基于GIS的草原生态安全模糊评价研究
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摘要
信息化是当今社会发展的鲜明特征和主要趋势。以“3S”技术为代表的现代地理信息技术已成为当前地理与生态环境问题研究的重要技术支撑。作为“3S”技术的核心技术GIS，经过30多年的发展、推广与应用，日益成熟与完善，在被广泛地引入生态环境研究的各个领域之后更是取得了许多令人瞩目的重要成果。
近年来，生态环境对人类生存和国家安危的影响逐步凸显。从国际上来看，生态危机已成为引发国家和地区之间矛盾与冲突的最根本因素之一。因此，生态安全作为一种非传统的安全被提到了与政治安全、军事安全、经济安全、科技安全等传统安全同一层次的高度上，作为其他安全的基础和载体，构成国家安全的又一种外延。世界上的主要国家都对生态安全研究给予了高度的重视，关于生态安全的研究也日益增多。从国内生态环境现状和国际竞争的角度来看，我国21世纪初的生态安全形势非常严峻，进行生态安全相关领域的研究已迫在眉睫。
生态安全研究的重要战略意义与GIS技术的日趋成熟使GIS在生态安全相关领域的研究具有十分广阔的前景。在此背景下，笔者针对草原生态系统，就草原生态安全基础理论及其基于GIS评价研究的相关问题做了探讨。
本文论述了生态安全的涵义，其中包括国际、国内对其定义的探讨以及生态安全的特点和研究意义；接着论述了生态安全评价的定义及其研究进展；在此基础上，提出草原生态安全的概念，即在具体的时空范围内，草原生态系统的内在结构、功能和外部表现，在现有的自然环境压力和社会经济压力以及人类的积极响应之下，其所能提供的生态服务对人类生存和社会经济持续发展的支持和影响，使人类的生活、生产、健康和发展不受威胁的一种状态。最后对草原生态安全评价的原理做了探讨，介绍了相关的评价方法。
在草原生态安全评价的标准与指标体系研究中，讨论了评价标准选取的原则、建立方法、来源以及草原生态安全指标体系构建的原则，依据草原生态系统以及牧区社会经济发展的特点，借鉴驱动力PSR生态环境系统服务的概念框架设计了草原生态安全评价的概念框架，并构建了草原生态安全评价指标层次结构体系。
基于GIS的草原生态安全模糊评价的理论研究，首先论述了评价思路与技术流程，重点研究草原生态安全模糊评价模型与可视化表达的实现，建立草原生态安全模糊评价模型，探讨了评价结果与评价指标二维可视化以及评价过程可视化的方法。在草原生态
安全模糊评价数据库设计中论述了数据的组织与管理，完成了草原生态安全模糊评价信
息系统的数据分层设计。
以甘肃省天祝藏族自治县为例进行了草原生态安全模糊评价的实例研究。在构筑多
层次评价指标体系的基础上，对评价指标数据进行了整理和标准化处理;采用层次分析
法对指标权重进行分配;建立隶属函数，确定模糊评价的标准值，计算得到天祝县各乡
镇的草原生态安全模糊评价等级值。在模糊评价结果的基础上，实现评价结果和评价指
标的可视化表达。
评价结果显示:天祝县草原生态安全状况一般，处于临界状态及不安全、极不安全
状态的乡镇占到了总数的55%，如不采取有效措施加以控制，草原生态安全状况很容易
进入不安全状态。基于GIS的草原生态安全模糊评价方法，将GIS技术引入草原生态安
全研究之中，探索生态安全定性、定量以及定位相结合的研究方法，将使生态安全研究
更加科学化和实用化。虽然研究中也存在一些不足，但就未来发展而言，基于GIS的生
态安全研究具有十分广阔的应用前景。
Informationization is nowadays the distinct characteristic and main trend of the social development. Represented by "3S" technology modern geographical information technology becomes important technical support of the issue in geography and ecological environment at present already. As one of the "3S" technology, GIS becomes mature and perfect day by day through the development, popularization and application for more than 30 years, and especially make a lot of important achievements attracting people's attention widely after led into fields of ecological environment study.
In recent years, the impact on the mankind survives and national safety of ecological environment is more and more obvious. In the world, the Eco-crisis has already become one of the most basic factors of the contradiction and conflict between countries and regions. Therefore, ecological security as a non-traditional security must be located at the same position as political security, military security, economic security, scientific security and so on. As the foundation of another security, it extended the notion of national security. The main countries in the world have offered especial attention to ecological security study, the research on which increased day by day too. Seen from current domestic ecological environment situation and international competition, our country's ecological security situation of early 21st century is very severe, the study about ecological security has been already extremely urgent.
Because of important strategic meaning of ecological security and GIS becoming mature, the relevant studies of ecological security based on GIS have wide prospect. With this background, the author, aiming for grassland ecosystem, probes into basic theories of ecological security and relevant problems about evaluation of grassland ecological security based on GIS.
This paper expounds the meaning of ecological security, including the international and domestic discussion, the characteristic and research meaning of ecological security, and then expounds the definition of ecological security evaluation and research development on it. On the basis of this, the author puts forward the definition of grassland ecological security, named that within the range of specific space and time, the inherent structures, outside show and function of grassland ecosystem lies in a state that under existing natural environment
pressure and social economic pressure and the mankind's positive responses, support and influence that its ecological service can offer to mankind's surviving and continuous development of society and economy make human life, production, health and development being in security; at last expounds the principle of grassland ecological security evaluation and introduces some relevant evaluation methods.
In the part of the standard and index system of grassland ecological security evaluation, the author introduces selected principle, founded methods, sources of evaluation criterion and the principle that structures the index system of grassland ecological security evaluation, designs the concept frame of grassland ecological security evaluation learning from that of Driving force -PSR, and structures the index system of hierarchical structure of grassland ecological security evaluation according to the characteristic of grassland ecosystem and social and economic development of grassland.
In the theoretical research on fuzzy evaluation of grassland ecological security based on GIS, the author recommends the thinking and the technological flow of it; puts emphasis on the model of fuzzy evaluation of grassland ecological security and the realization of visualization expression, establishes the model of fuzzy evaluation of grassland ecological security and discusses 2D visualization expression in the evaluation result and the index data, the realization way of evaluation courses. In the design of the database of fuzzy evaluation of grassland ecological security, the author describes the organization and management of the dat
近年来，生态环境对人类生存和国家安危的影响逐步凸显。从国际上来看，生态危机已成为引发国家和地区之间矛盾与冲突的最根本因素之一。因此，生态安全作为一种非传统的安全被提到了与政治安全、军事安全、经济安全、科技安全等传统安全同一层次的高度上，作为其他安全的基础和载体，构成国家安全的又一种外延。世界上的主要国家都对生态安全研究给予了高度的重视，关于生态安全的研究也日益增多。从国内生态环境现状和国际竞争的角度来看，我国21世纪初的生态安全形势非常严峻，进行生态安全相关领域的研究已迫在眉睫。
生态安全研究的重要战略意义与GIS技术的日趋成熟使GIS在生态安全相关领域的研究具有十分广阔的前景。在此背景下，笔者针对草原生态系统，就草原生态安全基础理论及其基于GIS评价研究的相关问题做了探讨。
本文论述了生态安全的涵义，其中包括国际、国内对其定义的探讨以及生态安全的特点和研究意义；接着论述了生态安全评价的定义及其研究进展；在此基础上，提出草原生态安全的概念，即在具体的时空范围内，草原生态系统的内在结构、功能和外部表现，在现有的自然环境压力和社会经济压力以及人类的积极响应之下，其所能提供的生态服务对人类生存和社会经济持续发展的支持和影响，使人类的生活、生产、健康和发展不受威胁的一种状态。最后对草原生态安全评价的原理做了探讨，介绍了相关的评价方法。
在草原生态安全评价的标准与指标体系研究中，讨论了评价标准选取的原则、建立方法、来源以及草原生态安全指标体系构建的原则，依据草原生态系统以及牧区社会经济发展的特点，借鉴驱动力PSR生态环境系统服务的概念框架设计了草原生态安全评价的概念框架，并构建了草原生态安全评价指标层次结构体系。
基于GIS的草原生态安全模糊评价的理论研究，首先论述了评价思路与技术流程，重点研究草原生态安全模糊评价模型与可视化表达的实现，建立草原生态安全模糊评价模型，探讨了评价结果与评价指标二维可视化以及评价过程可视化的方法。在草原生态
安全模糊评价数据库设计中论述了数据的组织与管理，完成了草原生态安全模糊评价信
息系统的数据分层设计。
以甘肃省天祝藏族自治县为例进行了草原生态安全模糊评价的实例研究。在构筑多
层次评价指标体系的基础上，对评价指标数据进行了整理和标准化处理;采用层次分析
法对指标权重进行分配;建立隶属函数，确定模糊评价的标准值，计算得到天祝县各乡
镇的草原生态安全模糊评价等级值。在模糊评价结果的基础上，实现评价结果和评价指
标的可视化表达。
评价结果显示:天祝县草原生态安全状况一般，处于临界状态及不安全、极不安全
状态的乡镇占到了总数的55%，如不采取有效措施加以控制，草原生态安全状况很容易
进入不安全状态。基于GIS的草原生态安全模糊评价方法，将GIS技术引入草原生态安
全研究之中，探索生态安全定性、定量以及定位相结合的研究方法，将使生态安全研究
更加科学化和实用化。虽然研究中也存在一些不足，但就未来发展而言，基于GIS的生
态安全研究具有十分广阔的应用前景。
Informationization is nowadays the distinct characteristic and main trend of the social development. Represented by "3S" technology modern geographical information technology becomes important technical support of the issue in geography and ecological environment at present already. As one of the "3S" technology, GIS becomes mature and perfect day by day through the development, popularization and application for more than 30 years, and especially make a lot of important achievements attracting people's attention widely after led into fields of ecological environment study.
In recent years, the impact on the mankind survives and national safety of ecological environment is more and more obvious. In the world, the Eco-crisis has already become one of the most basic factors of the contradiction and conflict between countries and regions. Therefore, ecological security as a non-traditional security must be located at the same position as political security, military security, economic security, scientific security and so on. As the foundation of another security, it extended the notion of national security. The main countries in the world have offered especial attention to ecological security study, the research on which increased day by day too. Seen from current domestic ecological environment situation and international competition, our country's ecological security situation of early 21st century is very severe, the study about ecological security has been already extremely urgent.
Because of important strategic meaning of ecological security and GIS becoming mature, the relevant studies of ecological security based on GIS have wide prospect. With this background, the author, aiming for grassland ecosystem, probes into basic theories of ecological security and relevant problems about evaluation of grassland ecological security based on GIS.
This paper expounds the meaning of ecological security, including the international and domestic discussion, the characteristic and research meaning of ecological security, and then expounds the definition of ecological security evaluation and research development on it. On the basis of this, the author puts forward the definition of grassland ecological security, named that within the range of specific space and time, the inherent structures, outside show and function of grassland ecosystem lies in a state that under existing natural environment
pressure and social economic pressure and the mankind's positive responses, support and influence that its ecological service can offer to mankind's surviving and continuous development of society and economy make human life, production, health and development being in security; at last expounds the principle of grassland ecological security evaluation and introduces some relevant evaluation methods.
In the part of the standard and index system of grassland ecological security evaluation, the author introduces selected principle, founded methods, sources of evaluation criterion and the principle that structures the index system of grassland ecological security evaluation, designs the concept frame of grassland ecological security evaluation learning from that of Driving force -PSR, and structures the index system of hierarchical structure of grassland ecological security evaluation according to the characteristic of grassland ecosystem and social and economic development of grassland.
In the theoretical research on fuzzy evaluation of grassland ecological security based on GIS, the author recommends the thinking and the technological flow of it; puts emphasis on the model of fuzzy evaluation of grassland ecological security and the realization of visualization expression, establishes the model of fuzzy evaluation of grassland ecological security and discusses 2D visualization expression in the evaluation result and the index data, the realization way of evaluation courses. In the design of the database of fuzzy evaluation of grassland ecological security, the author describes the organization and management of the dat
引文
1 武汉晚报：国家生态安全意味着什么www.booker.com.cn/gb/Paper84/92/index.htm
2 水环境论坛／专业论坛，生态环境：国家安全的热门话题www,weforum.com.cn/wefonm/thesis/t0026.htm
3 中宏网／战略中国(二)国情制约／生态危机／关注国家生态安全
4 中图水势／主题社区／曲格平：影响中国生态安全的若干问题www.waterinfo.com.cn/shequ/zjps/ 200208140025. htm
5 李维(?)，候向阳．我国两部草原协调发展的重点及对策．中国软科学2001年第10期
6 张自和．草原退化的后果及深层原因探讨．草业科学 1995年12月第12卷第6期
7 肖笃宁，陈文波，郭福良．论生态安全的基本慨念和研究内容容．应用生态学报．2002(3)第13卷第3期
8 邹长新，沈渭寿．生态安全研究进展．农村生态环境．2003，19(1)
9 程漱兰．陈焱．高度重视国家生态安全战略．生态经济．1999(5)
10 尹希成．生态安全：一种新的安全观．科技11报．1999年2月27日
11 郭中伟．建设国家生态安全预警系统与维护体系——面对严霞的生态危机的对策．科技导报 2001(1)
12 陈国阶．论生态安全．重庆环境科学．2002(6)第24卷第3期
13 曲格平．关注生态安全之一：生态环境问题已经成为国家安全的热门话题．环境保护2002(5)
14 倪永明．县域生态环境质量评价的理论和方法——以陕西省米脂肪县为例．西北大学硕士论文2002．6
15 毛文永．生态环境影响评价．北京；中国环境科学出版社
16 1998曲格平主编．环境科学词典．上海辞书出版社1994
17 赵军，胡秀芳．我国区域生态安全建设的若干思考．生态经济2004年第4期
18 赵军，胡秀芳．区域生态安全与构筑我国2世纪国家安全体系的策略．干旱区资源与环境2004年第2期
19 王朝科．生态安全评价的方法论．统计与咨询．2003(1)
20 洪伟，闫淑君．福建森林生态系统安全与生态响应．福建农林大学学报(自然科学版)2003年3月第32卷第1期
21 吴国庆．区域农业持续发展的生态安全及其评价探析．生态经济．2001(8)
22 陈田阶．生态环境预警的理论和方法探讨．重庆环境科学．1999(04)
23 苏维词，李久林．乌江流域生态环境预警评价初探．贵州科学．1997(03)
24 崔保山，杨志峰．湿地生态系统健康评价指标体系．生态学报．2002(07)第22卷第7期
25 陈高，代力民．森林生态系统健康及其评估监测．应用生态学报．2002(05)第13卷第5期
26 吴豪．许刚，虞孝感．关于建立长江流域生态安全体系的初步探讨．地域研究与开发2001(6)第20卷第2期
27 罗正南．伦理调控，保障生态安全的重要手段．华中师范大学硕士论文2002，3
28 张建新，邢旭东．刘小娥．湖南土地资源可持续利用的生态安全评价．湖南地质．2002(6)第21卷第2期
29 K·A·沃科特，J·C·戈尔登等．生态系统——平衡与管理的科学．北京：科学出版社2002
30 周寿荣．草地生态学，北京：中国农业出版社1996
31 左伟，王桥．区域生态安全评价指标与标准研究．地理学与国土研究2002(2)第2002(2)第11卷第1期
32 杨京平主编．生态安全的系统分析．北京：化学工业出版社 2002
33 徐建华．现代地理学中的数学方法．北京：高等教育出版社2002．
34 冯保成编．模糊数学实用集粹．北京；中国建筑工业出版社1991
35 李安贵，张志宏等．模糊数学及其应用．北京：冶金工业出版社1994
36 胡永宏，贾思辉．综合评价方法．北京：科学出版社2000
37 高俊．地理空间数据的可视化．测绘工程2000(3)
38 吴信才．地理信息系统设计与实现．北京．电子工业出版社2002
39 三味工作室．Maplnfo6.0应用开发指南．北京：人民邮电出版社2001
40 天祝草原工作站．天祝藏族自治县概况1998
41 王树青．甘肃省天祝县草地资源及其开发利用．中国草地1999(6)
42 天祝草原工作站．天祝县草原荒漠化原因及治理对策2000
43 天祝草原工作站．天祝县天然草场有毒植物及其防除情况简介2001
44 刘黎明，谢花林，赵英伟．我国草原资源可持续利用评价指标体系的研究．中国上地科学2001(7)第15卷4期
45 孟林．层次分析法在草地资源评价中应用的研究．草业科学1998．12，第15卷第6期
46 许鹏．草地资源调查规划学，北京：中国农业出版社2000
47 马兴祥，张子廉等．天祝县气候变化对畜牧业可持续发展的影响及对策．草业科学2000(10)第17卷第5期
48 天祝草原工作站．天祝县畜牧志2000
49 天祝县区划办公室．《甘肃省天祝藏族自治县农牧业区划资料汇编》1986年8月
50 天祝藏族自治县统计局编．天祝藏族自治县统计年鉴(2002年度)2003．4
51 天祝县旅游局．天祝藏族自治县旅游接待企业情况统计表，旅游业情况统计表2002
52 甘肃草原生态研究所遥感协作组．甘肃省天祝藏族自治县农业区划委员会．自然条件遥感影象系列图．兰州：中国草原与牧草杂志、兰州大学学报出版1984
53 李鸿吉．Visual Basic 6.0中文版编程方法详解．北京：科学出版社2002
54 齐锐，屈韶琳等．用MapX开发地理信息系统．北京：清华出版社2003
55 刘光．地理信息系统二次开发教程(组件篇)北京：清华在学出版社2003
2 水环境论坛／专业论坛，生态环境：国家安全的热门话题www,weforum.com.cn/wefonm/thesis/t0026.htm
3 中宏网／战略中国(二)国情制约／生态危机／关注国家生态安全
4 中图水势／主题社区／曲格平：影响中国生态安全的若干问题www.waterinfo.com.cn/shequ/zjps/ 200208140025. htm
5 李维(?)，候向阳．我国两部草原协调发展的重点及对策．中国软科学2001年第10期
6 张自和．草原退化的后果及深层原因探讨．草业科学 1995年12月第12卷第6期
7 肖笃宁，陈文波，郭福良．论生态安全的基本慨念和研究内容容．应用生态学报．2002(3)第13卷第3期
8 邹长新，沈渭寿．生态安全研究进展．农村生态环境．2003，19(1)
9 程漱兰．陈焱．高度重视国家生态安全战略．生态经济．1999(5)
10 尹希成．生态安全：一种新的安全观．科技11报．1999年2月27日
11 郭中伟．建设国家生态安全预警系统与维护体系——面对严霞的生态危机的对策．科技导报 2001(1)
12 陈国阶．论生态安全．重庆环境科学．2002(6)第24卷第3期
13 曲格平．关注生态安全之一：生态环境问题已经成为国家安全的热门话题．环境保护2002(5)
14 倪永明．县域生态环境质量评价的理论和方法——以陕西省米脂肪县为例．西北大学硕士论文2002．6
15 毛文永．生态环境影响评价．北京；中国环境科学出版社
16 1998曲格平主编．环境科学词典．上海辞书出版社1994
17 赵军，胡秀芳．我国区域生态安全建设的若干思考．生态经济2004年第4期
18 赵军，胡秀芳．区域生态安全与构筑我国2世纪国家安全体系的策略．干旱区资源与环境2004年第2期
19 王朝科．生态安全评价的方法论．统计与咨询．2003(1)
20 洪伟，闫淑君．福建森林生态系统安全与生态响应．福建农林大学学报(自然科学版)2003年3月第32卷第1期
21 吴国庆．区域农业持续发展的生态安全及其评价探析．生态经济．2001(8)
22 陈田阶．生态环境预警的理论和方法探讨．重庆环境科学．1999(04)
23 苏维词，李久林．乌江流域生态环境预警评价初探．贵州科学．1997(03)
24 崔保山，杨志峰．湿地生态系统健康评价指标体系．生态学报．2002(07)第22卷第7期
25 陈高，代力民．森林生态系统健康及其评估监测．应用生态学报．2002(05)第13卷第5期
26 吴豪．许刚，虞孝感．关于建立长江流域生态安全体系的初步探讨．地域研究与开发2001(6)第20卷第2期
27 罗正南．伦理调控，保障生态安全的重要手段．华中师范大学硕士论文2002，3
28 张建新，邢旭东．刘小娥．湖南土地资源可持续利用的生态安全评价．湖南地质．2002(6)第21卷第2期
29 K·A·沃科特，J·C·戈尔登等．生态系统——平衡与管理的科学．北京：科学出版社2002
30 周寿荣．草地生态学，北京：中国农业出版社1996
31 左伟，王桥．区域生态安全评价指标与标准研究．地理学与国土研究2002(2)第2002(2)第11卷第1期
32 杨京平主编．生态安全的系统分析．北京：化学工业出版社 2002
33 徐建华．现代地理学中的数学方法．北京：高等教育出版社2002．
34 冯保成编．模糊数学实用集粹．北京；中国建筑工业出版社1991
35 李安贵，张志宏等．模糊数学及其应用．北京：冶金工业出版社1994
36 胡永宏，贾思辉．综合评价方法．北京：科学出版社2000
37 高俊．地理空间数据的可视化．测绘工程2000(3)
38 吴信才．地理信息系统设计与实现．北京．电子工业出版社2002
39 三味工作室．Maplnfo6.0应用开发指南．北京：人民邮电出版社2001
40 天祝草原工作站．天祝藏族自治县概况1998
41 王树青．甘肃省天祝县草地资源及其开发利用．中国草地1999(6)
42 天祝草原工作站．天祝县草原荒漠化原因及治理对策2000
43 天祝草原工作站．天祝县天然草场有毒植物及其防除情况简介2001
44 刘黎明，谢花林，赵英伟．我国草原资源可持续利用评价指标体系的研究．中国上地科学2001(7)第15卷4期
45 孟林．层次分析法在草地资源评价中应用的研究．草业科学1998．12，第15卷第6期
46 许鹏．草地资源调查规划学，北京：中国农业出版社2000
47 马兴祥，张子廉等．天祝县气候变化对畜牧业可持续发展的影响及对策．草业科学2000(10)第17卷第5期
48 天祝草原工作站．天祝县畜牧志2000
49 天祝县区划办公室．《甘肃省天祝藏族自治县农牧业区划资料汇编》1986年8月
50 天祝藏族自治县统计局编．天祝藏族自治县统计年鉴(2002年度)2003．4
51 天祝县旅游局．天祝藏族自治县旅游接待企业情况统计表，旅游业情况统计表2002
52 甘肃草原生态研究所遥感协作组．甘肃省天祝藏族自治县农业区划委员会．自然条件遥感影象系列图．兰州：中国草原与牧草杂志、兰州大学学报出版1984
53 李鸿吉．Visual Basic 6.0中文版编程方法详解．北京：科学出版社2002
54 齐锐，屈韶琳等．用MapX开发地理信息系统．北京：清华出版社2003
55 刘光．地理信息系统二次开发教程(组件篇)北京：清华在学出版社2003