一种三维生态承载力评价方法、终端设备及存储介质与流程

本发明涉及生态环境
技术领域：
，尤其涉及一种三维生态承载力评价方法、终端设备及存储介质。
背景技术：
：生态足迹(ecologicalfootprint)概念于1992年由加拿大生态经济学家williamrees提出，之后与wackernagel不断完善，用生态空间大小表示人类对自然资本的消费及自然系统能够提供的生态服务功能。生态足迹理论将能够提供特定人口的资源和废弃物消纳的具有生物/生态生产性土地总面积定义为生态承载力，通过计算自然提供的生态服务和人类需求间的差距，以评价研究区的可持续发展状况。niccolucci引入了足迹广度和足迹深度指标构建了三维生态足迹模型，用以表征人类对自然资本流量和资本存量的使用状况，生态足迹广度表示对自然资本流量的占用，生态足迹深度表示对自然资本存量的消耗程度。方恺等对其进行了优化，并引入资本流量占用率和存量流量利用比两个指标以评估自然资本利用状况。目前的评价模型仅采用过去或现在表现出来的生产力数据，在经济社会的高速发展中，科学技术日新月异，迅速提升了生产能力，并改变着人民的传统观念与生活方式，现有的模型难以表征或预测区域的真实承载能力。技术实现要素：为解决上述问题，本发明一种三维生态承载力评价方法、终端设备及存储介质，通过一种新的评价模型，解决了现有模型中存在的问题，可以更真实地计算分析生态承载力与生态赤字。具体方案如下：一种三维生态承载力评价方法，包括以下步骤：s1：设定待测区域、土地类型和项目类型；s2：设定用于衡量不同土地类型的生产力的差异的均衡因子，根据每种土地类型的均衡因子、待测区域中每种项目在每种土地的生产量或消费量、全国或全球区域中每种项目在每种土地的平均生产量或消费量、和待测区域的总人口数量，计算待测区域的生态足迹；s3：设定用于衡量不同地区之间的生产力的差异的产量因子，根据每种土地类型的均衡因子、产量因子和待测区域中的全国区域中每种土地的生产面积，计算待测区域的生态承载力；s4：根据待测区域的生态足迹和生态承载力，计算待测区域的三维生态足迹；s5：设定评价生态承载力强度的多个科技因子，根据待测区域的生态承载力和科技因子，计算待测区域的三维生态承载力；s6：根据三维生态足迹和三维生态承载力判定该待测区域的三维生态承载力的情况，如果三维生态承载力大于三维生态足迹，则表示该待测区域的三维生态承载力的情况良好，否则，则表示不良好。进一步的，所述第i类土地的均衡因子ri的计算公式为：其中，i为土地类型，j为项目类型，cij为待测区域第i类土地第j种项目的生产量或消费量，；γij为第i类土地第j种项目的单位热值，si为待测区域第i类土地的生产面积。进一步的，所述生态足迹ef的计算公式为：其中，n为待测区域的总人口数量，pij为全国或全球区域第i类土地第j种项目的平均生产量或消费量。进一步的，所述第i类土地的产量因子yi的计算公式为：其中，c′ij为全国区域中第i类土地第j种项目的生产量或消费量，s′i为全国区域中第i类土地的生产面积。进一步的，所述生态承载力ec的计算公式为：ec＝n×∑i(s′i×ri×yi)。进一步的，所述三维生态足迹ef3d的计算公式为：进一步的，设定多个科技因子的强度分别为p1，p2，......，pn，所述三维生态足迹ec3d的计算公式为：其中：mi为特定年限中第i种科技因子的强度。进一步的，所述多个科技因子包括：专利拥有量、科研人员比例和人均经费。一种三维生态承载力终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。本发明采用如上技术方案，基于资源环境统计数据，利用改进的三维生态足迹模型对区域三维生态足迹和三维生态承载力进行详细分析，可得出不同类型土地的供给与需求量，对土地利用规划、生态补偿政策制定、产业布局等给予基础数据支持，提出有利于区域发展与环境管理的土地利用调控指标和管理措施。附图说明图1所示为本发明实施例的流程示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。本发明实施例提供了一种三维生态承载力评价方法，如图1所示，其为本发明实施例所述的三维生态承载力评价方法的流程示意图，该方法可包括以下步骤：1、设定生态足迹计算公式为：其中：ef为待测区域的生态足迹(hm2)；n为待测区域的总人口数量(cap)；ef为待测区域人均生态足迹(hm2/cap)；i为生态生产性土地类型，即耕地、林地、草地、水域、建设用地、化石能源用地等；efi为第i类土地的人均生态足迹面积(hm2)；ri为第i类土地的均衡因子；j为生物质生产或消费的项目类型；aij为待测区域第i类土地第j种项目折算的生态足迹面积(hm2)；cij为待测区域第i类土地第j种项目的生产量或消费量(kg或m3或kw*h)；pij为全国或全球区域第i类土地第j种项目的平均生产量或消费量(kg/hm2或m3/hm2或kw*h/hm2)；γij为第i类土地第j种项目的单位热值(kj/kg或kj/m3或kj/kw*h)；si为待测区域第i类土地的可利用生产面积(hm2)。需要说明的是，当评价的该待测区域的维生态承载力状况需要与全球其他区域进行对比时，pij为全球区域第i类土地第j种项目的平均生产量或消费量；当评价的该待测区域的维生态承载力状况需要与全国其他区域进行对比时，pij为全国区域第i类土地第j种项目的平均生产量或消费量。所述生产量和消费量的解释为：生态空间占用的计算主要基于以下两点：一是人类能够估计大多数资源消费及其所产生的废弃物数量；二是这些资源和废物流可折算为生产和消费这些资源和废物流的生物/生态生产面积，因此，某一特定区域(从个人、家庭到城市、国家)的生态占用即是其占用的用于生产所消费的资源与服务以及能消费其所产生废弃物的生物生产土地或水域的总面积。2、设定生态承载力计算公式为：ec＝n×ec＝n×∑i(s′i×ri×yi)其中：ec为待测区域的生态承载力(hm2)；ec为待测区域人均生态承载力(hm2/cap)；si为待测区域第i类土地的可利用生产面积(hm2)；yi为第i类土地的产量因子；c′ij为全国区域第i类土地第j种项目的生产量或消费量(kg或m3或kw·h)；s′i为全国区域第i类土地可利用生产面积(hm2)。3、设定三维生态足迹计算公式为：efsize＝∑imin{efi，eci}ef3d＝efsize×efdepth其中：efsize为待测区域的生态足迹广度(hm2)；efi为待测区域中第i类土地的生态足迹(hm2)；eci为待测区域中第i类土地的生态承载力(hm2)；efdepth为待测区域的生态足迹深度；ef3d为待测区域的三维生态足迹(hm2)。4、设定三维生态承载力计算公式为：ec3d＝ec×ecintensity式中：ecintensity为生态承载力强度；pi(i∈[1，n])为第i种科技因子的强度，mi为特定年限中第i种科技因子的强度，ec3d为待测区域的三维生态承载力(hm2)。生态承载力ec为过去或现在所能表现出来的承载能力，而忽视了人的主观能动性。该实施例中，通过构建科技因子即生态承载力强度来表征未来潜在的承载能力，一定程度上可以校正生态承载力及生态赤字。该实施例中，所述科技因子包括三个，其中：p1为待测区域的人均专利拥有量；p2为待测区域投入的科研人员比例；p3为待测区域的人均经费。所述特定年限为根据数据需求选定的年限，该实施例中为1993年，即：m1为1993年人均专利拥有量；m2为待测区域1993年投入的科研人员比例；m3为1993年的人均经费。根据乘法效应与耦合机制，选取科技投入(人力、财力)与产出指标(专利拥有量)共同构建承载力强度因子ecintensity。5、设定三维生态赤字计算公式为：ed3d＝ec3d-ef3d式中：ed3d为三维生态赤字(hm2)，正值表示盈余，即该待测区域的三维生态承载力的情况良好，负值则为赤字，即该待测区域的三维生态承载力的情况不良，需要进行适当的改进。下面以内蒙古的具体实例来进行介绍。该实施例中，采集的数据主要来源为《中国统计年鉴》《中国农业统计年鉴》《中国渔业统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《内蒙古统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《农业技术经济手册(修订版)》、世界粮农组织数据库、中国国土资源公报及自然资源部土地调查成果共享应用服务平台等。计算的生态足迹主要是生物质和能源两部分。涉及生物质的产品具体为：稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、棉花、油料、麻类、甜菜、甘蔗、烟叶、蔬菜、猪肉、牛肉、羊肉、禽蛋、牛奶、羊毛、羊绒、茶叶、蜂蜜、水果、木材、橡胶、松脂、生漆、油桐籽、油茶籽、鱼类、虾蟹类、贝类、藻类等。涉及能源的产品具体为：煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气、电力等项目。考虑内蒙古进出口贸易情况，所有生物质采用生产量计算，能源类则用消费量计算，不计算进出口贸易调整量。为便于计算结果在国家地区间内进行对比，生物质部分采用联合国粮农组织1993年生物资源的全球平均产量资料作基准值，能源部分采用单位化石能源土地面积平均产热量为标准，将所有项目的生态足迹及人均足迹分类汇总得到不同土地类型的总生态足迹与人均足迹。生态承载力强度计算中专利数量、科研人员、科研经费均以1993年作基准，以利于模型的统一。在生态足迹的计算中，因不同类型土地的生产能力不同，须对每一种生物生产性土地面积乘以均衡因子，以转化为统一可比的土地面积，均衡因子即是描述不同土地利用类型之间的生产力差异；在计算生态承载力时，由于不同地区土地生产力条件不同，须通过产量因子以描述不同地区间的生产力差异。生态足迹与承载力计算涉及到的不同土地利用面积作如下说明：耕地面积为年末实际耕地面积，草地为草场承包到户面积与可利用面积，林地面积为森林面积，水域为水产品已养殖面积与可养殖面积分别计算生态足迹与承载力，更切实表征生物生产能力；建设用地面积采用建成区面积，化石能源用地面积取零。以内蒙古自治区为例，2010-2016年三维生态足迹与三维生态承载力分析如下：(1)内蒙古不同土地的均衡因子如表1所示：表1年份耕地草地林地水域20108.3030.1440.2821.20720119.5760.1280.2251.34520129.6730.1230.2041.30520139.9700.1070.1721.35220149.9140.1110.1711.373201510.0120.1080.1401.373201610.0890.1080.1051.478(2)内蒙古不同土地的产量因子如表2所示：表2(3)内蒙古不同土地的人均生态足迹(hm2/cap)如表3所示：表3(4)内蒙古不同土地的人均生态承载力(hm2/cap)如表4所示：表4(5)内蒙古不同年度的人均三维生态足迹(hm2/cap)、承载力(hm2/cap)、赤字(hm2/cap)如表5所示：表5通过上述计算结果表明，内蒙古人均三维生态足迹为8.791～10.994hm2/cap，在2010-2016年间呈先上升后下降趋势；人均三维生态承载力为6.939～14.981hm2/cap，呈显著增加趋势，与生态承载力强度持续稳定增长有直接关联；人均三维生态赤字由2010年的-1.852hm2/cap达到2016年的+4.021hm2/cap，且在2013年由赤字转为盈余状态，表示内蒙古科技创新水平与环保政策保障了经济社会的发展。生态足迹广度的增加与足迹深度的降低表明人类消耗自然资本存量的速率降低，资本流量有所增加，加上科学技术的高速发展，人类对自然的改造与利用逐渐趋于和谐。初步分析不同类型土地的生态足迹和生态承载力得出，内蒙古林地资源丰富，一直处于生态盈余；草地、水域资源开发程度高导致其处于轻度生态赤字状态，在生态承载力强度的作用下仍有较大的发展空间；耕地资源赤字较严重，需加强调整与管控；化石能源用地因未考虑承载力土地而处于赤字状态，同时，内蒙古的能源生产量大，但因多输送至华北、华东地区而转移了生态足迹。总体上讲，内蒙古的三维生态盈余近年来较富裕，可用于各产业的均衡发展。该实施例中，基于资源环境统计数据，利用改进的三维生态足迹模型对区域三维生态足迹和三维生态承载力进行详细分析，可得出不同类型土地的供给与需求量，对土地利用规划、生态补偿政策制定、产业布局等给予基础数据支持，提出有利于区域发展与环境管理的土地利用调控指标和管理措施。实施例二：本发明还提供一种三维生态承载力终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。进一步地，作为一个可执行方案，所述三维生态承载力终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述三维生态承载力终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述三维生态承载力终端设备的组成结构仅仅是三维生态承载力终端设备的示例，并不构成对三维生态承载力终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述三维生态承载力终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述三维生态承载力终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个三维生态承载力终端设备的各个部分。所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述三维生态承载力终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。所述三维生态承载力终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)以及软件分发介质等。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3