【景观生态学实验】实验五 景观生态脆弱性评价

实验目的

1.学习层次分析模型思路，对丹江口库区2000年景观生态脆弱性评价建模：通过实验课的学习，深入理解层次分析（Analytic Hierarchy Process，AHP）理论与模型，了解其在决策问题中的应用，并理解如何将其灵活运用于景观生态学的脆弱性评价；

2.掌握景观生态脆弱性的评价方法：通过实验课的学习与具体操作，使学生深入了解景观生态学中脆弱性的相关概念，并进一步学习如何利用ArcGIS与yaahp等软件评估研究区域的景观脆弱性，深入理解景观生态系统的抵抗力和适应性，从而为可持续生态系统管理提供科学支持。

实验内容

（1）提取评价模型中各因子图层；

（2）构建生态脆弱性层次分析模型；

（3）评定2000年丹江口库区生态脆弱性等级。

实验过程

（1）空间数据重采样

1.空间数据裁剪：在实验过程前，我们可以发现在老师提供的实验数据中的11个参评指标的tif文件里，道路、人口与GDP数据的数据范围与其它数据不太相符，为保证在后续栅格计算步骤的顺利，我们首先利用【按掩膜提取工具】，对上述的三个文件进行裁剪：

最终得到效果如下图所示：

利用Arcpy重采样数据：除上述步骤外，在进行栅格计算前，我们还需要统一参评因子栅格的空间分辨率，老师提供的data5中的数据分辨率均为100 m，而土地利用（景观分类）、高程与坡度数据的分辨率为25m，因此我们需要利用【重采样】工具进行重采样，所有图层统一分辨率为100m。

此处我们使用ArcGIS中自带的Python，利用代码来帮助我们自动执行重采样，并附代码如下所示：

import arcpy
from arcpy.sa import *arcpy.env.workspace = r"C:\Users\付嘉琪\Desktop\景观生态学实验\实验五\data5"input_folder = r"C:\Users\付嘉琪\Desktop\景观生态学实验\实验五\data5\data"output_folder = r"C:\Users\付嘉琪\Desktop\景观生态学实验\实验五\reresult"resampling_resolution = "100"tif_list = arcpy.ListFiles("*.tif")for tif_file in tif_list:input_path = input_folder + "\\" + tif_fileoutput_path = output_folder + "\\" + tif_filearcpy.Resample_management(input_path, output_path, resampling_resolution, "NEAREST")print output_pathprint("Finish！")

（2）参评数据重分类

重分类的目的在于，使多样化不同标准的数据统一至同一标准下。在我们选定的十一个参评数据中，即存在文字数据也存在数字数据，如果不做处理将会为后续的权重分配带来很大的困扰，因此为了给我们后续的定量化评价提供依据，我们需要对十一类参评数据继续重分类处理。

根据老师在实验指导书中提供的各参评因子的对应等级矩阵，我们利用ArcGIS中的【重分类】工具，将各类大小不一的数据划分到1-5的五个等级之中，此处我们没有继续使用Python代码工具，因为每类数据的划分标准不同，代码的编写使用不具备普适性：

点击【Spatial Analyst】—>【重分类】—>【重分类】打开参数框后，以参评数据【GDP】为例,设置参数如下图所示：

！！特别注意！！一定要勾选【将缺失值更改为NoData】

打开参数框后点击【分类】，在分类方法中选择【自然间断点分级法】，类别数量中选择5，根据实验指导书中提供的分类依据在【中断值】中填写数据即可，最终得到结果如下右图所示：

（3）参评因子权重确定——层次分析法

以上的实验过程中在ArcGIS中的数据准备工作已经全部完毕，即我们已经获得了研究区域内十一个指标的统一标准的数据，但为了最后获得一个单独衡量研究区域景观生态脆弱性的数据，我们还需要对这十一个指标分别赋予权重以计算结果。此次实验中我们选择使用yaahp软件，利用层次分析法，模拟专家评分方式获得指标权重。

打开软件后新建文档，分别将【决策目标】设置为生态脆弱性，【中间层要素】设置为四类指标，【备选方案】设置为具体的十一个指标，搭建层次网络如下图所示：

接下来在层次结构中人为判断各类指标的相对重要性，虽然我们此时在软件中给出的比较还相对模糊直观，但软件将依据我们所给出的参考重要性计算具体权重数值，最终我们通过判断矩阵的【一致性】来判断矩阵结果是否可以被接受，当一致性比例<0.1时，我们认为判断矩阵的设置成功。

（4）生态脆弱性评价

根据上述利用层次分析法与yaahp软件计算得到的十一个指标的权重，我们即可计算得到研究区域的景观生态脆弱程度，公式如下所示：

脆弱性指数 = Σ 因子层Ci  × 该因子层对应权重Wi

因此我们利用ArcGIS中的【栅格计算器】工具，帮助我们将十一个指标数值的空间特征与指标权重相结合，选择【Spatial Analyst】—>【地图代数】—>【栅格计算器】，打开参数框，输入公式如下图所示：

得到结果如下图所示，此图即为我们研究区域景观生态脆弱性的栅格结果图，为了达到更为直观结果展示效果，我们选择利用ArcGIS中的【重分类工具】,对研究区域的脆弱性进行分级：

点击【Spatial Analyst】—>【重分类】—>【重分类】打开参数框，根据老师提供的实验指导书的内容，分级依据为：0-1（等级1，潜在脆弱），1-2（等级2，轻度脆弱），2-3（等级3，中度脆弱），3-4（等级4，严重脆弱），>4(等级5，极端脆弱)：

专题地图

最后将上述地图打包输出为“2000年丹江口库区生态脆弱性专题地图” JPG格式的地图如下图所示，作为地信学子，我在老师实验内容要求的基础上做了部分自我的修改、增加与删减，以使地图达到更为美观更符合个人审美的效果：

实验心得

1.此次实验我们再次回到ArcGIS中，并结合利用yaahp软件计算获得了研究区域丹江口库区的生态脆弱性结果。从数据处理—>权重计算—>获得综合因子（生态脆弱性），实验完成后我最为直观的体验就是相似性，这一整体思路在我们许多以获得评价结果为目标的学习内容与科研工作中都是非常常见的，其难点往往在于评价指标的选取、精准详细的数据获得与权重划分的合理性，而在此次实验中大部分的内容老师已为我们提供，因此本次实验任务较为轻松与简单；

2.此次实验是我们景观生态学实验课的最后一次实验，至此我们景观生态学的课堂学习也暂时告一段落了。后半学期的实验课学习，我们在景观生态学理论课的基础上主要学习了四个方面：区域景观的分类、景观格局变化分析、景观指数的计算与生态脆弱性评价，可以明显感受到，我们整个的实验课内容是一个逐层递进，循序渐进，环环相扣的过程；

3.作为一名地信学子，如果将这五次实验课的内容看作一个整体，其实景观生态学实验中的许多步骤（例如：土地利用类型分类、分区统计、重分类）都是我们以前就有学习或经常用到的，但过去我们是站在学习方法与工具的角度进行操作，而这一次实验，我们是站在具体应用与例子的角度，站在获得结果的角度进行操作的，在这样一个学习过程中，我不仅深入理解并加强巩固了景观生态学的理论知识，同时通过实验中的具体例子与应用，进一步体会感悟到了ArcGIS作为一项空间数据的分析处理工具的强大之处，这也是我认为我们景观生态学实验课与其它实验课学习最大的不同之处。