專利名稱：基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有關(guān)山區(qū)公路勘察設計領(lǐng)域中野生動物通行熱區(qū)的評判方法，特別涉及基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法。
背景技術(shù)：
在建造的山區(qū)公路中，利用設計的橋梁或隧道通行是許多動物穿越公路尤其是高速公路的必要手段，然而許多橋梁與隧道在設計時并沒有考慮動物的通行需求，設計者面臨的重要困惑在于不能把握動物究竟會選擇在哪些路段穿越公路。利用在“熱點”地區(qū)增加動物通行設施是國內(nèi)外廣泛采用的一項措施:當前對“熱點”地區(qū)的判定方法主要有如下兩種:(I)目標保護動物的跟蹤法即針對目標保護物種，開展了活動規(guī)律的跟蹤調(diào)查，包括動物遷移足跡、采食痕跡、糞便、無線電/GPRS跟蹤、標記重捕、雪后調(diào)查、痕跡調(diào)查、紅外相機監(jiān)測等，再將其通行路徑作為動物通道設計的依據(jù)。這種方法常常只能針對一些重點或大型動物物種，且需要儀器設備水平較高，需經(jīng)過長年累月的觀測，研究結(jié)果往往滯后于公路建設發(fā)展，同時也往往忽視了其他物種的通行需求。這種方法時間與實施技術(shù)成本較高，在發(fā)達國家使用較多，在我國這樣公路快速發(fā)展階段應用較少。如在我國的思茅-小勐養(yǎng)高速公路、青藏鐵路等建設中分別開展了亞州象、藏羚羊等遷徙路線的大量研究，均耗時數(shù)年，而對其他小型動物有可能穿越利用普通橋涵、隧道等則普遍缺乏研究與考慮。(2)動物致死率調(diào)研法通過驅(qū)車對公路沿線動物致死率的調(diào)研是判斷“熱點”的方法之一，在動物致死率高的“熱點”地區(qū)，再架設通道方便動物通行，這一方法在國外應用也較為普遍。但這一方法有兩個局限，其一是只能針對已建公路，故在動物通道的設置方面僅能在公路改擴建中提供補救措施，其二是僅在動物分布密度較高的地區(qū)有效。這一方法在我國實施存在較大問題，我國動物生存環(huán)境過于惡劣，人類干擾嚴重，大多地方公路沿線動物分布密度低。以中國世界自然遺產(chǎn)保護地三江并流區(qū)為例，這一區(qū)域是中國生物多樣性極為豐富的地區(qū)。通過對此區(qū)域的環(huán)境調(diào)研，總計驅(qū)車里程達到6000余km，僅發(fā)現(xiàn)兩例公路動物致死事件，而美國的Brenda D于2004年3月-2007年3月間在大平原南部區(qū)域緊臨公路類似研究表明，交通總致死率達到8.50例/100km。顯然，動物致死率調(diào)研法在我國西部地區(qū)并不適用。目前在我國的大部分地區(qū)，缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在很多情況下缺乏關(guān)于動物在調(diào)查區(qū)域的遷移規(guī)律數(shù)據(jù)。只能通過基于專家及相關(guān)區(qū)域的研究成果、當?shù)鼐用竦恼{(diào)查等方式了解有關(guān)的動物通行數(shù)據(jù)，根據(jù)動物的習性，利用GIS軟件中的AHP (analytical hierarchy process)模型或Biomapper軟件的最適生境模型,基于調(diào)查區(qū)域的植被圖、地形圖、林相圖等模擬出動物的適宜生境，從其生境分布情況確定相關(guān)的遷移規(guī)律。在公路建設突飛猛進的中國，既往的方法存在著不可克服的弊端。隨著國家環(huán)保力度的加大與居民環(huán)保意識的增強，我國將來的生態(tài)環(huán)境會變得更好，這對公路設計的前瞻性提出了要求。當前在公路建設中設計的橋梁、隧道、涵洞等，雖在一定程度上也能夠為動物所利用，但其建造中普遍缺乏動物生境條件的調(diào)研依據(jù)。有鑒于這一缺陷，本設計人基于實踐研究調(diào)查與專業(yè)知識，提出了一種基于動物生境條件的動物通行熱區(qū)的評判方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的動物通道選擇方法存在的缺陷，而提供一種基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法，從而有利于動物通道的布設，所要解決的技術(shù)問題是使其既能滿足單種動物的通行需求，又能盡量兼顧其他動物通行的需要，并且通過GIS軟件的采用使其在技術(shù)手段上更易于操作，從而更加適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種有關(guān)山區(qū)公路勘察設計中基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法，包括如下步驟:步驟1:通過收集資料、咨詢專家、走訪當?shù)厝罕娏私夤匪?jīng)段落的動物物種種類、分布、出現(xiàn)頻率，查閱這些動物物種的保護級別，篩選一種關(guān)鍵動物物種；步驟2:調(diào)查了解該關(guān)鍵動物物種的生活習性與生境特征，以該動物物種活動的地形、植被、資源和人為干擾共4個主要生境因子作為一級指標，在4個一級指標下建立10個二級指標，構(gòu)成評價指標體系，該二級指標包括:地形條件、地形起伏度、坡度、海拔、植被類型、植被蓋度、水源距離、隱蔽類型、干擾距離、區(qū)域?qū)傩?；根?jù)該動物物種生境條件的優(yōu)劣程度，按照10分制、等步長對該二級指標劃分成優(yōu)、良、中、差四個生境質(zhì)量等級，并分別賦予分值為:10、7.5、5、2.5 ；步驟3:根據(jù)步驟2所述的10個二級指標，對應著其優(yōu)、良、中、差四個生境質(zhì)量等級的平均分值加和，得到四個路段適宜程度的分值，分別對應適宜路段、一般路段、邊緣路段與不適宜路段的上限值，其下限值為下一級生境質(zhì)量等級的上限值，其中得分在100-76之間為適宜路段，75-51之間為一般路段，50-26之間為邊緣路段，25-0之間為不適宜路段；步驟4:將公路沿線按照每Ikm劃分為若干個路段進行現(xiàn)場抽樣調(diào)查，將抽樣點中樁線兩側(cè)視域所見范圍作為評價單元，在每個評價單元中按照步驟2中所述分值對該關(guān)鍵動物物種的各二級指標進行測定、評價，并賦予分值，再計算總分值，然后對路段內(nèi)的所有評價單元總分值進行平均，獲得各抽樣點生境質(zhì)量平均分值；步驟5:根據(jù)步驟4中的結(jié)果，按照步驟3的限值對各公路路段進行判定，確定這些路段的適宜程度，其中適宜路段為該動物物種的通行熱區(qū)路段。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。前述的基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法，其采用遙感與GIS手段代替所述的步驟4，以獲得各路段的生境質(zhì)量的平均分值，其主要程序如下:程序1:收集資料圖件，包括:含水系分布、村莊居民點、地形圖、公路路線圖、植被分布與覆蓋圖、土地利用圖，將以上圖件利用GIS軟件進行數(shù)字化；程序2:選擇公路兩側(cè)2km的緩沖區(qū)作為動物通行熱區(qū)評價范圍；程序3:根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價指標體系，在GIS軟件平臺上進行25m*25m網(wǎng)格的二級指標數(shù)據(jù)的計算與提取，獲得各指標圖層，具體提取方法如下:①地形條件即坡位因素，動物對于不同的坡位有一定的選擇，基于DEM提取溝間地的基本方法是先從溝間地的形態(tài)特征和成因原理出發(fā)，根據(jù)坡度特征提取緩坡圖層，再利用溝谷緩沖分析，獲得溝谷圖層，兩層相減，得到溝間地。將地形條件分成溝谷地形即溝底地，水平地形即溝間地，隆起地形即溝頂?shù)?，坡地地形即溝坡地；②地形起伏度指地形的變化劇烈程度，高程差表?定義為9個柵格3*3為一個小區(qū)域，計算小區(qū)域中的最大高程與最小高程，計算其差值即為高程差。根據(jù)計算出的高程差平均將其分為四個等級順暢、較順暢、陡坡、斷層。③坡度是指坡面與水平面的夾角，通過ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Slope工具即可直接獲得，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分；④海拔指海拔高度，通過ArcGIS中Spatial Analysis的Surface中Contour工具即可直接獲得，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分；⑤植被類型是指包括植被群落類型以及植被種類，根據(jù)遙感解譯及現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的手段，獲得該數(shù)據(jù)，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分。⑥植被蓋度是指植被的覆蓋情況，通過遙感軟件計算NDVI指數(shù)，通過與實地調(diào)查相結(jié)合建立線性關(guān)系，從而確定植被覆蓋情況，劃分為100% -76%,75% -51%,50% -26%,25% -O 四個類型:⑦水源距離即距最近水源的距離,ArcGIS中Spatial Analysis的Distance中的Straight line工具即可獲得，將距水源的距離定義為小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四個等級；⑧隱蔽物類型即能夠提供動物隱藏的物體，包括植被、建筑物，按照解譯的結(jié)果及植被類型對其進行劃分，分為喬木和灌木、草地、人工建筑及物隱蔽物四類。⑨干擾距離即距最近干擾源的距離，包括居民點、建筑工地，ArcGIS中SpatialAnalysis的Distance中的Straight line工具即可獲得，將距水源的距離定義為小于100m, 100m-500m，500m-1000m 及大于 1000m 四個等級。⑩區(qū)域?qū)傩允歉鶕?jù)保護區(qū)功能分區(qū)進行劃分，將保護區(qū)功能區(qū)劃分數(shù)字化并與遙感解譯圖投影統(tǒng)一，劃分為保護核心區(qū)、試驗區(qū)、緩沖區(qū)和保護區(qū)外四種類型。程序4:對程序3中的提取結(jié)果，根據(jù)前述的評價指標體系中的對應分值利用GIS軟件的reclassify功能進行賦值,raster calculator功能計算每個25m*25m網(wǎng)格的各生境因子賦值之和，生成計算結(jié)果圖；程序5:利用GIS中的divide功能將公路沿線按Ikm間距劃分為若干個路段，然后利用buffer功能定義路側(cè)各2km作為緩沖區(qū),形成Ikm片段的若干個多邊形,再利用ZonalGeometry功能將程序4中的計算結(jié)果圖按照Ikm道路片段多邊形中所包含25m*25m柵格數(shù)據(jù)值進行計算，獲得Ikm道路片段多邊形中所有柵格的生境質(zhì)量分值的平均值，再按照步驟3分成4個等級；程序6:將程序5中野生動物適宜生境質(zhì)量分值的4個等級結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)和道路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成地理坐標系下WGS84坐標投影的矢量數(shù)據(jù)，并對每Ikm道路段落中的值通過Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能將野生動物適宜生境數(shù)據(jù)添加到Ikm間隔的道路矢量數(shù)據(jù)中，獲得一個具有分值等級信息的道路路線矢量圖；程序7:使用程序6獲得的道路路線矢量圖的屬性表的Calculate Geometry功能計算出每段中心點的經(jīng)緯度，并將屬性表輸出成TXT格式文件，使用EXCEL打開該文件并通過篩選排序，選擇4個等級中的適宜等級，獲得其GPS點，這些點位即為適宜野生動物通行的熱區(qū)；程序8:現(xiàn)場校核程序7中篩選出的適宜野生動物通行的熱區(qū)，即結(jié)合1: 2000公路路線設計圖、地形圖、植被分布圖沿路線進行野外調(diào)研校核，調(diào)研中在路線設計圖上標明植被類型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用與人為干擾情況，對這些通行熱區(qū)與環(huán)境條件符合情況進行校核篩選，獲得最終適宜野生動物通行的熱區(qū)。前述的基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法，還可以在選擇關(guān)鍵物種時，考慮兩種以上的關(guān)鍵動物物種的通行需求，在程序4之后，通過層次分析法計算不同動物的權(quán)值ai;再根據(jù)此權(quán)值計算各段落的綜合分值:
權(quán)利要求
1.一種在山區(qū)公路勘察設計中基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法，其特征在于其包括如下步驟: 步驟1:通過收集資料、咨詢專家、走訪當?shù)厝罕娏私夤匪?jīng)段落的動物物種種類、分布、出現(xiàn)頻率，查閱這些動物物種的保護級別，篩選一種關(guān)鍵動物物種； 步驟2:調(diào)查了解該關(guān)鍵動物物種的生活習性與生境特征，以該動物物種活動的地形、植被、資源和人為干擾共4個主要生境因子作為一級指標，在4個一級指標下建立10個二級指標，構(gòu)成評價指標體系，該二級指標包括:地形條件、地形起伏度、坡度、海拔、植被類型、植被蓋度、水源距離、隱蔽類型、干擾距離、區(qū)域?qū)傩裕桓鶕?jù)該動物物種生境條件的優(yōu)劣程度，按照10分制、等步長對該二級指標劃分成優(yōu)、良、中、差四個生境質(zhì)量等級，并分別賦予分值為:10、7.5、5、2.5 ； 步驟3:根據(jù)步驟2所述的10個二級指標，對應著其優(yōu)、良、中、差四個生境質(zhì)量等級的平均分值加和，得到四個路段適宜程度的分值，分別對應適宜路段、一般路段、邊緣路段與不適宜路段的上限值，其下限值為下一級生境質(zhì)量等級的上限值，其中得分在100-76之間為適宜路段，75-51之間為一般路段，50-26之間為邊緣路段，25-0之間為不適宜路段； 步驟4:將公路沿線按照每Ikm劃分為若干個路段進行現(xiàn)場抽樣調(diào)查，將抽樣點中樁線兩側(cè)視域所見范圍作為評價單元，在每個評價單元中按照步驟2中所述分值對該關(guān)鍵動物物種的各二級指標進行測定、評價，并賦予分值，再計算總分值，然后對路段內(nèi)的所有評價單元總分值進行平均，獲得各抽樣點生境質(zhì)量平均分值； 步驟5:根據(jù)步驟4中的結(jié)果，按照步驟3的限值對各公路路段進行判定，確定這些路段的適宜程度，其中適宜路段為該動物物種的通行熱區(qū)路段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于生境評價的動物通行熱區(qū)的評判方法，其特征在于采用遙感與GIS手段代替所述的步驟4，以獲得各路段的生境質(zhì)量的平均分值，其主要程序如下: 程序1:收集資料圖件，包括:含水系分布、村莊居民點、地形圖、公路路線圖、植被分布與覆蓋圖、土地利用圖，將以上圖件利用GIS軟件進行數(shù)字化； 程序2:選擇公路兩側(cè)2km的緩沖區(qū)作為動物通行熱區(qū)評價范圍； 程序3:根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價指標體系，在GIS軟件平臺上進行25m*25m網(wǎng)格的二級指標數(shù)據(jù)的計算與提取，獲得各指標圖層，具體提取方法如下: ①地形條件即坡位因素，動物對于不同的坡位有一定的選擇，基于DEM提取溝間地的基本方法是先從溝間地的形態(tài)特征和成因原理出發(fā)，根據(jù)坡度特征提取緩坡圖層，再利用溝谷緩沖分析，獲得溝谷圖層，兩層相減，得到溝間地。將地形條件分成溝谷地形即溝底地，水平地形即溝間地， 隆起地形即溝頂?shù)兀碌氐匦渭礈掀碌兀? ②地形起伏度指地形的變化劇烈程度，高程差表示:定義為9個柵格3*3為一個小區(qū)域，計算小區(qū)域中的最大高程與最小高程，計算其差值即為高程差。根據(jù)計算出的高程差平均將其分為四個等級順暢、較順暢、陡坡、斷層。
③坡度是指坡面與水平面的夾角，通過ArcGIS中SpatialAnalysis的Surface中Slope工具即可直接獲得，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分； ④海拔指海拔高度，通過ArcGIS中SpatialAnalysis的Surface中Contour工具即可直接獲得，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分；⑤植被類型是指包括植被群落類型以及植被種類，根據(jù)遙感解譯及現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的手段，獲得該數(shù)據(jù)，根據(jù)具體野生動物的喜好進行劃分。
⑥植被蓋度是指植被的覆蓋情況，通過遙感軟件計算NDVI指數(shù)，通過與實地調(diào)查相結(jié)合建立線性關(guān)系，從而確定植被覆蓋情況，劃分為100% -76%,75% -51%,50% -26%,25% -O四個類型； ⑦水源距離即距最近水源的距離，ArcGIS中SpatialAnalysis的Distance中的Straight line工具即可獲得，將距水源的距離定義為小于100m，100m-500m，500m-1000m及大于1000m四個等級； ⑧隱蔽物類型即能夠提供動物隱藏的物體，包括植被、建筑物，按照解譯的結(jié)果及植被類型對其進行劃分，分為喬木和灌木、草地、人工建筑及物隱蔽物四類。
⑨干擾距離即距最近干擾源的距離，包括居民點、建筑工地，ArcGIS中SpatialAnalysis的Distance中的Straight line工具即可獲得，將距水源的距離定義為小于100m, 100m-500m, 500m-1000m 及大于 1000m 四個等級。
⑩區(qū)域?qū)傩允歉鶕?jù)保護區(qū)功能分區(qū)進行劃分，將保護區(qū)功能區(qū)劃分數(shù)字化并與遙感解譯圖投影統(tǒng)一，劃分為保護核心區(qū)、試驗區(qū)、緩沖區(qū)和保護區(qū)外四種類型。
程序4:對程序3中的提取結(jié)果，根據(jù)權(quán)利要求1所述的評價指標體系中的對應分值利用GIS軟件的reclassify功能進行賦值，rastercalculator功能計算每個25m*25m網(wǎng)格的各生境因子賦值之和，生成計算結(jié)果圖； 程序5:利用GIS中的divide功能將公路沿線按Ikm間距劃分為若干個路段，然后利用buffer功能定義路側(cè) 各2km作為緩沖區(qū),形成Ikm片段的若干個多邊形,再利用ZonalGeometry功能將程序4中的計算結(jié)果圖按照Ikm道路片段多邊形中所包含25m*25m柵格數(shù)據(jù)值進行計算，獲得Ikm道路片段多邊形中所有柵格的生境質(zhì)量分值的平均值，再按照權(quán)利要求I中的步驟3分成4個等級； 程序6:將程序5中野生動物適宜生境質(zhì)量分值的4個等級結(jié)果的柵格數(shù)據(jù)和道路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成地理坐標系下WGS84坐標投影的矢量數(shù)據(jù)，并對每Ikm道路段落中的值通過Analysis Tools下的Overlay中Spatial Join功能將野生動物適宜生境數(shù)據(jù)添加到Ikm間隔的道路矢量數(shù)據(jù)中，獲得一個具有分值等級信息的道路路線矢量圖； 程序7:使用程序6獲得的道路路線矢量圖的屬性表的Calculate Geometry功能計算出每段中心點的經(jīng)緯度，并將屬性表輸出成TXT格式文件，使用EXCEL打開該文件并通過篩選排序，選擇4個等級中的適宜等級，獲得其GPS點，這些點位即為適宜野生動物通行的熱區(qū)； 程序8:現(xiàn)場校核程序7中篩選出的適宜野生動物通行的熱區(qū)，即結(jié)合1: 2000公路路線設計圖、地形圖、植被分布圖沿路線進行野外調(diào)研校核，調(diào)研中在路線設計圖上標明植被類型段落、水系溪流、地形地貌、土地利用與人為干擾情況，對這些通行熱區(qū)與環(huán)境條件符合情況進行校核篩選，獲得最終適宜野生動物通行的熱區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于生境評價的動物通行熱區(qū)的評判方法，其特征在于選擇關(guān)鍵物種時，考慮了兩種以上的關(guān)鍵動物物種，在程序4之后，通過層次分析法計算不同動物的權(quán)值ai;再根據(jù)此權(quán)值計算各段落的綜合分值:
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項中所述的基于生境條件確定動物通行熱區(qū)的評判方法，其特征在于:在對動物通行熱區(qū)通過現(xiàn)場調(diào)查或GIS方法篩選出來后，再結(jié)合現(xiàn)有公路路線設計方案指標進一步篩選，從而進一步結(jié)合公路橋梁隧道等利于動物通行的公路設施的位置進一步精選動物的通行熱區(qū)，在疊加公路路線方案指標方面，以橋梁、隧道方案作為篩選的最適通行熱區(qū)判定因子，其方法是: 通過篩選出的通行熱區(qū)段落GPS點位，疊加現(xiàn)有公路路線中橋梁隧道GPS點位，兩者重合處即為優(yōu)化的動物通行熱區(qū)，從而可以適用于現(xiàn)有公路的改善工程。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)山區(qū)公路勘察設計中缺乏動物基礎(chǔ)資料時采用的一種基于生境因子的動物通行熱區(qū)的評判方法。其能夠綜合考慮區(qū)域關(guān)鍵野生動物對生境特征需求從公路沿線地形、植被、資源和人為干擾共4個主要生境因子評價沿線動物的生境質(zhì)量，評價采用沿公路路線方向計算不同段落生境綜合評價分值，再對不同段落分值統(tǒng)計并排序，將公路全線劃分為不適宜路段、邊緣路段、一般路段、適宜路段4種等級，將等級區(qū)間為“適宜路段”處判定為動物通行熱區(qū)。該方法可綜合兩種以上動物的生境需求，還可納入公路設計因素，從而適用于公路建設前或改擴建中野生動物敏感生境保護、通道選擇與公路設施優(yōu)化，成為一種具有實用及進步的新方法，適于產(chǎn)業(yè)界廣泛推廣應用。
文檔編號G06F19/00GK103164608SQ201110422949
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者陳學平, 關(guān)磊, 王云, 陳濟丁, 房銳, 張發(fā)春 申請人:交通運輸部科學研究院, 云南省交通規(guī)劃設計研究院