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水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院戴江玉获国家专利权

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龙图腾网获悉水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院申请的专利河湖水生态产品价值核算体系构建方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118607790B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410856548.X,技术领域涉及:G06Q10/063;该发明授权河湖水生态产品价值核算体系构建方法及系统是由戴江玉;吴修锋;吴时强;薛万云;王芳芳;高昂;田付玮;查伟;许听雨;张哲琪设计研发完成,并于2024-06-28向国家知识产权局提交的专利申请。

河湖水生态产品价值核算体系构建方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种河湖水生态产品价值核算体系构建方法及系统,构建生态产品分类体系和价值量计算方法体系;依序分析每一生态产品形成与发挥作用的时空尺度特征、以及对应的自然和社会经济数据的时空尺度,采用耦合模型生成各类支撑生态产品核算的标准化时空数据产品;构建多准则核算模型,并评估多准则核算模型中每一准则指标的权重;获得流域尺度的流域尺度生态产品价值核算结果并进行敏感性分析和时空分布差异分析,输出并存储流域尺度的河湖水生态产品价值核算模型;整合了多源异构数据,提高了核算的全面性和准确性。

本发明授权河湖水生态产品价值核算体系构建方法及系统在权利要求书中公布了:1.河湖水生态产品价值核算体系构建方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1、采集研究数据,梳理研究数据中的河湖水生态产品,形成生态产品库,并构建生态产品分类体系和价值量计算方法体系;步骤S2、依序分析每一生态产品形成与发挥作用的时空尺度特征、以及对应的自然和社会经济数据的时空尺度,采用耦合模型生成各类支撑生态产品核算的标准化时空数据产品;步骤S3、基于生态产品分类体系、价值量计算方法体系和标准化时空数据产品,采用层次分析法构建多准则核算模型,并评估多准则核算模型中每一准则指标的权重;步骤S4、确定核算样区范围,并采集核算样区数据,对核算样区的各类生态产品的价值进行核算并外推,获得流域尺度的流域尺度生态产品价值核算结果并进行敏感性分析和时空分布差异分析,输出并存储流域尺度的河湖水生态产品价值核算模型;所述步骤S1具体为:步骤S11、获取研究文献构建研究文献库,从研究文献库中提取研究数据,并梳理研究数据中的河湖水生态产品,形成生态产品库;步骤S12、基于鉴生态系统服务分类体系,从供给、调节、支持和文化角度对生态产品库进行分类;步骤S13、分析并识别不同类别生态产品之间的内在联系,构建生态产品网络关系图;步骤S14、计算生态产品网络关系图中各节点的连接度,识别关键节点,得到关键生态产品并优选;步骤S15、对优选后的生态产品进行系统分类,构建具有逻辑一致性、无重复计算的生态产品分类体系和价值量计算方法体系;所述步骤S2具体为:步骤S21、读取生态产品分类体系,分析各生态产品形成与发挥作用的时空尺度特征;步骤S22、针对每一生态产品,基于其时空尺度特征,匹配生态产品的自然和社会经济数据的时空尺度;步骤S23、采用GDC方法,对每一时空尺度的包括生态产品、自然和社会经济数据在内的多源数据进行组织与集成,形成数据立方体;步骤S24、构建河湖水文、水资源、水环境和水生态过程的时空耦合模型,并通过数据立方体和时空耦合模型,生成用于支撑生态产品核算的标准化时空数据产品;所述步骤S3具体为:步骤S31、筛选能够表征每类生态产品供给和需求的生态指标、表征每类生态产品受益主体的社会指标,以及表征生态产品价值实现的经济指标,构建生态产品核算指标库;步骤S32、对生态产品核算指标库中的指标进行比选,获得符合可操作和可解释的指标量化方法;步骤S33、针对比选后的生态产品核算指标,采用层次分析法构建各类生态产品价值核算的多准则评价模型,并通过多准则评价模型分析不同准则指标之间的内在作用机制与权重;步骤S34、构建情景参数集合,通过时空耦合模型模拟各个情景下的生态产品供需时空格局;将情景模拟结果输入多准则综合评价模型,核算不同情景下的生态产品价值量,获得核算结果;步骤S35、采用敏感性分析方法,度量不同核算准则结果对总价值量的相对贡献;采用极端条件分析方法,度量总价值量对关键核算参数的变化响应;根据敏感性和极端条件分析结果,修正准则指标的权重;所述步骤S4具体为:步骤S41、确定核算样区范围,并根据核算样区尺度,采用多准则综合评价模型,对核算样区内的每类生态产品的价值进行核算,获得样区核算结果,记为样区生态产品价值量并进行专家评估,根据评估结果调整多准则综合评价模型参数;步骤S42、分析计算样区尺度生态产品价值量与驱动因子间的定量关系;步骤S43、采用随机森林构建尺度推演模型,通过样区的核算结果将生态产品价值量推广至流域尺度;步骤S44、获得流域尺度的流域尺度生态产品价值核算结果并进行敏感性分析和时空分布差异分析,输出并存储流域尺度的河湖水生态产品价值核算模型;所述步骤S13具体为:步骤S131、依序调取每种生态产品预定时间周期内的供给数据,并构建标准化的时间序列数据集;步骤S132、对每对生态产品,计算不同时间滞后下的互信息,基于规范化最大互信息准则确定每对生态产品间的最优时间滞后,并判断生态产品之间是否存在因果影响,若存在,构建生态产品网络关系有向图,节点为生态产品,边的方向表示因果关系,边权重为规范化最大互信息准则值;步骤S133、获取预存储的生态产品间的因果关系先验知识,并转化为生态产品网络关系有向图的约束条件,采用带约束的结构学习算法,融合数据驱动的因果推断结果和专家知识,得到修正后的因果图;步骤S134、基于修正后的因果图构建动态贝叶斯网络模型,验证动态贝叶斯网络模型的预测性能,并根据预测结果调整生态产品网络关系有向图的网络结构;步骤S135、计算调整后的网络结构的拓扑参数,包括节点入度和出度、介数中心性、PageRank值和聚类系数;所述步骤S42具体为:步骤S421、调取样区的多维数据并进行标准化和异常值检测,获得标准化的多维数据;步骤S422、从标准化的多维数据中提取原始驱动因子并提取非线性特征,采用t-SNE方法对提取的非线性特征进行可视化,初步获得潜在的数据结构和簇;步骤S423、对每个驱动因子和生态产品价值量的时间序列进行多尺度熵分析计算,计算不同时间尺度下的样本熵,基于熵分析结果,初步筛选具有相似复杂度的驱动因子和生态产品价值量对;步骤S424、筛选的时间序列对应用动态时间规整算法,量化时间序列的相似性;基于DTW距离,构建时间序列因果网络,采用收敛交叉映射方法量化计算因果关系强度,获得与生态产品价值量最相关和最可能存在因果关系的驱动因子;步骤S425、构建并使用广义加性模型,以拟合生态产品价值量与关键驱动因子间的非线性关系;通过薄板回归样条对广义加性模型进行自动平滑参数选择;通过ANOVA分解评估每个驱动因子的贡献度,获得样区尺度生态产品价值量与驱动因子间的定量关系;所述步骤S43具体为:步骤S431、获取样区生态产品价值量数据及对应的驱动因子数据;收集流域尺度的空间变量数据和经济社会数据并预处理;步骤S432、提取地理空间特征,采用移动窗口法计算不同空间尺度的特征统计量;提取时间序列统计特征并计算滞后特征;基于地理空间特征和时间序列特征,生成交互特征;步骤S433、调用预构建随机森林构建尺度推演模型通过样区的核算结果将生态产品价值量推广至流域尺度,获得流域尺度的流域尺度生态产品价值核算结果;S44具体为:步骤S441、基于随机森林模型,选择重要性排名前N的驱动因子作为关键参数;N为大于3的自然数;步骤S442、对每个关键参数,计算敏感性指数,并敏感性指数的绝对值对参数进行排序,识别最敏感的局部参数;步骤S443、采用Sobol方法生成Latin超立方采样的参数组合,计算一阶敏感性指数、总效应指数和二阶交互敏感性指数,并分析筛选交互效应的参数对;步骤S444、收集专家对核算结果的数据,提炼关键校正建议并评分,计算Kendall'sW系数,以评估专家意见的一致性程度;步骤S445、将敏感性分析结果与专家评判结果进行对比,识别定量分析和专家意见存在显著差异的区域;步骤S446、对每个关键参数,计算校正系数,应用校正系数对原始核算结果进行调整,计算校正后结果的置信区间,步骤S447、计算校正后生态产品价值量的全局Moran'sI指数,评估整体空间聚集程度,计算局部Moran'sI指数,识别高值簇和低值簇,生成LISA聚类图;步骤S448、采用LOESS方法提取长期趋势,计算趋势斜率,识别上升或下降区域,采用STL分解季节性成分;检测时间序列中的变化点将检测到的变化点映射到空间上,分析变化点的空间分布模式;其中,水文模型采用SWAT;基于水量平衡原理,构建水资源配置模型;水环境模型采用WASP;水生态模型:结合生态位模型和种群动力学模型,模拟关键物种的分布和数量变化;通过模型间的数据交换接口,实现以上四个模型的动态耦合;步骤S22至S24进一步为:基于生态产品的时空尺度特征,匹配自然和社会经济数据的时空尺度;汇总流域水文、水环境、土地利用、遥感在内的自然本底数据,分析其时空分辨率;汇总流域人口、经济、产业在内的社会经济数据,分析其时空分辨率;计算自然和社会经济数据时空分辨率与生态产品时空尺度的匹配度;筛选匹配度高的自然和社会经济数据,形成支持生态产品核算的基础数据集;采用地学数据立方体方法实现多源异构数据的高效组织与集成;在流域尺度上构建规则的时空参考框架,形成数据立方体的基础网格;将基础数据集的时空属性信息映射到参考框架的时空维度上;将基础数据集的属性信息组织进参考框架的属性维度;建立数据集间的关联关系,包括语义关联、坐标关联和拓扑关联;基于关联关系实现数据立方体不同切片和视图的灵活调用;在流域尺度上,构建河湖水文、水资源、水环境、水生态过程的时空耦合模型;基于流域水文模型,模拟降雨-径流-泥沙-地下水时空过程;基于流域水资源配置模型,模拟流域供用水时空平衡;基于流域水环境模型,模拟河湖水质和水温的时空变化;基于水生态模型,模拟包括水生植被和浮游生物在内的水生态要素的生长演替过程;通过模型间的数据交换接口,实现不同过程模型间的动态耦合。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院,其通讯地址为:210029 江苏省南京市鼓楼区广州路223号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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