廈門市城市景觀變化分析

陳盛銀

（福建省基礎地理信息中心，福建福州350003）

廈門市城市景觀變化分析

陳盛銀

（福建省基礎地理信息中心，福建福州350003）

以5個時相的遙感影像為數據源,提取了廈門市城市景觀信息；并通過對城市景觀變化進行的分析，提出了廈門市城市發展過程中存在的一些問題，為廈門市的城市發展提供參考。

城鎮化；遙感；信息提取；景觀指數；景觀分析

城鎮化無論在全球、區域及地方尺度都是對環境造成巨大影響的人類活動之一。在城鎮化進程中也逐漸突顯出了一系列問題，如資源配置問題，耕地與建設用地的矛盾，交通壓力的增加，社會問題等。20世紀90年代以來，人們已經廣泛認識到，在城市景觀水平基礎上研究格局和過程的關系，對合理進行土地利用規劃和管理及其可持續發展有著至關重要的作用。很多學者利用景觀生態學的原理從土地利用角度分析不同國家和地區的城市景觀演變，強調景觀空間格局對過程的影響，以及通過格局的改變來控制景觀功能[1]。遙感的特性十分適合作為景觀信息的提取手段。本文選取廈門市為研究區域，通過對廈門市城市景觀變化的分析，掌握了廈門城鎮化發展的景觀變化的情況，為廈門市的城鎮化合理發展提供參考。

1 研究區與數據源

廈門市系計劃單列市，經濟特區，位于福建省南部沿海，北緯24°25＇～24°54＇，東經117°53＇～118°25＇；其東鄰泉州南安市，北接泉州安溪縣，西與漳州長泰縣、龍海市接壤，南與漳州龍海市、泉州金門縣隔海相望。現轄思明、湖里、海滄、集美、同安、翔安6區，共13個城鎮24個街道，人口353萬，陸地面積1 565 km2，海域面積300 km2。

廈門市屬亞熱帶季風氣候，溫度適宜，是一個海灣型城市。它包括陸地生態系統、海洋生態系統及沿海濕地生態系統；西、北、東北邊境以丘陵為主，海拔在500～900m，濱海平原地面高程在50m以下；森林主要分布在同安區、翔安區、集美區北部、海滄區的蔡尖尾山和思明區的萬石山國家級風景區。

廈門市是較早的沿海開放城市之一，早在1980年國務院就批準將湖里村劃出2.5 km2為經濟特區，1984年經濟特區擴大到全島及鼓浪嶼區。廈門市還是海峽西岸經濟區建設的龍頭城市之一，在改革開放進程中始終走在前頭，各方面都取得了很大的成就。因此廈門的發展模式對海西的發展大局具有參考意義。

本研究選取5個時相的中分辨率遙感影像數據作為數據源，見表1。

表1 影像數據源

2 遙感數據處理

遙感數據的處理主要包括影像精校正、光譜增強、空間增強等步驟[2]。

由于所選用的影像數據未經校正，無法進行精確地定位和疊加，所以需要進行精校正。對于TM/ETM+及Cbers2B數據常用多項式校正，精度一般控制在1個像元以內。原始影像未進行色彩增強處理，不適合用于直接判讀，因此一般都要進行光譜增強處理，主要包括波段組合和色彩拉伸。對于TM/ETM+及Cbers2B通常都采用 543組合，比較符合人們的視覺習慣。但對于植被的判讀 432波段組合更有優勢，具體采用哪種波段組合在實際的判讀中根據地類的不同可適當地選擇。空間增強主要是通過全色和多光譜數據的融合處理，這樣既提高了空間分辨率又很好地保留了多光譜數據的色彩信息。

3 城市景觀信息提取

地物的光譜特征因地物的不同而不同，但同一地物在不同的內部結構和外部條件下的反射率也有所不同，一般說地物的反射率隨波長變化有一定的規律可循，這是遙感信息提取的基本原理之一[3]。對于光學遙感數據來說，特別是TM/ETM+及Cbers2B數據，由于其波段數量多，光譜信息豐富更適合通過光譜信息來提取地類。通過對廈門市城鎮化特點和該地區遙感影像數據的特點分析認為，可將土地利用類別分為：建設用地、林地、耕地、未利用地、海域（包含海水和灘涂）和陸地水域。

本研究的信息提取主要是運用以監督分類中的最大似然比分類法為主，指數提取法、知識分類法為輔的多種信息提取手段相結合的方法。不同的提取方法綜合利用可以互補，獲得較好的效果。最大似然比分類法是一種經典的遙感分類方法，主要是對樣本的光譜信息進行統計分析，然后對整個影像進行一系列計算求出每個像素對于各類別的歸屬概率，把該像元分到歸屬概率最大的類別中去，完成分類過程[4]。從地類的特性上來看，指數提取的方法往往效率更高且結果更理想，比如藍、綠波段對于水體來說具有很好的穿透力，可以直接利用密度分割的方法提取水體；而NDVI指數是專門用于提取植被信息的；建筑指數則是用于提取建筑物的。通過這些特定類別的提取再結合監督分類的結果進行比較，然后整合得到較好的分類結果。

4 城市景觀變化計算及分析

本研究采用柵格數據版本的 FRAGSTATS v3.3在ArcVIEW環境下進行各種景觀指數的計算。FRAGSTATS是由美國俄勒岡州立大學森林科學系開發的一個景觀指標計算軟件，可以計算多達 277個景觀指標。通過試驗表明本研究中景觀類別最適宜的粒度[5-7]為15m。由于許多指標之間都是高度相關的，本研究選取5個指標（具體的公式計算都引自FRAGSTATS說明文檔）,分別從景觀層次和景觀類別層次上對 5個年份廈門市景觀變化進行計算（見圖1）：

景觀形態特性采用：斑塊密度 (PD)、平均形狀指數 (LSI)、分維度指數（FRAC）。

景觀組成特性采用：斑塊數破碎化指數（FN1）、shannon多樣性指數（SHDI）。

1）斑塊密度。斑塊密度可以反映景觀空間結構的復雜性，這取決于土地覆蓋類別的多樣性和規模。斑塊密度越大表明破碎化狀況越嚴重，空間異質性越大，反映了景觀空間結構的復雜性；斑塊密度小，說明其數量少且連通性好。從1986年到2006年，斑塊密度呈上升趨勢，2006年到2009年呈下降趨勢，說明1986年到2006年破碎化狀況較嚴重，空間的異質性在擴大，空間結構越來越復雜；2006年到2009年，破碎化程度下降，景觀空間結構的復雜性降低，連通性好。

圖1 5個景觀指標計算結果

2）平均形狀指數。斑塊形狀指數值越高，代表斑塊體形狀越不規整。當嵌塊體為圓形或方形時則值等于1，當形狀變得為不規則時該指數值就沒有限制。從1986年到2009年總體呈上升趨勢，表明斑塊的形狀更加不規則，人工干預大，土地開發力度在逐年加強。

3）分維度指數。分維度指數可以直觀地理解為不規則幾何形狀的非整數維數，可以用來描述形狀的復雜程度。分維數值界于1～2之間，分維數越接近于1，斑塊的自相似性越強，斑塊的形狀越有規律，斑塊的幾何形狀越趨于簡單，表明受干擾的程度越大，因為人類干擾所形成的斑塊一般幾何形狀較為規律，易出現相似的斑塊形狀。

4）斑塊數破碎化指數。1989年到2006年景觀斑塊破碎化程度加大，2006年達到最大，2006年后呈下降趨勢，這和斑塊密度的趨勢一致，說明 1986年到2006年破碎化狀況較嚴重，空間的異質性在擴大，空間結構越來越復雜。2006年到2009年，破碎化程度下降，景觀空間結構的復雜性降低，連通性好，說明土地在連片開發，進行空間結構優化。

5）shannon多樣性指數。景觀多樣性指數的大小反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。當景觀由單一要素構成時,景觀是均質的,其多樣性指數為0。由2個以上要素構成的景觀,當各景觀類別所占比例相等時,其景觀多樣性為最高。當各景觀類別所占比例差異增大，則景觀的多樣性下降。景觀多樣性可用shannon多樣性指數來描述。1986年到2006年shannon多樣性呈上升趨勢，2006年到2009年略有下降。

5 結 語

通過對5個時相，跨度近25年的廈門市城市景觀的計算與分析，可以看出隨著廈門城市規模的擴大，人為活動范圍在不斷增加，土地資源的過度開發造成大量耕地資源減少，林地、草地、陸地水域、海域也不同程度的萎縮，這些對生態環境有直接的影響。同時城市發展過程中工業建設和居民建設也在一定范圍造成城市熱島效應，對人類的生存環境造成很大的影響。

按照福建省中長期規劃，至2020年全省的城鎮化率計劃超 62%。隨著城鎮化進程的不斷推進，必然使城市建設用地的空間不斷向外拓展，也將日益成為現在及未來幾十年福建省土地利用變化的主要特征。然而，土地自然供給的剛性、耕地資源的稀缺性與城市建設對土地無限需求的矛盾，將決定城市發展的道路不能再單獨依賴用地規模的無限擴張，在城市發展的同時更要注意生活環境的改善與生態文明的建設。

[1] 鄔建國.景觀生態學-格局、過程、尺度與等級[M].北京：高等教育出版社，2000

[2] 湯國安，張友順，劉詠梅，等.遙感數字圖像處理[M].北京：科學出版社，2004

[3] 彭望琭，徐先川，周濤，等.遙感與圖像解譯[M].北京：電子工業出版社，2003

[4] 曾志遠.衛星遙感圖像計算機分類與地學應用研究[M].北京：科學出版社，2004

[5] 布仁倉，李秀珍，胡遠滿，等.尺度分析對景觀格局指標的影響[J].應用生態學報，2003，14(12)：2181-2186

[6] 張東水，蘭樟仁,邱榮祖.閩江口濕地遙感影像最佳景觀觀察尺度的選擇[J].遙感信息，2006(04)：30-33

[7] 申衛軍，鄔建國,林永標，等.空間粒度變化對景觀格局分析的影響[J].生態學報，2003，23(12)：2506-2517

Application of Landscape Changes of Xiamen City

by CHEN Shengyin

This paper studied changing of Xiamen'slandscape that extracting from5 time phases remote sensing images.It found some limitations in city development of Xiamen.The result should provide reference to urbanization.

urbanization，remote sensing，information extraction，landscape index，landscape analysis

2012-04-01

P208

B

1672-4623(2012)03-0034-03

陳盛銀，高級工程師，主要從事地理信息系統技術的應用與研究。