一种自然保护区功能分区红线快速划定方法

摘要

本发明公开了一种自然保护区功能分区红线快速划定方法，属于自然保护区功能区划技术领域。该方法通过获取遥感影像地物信息并进行预处理和监督分类，采用GPS手持机定位功能采集地物信息并录取，将遥感影像和地面实测数据在ArcGIS中进行空间叠加分析，结合相关法律法规，划定各功能区控制点及功能区红线。本发明利用GIS的空间分析能力，对遥感数据以及地面调研数据等多层数据层进行叠加处理，对区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有多种地理属性的区域，对叠置后产生的具有不同属性的多边形进行重新分类或分级，从而提高自然保护区功能区划的科学性与可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于自然保护区功能区划技术领域，具体涉及一种自然保护区功能分区红线的快速划定方法。

背景技术

森林资源在社会发展中是非常重要的资源之一，森林作为一个生态系统，是地球表面生态系统的主体，在调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙、改善土壤等多方面的生态防护效能上有着重要的作用。并且地球表面生态圈的平衡也要依靠森林维持。然而，为了社会经济建设的发展，人类对自然资源过度开发，生态系统被不断破坏，自然环境日益恶化。因此，加强自然保护区的建设能有效的保护森林资源，使保护各种森林资源免受其它因素的侵害。建立并增加自然保护区的数量，不仅能使森林资源在供氧气能力、净化水资源、预防水土流失的作用得到了增强。而且森林资源加强了生物界里物种的保护作用，百分之九十以上的生物界中的动植物受到了森林资源庇护而得以繁衍生存下去。从客观角度来分析，森林自然保护区的开发与发展，对于人类社会的生活和生产都会产生非常大的影响。

自然保护区功能区划是提高保护区经营管理水平的有效途径，是保护区规划和建设的一项十分重要的基础工作。然而，如何科学、合理地对保护区进行功能区划分却是一个非常复杂的问题。长期以来，我国自然保护区功能区的划分一直采用人为定性划分方法，主观随意性较大，缺乏科学依据。近年来遥感技术飞速发展，遥感技术所特有的宏观、快捷、动态、连续等技术特点，使得遥感技术被广泛应用于各个领域。将遥感技术与自然保护区功能区划相结合，能够为功能区划提供最直观、最客观、最宏观、最准确的技术支撑。但是综合分析现有技术中的自然保护区功能区划，往往都存在着划分方法随意性较大或者缺乏有效数据支撑等问题，导致准确性较低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种自然保护区功能分区红线的快速划定方法，利用地面实测数据校正遥感影像，采用ArcGIS软件建立保护区地理信息基本数据库，利用空间叠加综合分析，结合相关法律法规，划定自然保护区功能分区红线，提高了红线划定准确性及可实施性。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种自然保护区功能分区红线的快速划定方法，获取遥感影像地物信息并进行预处理和监督分类，采用GPS手持机定位功能采集地物信息并录取，将遥感影像和地面实测数据在ArcGIS中进行空间叠加分析，结合相关法律法规，划定各功能区控制点及功能区红线。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，采用ENVI软件对遥感影像数据进行预处理，预处理包括影像的辐射定标、大气校正、几何校正、融合、拼接；并通过ENVI软件进行监督分类，分为特征判别、样本选择、分类器选择、分类结果。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，所述地面实测数据获取与录入包括以下步骤：

(1)利用GPS手持机定位功能，开启定位设置中记录轨迹功能，通过机动车载GPS手持机记录方式，记录下道路起止点、转折点、交叉点信息并做好备注；利用定位标签工具记录下道路拐点以及动植物的经纬度位置信息并保存在移动设备端；

(2)将GPS手持机采集数据导入到电脑终端，完成GPS信号的信息处理并输出成CSV格式文件；利用ArcGIS软件读取CSV格式文件，并转换成shp格式矢量文件；

(3)依据备注信息将所记录的点、轨迹信息进行重分类生成道路信息图层、重点保护植物信息图层，以及重点保护动物信息图层。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，重点保护植物分布信息图层的生成：根据《国家重点保护野生植物名录》筛选出重点保护植物，通过字段形式将重点保护植物的物种生活型、数量以及调查时间信息数据录入到空间数据属性表中，通过ArcGIS二维可视化表达生成重点保护植物分布信息图层。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，重点保护动物分布信息图层的生成：根据国家一、二级重点保护物种、IUCN红色名录中的濒危动物物种、CITES附录一中的动物物种筛选出重点保护动物，通过字段形式将重点保护动物名称、数量、受保护分级信息、出没位置经纬度信息、持续时间以及观测记录时间等信息录入到空间数据属性表中，通过ArcGIS将保护动物出没点数据转化成面数据，并进行二维可视化表达生成重点保护动物分布信息图层。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，所述道路拐点是指道路进出口、道路转折点、分岔路口和交叉路口。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，植物生活型是指乔木、灌木、草本植物。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，所述遥感影像和地面实测数据空间叠加分析：将遥感影像与地面实测数据录入得到的矢量数据库加载到ArcGIS中，在统一的投影坐标系前提下，选取几组控制点，对遥感影像与矢量数据进行配准校正，并将空间叠加后的影像信息转换成矢量文件；最后将遥感信息转存的矢量文件与地面实测录入得到的矢量数据进行合并。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，所述自然保护区功能分区红线划定为核心区、缓冲区以及实验区的红线划定；将自然保护区内保存完好的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物分布情况划定自然保护区的核心区红线，并在核心区外围划定缓冲区红线用于减缓外界对核心区的干扰，结合道路信息、主要地物信息、公众诉求、领导意愿、专家建议、传统生产、科学实验、宣传教育、生态旅游、管理服务以及自然恢复需求，划定自然保护区实验区红线。

所述自然保护区功能分区红线的快速划定方法，监督分类时，特征判别是指通过目视判别影像上的地物类型：道路、植被、建筑物、水体、裸地五类；样本选择是指选取均匀且离散覆盖整个保护区，每类样本小于1000像素，然后用Jeffries-Matusita计算样本的可分离性，Transformed Divergence参数大于1.9，属于合格样本；参数小于1.8，需要编辑样本或者重新选择样本；参数小于1，则将两类样本合成一类样本；分类器选择支持向量机分类，分类结果是指道路、植被、建筑物、水体、裸地五类信息。

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明利用地面实测数据校正遥感影像，采用ArcGIS软件建立保护区地理信息基本数据库，利用空间叠加综合分析，结合相关法律法规，划定自然保护区功能分区红线，提高了红线划定准确性及可实施性，为保护区物种保护提供借鉴。

(2)本发明利用GIS的空间分析能力，对遥感数据以及地面调研数据等多层数据层进行叠加处理，对区域多重属性的模拟，寻找和确定同时具有多种地理属性的区域，对叠置后产生的具有不同属性的多边形进行重新分类或分级，从而提高自然保护区功能区划的科学性与可靠性。

(3)本发明利用地面采集数据对校正后的遥感影像进行了叠加分析，进行二次校正，提高遥感影像信息解译精度，进而减小功能分区划定时控制点及界线划定的偏差。

附图说明

图1为自然保护区功能分区红线的快速划定方法流程图；

图2为自然保护区遥感影像解译获取道路信息图；

图3为基于GPS获取的道路轨迹及拐点叠加图；

图4为自然保护区重点保护植物分布图；

图5为自然保护区重点保护动物分布图；

图6为自然保护区功能分区红线划定图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

一种自然保护区功能分区红线的快速划定方法，实施区位于江苏省徐州市西南部，北纬34°12'14"～34°13'12"，东经117°09'01"～117°09'52"，总面积为3.7km

获取高分一号(GF-1)遥感影像数据，如图2所示，空间分辨率为全色2米、多光谱优于8米，单星成像幅宽大于60千米。运用ENVI软件将获取的保护区卫星遥感影像进行影像的辐射定标、大气校正、正射校正、图像融合、植被增强预处理，其中，多光谱图像大气校正传感器基本信息设置包括：像元大小8m，大气模型为Tropical，气溶胶模型为Urban，多光谱正射校正设置像元大小8m，全色图像正射校正像元大小2m，通过NNDiffuse Pan Sharpening工具将多光谱数据和全色图像进行图像融合。植被增强选择中等强度增强并输出全部波段信息。并通过ENVI软件进行监督分类，主要分为特征判别、样本选择、分类器选择、分类结果，其中，特征判别主要通过目视判别影像上的地物类型：道路、植被、建筑物、水体、裸地五类；样本选择主要选取均匀且离散覆盖整个保护区，每类样本的大小小于1000像素，然后用Jeffries-Matusita计算样本的可分离性，Transformed Divergence参数大于1.9说明样本之间可分离性好，属于合格样本；小于1.8，需要编辑样本或者重新选择样本；小于1，考虑将两类样本合成一类样本；分类器选择支持向量机分类(Support Vector Machine)，支持向量机分类可以自动寻找对分类有较大区分能力的支持向量，由此构造出分类器，可以将类与类之间的间隔最大化，因而有较好的推广性和较高的分类准确率。分类结果主要包括道路、植被、建筑物、水体、裸地五类信息。

地面实测数据获取与录入，如图3-5所示，包括以下步骤：

(1)利用GPS手持机定位功能，开启定位设置中记录轨迹功能，通过机动车载GPS手持机记录方式，记录下道路起止点、转折点、交叉点信息并做好备注；利用定位标签工具记录下道路拐点以及动植物的经纬度位置信息并保存在移动设备端(图3)；道路拐点是指道路进出口、道路转折点、分岔路口、交叉路口；

(2)将GPS手持机采集数据导入到电脑终端，完成GPS信号的信息处理并输出成CSV格式文件；利用ArcGIS软件读取CSV格式文件，并转换成shp格式矢量文件；

(3)依据备注信息将所记录的点、轨迹信息利用ArcGIS中点集转线工具将轨迹点转换成线，生成道路信息图层，根据相关法律法规生成重点保护植物信息图层、重点保护动物信息图层；

其中，重点保护植物分布信息图层的生成：根据《国家重点保护野生植物名录》筛选出重点保护植物，通过字段形式将重点保护植物的物种生活型、数量以及调查时间等信息(以上信息都是在实地采集动植物数据时一同获得录入到空间数据属性表中，通过ArcGIS二维可视化表达生成重点保护植物分布信息图层(如图4所示)；物种生活型是指乔木、灌木、草本植物；

重点保护动物分布信息图层的生成：根据国家一、二级重点保护物种、IUCN红色名录中的濒危动物物种、CITES附录一中的动物物种等筛选出重点保护动物，通过字段形式将重点保护动物名称、数量、受保护分级信息、出没位置经纬度信息、持续时间以及观测记录时间等信息录入到空间数据属性表中，通过ArcGIS将保护动物出没点数据转化成面数据，并进行二维可视化表达生成重点保护动物分布信息图层(如图5所示)。

遥感影像和地面实测数据空间叠加分析，将遥感影像与地面实测录入得到的矢量数据库加载到ArcGIS中，在统一的投影坐标系前提下，选取均匀分散与保护区的30组控制点，对将遥感影像与矢量数据进行配准校正，利用Union工具进行空间叠加，并将空间叠加后的影像信息转换成矢量文件，最后利用栅格转矢量工具将遥感信息转存的矢量文件与地面实测录入得到的矢量数据进行合并。

自然保护区功能分区红线划定，为核心区、缓冲区以及实验区的红线划定。根据重点保护植物生活型以及分布情况，结合重点保护动物的活动范围，根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国自然保护区条例》、《森林和野生动物类型自然保护区管理办法》、《国家级自然保护区总体规划大纲》、《自然保护区功能区划技术规程》(GB/T 35822-2018)等法律及技术章程规定，根据自然保护区内保存完好的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物分布情况划定自然保护区的核心区红线，并在核心区外围划定缓冲区红线用于减缓外界对核心区的干扰，结合道路信息、主要地物信息、公众诉求、领导意愿、专家建议、传统生产、科学实验、宣传教育、生态旅游、管理服务以及自然恢复等需求，划定自然保护区实验区红线(图6)。