基于多尺度区块分析的生态承载力评估系统架构研究

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生态承载力是指一个地区发展过程中人类社会及其生态系统的协调程度,是区域可持续发展研究中的重要概念。“一带一路”倡议的实施会加速这些地区的经济发展,从而可能引发了区域性生态、环境和资源问题。目前,许多学者已经针对生态承载力研究的特点开展了实验性的系统设计,但多以分析单一的地理要素为主,对于综合的大尺度上的生态承载力评估系统的研究较少。由于“一带一路”生态承载力研究涉及的区域很大,且需要遥感、调研、统计等多种数据源,带来了大量的时间成本。本文以“一带一路”地区为例,以冗余存储、按需计算、尺度匹配、多尺度表达为主要手段,提出多尺度区块分析方法,研发支撑面向多源、多尺度、不断更新的遥感数据和社会经济数据的生态承载力评估系统架构。在上述技术优化与系统实现的基础上,研发基于模板设计与数据填充的自动化报表功能和基于状态阈值与趋势分析的超载预警功能可用于满足科研人员与业务人员在生态承载力评估分析表达、未来预测和政策建议上的需求,以期为“一带一路”地区的生态承载力评估提供高效、快速的数据支撑和技术支撑。具体研究总结如下:首先,论文研究了“一带一路”生态承载力评估的必要性和意义,以及分析了在实践过程中发现的评估成本高、分析难度大等“痛点”,随后分析了生态承载力评估系统、尺度匹配理论和自动化预警与报表等研究现状,进而确定了通过多尺度区块分析模型的建立解决上述“痛点”,为整个研究提供了理论基础。随后,研究通过将元数据与数据主体分离,开发了多尺度区块分析模型。单一切片多尺度区块分析流程通过三步主要的数据判断以及相对应的处理流程,尽可能降低计算量,从而达到快速相应的目的。区块分析策略的运算效率相对于传统策略而言就有明显的提升,并且LOD越小这种优势越为明显。另外,通过实验得到该方法中算法的空间复杂度对运算速度影响较大,而时间复杂度对运算速度影响较小。最后,基于供给-消耗为基础的生态承载力模型,提炼“一带一路”所涉及的各个国家和地区生态承载力相关指标的计算和应用流程,设计了“一带一路”生态承载力评估系统,有效解决了承载力分析中数据量大、计算效率低等问题,突破了大区域、大尺度生态承载力快速分析的技术瓶颈。预警功能为科研人员和终端用户提供自动生成所关注的生态承载力状态及其变化的结果功能,大大提高了系统的实时性、可用性和便捷性。
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