將從生態(tài)安全的內(nèi)涵入手，講解如何根據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境存在的實(shí)際問題，收集與研究相關(guān)的資料和研究成果及多類型、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)；如何清洗數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和信息挖掘識(shí)別影響生態(tài)環(huán)境安全的因素；講解如何對(duì)5種關(guān)鍵的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙和生境質(zhì)量、固碳量）進(jìn)行定量評(píng)估，如何在評(píng)價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上識(shí)別出能夠保障區(qū)域生態(tài)安全的生態(tài)源地；如何根據(jù)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性構(gòu)建基本阻力面，如何運(yùn)用最小累積阻力等模型識(shí)別潛在生態(tài)廊道；如何構(gòu)建生態(tài)安全格局，如何實(shí)施生態(tài)安全格局的優(yōu)化策略，本課程將為開發(fā)建設(shè)生態(tài)城市、保障區(qū)域生態(tài)安全提供空間指引。

ArcGIS Pro作為ESRI面向新時(shí)代的GIS產(chǎn)品，它在原有的ArcGIS平臺(tái)上繼承了傳統(tǒng)桌面軟件（ArcMap）的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、制圖、空間分析等能力，還具有其獨(dú)有的特色功能，例如二三維融合、大數(shù)據(jù)、矢量切片制作及發(fā)布、任務(wù)工作流、超強(qiáng)制圖，時(shí)空立方體等。由于Python語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔性、易讀性以及可擴(kuò)展性，使用Python將大大提升地理數(shù)據(jù)處理的效率。

本教程將從技能上教會(huì)您：理解使用地理數(shù)據(jù)，使用掌握Python的相關(guān)模塊和庫(kù)，掌握ArcGIS Pro的空間分析與制圖技能；從專題上教會(huì)您：掌握安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與計(jì)算；掌握突變模型在指標(biāo)集成中的作用；掌握生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)空過程分析與趨勢(shì)預(yù)警的方法。本課程將基于對(duì)區(qū)域生態(tài)變化的趨勢(shì)和內(nèi)在關(guān)系的理解，結(jié)合生態(tài)問題診斷、生態(tài)功能需求評(píng)估和景觀格局規(guī)劃，助力保障生態(tài)系統(tǒng)的功能性與服務(wù)性。

第一章?生態(tài)安全評(píng)價(jià)理論及方法介紹

一、生態(tài)安全評(píng)價(jià)簡(jiǎn)介

二、生態(tài)服務(wù)能力簡(jiǎn)介

三、生態(tài)安全格局構(gòu)建研究方法簡(jiǎn)介

第二章 平臺(tái)基礎(chǔ)

一、ArcGIS? Pro介紹

1.ArcGIS Pro簡(jiǎn)介

2.ArcGIS Pro基礎(chǔ)

3.ArcGIS Pro數(shù)據(jù)編輯

4.ArcGIS Pro空間分析

5.模型構(gòu)建器

6.ArcGIS Pro符號(hào)制作

7.ArcGIS Pro制圖布局與出圖

二、Python環(huán)境配置

1.Python軟件下載與安裝

2.程序編寫與運(yùn)行

3.Python代碼書寫規(guī)則

4.文件讀寫

文件對(duì)象、文本文件的讀寫、JSON文件讀寫、二進(jìn)制文件讀寫、HDF文件讀寫、Excel文件讀寫、文件系統(tǒng)和路徑操作

5.ArcPy簡(jiǎn)介

基本情況

利用ArcPy運(yùn)行工具

工具運(yùn)行環(huán)境

空間參照

6.訪問和管理空間數(shù)據(jù)

對(duì)表格數(shù)據(jù)（table）、要素類（feature class）、柵格數(shù)據(jù)（raster）、數(shù)據(jù)集（dataset）的訪問與管理

第三章 數(shù)據(jù)獲取與清洗

一、數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、自然環(huán)境數(shù)據(jù)（地形、土壤以及氣候數(shù)據(jù)）：

二、數(shù)據(jù)預(yù)處理（ArcGIS Pro及Python環(huán)境）

1.土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、裁剪、重投影（桌面端與云計(jì)算）

2.將社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、植被指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪、重投影及重采樣處理（桌面端與云計(jì)算）

3.將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、投影轉(zhuǎn)換，矢量數(shù)據(jù)柵格化

4.氣象數(shù)據(jù)裁剪、重投影及重采樣處理；站點(diǎn)數(shù)據(jù)提取及地統(tǒng)計(jì)分析

5.DEM數(shù)據(jù)投影變換和影像裁剪

6.數(shù)據(jù)清洗：去除重復(fù)數(shù)據(jù)、填補(bǔ)缺失值、處理異常值和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式等操作

第四章 基于USLE模型的土壤侵蝕評(píng)價(jià)

一、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估技術(shù)規(guī)范簡(jiǎn)介

二、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的內(nèi)容和流程、評(píng)估指標(biāo)體系、評(píng)估方法等

水土保持功能主要與氣候、土壤、地形和植被有關(guān)，主要考慮土壤可蝕性、地形、降雨等因子。

通用土壤流失方程(USLE)的計(jì)算公式如下：

A=R*K*L*S*（1-C）

式中：

A：任一坡耕地在特定的降雨、作物管理制度及所采用的水土保持措施下，單位面積年平均土壤流失量，t/ha

R：降雨侵蝕力因子，是單位降雨侵蝕指標(biāo)，如果融雪徑流顯著，需要增加融雪因子，MJ*mm/(ha*h)

K：土壤可蝕性因子，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)上單位降雨侵蝕指標(biāo)的土壤流失率

L：坡長(zhǎng)因子；

S：坡度因子，等于其它條件相同時(shí)實(shí)際坡度與9%坡度相比土壤流失比值；由于L和S因子經(jīng)常影響土壤流失，因此，稱LS為地形因子，以示其綜合效應(yīng)；

C：植被覆蓋和經(jīng)營(yíng)管理因子，等于其它條件相同時(shí)，特定植被和經(jīng)營(yíng)管理地塊上的土壤流失與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)土壤流失之比；

第五章 基于風(fēng)蝕修正模型的防風(fēng)固沙功能評(píng)估

防風(fēng)固沙是生態(tài)系統(tǒng)（如森林、草地等）通過其結(jié)構(gòu)與過程減少由于風(fēng)蝕所導(dǎo)致的土壤侵蝕的作用，是生態(tài)系統(tǒng)提供的重要調(diào)節(jié)服務(wù)之一。防風(fēng)固沙功能主要與風(fēng)速、降雨、溫度、土壤、地形和植被等因素密切相關(guān)。以防風(fēng)固沙量（潛在風(fēng)蝕量與實(shí)際風(fēng)蝕量的差值）作為生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙功能的評(píng)估指標(biāo)。

式中：SR 為固沙量（t km-2 a-1）；SL 潛為潛在風(fēng)力侵蝕量（t km-2 a1）；SL 為實(shí)際風(fēng)力侵蝕量（t km-2 a-1）；QMAX 為最大轉(zhuǎn)移量（kg/m)；Z 為 最大風(fēng)蝕出現(xiàn)距離（m)，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定為 50m；WF 為氣候因子（kg/m）；K'為 地表糙度因子；EF 為土壤可蝕因子；SCF 為土壤結(jié)皮因子；C 為植被覆蓋因子。

第六章 水源涵養(yǎng)模型

水源涵養(yǎng)是生態(tài)系統(tǒng)（如森林、草地等）通過其特有的結(jié)構(gòu)與水相互作用，對(duì)降水進(jìn)行截留、滲透、蓄積，并通過蒸散發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)水流、水循環(huán)的調(diào)控，主要表現(xiàn)在緩和地表徑流、補(bǔ)充地下水、減緩河流流量的季節(jié)波動(dòng)、滯洪補(bǔ)枯、保證水質(zhì)等方面。以水源涵養(yǎng)量作為生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的評(píng)估指標(biāo)。

采用模型評(píng)估法來(lái)評(píng)估水源涵養(yǎng)評(píng)估模型，采用水量平衡方程來(lái)計(jì)算水源涵養(yǎng)量，水源涵養(yǎng)評(píng)估模型公式為：

式中：：TQ 為總水源涵養(yǎng)量（m 3），Pi為降雨量（mm），Ri為地表徑流量（mm），ETi為蒸散發(fā)（mm），Ai為 i 類生態(tài)系統(tǒng)面積（km2），i 為 研究區(qū)第 i 類生態(tài)系統(tǒng)類型，j 為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

第七章 InVEST模型估算碳儲(chǔ)量和生境質(zhì)量

一、碳儲(chǔ)量估算

InVEST模型中，生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量()由地上碳儲(chǔ)量()、地下碳儲(chǔ)量()、土壤碳儲(chǔ)量()和死亡有機(jī)碳儲(chǔ)量()四個(gè)基本碳庫(kù)組成，模型的計(jì)算公式為：

確定各碳庫(kù)的碳密度值是計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量功能的關(guān)鍵，采用參閱文獻(xiàn)或者實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等對(duì)碳密度進(jìn)行修正。

二、生境質(zhì)量估算

生境質(zhì)量取值范圍在0-1之間，得分的高低反映了生境質(zhì)量的好壞，得分低的地塊較容易受到破壞。

其中，表示土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量得分；表示生境適宜度；K為半飽和參數(shù)。

第八章 生態(tài)安全格局構(gòu)建

一、重要生態(tài)源地識(shí)別

1.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性

各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)按照自然斷點(diǎn)法分為高、較高、中、較低、低五個(gè)級(jí)別，以全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算中各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)資產(chǎn)中的比重構(gòu)成為依據(jù) ，確定各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)重，并進(jìn)行加權(quán)疊加分析，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布結(jié)果。

2.生態(tài)敏感性

生態(tài)敏感性具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要參考國(guó)家生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《生態(tài)功能區(qū)暫行規(guī)程》《生態(tài)保護(hù)紅線劃定技術(shù)指南》、國(guó)家有關(guān)生態(tài)功能區(qū)劃工作生態(tài)敏感性指標(biāo)體系分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)研究，建立生態(tài)敏感性指標(biāo)體系，進(jìn)行生態(tài)敏感性分析。

3.空間分析提取生態(tài)源地

將生態(tài)敏感區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行疊加，利用 ArcGIS Pro空間分析模塊的熱點(diǎn)分析工具識(shí)別疊加后的生態(tài)系統(tǒng)重要性冷熱區(qū)域，

二、阻力面模型構(gòu)建

物種在不同景觀單元之間進(jìn)行遷移時(shí)會(huì)受到阻礙，因此需要通過構(gòu)建阻力來(lái)計(jì)算其在克服阻力情況下的擴(kuò)散路徑。在確定生態(tài)源地的基礎(chǔ)上，依據(jù)最小阻力累積模型，將每個(gè)柵格單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值視為服務(wù)流動(dòng)的阻力，價(jià)值越高阻力越小。

1）影響空間阻力的因子分析（高程、坡度、植被覆蓋因素、道路等因素）
2）阻力系數(shù)及權(quán)重確定
3）阻力面提取

三、阻力模型生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道是兩個(gè)源斑塊之間阻力最低的通道，區(qū)域中源斑塊間的聯(lián)系需要通過構(gòu)建生態(tài)廊道來(lái)建立。

區(qū)域內(nèi)生態(tài)廊道的識(shí)別通常先利用最小阻力模型模擬生成廊道，再結(jié)合現(xiàn)有城市生態(tài)廊道，或是根據(jù)地物現(xiàn)狀進(jìn)行修正，從而確定生態(tài)廊道的位置和寬度。

四、電路模型生態(tài)廊道提取

電路理論指用電子在電路中隨機(jī)游走的特性來(lái)模擬物種個(gè)體或基因在景觀中的遷移擴(kuò)散過程，使用源地間的電流強(qiáng)度反映生態(tài)斑塊和廊道的相對(duì)重要性，從而預(yù)測(cè)物種擴(kuò)散與遷移規(guī)律、識(shí)別移動(dòng)路徑，這一方法更符合真實(shí)的物種運(yùn)動(dòng)情況；

1）生態(tài)源地：每個(gè)生態(tài)源作為一個(gè)電路節(jié)點(diǎn)，根據(jù)電阻面的最小成本路徑計(jì)算出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間每條鏈路的累積電阻。累積電阻被指定為鏈路的電阻。

2）生態(tài)夾點(diǎn)：對(duì)于每對(duì)電路節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)任意連接到 1 安培的電流，而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)接地。在所有電路節(jié)點(diǎn)對(duì)之間迭代計(jì)算有效電阻。對(duì)于n 個(gè)節(jié)點(diǎn)，有n ( n?? 1)/2 次計(jì)算。累計(jì)當(dāng)前值反映了隨機(jī)游走者到目的地節(jié)點(diǎn)的凈遷移量，可用于識(shí)別生態(tài)廊道的重要性。累積電流值越大，景觀中的區(qū)域越重要。具有最高電流值的區(qū)域被指定為夾點(diǎn)。

3）生態(tài)屏障：屏障被確定為可以大大增強(qiáng)生態(tài)源連通性和生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。隨著一定區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)，該區(qū)域的抵抗力降低；因此，通過恢復(fù)區(qū)域連接節(jié)點(diǎn)的最低成本路徑的累積電阻也降低了。那些累積阻力下降幅度最大的恢復(fù)區(qū)域被確定為障礙。

第九章 相關(guān)的SCI論文撰寫技巧

1.科技論文結(jié)構(gòu)

2.摘要和結(jié)論

3.引言與討論

4.論文投稿技巧分析

5.SCI論文案例分析

6.研究方向