面向生态修复的空间适宜性分析方法与流程

本发明涉及生态修复分析，尤其涉及一种面向生态修复的空间适宜性分析方法。

背景技术：

1、矿山开采活动是造成区域生态环境退化的重要人为驱动因素之一。采矿过程中，采坑开挖、排土场堆置、尾矿库建设、地下采空塌陷等多类扰动行为对地表植被、土壤结构、地形地貌和区域水文过程造成不同程度的破坏，导致生境质量持续下降，生态系统服务功能受损。开展矿山生态修复工程，需要在前期对修复区域进行科学的空间适宜性分析，识别生态退化的空间分布格局，划定修复分区并合理安排工程实施顺序，以提升修复资源的配置效率。

2、在空间适宜性分析方法方面，当前普遍采用多指标综合分析体系，以invest模型、生态系统服务分析、生态安全格局分析等为技术工具，结合gis空间叠加分析，对研究区域进行生境质量计算和退化程度分析，并通过综合评分划定修复优先区。上述方法在技术路线上较为成熟，能够在宏观层面有效表征生态退化的空间异质性，并已在多类型生态退化场景中得到广泛应用。

3、中国公开号为cn114386816a的专利申请公开了一种国土空间生态修复关键区识别系统，该系统以多源遥感与gis数据为基础，构建了涵盖生态环境状况分析、生态功能重要度分析和生态脆弱性分析的关联分析模型，并通过invest生境质量模块、生境风险分析模型及最小累积阻力模型识别生态源地、生态廊道和生态障碍区，进而在生态安全格局框架下划定生态修复关键区。然而，现有空间适宜性分析方法在矿山生态修复场景下仍存在明显局限。一方面，现有方法在生境退化空间分析中对不同类型扰动源的空间影响机制缺乏针对性处理，导致生境质量分析结果与矿山实际退化格局之间存在系统性偏差，削弱了分析结论对修复分区的指导精度。另一方面，现有方法在分析生态时序动态特征时未能区分不同扰动历史和当前扰动状态下各分析单元生态信号的差异性，导致对生态系统自然恢复潜力的判断缺乏合理性，进而影响修复资源配置的科学性，上述局限共同导致现有分析结论难以有效支撑矿山生态修复工程的精细化规划部署需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种面向生态修复的空间适宜性分析方法，以解决现有技术中针对矿山场景的空间适宜性分析方法在多类型扰动源的差异化空间建模与生态时序信号的分级可信度处理上存在不足，导致分析结果难以有效支撑矿山修复工程精细化决策的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种面向生态修复的空间适宜性分析方法，包括以下步骤：

3、s1、收集目标区域的多时相遥感影像和多源空间数据，构建标准化空间数据集和矿山扰动空间数据库，基于矿山扰动空间数据库划分分析单元，并依据各分析单元的扰动状态将其标记为活跃扰动单元、扰动稳定单元或已闭采恢复单元；

4、s2、以标准化空间数据集和矿山扰动空间数据库为输入，针对矿山场景中物理占压、污染扩散和动态塌陷三类扰动源分别进行适应性重构，代入invest生境质量模块，得到各分析单元的生境质量指数；

5、s3、基于多时相遥感影像提取各分析单元的时序生态状态表征量，计算各分析单元的生态变化速率和趋势持续性指数，并依据扰动状态标记对各分析单元的趋势持续性指数进行差异化修正，得到修正有效趋势持续性指数及各分析单元对应的趋势可信度修正系数；

6、s4、以生境质量指数与生态变化速率为基础，以趋势可信度修正系数和修正有效趋势持续性指数自适应确定各分量的融合权重，计算得到各分析单元的空间适宜性综合评分。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中多源空间数据包括目标区域的土地利用现状数据、数字高程模型、矿山开采许可历史变更记录及各期采矿许可范围矢量边界、矿山地质环境调查数据和生态管控边界数据，将所有矢量数据统一转换至相同投影坐标系，所有栅格数据统一重采样至相同空间分辨率，以研究区行政边界裁切后形成标准化空间数据集；将矿山地质环境调查数据中的物理占压要素、污染扩散要素和动态塌陷要素分类整理，形成矿山扰动空间数据库。

8、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s1中各分析单元的扰动状态标记依据以下规则确定：位于最近一期采矿许可范围边界内、或最近一期塌陷边界较前一期扩张面积超过该分析单元面积10%的单元，标记为活跃扰动单元；历史上位于采矿许可范围内或受到塌陷影响，但最近两期采矿范围和塌陷边界的新增面积及扩张面积均未超过该分析单元面积的10%，标记为扰动稳定单元；具有明确闭坑记录且在全部时序数据中无新增扰动迹象的单元，标记为已闭采恢复单元，并记录各已闭采恢复单元自闭采至数据收集截止时间的闭采年限。

9、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2具体包括：

10、s21、将物理占压要素中的采坑开挖范围、排土场堆置范围、矿区道路及工业广场占地范围作为物理占压威胁源，采用标准指数距离衰减函数计算其对各栅格的影响系数，得到物理占压退化度分量；

11、s22、将污染扩散要素中的尾矿库库区边界、酸性矿山废水排放点及废石堆淋溶汇水区作为污染扩散威胁源，以数字高程模型为基础提取各污染扩散威胁源下游的地表汇流路径集合，采用路径导向衰减函数计算其对各栅格的影响系数，得到污染扩散退化度分量；

12、s23、将动态塌陷要素中的地面塌陷区历史各期边界矢量数据作为动态塌陷威胁源，基于时间加权累积强度图层计算其对各栅格的影响系数，得到动态塌陷退化度分量；

13、s24、将物理占压退化度分量、污染扩散退化度分量和动态塌陷退化度分量叠加得到综合生境退化度，代入invest生境质量计算公式，按分析单元范围对栅格尺度生境质量指数取均值，得到各分析单元生境质量指数。

14、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s22具体包括：

15、所述路径导向衰减函数以数字高程模型为基础，采用d8单流向算法提取各污染扩散威胁源下游的汇流路径集合，其中为威胁源编号；对于污染扩散威胁源位于栅格时对栅格的影响系数，依据栅格是否位于汇流路径集合内，按以下分段函数计算：

16、；

17、其中，为沿汇流路径从威胁源栅格到栅格的路径流程长度；为威胁源栅格到栅格的欧氏直线距离；为污染扩散威胁源的最大影响距离；为旁侧渗漏系数。

18、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s23所述时间加权累积强度图层的构建方法具体包括：

19、设研究区共有期塌陷边界数据，第期（，为最新一期）相较第期新增的塌陷面积图层记为；对各期新增塌陷面积赋予时间权重；

20、将各期新增塌陷面积图层以对应时间权重叠加，生成累积加权塌陷威胁强度图层，其中为指示函数，当栅格位于第期新增塌陷范围内时取1，否则取0；

21、以替代标准模型中塌陷威胁源的单期静态威胁强度输入，结合标准距离衰减函数计算得到动态塌陷退化度分量。

22、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3具体包括：

23、s31、从多时相遥感影像中逐期提取生态状态表征量，所述生态状态表征量为归一化植被指数与裸土指数的差值，对各期遥感影像逐像元计算后按分析单元范围取均值，形成各分析单元的时序生态状态表征量序列；

24、s32、对各分析单元的时序生态状态表征量序列，采用theil-sen斜率估计量计算生态变化速率；

25、s33、对各分析单元的时序生态状态表征量序列，采用重标极差分析法计算趋势持续性指数；

26、s34、构建趋势可信度修正系数，依据各分析单元的扰动状态标记对趋势持续性指数进行差异化修正，得到修正有效趋势持续性指数及各分析单元对应的趋势可信度修正系数。

27、在以上技术方案的基础上，优选的，s34中所述趋势可信度修正系数依据各分析单元的扰动状态标记按以下规则赋值：

28、；

29、其中，对应已闭采恢复单元，为标准化闭采年限，为研究区所有已闭采恢复单元中最长闭采年限，为单元

i自闭采至数据收集截止时间的闭采年限；对应扰动稳定单元，为残余干扰强度指标，以该单元历史采矿许可范围覆盖面积与分析单元总面积之比计算；对应活跃扰动单元，为标准化当前扰动强度，为最近两期采矿许可范围新增面积与分析单元总面积之比，为研究区所有活跃扰动单元中的最大值；

30、基于可信度修正系数对原始趋势持续性指数进行修正，得到修正有效趋势持续性指数。

31、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s4具体包括：

32、以各分析单元生态变化速率经逻辑斯谛函数映射构建退化紧迫性指标，以趋势可信度修正系数和修正有效趋势持续性指数计算当前状态信息权重：

33、；

34、其中为当前状态信息权重，为趋势可信度修正系数，为修正有效趋势持续性指数，为全局趋势信息参与强度调节参数；各分析单元空间适宜性综合评分为：

35、；

36、其中，为分析单元i的生境质量指数，为生境退化程度，为退化紧迫性指标，为当前状态信息权重。

37、在以上技术方案的基础上，优选的，所述分析方法还包括：

38、s5、以各分析单元空间适宜性综合评分与修正有效趋势持续性指数构建二维判别矩阵，将各分析单元划分为工程干预修复区、辅助引导恢复区、监测预警区和生态保育区，并与生态管控边界进行合规性核验；

39、针对工程干预修复区内各地块，以生态源地和生态阻力面为基础采用最小累积阻力模型提取区域生态廊道网络，计算各地块修复后对廊道网络连通性提升的生态连通性修复潜力，以生境退化程度与生态变化速率的乘积为退化紧迫性基础量，以生态连通性修复潜力为指数调节因子采用幂次耦合方式计算各地块的优先实施排序指数，按优先实施排序指数降序输出工程干预地块的优先实施排序，以指导生态修复。

40、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

41、（1）本发明提供一种面向生态修复的空间适宜性分析方法，通过对invest威胁源体系的矿山场景适应性重构、基于扰动状态分级的差异化趋势判别、融合生态静态与动态信息的自适应综合分析、以及引入生态连通性修复效益的地块优先排序，形成从生态退化分析到修复工程部署的完整分析链条，解决了现有方法在矿山场景下因扩散机制均质化处理和时序信号无差别分析导致的分析结论与工程落地需求脱节问题，提升了空间适宜性分析结果对修复分区划定和地块排序的指导适用性。

42、（2）针对矿山场景中物理占压、污染扩散、动态塌陷三类扰动源在空间扩散机制上的本质差异，本发明分别采用标准指数距离衰减函数、路径导向分段衰减函数和时间加权累积强度图层替代invest原有的统一衰减函数，使生境退化度的空间分布计算能够反映不同类型扰动的实际传播特征，纠正了原模型因扩散机制均质化处理对矿山区域生境质量空间分布的系统性失真。

43、（3）针对现有时序趋势分析方法对活跃扰动单元与闭采恢复单元不加区分导致的自然恢复潜力判断偏差，本发明依据扰动状态标记对趋势持续性指数引入差异化的趋势可信度修正系数，对活跃扰动单元压低趋势分析在综合评分中的权重、对已闭采恢复单元则依据闭采年限给予相应信任度提升，使趋势持续性指数的实际贡献与各类单元的生态演变机制相符，避免了活跃采矿区自然恢复潜力被系统性低估的问题。