基于RS與GIS的區(qū)域景觀格局動態(tài)演變研究

李 吟，周新邵

(1﹒廣州歐科信息技術(shù)股份有限公司，廣州 510000；2﹒湖南城市學(xué)院 信息與電子工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

基于RS與GIS的區(qū)域景觀格局動態(tài)演變研究

李 吟1，周新邵2

(1﹒廣州歐科信息技術(shù)股份有限公司，廣州 510000；2﹒湖南城市學(xué)院 信息與電子工程學(xué)院，湖南 益陽 413000)

利用1990年和2005年Landsat TM遙感影像，在RS和GIS技術(shù)支持下，采用最大似然比分類方法和Fragstats軟件，計算衡東縣、衡山縣和衡陽市市轄區(qū)的9種景觀指數(shù)﹒結(jié)果顯示，3個研究區(qū)林地面積減少最多；耕地面積和耕地平均斑塊面積增加最多；耕地、建筑用地破碎度減少﹒其中衡東和衡山縣林地斑塊密度和林地破碎度增加，耕地斑塊密度減少；衡陽市市轄區(qū)斑塊密度和林地破碎度減少﹒筆者認(rèn)為，基于景觀指數(shù)分析能夠較好地揭示景觀空間結(jié)構(gòu)特征和區(qū)域空間分異狀況，為景觀生態(tài)區(qū)劃提供了一種新思路和方法．

景觀指數(shù)；TM；動態(tài)變化；景觀格局；RS與GIS

景觀是由多個生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的異質(zhì)性地域，由斑塊、廊道、基質(zhì)所構(gòu)成﹒該空間組合模式為景觀空間分析提供了方法，對景觀結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)的分析與表達(dá)更為具體和形象[1-2]﹒近年來，隨著遙感(RS)與地理信息系統(tǒng)(GlS)的發(fā)展，景觀生態(tài)動態(tài)變化研究也日益深入，形成了運(yùn)用遙感、地理信息系統(tǒng)與景觀生態(tài)學(xué)理論綜合研究大尺度生態(tài)系統(tǒng)空間格局的獨(dú)特模式，而利用景觀指數(shù)對空間格局進(jìn)行定量化研究則是這種研究模式的基本內(nèi)容[3-4]﹒本研究在RS與GIS技術(shù)支撐下，對衡陽3個研究區(qū)1990年和2005年兩個時期景觀生態(tài)空間變化進(jìn)行定量分析，研究其景觀生態(tài)變化的有關(guān)規(guī)律，為宏觀規(guī)劃和決策提供依據(jù)﹒

1 研究區(qū)自然概況

衡陽市位于湖南省中南部，湘江中游，東經(jīng)110°32'16"～113°16'32"，北緯 26°07'24"～27°28'24"﹒衡陽市轄雁峰區(qū)、石鼓區(qū)、珠暉區(qū)、蒸湘區(qū)、南岳區(qū)5個市轄區(qū)，衡陽縣、衡南縣、衡山縣、衡東縣、祁東縣5個縣，耒陽市、常寧市2市﹒土地總面積15 310.2 km2，地處湘中紅壤丘陵山地水土流失重點(diǎn)防治區(qū)﹒作為湖南省水土流失最為嚴(yán)重地區(qū)之一，有其獨(dú)特的脆弱性環(huán)境背景﹒

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用衡東縣、衡山縣、衡陽市市轄區(qū)6景冬季的TM影像數(shù)據(jù)，分別為1990-11-10 p123 r41、12-24 p123 r42和12-29 p124 r41，2005-12-06 p123 r41、12-19 p124 r41和12-19 p123 r42﹒為了消除由于獲取時間不同而導(dǎo)致的影像差異，對3景影像進(jìn)行了直方圖配準(zhǔn)和影像鑲嵌，并使用 1︰50 000地形圖對影像進(jìn)行了幾何校正(誤差控制在半個像元內(nèi)，符合精度要求)；采用最大似然比分類方法對經(jīng)過預(yù)處理的 TM 影像進(jìn)行分類(見圖 1、圖2)﹒景觀分類系統(tǒng)參照全國土地利用分類方法并結(jié)合研究區(qū)的具體情況，將研究區(qū)景觀分為耕地、林地、草地、水域、建筑用地等5種類型(見表1)﹒

在分類后影像主窗口中，打開 overlay/Classification對話框，修改錯分的景觀地物，統(tǒng)計分類后信息﹒生成分類混淆矩陣，計算分類精度，精度達(dá)到84.46%，達(dá)到了研究要求﹒

圖1 1990年景觀類型分布圖

圖2 2005年景觀類型分布圖

表1 1990年和2005年景觀類型特征指數(shù)

1990～2005年，研究區(qū)耕地面積增加最多，由665.60增至1 517.12 km2，所占比例19.57%升至44.64%，水體、建筑用地、草地、其他所占比例變化不大﹒林地大幅度減少，由1 779.08減至1 041.64 km2，所占比例由52.31%降至30.65%﹒

2.2 分析方法

景觀指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某方面特征的簡單定量指標(biāo)[5]﹒采用 Fragstats軟件，可以計算景觀 3個級別上(斑塊、類型、景觀)的40多個指標(biāo)﹒在指數(shù)計算過程中，先在ENVI軟件中將遙感影像轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)格式，再將遙感影像解譯的景觀類型矢量圖轉(zhuǎn)換成GRID格式，然后利用Fragstats計算出三期各類景觀的面積、斑塊數(shù)、平均斑塊面積及各類景觀分析指數(shù)，最后導(dǎo)入 Fragstats軟件，根據(jù)研究區(qū)特征在Run Parameters界面中的屬性欄中添加影像數(shù)據(jù)文件，選擇要計算的指數(shù)計算出相應(yīng)的量值﹒在景觀水平和景觀類型水平上選取以下反應(yīng)景觀結(jié)構(gòu)和景觀異質(zhì)性指數(shù)：

(1)景觀破碎度指數(shù)：斑塊密度(PD)，反映土地利用景觀斑塊空間分布的均勻程度﹒破碎度(塊/公頃)，指景觀被分割的破碎程度，一定程度上反映人類活動對景觀格局的影響﹒

(2)邊緣指數(shù)：TE(總邊界長度)﹒

(3)形狀指數(shù)：LSI(景觀形狀指數(shù))，用來表征斑塊形狀的復(fù)雜程度﹒

(4)密度大小及差異指數(shù)：平均斑塊面積(AREA(MN))﹒斑塊數(shù)(NP)，反映景觀的空間格局和異質(zhì)性，其值大小與景觀的破碎度呈正相關(guān)性，一般規(guī)律是NP大，破碎度高；反之亦然﹒NP對景觀中各種干擾的蔓延程度也有重要的影響，如某類拼塊數(shù)目多且比較分散時，則對某些干擾的蔓延(蟲災(zāi)、火災(zāi)等)有抑制作用﹒

(5)面積指數(shù)：最大斑塊指數(shù)(LPI)，有助于確定景觀的模地或優(yōu)勢類型等﹒其值的大小決定著景觀中的優(yōu)勢種、內(nèi)部種的豐度等生態(tài)特征；其值的變化可以改變干擾的強(qiáng)度和頻率，反映人類活動的方向和強(qiáng)弱﹒景觀類型面積(CA)，其值大小制約著以此類型拼塊作為聚居地的物種的豐度、數(shù)量、食物鏈及其次生種的繁殖﹒面積比重(PLAND)主要用來分析景觀結(jié)構(gòu)變化特征﹒

3 土地利用景觀格局變化分析

由表2可知，研究區(qū)衡東縣、衡山縣和衡陽市市轄區(qū)1990年至2005年景觀格局各指數(shù)變化如下﹒

表2 1990年和2005年衡東、衡山和市轄區(qū)景觀指數(shù)計算結(jié)果統(tǒng)計表

(1)景觀破碎度指數(shù)：林地、水體的斑塊密度和破碎度呈增加趨勢；建筑用地、耕地、草地斑塊密度和破碎度有所減小；但衡山縣的草地斑塊密度和破碎度有所增加﹒破碎度指景觀被分割的破碎程度，一定程度上反映人類活動對景觀格局的影響﹒

(2)邊緣指標(biāo)：水體的總邊界長度增加，建筑用地、林地、耕地、草地總邊界長度減少，但衡山縣的耕地和衡東縣的草地有所增加﹒

(3)形狀指標(biāo)：除研究區(qū)水體和衡山縣的草地增加外，其他景觀類型均為減少﹒形狀指數(shù)用來表征斑塊形狀的復(fù)雜程度﹒

(4)密度大小及差異：建筑用地和耕地平均斑塊面積增加最多，水體、林地和草地平均斑塊面積有所減少﹒但水體、林地斑塊數(shù)增加，建筑用地、耕地和草地斑塊數(shù)減少﹒

(5)面積指標(biāo)：水體和耕地的最大斑塊指數(shù)、景觀類型面積、面積比重均有增加，而建筑用地、林地和草地的面積指數(shù)(包括LPI，CA，PLAND)均有減少﹒

4 結(jié)論

本文利用 Landsat TM 遙感數(shù)據(jù)源結(jié)合最大似然比分類方法獲取研究區(qū)景觀分類圖，為景觀指數(shù)的自動提取與動態(tài)評價準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)條件，該方法相對其他數(shù)據(jù)源，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)更新周期快、費(fèi)用低的優(yōu)勢﹒研究結(jié)論表明：

(1)研究區(qū)林地面積減少最多，減幅達(dá) 41%，這主要是由于城市發(fā)展建設(shè)用地對林地景觀的增強(qiáng)所造成的﹒衡東和衡山在發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)上，使得林地面積減少，林地斑塊密度增加，景觀破碎度增加，這與整體實(shí)際是相符的﹒

(2)研究區(qū)耕地面積和耕地平均斑塊面積增加最多；耕地、建筑用地破碎度減少﹒這主要是受國家農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革政策的影響，政府和農(nóng)戶合理配置土地資源，科學(xué)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)，探索經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)和諧的發(fā)展之路[6-8]﹒

(3)研究區(qū)水體景觀面積和破碎度指數(shù)增加，這說明隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高,改善和建設(shè)水體景觀越來越受到人們的青睞﹒同時，水體面積指數(shù)的增加，也反映了人類活動對其影響程度越來越大﹒

(4)研究區(qū)景觀面積減少，景觀類型穩(wěn)定性降低，這主要原因是人為因素對景觀的干擾加強(qiáng)，城市發(fā)展、城市規(guī)劃過程中對景觀的保護(hù)規(guī)劃做的不足﹒規(guī)劃者要注意規(guī)劃中的保護(hù)，尊重其自然特性﹒

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(責(zé)任編校：陳健瓊)

Studies on Dynamic Changes of Regional Landscape Based on RS and GIS

LI Yin1,ZHOU Xin-shao2
(1. Guangzhou Okay Information Technology Co., LTD, Guangzhou, Guangdong 510000, China; 2. College of Information and Electronic Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China)

With the TM images in 1990 and 2005 and in the support of RS and GIS techniques, this paper applies the maximum likelihood classification and the Fragstats calculation software to calculate and analyze 9 landscape indices in three counties, Hengdong County, Hengshan County and Hengyang City.The studies have shown that for the three studied cities, the area reduction of woodland is the largest; while the area of farmland and the area of average patch of farmland rises most among all the landscape types; The degree of fragmentation of farmland and construction land reduces. Hengdong County and Hengshan County, PD (patch density) and degree of fragmentation of woodland increase, while PD of farmland decreases. For Hengyang City, both PD (patch density) and degree of fragmentation of woodland drop.According to the study, the authors regard that the analysis of landscape index can reveal the spatial structure characteristics of landscape and different conditions of region, so as to provide a new method for ecological zoning of landscape.

landscape index; TM; dynamic change; landscape; RS and GIS

TU982；TP79

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.03.0008

1672–7304(2017)03–0035–04

2017-04-08

李吟(1986-)，女，湖北荊州人，碩士，主要從事GIS技術(shù)應(yīng)用研究．E-mail: 455024870@qq.com.