基于rs和gis的湖北省辗轴悬臂法多尺度景观格局定量分析

基于rs和gis的湖北省辗轴悬臂法多尺度景观格局定量分析

区域景观结构反映了不同区域空间中的各种景观结构。通过对区域内各种景观类型的数量结构、空间结构及组合结构进行分析,可以反映一个区域内景观的特点和优劣势,从而为合理开发利用土地以及编制土地利用规划等提供依据。本论文通过大量的资料收集和实地调研,以景观生态学原理为基础,以2005年IRSP6影像数据和地面GPS采集数据为主要依据,在3S技术支持下,对蕲春县土地类型进行景观分类,并建立属性数据库,通过景观格局指数分析法,对蕲春县土地利用景观格局进行定量的分析研究。1土壤气候条件蕲春县地跨东经115°12′～115°56′,北纬29°59′～30°40′之间。地处鄂东边陲,大别山南麓,长江中下游北岸,地势北高南低,北部为山区,中部为丘陵地带,南部为平畈围区。属亚热带大陆性季风气候,四季分明,雨量充沛,气候温和。县域面积2398km2,总人口94.97万人。2学习方法2.1土地利用类型优化利用印度IRSP6卫星数据和GPS采集到的地面GCP数据,采用ENVI对影像图进行数据处理,利用ArcGIS9.2对各种土地利用类型进行小班区划,利用Geodatabase建立数据库,最后生成景观类型专题图;利用ArcGIS9.2把统计的矢量数据转换为栅格数据,导入Fragstats景观格局软件,选取有代表性的景观格局指数,进行分析,技术路线如图1所示。2.2基于印sp6遥感遥感数据的监测技术范围所涉及的1∶50000的地形图共13幅;《湖北省蕲春县山区综合开发“十一五”(2005～2010年)规划》;2005年印度IRSP6卫星遥感数据;全县以乡镇为单位的行政区划界线电子图。2.3景观类型划分本次研究中,以遥感解译为主导,以《土地利用现状分类》(GB/T21010—2007),《村镇规划标准》(GB50188—93),以及《森林资源规划设计调查主要技术规定》(林资发61号)为基础,将土地划分为11个景观类型:针叶林、阔叶林、灌木林、疏林地、无林地、水田、旱地、河流、湖泊和水库、其它水域、其它(主要为村镇建设用地)。2.4属性的艺术表达本研究利用2005年印度IRSP6卫星遥感数据,其全色波段空间分辨率为5.8m,多光谱空间分辨率为24m。采用ENVI4.2对遥感影像图进行数据处理,包括几何校正、图像融合、图像拼接、图像增强,通过GCP数据,对图像进行几何精校正;利用配准好的地形图、全县行政区划界线电子图等资料,对图像进行裁剪,并结合野外调查建立的解译标志,通过传统的目视判读,在人机交互方式下,利用ArcGIS9.2对各景观类型进行边界勾绘并赋属性值,在Geodatabase直接建库。在精度检验中,各景观的分类精度均≥85%,基本满足对县域景观类型宏观掌握的要求。合并并整理属性数据库,利用拓扑关系,经过编辑与整饰,生成景观类型分布图(如图2)。3选取景观指标利用ArcGIS9.2把统计的矢量数据转换为成栅格数据,导入Fragstats软件,选取的7种景观指标如下:斑块数(NP)、斑块类型面积(CA)、平均斑块面积(MPS)、斑块密度(PD)、边缘密度(ED)、聚集度(AI)、分离度(DIVISION)。对蕲春县11个景观类型,进行斑块特征分析、景观异质性分析和空间关系分析。3.1调整景观斑块的面积和高度统计得到蕲春县景观斑块特征(见表1),得到以下结论。(1)蕲春县景观斑块总数为5410,各种景观所占比例大小关系为:其它>针叶林>疏林地>水田>旱地>其它水域>无林地=阔叶林>湖泊和水库>灌木林地>河流。斑块数量最多的是其它(主要为村镇建设用地),针叶林和灌木林地斑块数较多,耕地中以水田斑块数略多于旱地,水域中其它水域斑块数最多。(2)蕲春县景观斑块总面积为238924.39km2,各景观所占面积的比例关系为:针叶林>其它>水田>疏林地>湖泊和水库>旱地>河流>其它水域>无林地>阔叶林>灌木林地。蕲春县各景观类型中,针叶林的面积最大,占总面积的33.4%,为主要的森林类型。(3)蕲春县景观类型中,各种景观平均面积所占比例的大小关系为:河流>湖泊和水库>针叶林>水田>旱地>疏林地>其它>无林地>其它水域>阔叶林>灌木林地。说明河流、湖泊和水库成大面积连片聚集状态分布,景观连接度较高,利于生物多样性的存在与发展。而灌木林地、阔叶林、其它水域、无林地用地分布零散,表现在景观上比较破碎。3.2斑块密度对景观复杂程度的指导意义对异质性的研究可通过斑块破碎化指标(如斑块密度、边缘密度)等来进行研究。斑块密度反映景观整体斑块分化程度,斑块密度越高,表明一定面积上异质景观要素斑块数量多,规模小,且景观异质性越高。边缘密度反映景观中异质性斑块之间物质、能量和物种交换的潜力及其相互影响的强度,可直接表征景观整体的复杂程度。由表2可知,在11个景观类型中,斑块密度的关系为:其它>疏林地>针叶林>水田>旱地>其它水域>无林地>阔叶林>湖泊和水库>灌木林>河流。说明其它(村镇建设用地)以较小的斑块状态出现,斑块小且分散,异质性高。也说明河流斑块大且集中。其它和针叶林的斑块边缘密度最高,灌木林的斑块边缘密度最低。说明村镇建设用地与针叶林的空间拓展能力较强,在景观中处于扩张过程中。这对于斑块之间物质、能量、物种及其它信息交换的潜力具有重要的作用。而灌木林主要是在采伐迹地上天然更新的,其斑块形状更规则,边界更少。3.3基于聚集度的斑块分离度分析景观分离度是指某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度。分离度的值越大,表明景观在地域分布上越分散,景观分布越复杂。由表3可知,该地区景观分离度比较均匀,其中针叶林、水田、湖泊和水库的分离度较小,说明这些景观比较集中,类型之间聚集状况较好。斑块聚集度指数可以量化相应景观类型的自然连接性。聚集度指数高可说明景观斑块聚集更加紧密,而聚集度指数低说明类景观要素在景观中分散于许多不同景观要素斑块之间。如表3,在11个景观要素类型的分离度指数中,以湖泊和水库的聚集度指数最高,其次为针叶林、河流,其它(主要村镇建设用地)的聚集度最低。湖泊和水库的聚集度最高,说明该斑块类型比较集中,村镇建设用地聚集度最小,说明斑块比较分散。聚集度指数用来描述同质景观内斑块间的连接程度或隔离程度,而分离度指数用来描述景观内斑块间的离散程度,一般来说,斑块间的分离程度越大,聚集度减小。在本次研究中分离度指数结果与聚集度指数结果基本一致。4学习的基本信息4.1与以往采取的人工调查景观资源现状分布的方法相比,3S技术的综合应用具有投资少、时间短、效率高、更新快及实用性强等优点。本次研究,总结出基于3S技术的景观资源信息提取方法,在较短的时间内建立蕲春县景观类型属性数据库,实现景观资源的计算机管理,能便捷的进行景观数据的输入、输出、查询,同时可以进行多种专题图的制作与输出,既可用于景观格局的现状分析,也可存档备份,用于今后的查询检索。4.2通过分析研究,可对蕲春县景观分布规律与特征描述如下:(1)该县景观多样性较高,斑块类型丰富,但分布不均,有一定的优势景观,如针叶林、湖泊和水库。(2)针叶林的面积最大,数量较多,为主要的森林类型;灌木林、阔叶林、无林地分布零散,表现在景观上比较破碎;灌木林斑块形状更规则,边界更少,主要是采伐迹地上天然更新的结果。(3)河流、湖泊和水库成大面积连片聚集状态分布,景观连接度较高,利于生物多样性的存在与发展;其它水域分布零散。(4)其它(主要为村镇建设用地)斑块数量最多,斑块面积小且分散,空间拓展能力较强,在景观中处于扩张过程。在不同分辨率和时象的遥感数据下,编制的各种景观成果图以及得到的景观结构与景观分析结果,存在一定的差异。同时,选择的研究尺度不同,网格分辨率不同,景观指标的计算结果也会迥异。本研究过程中,通过精度检验,各景观类型的分类精度均≥85%,基本满足对县域景观类型宏观掌握的要求。4.3景观空间格局分析是景观生态学研究的核心问题