基于GIS的外来物种适生区预测及系统设计 ——以豹纹脂身鲶为例

论文摘要

外来入侵物种破环世界各地生态系统,造成世界经济巨大损失,积极应对有害生物入侵,对保护我们赖以生存的生态环境至关重要。预测外来物种的适生区是预防外来生物入侵并发生危害得最经济有效的方式,它通过应用物种分布模型,例如BIOCLIM、GARP、DOMAIN、MAXENT模型等,综合计算得出模型数据并以此作为物种适生区地划分依据。虽然目前市场基于这些模型开发了一些应用软件包,但存在的缺陷也较为明显,即结果的输出与表达不够直接。因为适生区是范围性的,是一个面状数据,而现有研究分析得出的是点状数据,不能直观反映出适生区的范围。基于此,本文利用地理信息系统技术,以豹纹脂身鲶外来物种为研究对象,通过该物种在已知建群点区域的气候参数和生存环境参数来预测物种在未知地区的分布区域,寻求该物种的适生区,并以地图的形式显示输出,实现了数据表达点到面的转化。本文主要的研究工作和成果包括:(1)实现了豹纹脂身鲶外来物种在大尺度全球范围内的适生区预测。在研究生物气候相似性分析法模型的基础上,通过相关性分析确定气候相似模型参数指标,获取模型研究数据并导入气候相似模型得到年生态指数,利用生物气候相似性分析法模型进行适生区预测,根据预警级别,得出预测的适生区。(2)实现了豹纹脂身鲶外来物种小尺度广东省范围内的适生区预测。在研究相似离度算法模型的基础上,将广东省豹纹脂身鲶建群地区的气候因子和非气候因子等参数与预测地区的相对应的各类因子参数录入相似离度算法模型进行对比分析,利用相似离度算法模型进行适生区预测,获得相似离度值和入侵概率值,得出预测的适生区。(3)对预测模型进行了精度验证。在研究“受试者工作特征”(Receiver Operating Characteristic,ROC)和“曲线面积”(Area Under Curve,AUC)精度验证模型的基础上,绘制了验证精度的ROC曲线,并计算出AUC值,其中大尺度预测的两个AUC值为0.91和0.93,小尺度预测的AUC值为0.98,表明预测结果较好,验证了预测模型的准确度。(4)开发了外来物种适生区预测系统。利用C#编程语言和ArcGIS Engine地理信息系统二次开发组件开发了外来物种适生区预测系统,将物种分布模型与地理信息系统二次开发集成,实现了人机交互界面、模型数据处理、数据库管理与分析、适生区预测结果显示等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题的目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国内外入侵物种研究现状
•     1.2.2 国内外物种分布模型研究现状
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 技术路线
•   1.5 论文结构
• 第2章 适生区预测模型与精度验证模型原理
•   2.1 生物气候相似性分析法模型原理
•     2.1.1 数学原理
•     2.1.2 入侵概率计算方法
•   2.2 相似离度原理
•     2.2.1 因子数据标准化
•     2.2.2 预测入侵概率的方法
•     2.2.3 预警级别划分
•   2.3 精度验算模型原理
•     2.3.1 ROC曲线原理
•     2.3.2 AUC计算原理
•   2.4 本章小结
• 第3章 大尺度地区豹纹脂身鲶外来物种适生区预测
•   3.1 豹纹脂身鲶生活习性及入侵现状
•   3.2 数据相关性分析
•     3.2.1 相关性分析原理
•     3.2.2 相关系数矩阵
•     3.2.3 结果分析
•   3.3 数据获取
•   3.4 大尺度地区豹纹脂身鲶外来物种适生区预测
•     3.4.1 适生区预测结果与分析
•     3.4.2 精度验证
•     3.4.3 结论
•   3.5 本章小结
• 第4章 小尺度地区豹纹脂身鲶外来物种适生区预测
•   4.1 数据获取
•     4.1.1 基础数据
•     4.1.2 参数选择
•     4.1.3 相关性分析
•   4.2 小尺度地区豹纹脂身鲶外来物种适生区预测
•     4.2.1 适生区预测结果与分析
•     4.2.2 精度验证
•     4.2.3 结论
•   4.3 本章小结
• 第5章 外来物种适生区预测系统开发
•   5.1 开发系统的相关技术
•     5.1.1 ADO.net
•     5.1.2 嵌入式粗粒度组件ArcGIS Engine
•   5.2 系统框架总体设计
•   5.3 系统功能
•     5.3.1 基本功能
•     5.3.2 适生区预测与精度验证功能
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论
•   6.1 结论
•   6.2 下一步工作
• 参考文献
• 个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姚骁

导师: 韦波

关键词: 外来入侵物种,相似离度模型,生物气候相似模型,适生区预测

来源: 桂林理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,计算机软件及计算机应用

单位: 桂林理工大学

分类号: TP311.52;Q16

DOI: 10.27050/d.cnki.gglgc.2019.000285

总页数: 61

文件大小: 2919K

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