高分辨率遙感影像的景觀格局分析

陳志云，李偉忠

（嘉應學院地理科學與旅游學院，廣東 梅州 514000）

高分辨率遙感影像的景觀格局分析

陳志云，李偉忠

（嘉應學院地理科學與旅游學院，廣東 梅州 514000）

以景觀生態(tài)學理論為研究基礎，以高分辨率遙感影像等為數(shù)據(jù)源，利用RS和GIS技術，將梅州城市規(guī)劃區(qū)的土地利用類型分為耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)用地及公路用地、湖泊水面、河流水面、裸地、灘涂等9類，并從景觀的基本構成、景觀水平的破碎化與多樣性、不同景觀斑塊的空間格局特征等進行了研究分析；并提出對研究區(qū)合理規(guī)劃土地開發(fā)利用的建議。

高分辨率遙感影像；景觀格局；景觀指數(shù)；梅州城市規(guī)劃區(qū)

自20世紀80年代初期以來，遙感技術迅速成為景觀格局研究的重要技術支撐手段，極大地促進了景觀定量研究的發(fā)展和景觀結構、格局及動態(tài)分析的不斷深入，為各種景觀模型的建立與發(fā)展提供了充實的資料[1]。高光譜分辨率遙感是指利用很多很窄的電磁波波段，從感興趣的物體獲取有關數(shù)據(jù)[2]。近年來，國內(nèi)外許多學者都開展了區(qū)域景觀格局的研究，R.D. Swetnam等運用GIS建模分析功能建立生態(tài)模型，對景觀格局的變化過程進行模擬，并以此指導城市與鄉(xiāng)村土地利用規(guī)劃[3]；Hannes Palang等運用多樣性指數(shù)對20世紀Estonia景觀多樣性的變化特征進行了研究，指出景觀多樣性存在地域差異[4]；陳文波等運用景觀指數(shù)對遼河下游景觀格局進行了研究[5]；劉延國等以高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)為源，利用RS和GIS技術對九寨溝自然保護區(qū)景觀的空間分布和結構特征進行了分析研究[6]；馬琳等以南京市土地利用現(xiàn)狀圖為主要基礎資料，利用GIS軟件和景觀生態(tài)軟件研究了該市公園綠地景觀單元特征和景觀異質(zhì)性[7]等。這些研究，均表明景觀格局研究對揭示全球變化的重要意義，同時也為后續(xù)的相關研究打下了堅實基礎。本文以梅州城市規(guī)劃區(qū)高分辨率遙感影像、野外實地調(diào)查資料和各種相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用 ENVI4.4軟件解譯得到該區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖，然后利用景觀格局定量化分析軟件Fragstats3.3計算景觀指數(shù)，對該區(qū)進行了大比例尺的景觀結構和景觀格局分析，以期為該區(qū)的土地開發(fā)利用提供一定的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概述

梅州市位于廣東省東北部，現(xiàn)轄梅江區(qū)、興寧市、梅縣、大埔縣、豐順縣、平遠縣、五華縣和蕉嶺縣 6縣1市1區(qū)，是廣東省內(nèi)經(jīng)濟欠發(fā)達的主要地級市之一，也是世界聞名的客家歷史文化名城。梅州市是南亞熱帶和中亞熱帶氣候區(qū)的過渡地帶，地處五嶺山脈以南，全市85%左右的面積為海拔500 m以下的丘陵山地，受太平洋和山地的特定地形影響，形成夏日長、冬日短、氣溫高、冷熱懸殊、光照充足、氣流閉塞、雨水豐盈且集中的氣候。該市梅州城市規(guī)劃區(qū)位于梅州市的中部，包含梅州市區(qū)，西部和北部毗鄰梅縣，東部和南部毗鄰蕉嶺縣和豐順縣，南北縱長33.8 km，東西寬22.1 km，面積約298 km2。該區(qū)的土地利用情況為：一部分是城市建設用地，城市后備用地資源、城區(qū)郊外還有小部分耕地；另一部分是未利用土地、剩下的大部分都是林業(yè)用地。

2 數(shù)據(jù)來源和處理方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及其處理

本文采用的主要數(shù)據(jù)源是梅州城市規(guī)劃區(qū)2007年12月份的高分辨率QuickBird影像數(shù)據(jù)，圖像合成后分辨率達到2.4m。利用遙感影像處理軟件ENVI4.4對研究區(qū)的QuickBird影像進行預處理，配準后進行幾何校正、波段融合等，然后在此基礎上采用最大似然法進行監(jiān)督分類,分類精度達90.56，然后再選取若干有疑問的土地類型進行實地考察，修正有誤的分類結果，最后結果見圖1。在ArcGIS9.2中將監(jiān)督分類后的結果轉化為柵格數(shù)據(jù)，再利用景觀格局定量分析軟件Fragstats3.3進行景觀指數(shù)的計算（考慮到軟件的運算能力，本研究中輸出柵格的大小設為10m×10m），然后分析該區(qū)的景觀格局。

景觀分類體系的建立和科學合理的分類是進行土地利用分類信息提取和景觀格局分析的必要前提。在對研究區(qū)實地調(diào)查與分析的基礎上，參照《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術規(guī)程》和《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查手冊》，結合本地實際情況，將研究區(qū)的土地利用類型分為耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)用地及公路用地、湖泊水面、河流水面、裸地、灘涂等9類，作為本研究使用的景觀分類體系。

圖1 分類結果圖

2.2 景觀指數(shù)確定和計算

由于景觀指數(shù)數(shù)量多且新理論在景觀生態(tài)學中的應用不斷推陳出新，目前，對景觀指數(shù)的分類還未形成統(tǒng)一的標準。參考不同景觀格局指數(shù)的內(nèi)涵及研究需要，本研究選取斑塊類型面積、斑塊密度、最大斑塊占景觀面積比等描述景觀的基本構成；選取香農(nóng)多樣性指數(shù)來表征景觀水平的破碎化與多樣性；選取平均斑塊面積指數(shù)等描述不同景觀斑塊的空間格局特征(見表1),景觀指數(shù)計算結果見表2。

表1 景觀斑塊的空間格局特征

表2 各土地類型的景觀指數(shù)

3 景觀格局分析

由斑塊面積分類統(tǒng)計結果圖可知，研究區(qū)林地面積最大，占研究區(qū)總面積的 38%；草地面積也占到約23%；然后為耕地，約占15%；城鎮(zhèn)面積約占16%；河流湖泊的面積總共約為18 km2，約占7%，其他類型合計所占比例約為總面積的1%。這表明林地、草地是梅州城市規(guī)劃區(qū)景觀類型的主體，其次為城鎮(zhèn)用地和耕地。這主要因為該區(qū)為低山丘陵地帶，山地占土地類型的比例高；而且本區(qū)地形為盆地結構，中間低四周高，山地不容易開發(fā)，受人類活動影響少，城市外圍的植被保持比較完好，所以林地的面積比例最高。各景觀類型的斑塊面積占研究區(qū)總面積的比例如圖2所示。

圖2 斑塊面積比例示意圖

從圖3的斑塊數(shù)目和圖4斑塊密度中可以看出，近年來人口的增加和城市化進程的加快都促進了建筑用地的增加，隨著建筑用地的開發(fā)，原來的土地更多地被用作建設用地，導致草地和耕地的破碎化程度很高，形成許多單獨的小斑塊。

圖3 斑塊數(shù)目

圖4 斑塊密度

從最大斑塊占景觀面積比來看，林地景觀的優(yōu)勢度是該區(qū)最高的。從圖 5中可以看出研究區(qū)域的斑塊平均規(guī)模最大的是林地，其次為河流水面、城鎮(zhèn)用地、草地、灘涂、耕地、湖泊水面、交通用地、裸地，這也說明了梅州城市規(guī)劃區(qū)的林地分布比較集中，受人類活動的干擾比較少，破碎度比較低。

圖5 平均斑塊面積

香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI反映景觀要素的多少及各景觀要素所占比例的變化。當景觀由單要素構成時，景觀是均質(zhì)的，其多樣性指數(shù)為0；當景觀類型增加或者不同景觀類型所占面積比例趨于相似時，多樣性指數(shù)隨之上升，當各景觀類型所占面積比例相等時，其景觀多樣性最高。本文的香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI為1.709，說明本研究區(qū)的景觀要素多樣性比較高。

4 結果與討論

結果表明，研究區(qū)內(nèi)的不同景觀類型所占比例差異較大，林地景觀因近年來土地整理的實施和地形的影響，以大面積且形狀較規(guī)則的斑塊廣泛地分布，成為優(yōu)勢景觀類型；耕地和草地的景觀破碎度最高，受人為干擾和破壞最為嚴重；城鎮(zhèn)用地及公路用地景觀的斑塊幾何形狀簡單且規(guī)則，但受人為干擾程度大。由于缺少其他時相的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，不能從時間尺度上看該區(qū)各個景觀的變遷情況，這是本文的一個遺憾，期望以后能收集更多不同時段的數(shù)據(jù)，進一步完善該研究。

針對該研究區(qū)的景觀現(xiàn)狀，在以后的土地開發(fā)與利用方面應合理規(guī)劃，加大土地的有效利用，杜絕耕地的無序開發(fā)利用；實施退耕還林、還草，特別是在坡度較大的地區(qū)，降低境內(nèi)的水土流失；加大對鄉(xiāng)村居民點和城鎮(zhèn)的規(guī)劃力度。城區(qū)空地少，綠地條件差，需要充分利用沿道路兩旁的空地，設置行道樹和綠化帶，將各公園專用綠地結合起來，使之形成網(wǎng)絡，必將有效地提高綠地覆蓋率，改善本區(qū)的生態(tài)環(huán)境，讓梅州城市規(guī)劃區(qū)成為一個更加宜居的城區(qū)。

[1] 浦瑞良,宮鵬高.高光譜遙感及其應用[M].北京：高等教育出版社,2000

[2] 劉瑞芳.基于3S技術的平頂山市土地利用景觀格局分析[J].平頂山工學院學報,2007,16(1):1-3

[3] R.D.Stedman.Applying Ecological Models to A ltered Landscapes:Scenario-testingw ith GIS[J].Landscapeand Urban Planning,1998，41：3-18

[4] HanesPaling.LandscapeDiversity Changesin Estonia[J].Landscape and Urban Planning,1998,41:163-169

[5] 陳文波,肖篤寧,李秀珍.景觀指數(shù)分類、應用及構建研究[J].應用生態(tài)學報,2002,13(l):121-125

[6] 劉延國,彭培好,馮山,等.基于GIS的九寨溝自然保護區(qū)景觀格局分析[J].西北林學院學報,2010,25(1):162-165

[7] 馬琳,陸玉麒.南京市主城區(qū)公園綠地景觀格局分析[J].地域研究與開發(fā),2010,29(3):73-76

Landscape Pattern Analysis Based on High-resolution Remote Sensing Image

by CHEN Zhiyun

On thebasisof landscapeecology theory,using high resolution remotesensing dataas sources,using RSand GIS techniques,the planning areaofMeizhou City was divided into 9 land use types,including cultivated land,forest,grassland,urban land and highway land,lake,river,bare land and beaches.The basic structure of the landscape,the fragmentation and diversity of landscape-level and the spatial pattern characteristicsof different landscape patcheswere studied and analyzed.At last,some recommendationswereproposed to rationalplanning land developmentand utilization of the study area.

high-resolution remote sensing image，landscape pattern，landscape indexes，planning areaofMeizhou City （Page:78）

P237.3

B

1672-4623(2011)02-0078-03

2010-07-27

項目來源：廣東省普通高校人文社科重點研究基地嘉應學院客家研究院招標課題（08KYKT07）；嘉應學院地圖學與地理信息系統(tǒng)重點扶持學科資金資助項目。

陳志云，碩士，主要研究自然資源開發(fā)利用和3S技術應用。