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基于GIS的有害生物空间分布预测系统研究

作　者: 洪波
导　师: 赵惠燕
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: GIS 有害生物生态位模型 R统计平台最低成本距离
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 197次
引　用: 2次
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内容摘要

农业有害生物,即农业病虫害,对农业生产、人类生活与健康造成了巨大的经济损失;特别是外来有害生物因入侵地的适生环境更易爆发成灾,成为国际社会面临的重大科技问题。加强对外来有害生物预防及控制技术的基础研究,发展早期预警与预防、监测与控制的理论与技术是解决这一问题的根本途径。地理信息系统(GIS)是20世纪六十年代开始迅速发展起来的研究技术,运用GIS将有害生物的爆发特征与其分布区的生物学和自然环境特征联系起来,为有害生物预测预报和综合防治提供有效的宏观管理方案。国内外研究者应用GIS技术在有害生物监测方面,特别是外来有害生物入侵风险评估方面取得了较多的进展。然而,在实际应用中存在三方面问题:1.大尺度范围的外来有害生物现有分布数据不易获得;2.大部分入侵物种的预测方法缺少对预测结果进行模型评价过程,没有完整的技术框架;3.无法对入侵物种扩散路线进行历史推演和预测。对此,本研究在ArcGIS Engine组件的基础之上进行二次开发,将R统计平台和GIS平台结合成为一个整体平台,利用生态位模型分析法研究了外来生物在我国的潜在适生性分布,并尝试探索一种新的外来物种扩散路线历史推演方法,力求明确掌握影响外来生物分布和扩散的制约环境因素。所取得的结果如下:(1)根据需求分析,建立了一套外来有害生物空间分布预测系统,应用于有害生物潜在适生性分布预测分析、物种发生与环境关系分析、外来物种入侵扩散路线历史推演,为这些领域的探索和研究提供了可靠的技术平台。(2)使用GARP和MaxEnt两种不同的生态位模型,预测了7种外来有害生物在我国的潜在适生性分布,并对两种模型的预测结果进行了比较。实验表明,两种模型预测结果的精确率分别达到了80%和90%以上,MaxEnt的预测结果相对于GARP精确度更高,但GARP模型的预测结果则更能反映出外来有害生物的生态位特点。(3)使用最低成本距离和主成分分析相结合的方法,对外来生物马铃薯甲虫在我国新疆地区的扩散路线进行了预测,同时,根据其适生环境对新疆的35个县(市)进行了分类,并与实际调查情况进行了对比分析。实验证明,预测结果比较准确,具有良好的实用性。建立的外来有害生物空间分布预测系统,不仅可用于有害生物分布预测、分析大区域物种种群动态与环境关系,同时能够跟踪和预测外来入侵生物在我国的适生区和扩散路线,为外来有害生物生态治理提供了理论依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究背景  10-11
    1.1.1 有害生物概述  10
    1.1.2 GIS 简介及其应用  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 GIS 在有害生物空间种群分布动态监测的应用  11
    1.2.2 GIS 在有害生物发生趋势预测预报的应用  11-12
    1.2.3 GIS 在外来有害生物风险评估方面的应用  12-13
  1.3 研究目的、内容和方法  13-15
    1.3.1 研究目的  13
    1.3.2 研究内容和方法  13-15
第二章相关知识和技术  15-18
  2.1 ARCGIS ENGINE 平台  15-16
  2.2 R 统计平台  16-18
第三章基于生态位模型的外来生物适生性分析  18-31
  3.1 外来生物及其适生性分析概况  18
  3.2 生态位模型预测原理  18-19
  3.3 遗传算法模型和最大熵算法模型  19-20
    3.3.1 规则集合预测的遗传算法（GARP）  19-20
    3.3.2 最大熵模型算法（MaxEnt）  20
  3.4 基于ROC 曲线法的模型评估  20-21
    3.4.1 ROC 曲线原理  20-21
    3.4.2 AUC 值计算方法  21
  3.5 模型预测及评估  21-29
    3.5.1 数据来源与处理  22-23
    3.5.2 GARP 模型预测  23-25
    3.5.3 MaxEnt 模型预测  25-26
    3.5.4 ROC 模型评估  26-27
    3.5.5 模型预测及评估结果对比分析  27-29
  3.6 本章小结  29-31
第四章基于最低成本距离的外来生物入侵扩散路线预测  31-45
  4.1 外来生物入侵扩散基本状况  31
  4.2 最低成本距离概述  31-33
    4.2.1 最低成本距离概念  31
    4.2.2 最低成本距离原理  31-33
  4.3 主成分分析方法概述  33-34
    4.3.1 主成分分析原理  33
    4.3.2 主成分分析的计算步骤  33-34
  4.4 空间插值方法概述  34-36
    4.4.1 IDW 法(Inverse Distance Weight，反距离权重插值法)  35
    4.4.2 Spline 法（样条插值法）  35
    4.4.3 Kriging 法（克里金插值法）  35-36
  4.5 模型预测与结果分析  36-44
    4.5.1 数据来源及处理  36-37
    4.5.2 环境因子主成分分析  37-39
    4.5.3 环境因子综合评价  39-40
    4.5.4 最低成本距离预测及结果分析  40-44
  4.6 本章小结  44-45
第五章系统设计与实现  45-57
  5.1 系统构成  45-46
    5.1.1 系统设计原则  45
    5.1.2 系统结构与实现流程  45-46
    5.1.3 系统开发方式  46
  5.2 系统功能设计与实现  46-56
    5.2.1 系统功能结构  46-47
    5.2.2 GIS 基本功能  47-48
    5.2.3 数据预处理模块  48-52
    5.2.4 R 数据管理模块  52-53
    5.2.5 适生性分析模块  53-54
    5.2.6 扩散路线分析模块  54-56
  5.3 系统开发的关键技术和创新点  56-57
    5.3.1 研究的关键技术  56
    5.3.2 研究的创新点  56-57
第六章结论与展望  57-58
  6.1 结论  57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-64
致谢  64-65
作者简介  65

基于GIS的有害生物空间分布预测系统研究

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