城市綠地信息采集監測研究

劉向增

摘 要：社會的高速發展，人類正在以前所未有的規模和強度影響壞境，改變甚至破壞自然生態系統，致使生態系統受到越來越大的損害，已危及到人類自身的生存。[1]城市綠地作為城市生態系統的重要組成部分，是城市生態系統的一個重要指示器。該文以某城市2001年和2007年兩個時期的遙感圖像為基礎，借助3S技術、數理統計技術以及景觀生態學等理論對該城市綠地進行動態監測及綠地景觀格局變化分析。通過對遙感影像的分析研究，提取一個區域的綠地變化信息，分析出綠地的分布狀態和變化趨勢，掌握綠地景觀類型面積變化大小，年變化動態度，進而進行綠地動態變化的驅動力分析。在景觀水平上，從兩期的景觀指數對比：找出綠地變化趨勢，通過統計分析得出其背后的原因，進一步推斷出導致該區域的綠地分布狀況的社會原因，這些變化表明研究區大塊面積景觀減少，多樣性增加，綴塊之間的聚集程度減少，景觀異質性增加。城市綠地動態監測及景觀格局變化的分析，能得出或預測該社會的經濟的發展趨勢，并進一步幫助相關部門做出正確的決策，使該區域的經濟、環境等朝著一個良好的方向發展。因此，及時掌握城市綠地的變化規律，對未來的規劃具有重要的意義。

關鍵詞：城市綠地 綠地景觀格局 綠地信息提取 驅動力分析 動態監測

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0007-03

植被長期以來一直是地理環境的指示器，它的長勢與它所處的環境的氣候、地貌、土壤等因素有關，對地理環境的依賴性較強，對其他因素的變化反映也較敏感。2000年J.Gmasek等在的時候對華盛頓地區進行了城市擴展動態遙感監測，利用1973、1985、1990和1996年MSS影像和TM影像，采用NDVI差值法，利用空間紋理信息，設定一定的限制條件剔除了農業用地變化信息，準確提取出1973-1996年城市擴展的區域。郭程軒、劉小平等以廣州市、深圳市為例，通過對遙感圖像的校正、增強、變換和相關性分析等預處理，實現了TM圖像的信息提取和精度分析，2004年對綠地信息的提取研究，以0.61m的快鳥影像數據作為主要信息源，SPOTS衛星影像作為補充用于對快鳥（QB）的云層覆蓋區域進行修補，同時與快鳥（QB）影像進行對比分析，輔助提取了相關特征要素，先用像元信息分解法從TM影像中分離出來，再以分離出來的綠地作為分類掩膜，采用BP神經網絡法進行分類。結果表明：該方法保證了分類時綠地的純潔，有效地排除和避免了提取綠地信息時其它多余信息的干擾和影響，提高了分類的精度。

該文并不單純的研究單一的植被，而是研究植被的集合——綠地。綠地在一個區域生態平衡中扮演著重要的角色[2]，它是區域的氧源，更是電磁輻射、噪音及多種有害氣體的良好吸收體[3]。綠地的現狀預示著區域現狀以及未來的發展趨勢。因此，通過對城市綠地遙感影像的分析研究，分析出綠地的分布狀態和變化趨勢，從而達到對區域生態以及經濟社會的預測變得尤為必要。

1 遙感影像處理

該文以某城市為研究區域，利用該城市2001年和2007年的TM/ETM+圖像等一系列資料，分析了城市2001-2007年兩個時段內生態環境動態變化和景觀生態格局變化。在分析該城市土地利用空間格局時，用軟件Fragstats3.3選擇性對城市的景觀指數進行計算，并依據各指數進行空間分布規律分析。

利用ERDAS9.2軟件對所用圖像進行數字圖像處理。首先對圖像進行輻射校正，幾何精校正，最佳波段組合，最后進行圖像增強處理。圖像增強處理時，該文主要采用多波段的融合來達到遙感影像的增強，在多波段融合的過程中，挑選出效果較好的一種進行融合處理，生成分類數據源。

通過動態度來評價以及綠地景觀生態格局空間變化分析，實現對城市綠地動態監測。分析綠地景觀格局時空變化過程和變化規律，可為城市可持續發展的實現提供重要的科學依據。

該文研究中采用的區域影像是ETM，根據其特點建立本區的解譯標志，主要將土地類型分為：水域、建設用地、林地、園地、公園與綠地、農用地、未利用地。典型地物標志集見表1。

在遙感影像分類中，按照是否有已知訓練樣本的分類數據（或根據人工參與程度），可分為兩大類：監督分類與非監督分類。該文通過對遙感影像的非監督分類和監督分類的分類效果的對比，篩選出精度比較高的分類方法以便進行分類工作，提取出高精度的分類結果。通過觀測比較，非監督分類有些像元出現錯位，比如非監督分類中把公園里的綠地信息分到了未利用類型中。從視覺效果角度認為監督分類比見較合理。分類對比見表2、3和圖1、2、3。

2 城市綠地信息動態監測

2.1 綠地數量變化分析

通過對兩期的遙感分類影像圖進行統計見表4。

為了研究某城市綠地面積的變化情況，采用土地利用類型中的動態度來對城市綠地進行分析。該動態度指數可反映土地利用類型的變化幅度和變化速度，也易于通過類型間的比較反映變化的類型差異，從而探求其背后的驅動或限制因素[4]，其表達式為：

（為時段內某種土地利用類型的動態度；和分別為監測初始m和結束n時刻，某種土地利用類型的面積；為監測時段長度，當以年表示時段時，為某種土地利用類型的年動態度）

根據動態度公式，統計出2001-2007土地利用/覆蓋類型動態度表，時間測度為年。見表5。

表中分析得出結論，6年間，該城市建成區內，水域、建設用地的增加的趨勢，綠地、未利用地、農用地、林地面積都有所減少的趨勢。

2.2 綠地景觀空間格局變化分析

為了分析該城市綠地景觀結構特征及景觀結構與人類活動的關系，應用景觀空間格局的定量描述指標可以對綠地空間差異進行定量分析，對不同時期的指標進行比較，也可以把城市綠地變化的實踐過程與空間特征聯系起來。該文選用了下列景觀特征指數：景觀要素綴塊大小（包括平均綴塊面積和最大綴塊指數）、綴塊分維數、綴塊形狀指數、多樣性指數、均勻度指數、散列與并列指數、蔓延度指數。將遙感分類圖導入FRAGSTATS3.3進行相關指標的計算，見表6。

根據表6中結果得出如下結論：從綴塊數目上看，2007年較2001有所上升，說明綠地被分散化，而不再像以前那種大規模的存在了；從最大綴塊面積上看，也說明2007年的綠地較2001年被分散了；從綴塊平均面積，綴塊平均面積反映的是景觀要素綴塊規模；2007年的綠地的規模較2001年有所降低；從分維數看，2007年分維數較2001年有所上升，說明2007年綠地的復雜性增強。

2.3 綠地變化驅動力分析

該城市綠地變化驅動力體現在城市化快速發展、城市綠化措施和自然因素三個方面。2001-2007年，該城市在此期間城市化水平發展迅速，到2007年末全市城鎮人口比重已達22.85%，且處于中小等城市化水平。該過程中，城市人口增加，房地產開發加劇，農業需求不斷加大導致城鎮用地和農業用地大量出現，并不斷聚集，分別在城區和城郊占據絕對優勢，呈大面積聚集分布，構成城市景觀的主體；老城區由于建筑密度大，不少綠地被擠占，綠地增長率偏低，公共綠地、覆蓋率的增長與提高的速度較慢。城市綠化用地受到城區的城鎮用地和城郊農業用地的雙重壓力，導致小面積斑塊逐漸被其他用地類型蠶食和侵占，同時景觀破碎度有所下降，空間聚集度上升，生態用地類型在景觀中逐漸呈現綴塊分布。

該文研究區域是城市城區，涉及到的林地較少，而且由城區的擴展，導致城區的林地面積減少。由于綠化的需要和城市用地的雙重壓力，導致該城市綠地從以前的大而廣的格局向分散的格局變化。不過由于其數量和分布的局限性，并不足以改變全區的生態綠化用地景觀格局改變的趨勢。從2001年地面調查結果分析，城區林地面積減少，而相對草坪綠地面積則有所增加。見表7。

自然因素對城市綠地景觀的作用主要體現在地形因素、病蟲害以及降水等對綠地及其景觀格局的影響。許多綠化用地由于處于北部的山地，其開發成本與難度較大，因此避免了被大量破壞，而處于地勢平緩地區和城鎮內部的生態綠化用地，尤其是小面積斑塊，則被建設用地大量侵占，這也是城市綠地景觀斑塊個數和密度減少幅度遠大于其總面積減少趨勢的原因。

3 結語

城市綠地作為城市生態系統的重要組成部分，是城市生態系統的一個重要指示器。它的組成現在主要決定于人為因素，因此，使用遙感技術來實施對城市綠地的動態監測，有著重要意義。該文研究城市綠地信息的動態監測的方法，以某城市建成區城市綠地為例，在充分借鑒前人研究成果的基礎上，對該城市綠地信息進行了提取及動態檢測，并對其經濟效益進行了初步的探討。

參考資料

[1] 郭晉平.關帝山森林景觀空間格局及其動態的研究[D].北京：中國科學院·自然綜合考察委員會，1997.

[2] Aber，J.D.Nit rogen cycling and nit rogen saturation in temperate forest ecosystems[J].Trends in Ecology and E2 volution，1992（7）：220-224.

[3] 車生泉，王洪輪.城市綠地研究綜述[J].上海交通大學學報（農業科學版），2001（3）：229-234.

[4] Thomas H C Le.Frank L Scarpace and Thomas M Lillesand Use of multitemporal spectral profiles in agricultural land-cover classification[J].PE&RS，1986，52（4）：535-544.