统脆弱性指数(不包括土壤)，并根据该指数的直方图分布和标准差，确定该指数分级阈值，得到分级结果。由于不同区域土壤的容许水土流失量不同，因此需要因地制宜地确定分级阈值，最后结合土壤脆弱性指数(由于土壤脆弱性计算中三级指标重复性较大，为了避免指标的重复计算导致的影响因子权重被扩大，本研究对土壤脆弱性二级指标即土壤指标内容分级结果求最大值)分级结果，利用栅格计算器计算获取了青藏高原高寒生态区系统脆弱性值(ESVI)。

[0120] 同样参考青藏高原的生态环境特征及青藏高原高寒生态系统脆弱性值ESVI直方图分布和标准差，将生态系统脆弱性值分为五级：微度脆弱(ESVI≤2.9)、轻度脆弱(2.9颜色在图中展示，能够直观查看该分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0121] 青藏高原高寒生态区总体上处于中度脆弱状态。其中极度脆弱区和重度脆弱区主要分布于噶尔县中北部、那曲县大部、格尔木县、治多县北部，主要原因是该地区降水稀少、植被覆盖度和生物多样性低，气温寒冷，盐湖广布，盐渍化状况严重。加上鼠害、虫害等因素造成的草原退化，造成了藏北地区整个草原生态系统的恶化。中度脆弱区则主要分布于治多县的南部、玛沁县、雅鲁藏布江流域的上游，其原因在于该地区位于高寒区，地形起伏大，冻融侵蚀严重，加上降水稀少，植被稀疏，生态系统结构和功能单一。轻度和微度脆弱区则主要集中于青藏高原东南部，该区域受印度洋西南季风的影响，降水充沛，植被覆盖度较好，气温适宜，生物多样性程度较高。但是由于该地区降水集中，加上地形起伏较大，水力侵蚀状况较为严重。其中雅鲁藏布江河谷地带区居民多从事农牧业，对植被破坏较为严重，加之坡度较大，土壤流失严重，滑坡、泥石流等地质灾害严重，因此该地区生态系统脆弱性较大。

[0122] 2、西北干旱荒漠生态区生态系统脆弱性评估

[0123] 可利用ArcGIS 10.2的栅格计算器，基于西北干旱荒漠生态区脆弱性评估体系中不同指标的权重值计算的生态系统脆弱性指数(不包括土壤)，并根据该指数的直方图分布和标准差，确定该指数分级阈值，得到分级结果；然后结合土壤脆弱性指数(由于土壤脆弱性计算中三级指标重复性较大，为了避免指标的重复计算导致的影响因子权重被扩大，本研究对土壤脆弱性二级指标分级结果求最大值)分级结果，利用栅格计算器计算获取了西北干旱荒漠生态区系统脆弱性值(ESVI)。

[0124] 同样参考西北地区的生态环境特征及西北干旱荒漠生态系统脆弱性值ESVI直方图分布和标准差，将生态系统脆弱性值分为五级：微度脆弱(ESVI≤1.8)、轻度脆弱(1.8

[0125] 西北干旱荒漠生态区的生态系统脆弱性总体上呈现自东向西递减的趋势，西部局部地区则呈现E字型格局，这主要取决于西北内陆地区大气环流以及三山夹两盆的特殊地貌格局。该区域的水汽主要来源于三个方面：东部太平洋、西部的大西洋和北冰洋、南部的印度洋，其中大西洋水汽在西风带大气环流系统的影响下可以到达新疆西部，是新疆西部山地和天山山地的主要降水来源。北冰洋水汽则只能到达阿尔泰山和准葛尔盆地。高达7000m最大垂直厚度来自印度洋与孟加拉湾的西南暖湿气流受迫于喜马拉雅山系的阻碍则仅仅到达柴达木盆地的东南边缘。以上三股水汽气流由于很难到达吐鲁番盆地-塔里木盆地东缘-柴达木盆地西北部，因此该地带成为中国最干旱的地带，也是西北干旱荒漠生态区生态系统脆弱性最大的区域。

[0126] 3、北方半干旱荒漠草原生态区脆弱性评估

[0127] 可利用ArcGIS 10.2的栅格计算器，基于北方半干旱荒漠草原生态区脆弱性评估体系中不同指标的权重值计算的生态系统脆弱性指数(不包括土壤)，并根据该指数的直方图分布和标准差，确定该指数分级阈值，得到分级结果；然后结合土壤脆弱性指数(由于土壤脆弱性计算中三级指标重复性较大，为了避免指标的重复计算导致的影响因子权重被扩大，本研究对土壤脆弱性二级指标分级结果求最大值)分级结果，利用栅格计算器计算获取了北方半干旱荒漠草原生态区系统脆弱性值(ESVI)。

[0128] 同样参考北方半干旱区的生态环境特征及北方半干旱荒漠草原生态区生态系统脆弱性值ESVI直方图分布和标准差，将生态系统脆弱性值划分为五级：微度脆弱(ESVI≤1.4)、轻度脆弱(1.4

[0129] 北方半干旱荒漠草原生态区的生态系统脆弱性总体上呈现自西向东递减的趋势，这主要受来自太平洋的暖湿气流影响，降水自东向西逐渐减小。此外，西部地区多沙漠分布，主要有腾格里沙漠、毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠以及浑善达克沙地，该地区降水稀少，蒸散量极大，植被覆盖度较低，多草原、荒漠，物种多样性低，再加上冬季受蒙古-西伯利亚高压的影响，春冬季多大风，风力侵蚀严重。而东部地区受太平洋气流影响显著，降水充沛，河流较多，植被类型自东向西依次为乔木-灌木-草原，种群结构多样，生态环境状况较优。

[0130] 4、中东部湿润半湿润生态区脆弱性评估

[0131] 可利用ArcGIS10.2的栅格计算器，基于中东部湿润半湿润生态区脆弱性评估体系中不同指标的权重值计算的生态系统脆弱性指数(不包括土壤)，并根据该指数的直方图分布和标准差，确定该指数分级阈值，得到分级结果；然后结合土壤脆弱性指数(由于土壤脆弱性计算中三级指标重复性较大，为了避免指标的重复计算导致的影响因子权重被扩大，本研究对土壤脆弱性二级指标分级结果求最大值)分级结果，利用栅格计算器计算获取了中东部湿润半湿润生态区系统脆弱性值(ESVI)。

[0132] 同样参考中东部湿润半湿润区的生态环境特征及中东部湿润半湿润生态区生态系统脆弱性值ESVI直方图分布和标准差，将生态系统脆弱性值分为五级：微度脆弱(ESVI≤3.0)、轻度脆弱(3.0

[0133] 中东部湿润半湿润生态区的生态系统脆弱性总体上表现为北方大于南方，西部大于东部，其格局主要是受气候(降水自南向北递减，自动向西递减)、地形(三级阶梯，自西向东海拔逐渐升高)、地貌(自西向东为平原-高原、丘陵、低矮山地)、植被及人类活动的影响。重度和极度脆弱区主要分布于黄土高原、内蒙古高原东南部、山东丘陵的西部，其原因为：
黄土高原地区沟壑林立，>0.5km以上的大小沟道多达27万条，沟壑密度为3～6km/km2，植被严重破坏，降水集中，多暴雨，加上特殊的黄土结构，使黄土高原丘陵沟壑区成为中国乃至世界上水土流失最严重的地区，水土流失面积达45.4万km2，因此该地区的生态系统脆弱性较大；内蒙古高原东南部则位于农牧交错带边缘，人类活动干扰强烈，植被遭到破坏，受沙漠化和风力侵蚀的威胁较大，因此该地区生态系统状况较差；山东丘陵的西部地形起伏度较大，植被覆盖较差，水土流失较为严重，人口密集，人类活动干扰强度较大，生态状况较差。中度脆弱区主要分布于东北平原和华北平原地区，该地区多为农业区，土地垦殖率较高，受人类活动影响极大。轻度脆弱区主要分布于四川盆地、秦岭山区、太行山地区、淮河流域等区域，总体上该地区植被覆盖较高，降水充沛，水土流失强度较小，生态环境状况较好。
微度脆弱区则主要分布于长江以南，其原因与高植被覆盖度、低水土流失强度、气候、地形地貌有关。

[0134] 5、西南山地喀斯特生态区脆弱性评估

[0135] 可利用ArcGIS10.2的栅格计算器，基于西南山地喀斯特生态区脆弱性评估体系中不同指标的权重值计算的生态系统脆弱性指数(不包括土壤)，并根据该指数的直方图分布和标准差，确定该指数分级阈值，得到分级结果；然后结合土壤脆弱性指数(由于土壤脆弱性计算中三级指标重复性较大，为了避免指标的重复计算导致的影响因子权重被扩大，本研究对土壤脆弱性二级指标分级结果求最大值)分级结果，利用栅格计算器计算获取了西南山地喀斯特生态区系统脆弱性值(ESVI)。.

[0136] 同样参考西南山地喀斯特生态区的生态环境特征及生态系统脆弱性值(ESVI)直方图分布和标准差，将生态系统脆弱性值分为五级：微度脆弱(ESVI≤3.30)、轻度脆弱(3.30

[0137] 西南山地喀斯特石漠化生态区重度和极度脆弱区主要集中分布于中部和北部，主要原因是该地区岩溶发育强烈，植被覆盖度低，水土流失严重，大量岩石裸露，加上该地区成土过程缓慢，土层浅薄，生态系统自身恢复能力差，此外该地区生产力水平低，贫困人口多，环境保护意识差，人类活动干扰强度大。微度和轻度脆弱区则主要分布于该地区的东南部和西南部，东南部地区降水充沛，植被覆盖度高，水土流失和石漠化强度较低，加上人类的生态保护措施(退耕还林等)，生态环境较好。

[0138] 6、全国生态系统脆弱性评估结果

[0139] 将上述图5—图9进行综合，得到全国生态系统脆弱性评估结果，如下图10所示，生态系统脆弱性值的各等级以不同颜色在图中展示，能够直观查看全国生态系统脆弱性评估结果。

[0140] 本发明还涉及一种生态系统脆弱性遥感评估系统，该评估系统与上述生态系统脆弱性遥感评估方法相对应，可理解为是实现上述评估方法的系统。该生态系统脆弱性遥感评估系统的结构如图11所示，包括依次连接的生态系统脆弱性分区模块、不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块、生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块和生态系统脆弱性评估模块。其中，生态系统脆弱性分区模块，在目标地域范围内对影响生态系统脆弱性的因素进行空间自相关分析并通过主成分分析法和聚类算法进行生态系统脆弱性分区；不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块，依据分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征确定不同分区的生态系统脆弱性评估指标并在各分区分别建立相应的生态系统脆弱性评估体系，该生态系统脆弱性评估体系包括生态系统脆弱性评估指标以及各评估指标涉及的指标内容；生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块，利用层次分析法确定不同分区内的各生态系统脆弱性评估指标的权重，基于综合指数法根据生态系统脆弱性评估指标和其权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型；生态系统脆弱性评估模块，基于不同分区的生态系统脆弱性评估指标和生态系统脆弱性遥感评估模型，进行生态系统脆弱性评估，得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果。

[0141] 在本发明生态系统脆弱性遥感评估系统中，生态系统脆弱性分区模块是在目标地域范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和聚类算法结合各分区主导生态环境问题及地质、水文图进行生态系统脆弱性分区，目标地域范围可以是任意所要研究的范围，如全球、全国、某省、某地区等等，以全国范围为例，图2也可以理解为是生态系统脆弱性分区模块的优选工作原理图，生态系统脆弱性分区模块优选在全国范围内通过对影响生态系统脆弱性的各生态环境问题及气候、地形的分布图进行空间自相关分析，通过主成分分析法和ISODATA动态聚类算法结合各区域主导生态环境问题及地质、水文图将全国生态系统划分为五个区，再结合全国县级行政区划图对分区边界进行调整形成最后的分区方案，最终分区包括：青藏高原高寒生态区、西北干旱荒漠生态区、北方半干旱荒漠草原生态区、中东部湿润半湿润生态区和西南山地喀斯特生态区。

[0142] 不同分区生态系统脆弱性评估体系建立模块是依据所述生态系统脆弱性分区模块得到的分区结果，基于不同分区的主导环境问题和生态本底特征，将水体、气候、植被、土壤、地形和人文作为生态系统脆弱性评估指标，在各分区建立不同的生态系统脆弱性评估体系，所述生态系统脆弱性评估体系包括水体、气候、植被、土壤、地形和人文以及各评估指标涉及的指标内容，并在各评估体系的基础上利用评估方法得到评估指标的计算结果，可参考表1所示的评估指标、指标内容和指标方法。在生态系统脆弱性评估体系中，水体评估指标涉及的指标内容包括水资源总量、水资源开发强度、各行业用水量、地下水储量和/或水网密度，气候评估指标涉及的指标内容包括气温、降水、湿润度、干燥度、风速和/或极端气候；植被评估指标涉及的指标内容包括植被覆盖度、生物多样性、景观格局指数和/或NPP，土壤评估指标涉及的指标内容包括水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、盐渍化、沙漠化和/或石漠化，地形地貌评估指标涉及的指标内容包括海拔、坡度、地形起伏度、地貌类型和/或坡向，人文评估指标涉及的指标内容包括人口密度、人均GDP、贫困人口比重、农村人口比重、载畜量和/或恩格尔系数。

[0143] 如图11所示，生态系统脆弱性遥感评估模型建立模块包括相互连接的生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块和生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块，其中，生态系统脆弱性评估指标的权重计算模块将评估指标根据属性进行分层建立层次结构模型，在层次结构模型的基础上确定层次间不同指标的隶属度以构建判断矩阵，基于方根法求解归一化特征值和特征向量并满足一致性校验，最终所得的特征向量为各生态系统脆弱性评估指标的权重；生态系统脆弱性遥感评估模型建立子模块基于综合指数法根据评估指标和评估指标的权重建立生态系统脆弱性遥感评估模型(即公式7)，进而得到生态系统脆弱性指数ESVI并根据生态系统脆弱性直方图进行脆弱性分级。

[0144] 生态系统脆弱性评估模块优选利用栅格计算器根据生态系统脆弱性指数的直方图和标准差确定脆弱性分级阈值，获取分级结果，进而得到不同分区的生态系统脆弱性评估结果，如图5—图9所示，将各图进行综合，最终能够得到如图10所示的全国生态系统脆弱性评估结果。

[0145] 本发明生态系统脆弱性遥感评估方法和系统以地球信息科学思想为指导，结合国家主体功能区遥感应用方法与示范为研究对象，以《全国主体功能区规划》和《生态环境状况评价技术规范》为参照，以多源遥感影像数据、资源环境站点观测数据、社会经济统计数据等资料为分析基础，在分析总结了国内外研究的相关遥感监测成果和监测指标的基础上，定量提取了生态系统脆弱性遥感监测指标，在全国范围内分区建立了生态系统脆弱性评估体系，获取了2000、2005、2010和2013年四期的生态系统脆弱性，并对近十三年全国生态系统脆弱性时空变化分异格局及规律进行了初步探讨，最后分析和对比了不同自然和人为因子对生态系统脆弱性变化的影响，以期为全国生态环境保护和地理国情监测提供空间信息支撑和决策参考依据。

[0146] 生态系统脆弱性遥感评估方法和系统在目标地域(如全国)范围内形成了一个合理的生态环境分区方案，并根据各分区的生态环境特征，归纳、总结了不同尺度、不同地区的生态系统脆弱性遥感评估方法和体系，提取了各地区的主导生态环境问题，根据各地区的生态环境状况及人文特征筛选了不同敏感指标，综合相关国内外脆弱性文献中评估体系框架，分区建立了一套科学、规范的生态系统脆弱性评估体系和权重赋值方案。此外，还在分区探讨和分析了生态系统脆弱性时空变化分异格局及驱动力机制，在各子区生态系统脆弱性评估体系中引入新的指标(大尺度景观指数、极端气候指数等)并且改进了部分二级指标的遥感反演方法。本发明能够实现生态系统脆弱性的智能遥感评估，评估结果准确可靠，并能够重复操作，有利于生态系统脆弱性评估研究的推广应用。

[0147] 应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

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生态系统脆弱性遥感评估方法和系统

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