生物多样性维持评价方法和装置

本技术涉及生态保护，尤其涉及一种生物多样性维持评价方法和装置。

背景技术：

1、生物多样性维持评价是生态保护规划、自然保护地管理、生态保护红线评估、生态修复优先区识别以及珍稀濒危物种保护决策中的重要技术环节。随着遥感监测、地理信息系统、物种调查数据库和栅格化空间分析技术的发展，现有技术通常将评价区域划分为多个栅格单元，并结合物种记录数据、环境属性数据、保护范围边界数据、土地利用数据、植被覆盖数据以及人为活动数据等，对不同栅格单元的生物多样性维持能力或保护价值进行计算。

2、然而，在实际的生物多样性维持评价中，珍稀濒危物种、重点保护物种、区域特有物种等目标保护对象通常具有分布范围窄、种群数量少、调查记录稀疏、记录位置空间分布极不均匀等特点。受调查强度、可达性、季节性活动、隐蔽性以及历史记录完整性等因素影响，能够获取的对象记录数据往往只是目标保护对象实际分布情况的少量离散样本，难以形成覆盖完整、统计稳定的空间样本数据。对于该类目标保护对象，若直接将有限记录点作为评价依据，容易使评价结果过度集中于少数记录位置附近，而忽略与记录位置具有空间相关性或环境相似性的潜在重要区域。

3、现有的生物多样性维持评价方法虽然可以基于栅格单元进行空间划分和指标计算，但在处理珍稀濒危物种等小样本目标保护对象时，通常仍采用记录点叠加、距离缓冲、栖息地适宜性赋值、专家权重叠加或普通物种分布模型等方式。上述方法往往默认样本数据能够较好反映目标对象的空间分布，或者主要依赖记录位置附近的距离衰减关系进行推算，缺少对“样本量少、空间分布极不均匀、记录可靠性差异大”这一实际情况的专门处理。因此，即使采用栅格化评价方式，也可能难以在评价结果中真实反映珍稀濒危物种的潜在分布影响、保护优先性和空间保护需求。

4、此外，现有技术在针对珍稀濒危物种进行保护评价时，通常难以同时考虑目标保护对象记录数据与栅格单元之间的关联性、栅格单元之间的空间相关性、对象记录数据在邻域空间中的扩散影响、保护范围覆盖不足以及对象分布量化结果的可靠性。对于某些记录点稀少但保护级别高、环境条件适宜且未被保护范围充分覆盖的区域，现有评价模型可能因缺少足够样本而低估其生物多样性维持价值；对于某些记录点集中但空间代表性不足的区域，现有评价模型也可能因直接叠加记录点而高估其评价值，从而影响保护缺口识别和保护资源配置。

5、因此，现有技术仍需要一种能够适应珍稀濒危物种样本量少、记录分布不均匀和空间统计不稳定等特点的生物多样性维持评价方案，以提高小样本目标保护对象在生物多样性维持评价中的表达能力，并更加准确地反映珍稀濒危物种的保护情况和保护缺口。

技术实现思路

1、本技术提供一种生物多样性维持评价方法和装置，以解决现有技术中无法在生物多样性维持评价中真实反映珍稀物种的保护情况的问题。

2、本技术提供一种生物多样性维持评价方法，包括：获取待评价空间区域的栅格化空间数据以及待评价空间区域内至少一个目标保护对象的对象记录数据，其中，栅格化空间数据包括对待评价空间区域执行栅格化处理后获得的各栅格单元的空间位置数据、环境属性数据、保护范围覆盖数据和栅格基础评价数据，栅格基础评价数据包括用于表征各栅格单元的生态环境状态、空间结构状态和人为影响状态中的一种或多种的数据，对象记录数据包括记录位置数据和预设级别属性数据，记录位置数据用于表征目标保护对象在待评价空间区域内的记录位置，预设级别属性数据用于表征目标保护对象的预设保护级别；针对目标保护对象中的每一个，根据各栅格单元的空间位置数据、环境属性数据以及该目标保护对象的对象记录数据，计算各栅格单元与该目标保护对象的对象记录数据之间的关联性，以获得该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据；针对目标保护对象中的每一个，基于该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据，根据各栅格单元与其周边栅格单元之间的空间相关性，对该目标保护对象的对象记录数据在栅格单元之间进行相关性扩散，得到该目标保护对象在待评价空间区域内的扩散后对象分布数据；基于该目标保护对象对应的扩散后对象分布数据以及栅格-记录关联性数据，计算该目标保护对象在各栅格单元上的对象栅格计算分布量；针对栅格单元中的每一个，根据预设级别属性数据确定该目标保护对象在各栅格单元的级别权重，根据环境属性数据确定该目标保护对象在各栅格单元的环境完整性系数，根据对象栅格计算分布量和保护范围覆盖数据在同一栅格单元内的对应关系确定该目标保护对象在该栅格单元上的覆盖缺口系数，并且根据栅格-记录关联性数据和空间相关性确定该栅格单元的可靠性系数，该可靠性系数用于表征对象栅格计算分布量在该栅格单元上的可靠性程度；根据对象栅格计算分布量、级别权重、环境完整性系数、覆盖缺口系数和可靠性系数，计算该目标保护对象在该栅格单元上的单对象评价分量；针对每一栅格单元，根据该栅格单元的单对象评价分量、空间位置数据和/或环境属性数据，以及该栅格单元与预设邻域范围内周边栅格单元之间的注意力权重，对该栅格单元自身的单对象评价分量与周边栅格单元的单对象评价分量进行加权融合，生成该目标保护对象在该栅格单元上的目标对象评价向量；基于同一栅格单元对应的目标对象评价向量以及栅格基础评价数据，计算各栅格单元的生物多样性维持评价值；根据各栅格单元的生物多样性维持评价值，生成待评价空间区域的生物多样性维持评价结果。

3、根据本技术实施例，生态环境状态包括环境质量状态、植被覆盖状态、水文状态、气候状态和土地利用状态中的一种或多种；空间结构状态包括地形地貌状态、景观连通状态、空间破碎化状态和生态廊道邻近状态中的一种或多种；人为影响状态包括建设活动状态、道路干扰状态、污染负荷状态和人类活动强度状态中的一种或多种。

4、根据本技术实施例，栅格基础评价数据包括归一化植被指数、土地利用类型数据、海拔数据、坡度数据、坡向数据、距水体距离数据、河网密度数据、道路密度数据、夜间灯光强度数据、人口密度数据、建设用地比例数据、生态廊道距离数据和景观破碎化指数中的一种或多种。

5、根据本技术实施例，在基于同一栅格单元对应的目标对象评价向量以及栅格基础评价数据，计算各栅格单元的生物多样性维持评价值之前，对栅格基础评价数据进行空间配准、尺度统一和归一化处理，使处理后的栅格基础评价数据与目标对象评价向量在同一栅格单元内对应。

6、根据本技术实施例，计算各栅格单元与该目标保护对象的对象记录数据之间的关联性，以获得该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据，包括：根据各栅格单元的空间位置数据与该目标保护对象的记录位置数据之间的空间距离，确定空间距离关联度；根据各栅格单元的环境属性数据与该目标保护对象的对象记录数据对应的环境属性之间的相似度，确定环境属性关联度；基于空间距离关联度和环境属性关联度，确定各栅格单元与该目标保护对象的对象记录数据之间的关联性，以获得栅格-记录关联性数据。

7、根据本技术实施例，空间相关性根据相邻栅格单元之间的空间距离、环境属性相似度、地形连通性、水文连通性和景观连通性中的一种或多种确定。

8、根据本技术实施例，对该目标保护对象的对象记录数据在栅格单元之间进行相关性扩散，包括：根据空间相关性构建各栅格单元之间的空间相关矩阵；基于空间相关矩阵和该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据，对该目标保护对象的对象记录数据在栅格单元之间进行加权传播，得到扩散后对象分布数据。

9、根据本技术实施例，对象栅格计算分布量根据该目标保护对象在对应栅格单元上的扩散后对象分布数据、该栅格单元与该目标保护对象的对象记录数据之间的关联性以及预设归一化函数计算得到。

10、根据本技术实施例，保护范围覆盖数据包括用于表征对应栅格单元是否位于预设保护范围内的覆盖标识和/或用于表征对应栅格单元被预设保护范围覆盖比例的覆盖比例值；覆盖缺口系数根据对象栅格计算分布量与覆盖标识和/或覆盖比例值之间的对应关系确定。

11、根据本技术实施例，可靠性系数根据该栅格单元对应的栅格-记录关联性数据的强度、参与相关性扩散的周边栅格单元数量、空间相关性的衰减程度和对象记录数据的记录密度中的一种或多种确定。

12、根据本技术实施例，级别权重根据预设级别属性数据对应的保护级别映射得到，不同保护级别对应不同的级别权重值。

13、根据本技术实施例，环境完整性系数根据对应栅格单元的环境属性数据计算得到，环境属性数据包括生境质量数据、植被状态数据、土地利用数据、生态完整性数据和人为扰动数据中的一种或多种。

14、根据本技术实施例，基于下面的等式计算单对象评价分量：

15、

ei(

x)=

pi(

x)×

wi(

x)×

hi(

x)×

gi(

x)×

r(

x)

16、其中，ei(x)为目标保护对象i在栅格单元x上的单对象评价分量，pi(x)为目标保护对象i在栅格单元x上的对象栅格计算分布量，wi(x)为目标保护对象i在栅格单元x上的级别权重，hi(x)为目标保护对象i在栅格单元x上的环境完整性系数，gi(x)为目标保护对象i在栅格单元x上的覆盖缺口系数，r(x)为栅格单元x的的可靠性系数根据本技术实施例，注意力权重根据该栅格单元与周边栅格单元之间的空间距离、环境属性相似度、单对象评价分量差异和空间相关性中的一种或多种确定。

17、根据本技术实施例，对该栅格单元自身的单对象评价分量与周边栅格单元的单对象评价分量进行加权融合，生成该目标保护对象在该栅格单元上的目标对象评价向量，包括：根据该栅格单元的空间位置数据和/或环境属性数据生成查询特征；根据周边栅格单元的空间位置数据和/或环境属性数据生成键特征；根据查询特征和键特征计算该栅格单元与周边栅格单元之间的注意力权重；基于注意力权重，对该栅格单元自身的单对象评价分量与周边栅格单元的单对象评价分量进行加权融合，生成目标对象评价向量。

18、根据本技术实施例，目标保护对象为多个；基于同一栅格单元对应的目标对象评价向量以及栅格基础评价数据，计算各栅格单元的生物多样性维持评价值，包括：将同一栅格单元上多个目标保护对象对应的目标对象评价向量按对象维度进行聚合，得到该栅格单元的区域对象评价指数；基于该栅格单元对应的区域对象评价指数以及栅格基础评价数据，计算该栅格单元的生物多样性维持评价值。

19、根据本技术实施例，将同一栅格单元上多个目标保护对象对应的目标对象评价向量按对象维度进行聚合，得到该栅格单元的区域对象评价指数，包括：根据多个目标保护对象的预设级别属性数据、对象记录数据的记录密度、目标对象评价向量的幅值和目标保护对象之间的对象权重中的一种或多种，确定多个目标保护对象对应的对象聚合权重；基于对象聚合权重，对同一栅格单元上多个目标保护对象对应的目标对象评价向量进行加权聚合，得到该栅格单元的区域对象评价指数。

20、根据本技术实施例，生物多样性维持评价值根据同一栅格单元对应的目标对象评价向量或区域对象评价指数，以及栅格基础评价数据对应的基础评价权重计算得到。

21、根据本技术实施例，生物多样性维持评价结果包括生物多样性维持评价栅格图、栅格评价等级、重点维持区域识别结果、保护缺口区域识别结果和栅格单元排序结果中的一种或多种。

22、根据本技术实施例，根据各栅格单元的生物多样性维持评价值，将各栅格单元划分为多个评价等级，并基于多个评价等级生成生物多样性维持评价栅格图。

23、本技术还提供一种生物多样性维持评价装置，包括：数据获取模块，用于获取待评价空间区域的栅格化空间数据以及待评价空间区域内至少一个目标保护对象的对象记录数据；关联性计算模块，用于针对目标保护对象中的每一个，根据各栅格单元的空间位置数据、环境属性数据以及该目标保护对象的对象记录数据，计算各栅格单元与该目标保护对象的对象记录数据之间的关联性，以获得该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据；扩散处理模块，用于针对目标保护对象中的每一个，基于该目标保护对象对应的栅格-记录关联性数据，根据各栅格单元与其周边栅格单元之间的空间相关性，对该目标保护对象的对象记录数据在栅格单元之间进行相关性扩散，得到该目标保护对象在待评价空间区域内的扩散后对象分布数据；分布量计算模块，用于基于该目标保护对象对应的扩散后对象分布数据以及栅格-记录关联性数据，计算该目标保护对象在各栅格单元上的对象栅格计算分布量；系数确定模块，用于针对栅格单元中的每一个，根据预设级别属性数据确定该目标保护对象在各栅格单元的级别权重，根据环境属性数据确定该目标保护对象在各栅格单元的环境完整性系数，根据对象栅格计算分布量和保护范围覆盖数据在同一栅格单元内的对应关系确定该目标保护对象在该栅格单元上的覆盖缺口系数，并且根据栅格-记录关联性数据和空间相关性确定该栅格单元的可靠性系数，该可靠性系数用于表征对象栅格计算分布量在该栅格单元上的可靠性程度；单对象评价模块，用于根据对象栅格计算分布量、级别权重、环境完整性系数、覆盖缺口系数和可靠性系数，计算该目标保护对象在该栅格单元上的单对象评价分量；邻域融合模块，用于针对每一栅格单元，根据该栅格单元的单对象评价分量、空间位置数据和/或环境属性数据，以及该栅格单元与预设邻域范围内周边栅格单元之间的注意力权重，对该栅格单元自身的单对象评价分量与周边栅格单元的单对象评价分量进行加权融合，生成该目标保护对象在该栅格单元上的目标对象评价向量；评价值计算模块，用于基于同一栅格单元对应的目标对象评价向量以及栅格基础评价数据，计算各栅格单元的生物多样性维持评价值；结果生成模块，用于根据各栅格单元的生物多样性维持评价值，生成待评价空间区域的生物多样性维持评价结果。

24、本发明的又一个方面，还提供一种电子设备，包括：

25、存储器，用于存储程序；

26、处理器，用于运行存储器中存储的程序，以执行上述任一项的生物多样性维持评价方法。

27、本技术提供的生物多样性维持评价方法和装置，通过获取待评价空间区域的栅格化空间数据和至少一个目标保护对象的对象记录数据，针对珍稀濒危物种等样本量少、分布范围窄、记录位置空间分布不均匀的目标保护对象，先根据栅格单元的空间位置数据、环境属性数据以及对象记录数据计算栅格单元与对象记录数据之间的栅格-记录关联性数据，从而避免仅将少量记录点机械映射到对应栅格而造成评价结果过度局部化；再根据栅格单元与周边栅格单元之间的空间相关性，对对象记录数据在栅格单元之间进行相关性扩散，使与少量记录位置具有空间联系或环境相似性的栅格单元能够获得合理的分布影响表达；随后结合扩散后对象分布数据和栅格-记录关联性数据计算对象栅格计算分布量，并进一步根据预设级别属性数据、环境属性数据、保护范围覆盖数据、栅格-记录关联性数据和空间相关性确定级别权重、环境完整性系数、覆盖缺口系数和可靠性系数，以计算单对象评价分量；再通过注意力权重对当前栅格单元及其周边栅格单元的单对象评价分量进行加权融合，生成目标对象评价向量，并结合栅格基础评价数据生成生物多样性维持评价值和评价结果。由此，本技术能够解决现有技术中未充分考虑珍稀濒危物种样本量少、记录稀疏且空间分布极不均匀，导致即使采用栅格化评价也难以真实反映其保护情况的问题；能够降低小样本记录数据对评价结果造成的局部偏差，使评价结果更充分地反映珍稀濒危物种的潜在空间影响、保护级别差异、保护范围覆盖缺口、环境支撑条件和数据可靠性，从而提高生物多样性维持评价对珍稀濒危物种保护价值和保护缺口的识别准确性。

28、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。