基于ArcGIS Pro、R、INVEST等多技术融合下生态系统服务权衡与协同动态分析实践应用

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前言

随着生态系统服务评估和生态安全格局构建需求的增加，多技术融合方法成为研究热点。ArcGIS Pro作为新一代GIS平台，结合Python和R语言的强大数据处理能力，为生态系统服务的动态分析提供了高效工具。同时，INVEST模型通过量化生态系统服务（如水源涵养、土壤保持、碳储量和生境质量）的空间分布，支持生态安全格局的构建。
在实践中，研究者通过ArcGIS Pro和Python进行数据预处理和空间分析，利用INVEST模型评估生态系统服务的时空变化。例如，基于USLE模型的土壤侵蚀评估和基于风蚀修正模型的防风固沙功能评估，为生态安全格局构建提供了重要依据。此外，通过最小累积阻力模型和电路理论提取生态廊道，优化生态网络，为区域生态规划提供了科学指导。
这种多技术融合方法不仅提升了生态系统服务评估的精度，还为生态安全格局的动态优化提供了技术支持，为生态城市建设和区域生态保护提供了重要的决策依据。

第一章、生态系统服务

1.生态系统服务概念和基本理论

2.生态系统服务评估方法与模型

3.生态系统服务权衡与协同研究方法与意义

4.文献可视化分析

第二章、平台基础

一、ArcGIS Pro介绍

1. ArcGIS Pro简介

2. ArcGIS Pro基础

3. ArcGIS Pro数据预处理

4. ArcGIS Pro空间分析

5. 模型构建器

6. ArcGIS Pro符号制作

7. ArcGIS Pro制图布局与出图

二、R环境配置与基础操作

1. R语言基础

R语言准备：软件与函数包的安装

2. R语言基础数据文件操作处理

函数包准备

基础数据读写

基础数据文件存储

基础数据操作与处理

3. R语言空间数据处理

函数包准备

空间数据对象基本类型

空间数据的导入、导出

空间数据操作与处理

第三章、数据获取与预处理

数据预处理（ArcGIS Pro及R环境）

1.土地利用数据进行拼接、裁剪、重投影（桌面端与云计算）

2.将社会经济数据、植被指数数据进行裁剪、重投影及重采样处理（桌面端与云计算）

3.将基础地理信息数据进行拼接、投影转换，矢量数据栅格化

4.气象数据裁剪、重投影及重采样处理；站点数据提取及地统计分析

5.DEM数据投影变换和影像裁剪

数据清洗：去除重复数据、填补缺失值、处理异常值和转换数据格式等操作

第四章、生态系统服务估算

1.InVEST模型与技术思路

2.产水量计算

InVEST模型的产水量模块是基于Budyko水热耦合平衡原理，结合不同土地利用类型的土壤渗透性、蒸散性的空间差异等因素对径流的影响构建适宜模型，以栅格为单元定量估算水源供给能力。

3.土壤保持量估算

InVEST模型中，土壤保持量(SD)为自然植被保护下的潜在土壤侵蚀量(RKLS)与人工管理和保持措施下的实际土壤侵蚀量(ULSE)之差。
SD = RKLS - ULSE

RKLS = R X K X LS

USLE = RX KX LS X CX P
式中：R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；LS为坡度坡长因子；C为植被覆盖因子；P为土壤保持措施因子。

4.生境退化度估算

生境退化度越高表明威胁因子对生境的威胁程度越高，计算公式如下：

5.碳储量估算

第五章、生态系统服务权衡与协同

1.土地利用模拟预测

ArcGIS Pro区域分析

渔网分析

土地利用转移矩阵

影响因子提取

2.R语言统计数据表达与可视化

基础plot函数

基础数据可视化

多元数据可视化

3.相关性分析

ArcGIS Pro空间自相关分析

空间自相关 (Global Moran’s I)

聚类和异常值分析 (Anselin Local Moran’s I)

聚类分布制图：热点分析 (Getis-Ord Gi*)

4.权衡与协同分析

R环境中相关系数和显著性水平分析

生态系统服务簇分析

生态系统服务时间权衡与协同

生态系统服务空间权衡与协同

第六章、空间统计分析

1.R函数包准备

2.地理探测器驱动分析

渔网采样

地理探测器

最优参数地理探测器

3.空间回归分析

普通最小二乘法回归分析

地理加权回归分析（GWR）

多尺度地理加权回归分析(MGWR)

第七章、论文撰写与图表复现

1.科技论文结构

2.摘要和结论

3.引言与讨论

4.论文投稿技巧分析

SCI论文案例分析

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