基于遥感与地理信息系统的黄冈市野生杜鹃花空间分布研究

黄勇奇　罗代清　王云川　方元平　金卫斌

摘要：在湖北省黄冈市麻城市境内的龟峰山上生长着大面积的野生杜鹃花（Rhododendron L.）灌丛，形成了极为壮观的“花海”景观，吸引了大量游客，以杜鹃花为主题的旅游活动日趋火热。为了加强对野生杜鹃花种群的保护，全面了解大别山地区野生杜鹃花分布状况是非常必要的。利用黄冈市ETM+遥感影像，采用监督分类的方法，以龟峰山景区的杜鹃花为典型训练样本，在地理信息系统（Geographic information system，GIS） Arc GIS 10.0平台上单独提取出杜鹃花的分布图层，分县（市）统计并与DEM数据叠加分析，了解杜鹃花在不同海拔高度、坡度及坡向的分布特征。结果显示，黄冈市的野生杜鹃花主要分布在英山、罗田、麻城3县（市），总面积在34 562.7 hm2左右。主要集中在海拔500～1 000 m 的山丘，坡度范围在15°～25°，且阳坡和阴坡上的分布差异不明显，由此推测，在黄冈市可能还存在着集中连片分布的杜鹃花种群。该结果对于认识北亚热带区域杜鹃花种群生境特征具有重要意义，也对黄冈市旅游资源的开发具有参考价值。

关键词：杜鹃花（Rhododendron L.）；ETM+遥感影像；地理信息系统；监督分类；空间分布；黄冈市

中图分类号：Q949.772.3；TP79；Q948.15+5（633HG）文献标识码：A文章编号：0439-8114（2015）22-5637-04

Abstract： There is a large area of wild Rhododendron（Rhododendron L.） shrub in Guifeng Mountains of Macheng city， Huanggang city， Hubei province. In recent years， tourism activities taking Rhododendron as the theme has become increasingly boom. It is necessary to understand the spatial distribution of Rhododendron in the region to protect the population. Using remote sensing images of Huanggang city and supervised classification method， the Rhododendron's distribution information was extracted and statistically analyzed based on platform of Geographic information system Arcgis10.0， then overlaid with DEM， which clearly reflected Rhododendron's three-dimensional distribution in Dabie mountain area. The results showed that Rhododendron is mainly distributing in Macheng city， Luotian county and Yingshan county； and the total area is about 34 562.7 hm2. Rhododendron mainly distribute in 500 to 1 000 m above the sea level on 15 to 25 degrees slope. The distribution of Rhododendron on sunny slope and on shady slope has no obvious difference. According to the research results， there is a large number of Rhododendron populations exists in other regions besides Guifeng Mountain area. The results is of significance for understanding the habitat characteristics of development of Rhododendron populations in northern subtropics as well as development of tourism resources in Huanggang city.

Key words： Rhododendron（Rhododendron L.）； ETM+ remote sensing image； Geographic information system； supervised classification， spatial； distribution； Huanggang city

大范圍的野生杜鹃花（Rhododendron L.）是一类优质的旅游资源，因其花大色艳、集聚性高而具有极高的观赏价值[1]。中国以杜鹃花为主题的风景名胜区并不多见，仅有贵州省毕节市的百里杜鹃风景区、湖北省麻城市的龟峰山风景区、江西省井冈山市的笔架山景区、江西省上饶市的三清山风景区、湖北省武汉市的木兰云雾山风景区等处[2]。研究黄冈市大别山杜鹃花的空间分布，对于进一步开发杜鹃花旅游产品、缓解现有景区压力、吸引更多的游客、促进黄冈旅游的发展、进而带动相关产业的兴起都有着巨大的促进作用；同时杜鹃花作为大别山重要的植物群落，其分布区域和生长环境的分析将对研究大别山的生态环境、物种分布、生物多样性等都有重要的科学价值。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

黄冈市地处湖北省的东部，大别山南麓，长江中游北岸，京九铁路的中端；地处北纬29°45′-31°35′，东经114°25′-116°8′。辖1区（黄州区）、2市（武穴市、麻城市）、7县（红安县、罗田县、英山县、浠水县、蕲春县、黄梅县、团风县）和一个县级农场（龙感湖农场），版图面积1.74万km2，总人口730万[3]。

黄冈市属亚热带大陆型季风气候，处在江淮小气候区。四季光热分明，光照丰富，雨量充足，年平均降水量1 223～1 493 mm。本区地势自北向南逐渐倾斜、东北部与豫皖交界于大别山脉，主脊呈西北-东南走向；中部为丘陵区，海拔多在300 m以下；南部为狭长的平原湖区，海拔高度在10～30 m，河汊、湖泊交织，水面较多。

1.2 数据来源

研究采用的数据为ETM+遥感影像，时间为4月中下旬，要求云量接近0。受Landsat卫星运行周期（16 d）和天气的影响，近十多年来合适的遥感影像仅有2001年、2003年、2007年。此次采用的是2003年4月16日的ETM影像数据，数据来源为地理空间数据云，数据级别为Leve l1（经过系统辐射校正和地面控制点几何校正，并且通过DEM进行了地形校正），输出格式为Geo TIFF，投影类型为UTM-WGS 84极地投影，空间分辨率30 m×30 m，其轨道号为122038、122039、123038。ETM+遥感影像共有8个波段，其中6波段热红外波段和8波段全色波段对本研究的意义不大，所以只采用1、2、3、4、5、7这6个波段。

选用的高程数据为SRTM-DEM 90 m分辨率数据，投影类型同样为UTM-WGS 84极地投影。除了遥感数据和DEM数据外，还包括全国地级市界1∶400万的矢量图和全国县界1∶400万的矢量图，来源于国家基础地理信息系统网站。

1.3 数据处理

由于ETM+数据波段数较多，一般涉及到1、2、3、4、5、7等6个波段，因此在对图像进行预处理之前，先将6个波段叠加，以得到假彩色合成图像。用多边形工具裁剪每幅遥感影像四周的条带锯齿和噪声[4]。

利用全国1∶400万地级市界的矢量图，在Arcgis 10.0的支持下，选取黄冈市的矢量图，然后建立研究区边界。在Erdas 9.1的支持下，保存为AOI文件，再进行遥感图像裁剪，得到和研究区域一致的遥感图像。由于所使用的数据已经经过严格的几何校正，所以3幅影像的拼接可以在ERDAS的Mosaic Tools中进行[5]。

1.4 遥感影像图的信息提取

用多边形工具选取训练样本，将杜鹃作为单独地面物类型，分出杜鹃、林草地、水域、旱地、水田、建筑用地、未利用地共7种土地利用类型，每种类型选择20个样本，最后取平均值。保存为.sig文件。依据以上训练样本对遥感影像进行分类，得到土地利用类型图。

为了消除分类结果中产生的一些小面积图斑，进一步对分类结果进行聚类分析，聚类统计邻域大小（Connect Neighbors）为8， 采用去除分析用于删除原始分类图像中的小图斑或Clump聚类图像中的小Clump类组。该分析会将小图斑合并到最大的分类当中，设置最小图斑的大小为50像素，输出最终结果。利用地理信息系统（Geographic information system，GIS）Arc GIS 10.0中“Spatial analyst”下的“Extract by attributes“工具，提取出杜鹃花分布的单独图层[6]。

1.5 地形因子分析

本研究采用SRTM-DEM 90 m分辨率数据，在Arc GIS 10.0 中完成拼接。用黄冈市边界线切割黄冈市的DEM数据，并在Arc GIS 10.0中提取黄冈市坡度、高程、坡向等数据。

利用Arc GIS 10.0中“Spatial analyst”下的“Reclassify”对黄冈市的海拔高程进行分类。

利用Arc GIS 10.0软件中的“Slope”提取坡度图层。并运用“Spatial analyst”下的“Reclassify”對坡度进行重分类。

坡向为坡面法线在水平面上的投影与正北方向的夹角。利用Arc GIS 10.0软件中的“Aspect”提取坡向图层，重分类为阴坡、阳坡。

2 结果与分析

2.1 研究区域土地利用类型分布

依据试验确定的训练样本对黄冈市遥感影像进行分类，得到黄冈市2003年的土地利用类型图（图1）和杜鹃花的空间分布图（图2），并由此估算出黄冈市的各土地利用类型面积，结果见表1。从图1、图2、表1分析可知，黄冈市全市范围内的杜鹃花分布面积大约是34 562.7 hm2，占全市国土面积的1.98%，主要分布在东北部的英山县、罗田县、麻城市，这三地占总分布面积的78.47%。在英山、蕲春、浠水以及蕲春、武穴、黄梅两个三县交界处也有较多分布。几个主要分布县（市）的分布情况见表2。

2.2 研究区域地形因子分析

通过DEM数据在Arc GIS 10.0中提取黄冈市的高程、坡度、坡向等地形数据，分别得到了黄冈市地形的高程分布（图3）、坡度分级（图4）、坡向分类（图5）3个图，进一步对杜鹃花在黄冈市不同高程、不同坡度、不同坡向的分布进行分类统计，结果杜鹃花在黄冈市不同高程的分布情况见表3、不同坡度的分布情况见表4、不同坡向的分布情况见表5。从表3可见，杜鹃花在黄冈市主要分布在海拔500～1 000 m的山地，比例占82.35%；在海拔1 000 m以上的分布也较多，而在低于500 m的区域分布较少。从表4来看，杜鹃花在黄冈市的坡度分布接近一半分布在15°～25°，其余的则大致在低于15°和高于25°区域各占其半。从表5可以看出，杜鹃花在黄冈市的分布在阳坡和阴坡方面没有明显差异。总之，杜鹃花在黄冈市是一种重要的景观资源植物，总分布面积达到3万hm2以上，主要分布在英山县、罗田县、麻城市海拔500～1 000 m、坡度在15°～25°的区域。

3 小结与讨论

利用遥感信息提取植被中的个别物种分布信息是比较困难的。但由于杜鹃花在开花期间具有叶稀花茂和集聚性强的特征，利用已知分布区的训练样本，在特定物候期进行分析，有可能将其与其他植物区分开来[7，8]。通过比较发现，麻城市并不是黄冈市最大的杜鹃花分布区，推测在英山县、罗田县也有可能发现分布更为集中的区域，是否具有旅游开发的价值，尚待实地考察加以确认。所以这个研究结果对于黄冈市开发以杜鹃花为主题的旅游产业有一定的参考价值。

杜鹃花的花期较短，限制了遥感影像的选取，使得研究结果缺乏横向对比；并且由于选取的遥感影像空间分辨率为30 m，精度不高，往往造成对边缘地带的杜鹃花容易当成植被而被排出的误差；因此这个研究结果也就存在一些系统误差。随着遥感技术的发展与进步，同地区多时相数据将会更多用在资源调查工作中，也就可以借助更多、更新的遥感信息技术对当地资源植物动态进行实时更新。

参考文献：

[1] 张永辉，姜卫兵，翁忙玲.杜鹃花的文化底蕴及其在园林绿化中的应用[J].中国农学通报，2007，23（9）：376-380.

[2] 周丽丽.杜鹃花植物景观调查研究[D].杭州：浙江农林大学，2013.

[3] 李石华，王金亮，毕 艳，等.遥感图像分类方法研究综述[J].国土资源遥感，2005，（2）：1-6.

[4] 潘耀忠，李晓兵，何春阳.中国土地覆盖综合分类研究──基于NOAA/AVHRR和Holdridge PE [J].第四纪研究，2000，20（3）：270-281.

[5] 郭艷芬，刘志红，谢明元.基于植被物候特征与监督分类的青南高原信息提取[J].遥感技术与应用，2009，24（2）：223-229.

[6] 王福明，周 进.试析螺髻山生态因子对杜鹃花形成的规律考[J].西南民族大学学报（自然科学版），2003，29（6）：713-717.

[7] 康用权，彭春良，廖菊阳，等.湖南杜鹃花资源及其开发利用[J].中南林业科技大学学报，2010，30（8）：57-63.

[8] 刘 兰，王子夫，陈龙清.黄冈市乡土植物资源调查及开发利用潜力分析[J].中国园林，2012（10）：78-81.

（责任编辑 王珞）