高分辨率遥感影像的景观格局分析

陈志云，李伟忠

（嘉应学院地理科学与旅游学院，广东 梅州 514000）

高分辨率遥感影像的景观格局分析

陈志云，李伟忠

（嘉应学院地理科学与旅游学院，广东 梅州 514000）

以景观生态学理论为研究基础，以高分辨率遥感影像等为数据源，利用RS和GIS技术，将梅州城市规划区的土地利用类型分为耕地、林地、草地、城镇用地及公路用地、湖泊水面、河流水面、裸地、滩涂等9类，并从景观的基本构成、景观水平的破碎化与多样性、不同景观斑块的空间格局特征等进行了研究分析；并提出对研究区合理规划土地开发利用的建议。

高分辨率遥感影像；景观格局；景观指数；梅州城市规划区

自20世纪80年代初期以来，遥感技术迅速成为景观格局研究的重要技术支撑手段，极大地促进了景观定量研究的发展和景观结构、格局及动态分析的不断深入，为各种景观模型的建立与发展提供了充实的资料[1]。高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段，从感兴趣的物体获取有关数据[2]。近年来，国内外许多学者都开展了区域景观格局的研究，R.D. Swetnam等运用GIS建模分析功能建立生态模型，对景观格局的变化过程进行模拟，并以此指导城市与乡村土地利用规划[3]；Hannes Palang等运用多样性指数对20世纪Estonia景观多样性的变化特征进行了研究，指出景观多样性存在地域差异[4]；陈文波等运用景观指数对辽河下游景观格局进行了研究[5]；刘延国等以高分辨率卫星数据为源，利用RS和GIS技术对九寨沟自然保护区景观的空间分布和结构特征进行了分析研究[6]；马琳等以南京市土地利用现状图为主要基础资料，利用GIS软件和景观生态软件研究了该市公园绿地景观单元特征和景观异质性[7]等。这些研究，均表明景观格局研究对揭示全球变化的重要意义，同时也为后续的相关研究打下了坚实基础。本文以梅州城市规划区高分辨率遥感影像、野外实地调查资料和各种相关的统计数据为数据源，利用 ENVI4.4软件解译得到该区土地利用现状图，然后利用景观格局定量化分析软件Fragstats3.3计算景观指数，对该区进行了大比例尺的景观结构和景观格局分析，以期为该区的土地开发利用提供一定的参考依据。

1 研究区概述

梅州市位于广东省东北部，现辖梅江区、兴宁市、梅县、大埔县、丰顺县、平远县、五华县和蕉岭县 6县1市1区，是广东省内经济欠发达的主要地级市之一，也是世界闻名的客家历史文化名城。梅州市是南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带，地处五岭山脉以南，全市85%左右的面积为海拔500 m以下的丘陵山地，受太平洋和山地的特定地形影响，形成夏日长、冬日短、气温高、冷热悬殊、光照充足、气流闭塞、雨水丰盈且集中的气候。该市梅州城市规划区位于梅州市的中部，包含梅州市区，西部和北部毗邻梅县，东部和南部毗邻蕉岭县和丰顺县，南北纵长33.8 km，东西宽22.1 km，面积约298 km2。该区的土地利用情况为：一部分是城市建设用地，城市后备用地资源、城区郊外还有小部分耕地；另一部分是未利用土地、剩下的大部分都是林业用地。

2 数据来源和处理方法

2.1 数据来源及其处理

本文采用的主要数据源是梅州城市规划区2007年12月份的高分辨率QuickBird影像数据，图像合成后分辨率达到2.4m。利用遥感影像处理软件ENVI4.4对研究区的QuickBird影像进行预处理，配准后进行几何校正、波段融合等，然后在此基础上采用最大似然法进行监督分类,分类精度达90.56，然后再选取若干有疑问的土地类型进行实地考察，修正有误的分类结果，最后结果见图1。在ArcGIS9.2中将监督分类后的结果转化为栅格数据，再利用景观格局定量分析软件Fragstats3.3进行景观指数的计算（考虑到软件的运算能力，本研究中输出栅格的大小设为10m×10m），然后分析该区的景观格局。

景观分类体系的建立和科学合理的分类是进行土地利用分类信息提取和景观格局分析的必要前提。在对研究区实地调查与分析的基础上，参照《土地利用现状调查技术规程》和《土地利用现状调查手册》，结合本地实际情况，将研究区的土地利用类型分为耕地、林地、草地、城镇用地及公路用地、湖泊水面、河流水面、裸地、滩涂等9类，作为本研究使用的景观分类体系。

图1 分类结果图

2.2 景观指数确定和计算

由于景观指数数量多且新理论在景观生态学中的应用不断推陈出新，目前，对景观指数的分类还未形成统一的标准。参考不同景观格局指数的内涵及研究需要，本研究选取斑块类型面积、斑块密度、最大斑块占景观面积比等描述景观的基本构成；选取香农多样性指数来表征景观水平的破碎化与多样性；选取平均斑块面积指数等描述不同景观斑块的空间格局特征(见表1),景观指数计算结果见表2。

表1 景观斑块的空间格局特征

表2 各土地类型的景观指数

3 景观格局分析

由斑块面积分类统计结果图可知，研究区林地面积最大，占研究区总面积的 38%；草地面积也占到约23%；然后为耕地，约占15%；城镇面积约占16%；河流湖泊的面积总共约为18 km2，约占7%，其他类型合计所占比例约为总面积的1%。这表明林地、草地是梅州城市规划区景观类型的主体，其次为城镇用地和耕地。这主要因为该区为低山丘陵地带，山地占土地类型的比例高；而且本区地形为盆地结构，中间低四周高，山地不容易开发，受人类活动影响少，城市外围的植被保持比较完好，所以林地的面积比例最高。各景观类型的斑块面积占研究区总面积的比例如图2所示。

图2 斑块面积比例示意图

从图3的斑块数目和图4斑块密度中可以看出，近年来人口的增加和城市化进程的加快都促进了建筑用地的增加，随着建筑用地的开发，原来的土地更多地被用作建设用地，导致草地和耕地的破碎化程度很高，形成许多单独的小斑块。

图3 斑块数目

图4 斑块密度

从最大斑块占景观面积比来看，林地景观的优势度是该区最高的。从图 5中可以看出研究区域的斑块平均规模最大的是林地，其次为河流水面、城镇用地、草地、滩涂、耕地、湖泊水面、交通用地、裸地，这也说明了梅州城市规划区的林地分布比较集中，受人类活动的干扰比较少，破碎度比较低。

图5 平均斑块面积

香农多样性指数SHDI反映景观要素的多少及各景观要素所占比例的变化。当景观由单要素构成时，景观是均质的，其多样性指数为0；当景观类型增加或者不同景观类型所占面积比例趋于相似时，多样性指数随之上升，当各景观类型所占面积比例相等时，其景观多样性最高。本文的香农多样性指数SHDI为1.709，说明本研究区的景观要素多样性比较高。

4 结果与讨论

结果表明，研究区内的不同景观类型所占比例差异较大，林地景观因近年来土地整理的实施和地形的影响，以大面积且形状较规则的斑块广泛地分布，成为优势景观类型；耕地和草地的景观破碎度最高，受人为干扰和破坏最为严重；城镇用地及公路用地景观的斑块几何形状简单且规则，但受人为干扰程度大。由于缺少其他时相的高分辨率遥感影像数据，不能从时间尺度上看该区各个景观的变迁情况，这是本文的一个遗憾，期望以后能收集更多不同时段的数据，进一步完善该研究。

针对该研究区的景观现状，在以后的土地开发与利用方面应合理规划，加大土地的有效利用，杜绝耕地的无序开发利用；实施退耕还林、还草，特别是在坡度较大的地区，降低境内的水土流失；加大对乡村居民点和城镇的规划力度。城区空地少，绿地条件差，需要充分利用沿道路两旁的空地，设置行道树和绿化带，将各公园专用绿地结合起来，使之形成网络，必将有效地提高绿地覆盖率，改善本区的生态环境，让梅州城市规划区成为一个更加宜居的城区。

[1] 浦瑞良,宫鹏高.高光谱遥感及其应用[M].北京：高等教育出版社,2000

[2] 刘瑞芳.基于3S技术的平顶山市土地利用景观格局分析[J].平顶山工学院学报,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] 陈文波,肖笃宁,李秀珍.景观指数分类、应用及构建研究[J].应用生态学报,2002,13(l):121-125

[6] 刘延国,彭培好,冯山,等.基于GIS的九寨沟自然保护区景观格局分析[J].西北林学院学报,2010,25(1):162-165

[7] 马琳,陆玉麒.南京市主城区公园绿地景观格局分析[J].地域研究与开发,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

项目来源：广东省普通高校人文社科重点研究基地嘉应学院客家研究院招标课题（08KYKT07）；嘉应学院地图学与地理信息系统重点扶持学科资金资助项目。

陈志云，硕士，主要研究自然资源开发利用和3S技术应用。