毕业设计论文-华安县景观格局分析.docx

毕业论文题 目： 华安县景观格局分析 学 院： 资源工程学院 专 业： 测绘工程 学 号： 二0一六年六月三日华安县景观格局分析摘要:随着社会经济的发展，土地利用情况发生了改变，景观格局也随之改变。本文以华安县为研究，从景观生态学的角度，结合遥感和GIS技术，对华安县1996年、2002年、2009年和2014年的景观格局进行分析。研究表明19962014年这18年间，华安县的林地在不断地增长，随着城市化的发展和华安县茶叶种植的优惠政策，使得耕地面积在逐年减少，建筑面积逐年增加，水域面积和未利用地面积无明显的变化，保持了景观优势度。关键:ENVI;景观格局;华安县;指数目录1绪论41.1研究目的41.2国内外研究进展41.2.1国外研究进展41.2.2 国内研究进展41.3 研究内容41.4 技术路线41.5 研究区概况51.6 数据来源与预处理51.6.1 数据来源51.6.2 数据预处理52 分类技术的发展53景观格局分析63.1 景观类型划分63.2 景观指数83.3 研究区景观格局分析93.3.1 1996年景观格局分析93.3.2 2002年景观格局分析93.3.3 2009年景观格局分析93.3.4 2014年景观格局分析103.3.5 小结103.4 景观水平格局变化分析104 结论11参考文献11英文摘要13致谢语141绪论1.1研究目的景观格局的研究是景观生态学研究的核心内容一部分，同时也是热点问题之一1-2。本文是基于国内外各种景观分析的方法上，以华安县为研究对象，利用遥感影像分析华安县1996年、2002年、2009年和2014年的土地利用景观格局现状，进而分析其景观指数，揭示华安县1996年到2014年景观格局的特征1.2国内外研究进展1.2.1国外研究进展20世纪30年代，德国地理植物科学家C. 特洛尔提出景观生态学这一词3。由于它是一门与人类有着密切关系的学科，进而吸引了大批的学者对其进行研究，使之得到了很大的发展，而北美到了80年代初期才开始重视景观生态学这门学科4，并迅速发展成一门很有生命力的学科，现在它已经是组成北美生态学的前沿学科的一部分5。虽然有很多的学者从事景观生态学的研究，相对于应用来说，北美学者更侧重于景观格局和功能等基本问题上的研究。1.2.2 国内研究进展和国外景观生态学的研究相比较，我国发展的比较慢，三四十年前景观生态学才被介绍到了中国，才引起众多学者的关注6。20世纪90年代肖笃宁等发表了“沈阳西郊景观格局变化的研究”，这是促使我国景观生态学起步的原因7 ，随后，便成为关注热点。接着吸引了我国大量的学者对其进行研究。由于我国景观生态学的研究受北美景观生态学研究的影响比较大，进而使得我国也侧重于对景观格局和功能等基本问题上的研究。1.3 研究内容本文使用ENVI软件，利用其提供的监督分类方法中的最大似然法对华安县1996年、2002年、2009年和2014年这四年的遥感图像进行分类，并通过GIS与RS这两种技术的结合对研究区的景观格局变化进行综合分析。1.4 技术路线本文的研究技术路线如图1-1遥感影像预处理景观类型划分景观指数选取结论景观指数分析 图1-1 研究路线图1.5 研究区概况华安县位于福建省南部（11716-11742E，2438-2512N），隶属于漳州市，辖内有6个镇3个乡。全境面积有1315平方千米，约有16万的人口，是福建省沿海对外开放县之一，也是是闽南地区最大的林业商品材生产基地。境内地貌以山地丘陵为主，占总面积的95.5%，地势为西北高东南低，属于亚热带季风气候，年平均气温21，无霜期330天左右，年平均日照在2000小时以上，年平均降雨量在1500毫米左右，雨量充沛，四季常青，全年皆可旅游。境内有福建省第二大江九龙江。华安县也是全国第二大铁观音生产基地，茶叶产业是华安县最有特色、最有效益的富民产业。1.6 数据来源与预处理1.6.1 数据来源本文数据选取华安县1996年10月31日、2002年10月8日、2009年10月19日、2014年10月17日的Landsat TM、Landsat ETM和Landsat OLI影像，空间分辨率均为30m，来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站。1.6.2 数据预处理使用ENVI5.1对这四个时期的影像进行辐射校正、几何校正、研究区的裁剪和辐射增强，从而得到预处理后的遥感影像。2 分类技术的发展在早期没有计算机的时候，人们是通过人工解译进行分类的，也就是人们在图像上判断研究区域到底是哪种地物，然后把它分到某类地物中。这种方法工作量大，消耗时间长，但精度是最高的。接着计算机被发明出来，随着计算机的发展我们有了基于光谱计算机自动分类技术。通过分析像元的亮度值，亮度值在一定的范围内的我们分为同一类地物中去，这种适用于中等分辨率的大面积的分类。然后是基于专家知识的决策树分类不仅能够利用像素的值的信息还能够利用多元的数据信息，比如说可以把DEM引入到分类的过程中，也可以利用已有的土地利用现状图、规划图等等引入到分类的过程中。随着影像的发展，高分辨率的图像越来越多，再利用像元分类的话意义就不是特别大了，我们发展了一种叫面向对象特征自动提取技术，面向对象特征自动提取技术是先对影像进行分割，将图像分割成一个一个的对象，一个对象里有很多像元，每一个对象有一定属性，利用属性的一些规则将每个对象分类到某类地物中去。地物识别与地表反演主要应用于微量元素的反演，也就是我们肉眼无法判断地物含量多少的情况，比如说地表的温度是多高，大气中气溶胶的含量是多少，水域中叶绿素的浓度是多少等等。这些我们用肉眼无法判断的，我们可以用遥感反演的技术将他的模型解算出来。变化检测也是分类的一种，变化检测是在分类的基础上提取出发生变化的地物信息。地形信息提取也是分类的一种，它利用光学影像可在立体像对中获取地形的信息。人工解译计算机自动分类决策树分类自动提取技术地物识别与地物反演变化检测地形信息提取图2-1 分类方法发展过程示意图3景观格局分析3.1 景观类型划分利用ArcGIS软件将处理好的影像数据进行栅格矢量化，然后对华安县1996年、2002年、2009年和2014年这四个时期的遥感影像进行土地分类，将研究区分为林地、耕地、水域、建筑用地和未利用地等5个类型，得到如下景观分类示意图： 图3-1 1996年华安县景观类型分布示意图 图3-2 2002年华安县景观类型分布示意图 图3-3 2009年华安县景观类型分布示意图 图3-4 2014年华安县景观类型分布示意图 图3-5 华安县1996-2014年景观类型面积2 图3-6华安县1996-2014年主要景观类型所占面积比例由图3-5可以看出，华安县是以林地为主，占了百分之五十以上的面积，水域、建筑用地和未利用地占了极少的面积3.2 景观指数景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，能反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标8。常用的景观指数有斑块形状指数（patch shape index）、景观丰富度指数（landscape richness index）、景观多样性指数（landscape diversity index）、景观优势度指数（landscape dominance index）、景观均匀度指数（landscape evenness index）、景观形状指数（landscape shape index）、正方像元指数（square pixel index）、景观聚集度指数（contagion index）和分维（fractal dimension）。其中景观多样性指数又分为Shannon-Weaver多样性指数和Simpson多样性指数。本文选取斑块数、斑块密度、斑块平均面积、平均形状指数、香农多样性和优势度指数、蔓延度等对研究区景观格局进行分析。景观格局指景观的空间格局，是大小、形状和斑块在空间上的分布与组合的规律。斑块是构成景观格局的基本单元。3.3 研究区景观格局分析利用能提供斑块、景观类型和景观计算的软件Fragstats计算华安县1996年、2002年、2009年、2014年这四个时期的景观单元特征，并分析所计算出的结果。3.3.1 1996年华安县景观格局分析表3-1 1996年景观指数（Class）计算结果景观类型类型面积/hm2斑块所占百分比%斑块个数斑块密度斑块平均面积平均形状指数林地78885.95 0.61 6029 0.0466 13.0844 1.3624 耕地36026.27 0.28 8967 0.0693 4.0177 1.2635 水域3106.36 0.02 1566 0.0121 1.9836 1.1369 建筑用地6559.40 0.05 4428 0.0342 1.4813 1.3521 未利用地4789.12 0.04 2019 0.0156 2.3720 1.2789 上表是华安县1996年景观指数的计算结果，它可以看出，1996年华安县林地面积最大为78885.95hm2，接着是耕地面积（36026.27hm2），占建筑用地面积（6559.40 hm2），未利用地面积（4789.12 hm2），水域面积最小，面积为3106.40hm2。总体来说林地面积占61%，是研究区内的优势土地类型。斑块个数是耕地最多（9023），水域最少（1566），未利用地也比较少（2019）；斑块平均面积是林地（13.0844）耕地（4.0177）未利用地（2.3720）水域（1.9836）建筑用地（1.4813）。其中林地斑块和耕地斑块比较集中，水域、建筑用地和未利用地比较分散。综上所述，1996年华安县景观格局是以林地为主导。3.3.2 2002年华安县景观格局分析表3-2 2002年景观指数（Class）计算结果景观类型类型面积/hm2斑块所占百分比%斑块个数斑块密度斑块平均面积平均形状指数林地75100.96 0.58 6103 0.0472 12.3056 1.6235 耕地43253.63 0.33 8991 0.0695 4.7774 1.2367 水域1407.70 0.01 1435 0.0111 0.8416 1.1031 建筑用地5079.44 0.04 4428 0.0342 1.1471 1.4396 未利用地4525.37 0.03 2287 0.0177 2.1974 1.2126 由表3-2得出，2002年面积最大的还是林地，占58%，相对于1996年，2002年林地减少了3784.99 hm2 ，耕地从1996年占28%，到2002年占33%。斑块个数相对于1996年都有增长。2002年的斑块平均面积与1996年相比较，除了耕地在增长其他都减少了，由于水域斑块平均面积减少的幅度比建筑用地大，进而斑块平均面积林地（12.3056）耕地（4.7774）未利用地（2.1974） 建筑用地（1.1471）水域（0.8416）。综上，虽然耕地占比有增加，但2002年华安县景观格局还是以林地为主导，水域、建筑用地和未利用地持续分散。3.3.3 2009年华安县景观格局分析表3-3 2009年景观指数（Class）计算结果景观类型类型面积/hm2斑块所占百分比%斑块个数斑块密度斑块平均面积平均形状指数林地80689.75 0.62 6302 0.0487 12.8038 1.4362 耕地37130.24 0.29 8630 0.0667 4.3025 1.2953 水域1611.41 0.01 1397 0.0108 1.1535 1.0846 建筑用地5565.69 0.04 4652 0.0360 1.1964 1.5123 未利用地4370.01 0.03 2617 0.0202 1.6699 1.1978 从表4-3得到2009年，林地面积（80689.75 hm2）耕地面积（37130.24 hm2）建筑用地面积（5565.69 hm2）未利用地面积（4370.01 hm2）水域面积（1611.41 hm2），林地还是占总面积的一半以上，耕地面积相对于2002年是减少的，减少幅度为4%，但与1996年持平；建筑用地斑块个数和林地斑块个数相对于2002年都有增长，耕地、水域和未利用地都在减少；斑块平均面积林地耕地未利用地建筑用地水域。总体上仍然是以林地为主导。林地斑块持续集中3.3.4 2014年华安县景观格局分析表3-4 2014年景观指数（Class）计算结果景观类型类型面积/hm2斑块所占百分比%斑块个数斑块密度斑块平均面积平均形状指数林地86777.29 0.67 6989 0.0540 12.4163 1.5638 耕地29752.32 0.23 9023 0.0697 3.2974 1.0398 水域1232.89 0.01 1169 0.0090 1.0547 1.1967 建筑用地8166.37 0.06 5895 0.0456 1.3853 1.6958 未利用地3438.23 0.02 2031 0.0266 1.5701 1.2036 分析上表可知，2014年林地面积最多，占67%，依旧为优势土地类型，相较以前，比例上升；耕地减少了，达这18年的最小值；建筑用地呈微小的增长趋势，斑块集中程度小幅度上升，但耕地、水域、未利用地变的更加离散，而林地更加的集中，2014年华安县的景观格局依然以林地为主导。3.3.5 小结综合表4-1、4-2、4-3、4-4看出1996年到2002年林地面积减少了，但由于扶持茶叶生产，出台茶叶种植加工优惠政策，使得茶叶种植迅速增加，从而使得2009年林地面积相对于2002年增长了5588.79hm2，2014年增长了6087.54，涨幅大于2009年。耕地面积在1996年到2002年之间增长了7227.36 hm2， 但从2002年到2014年都是呈下降的趋势，2002年到2009年这几年减少了6123.39 hm2，2009年到2014年减少了7377.92 hm2，从1996年到2014年这18年总体减少了6273.95hm2。水域面积是从1996年的3106.36hm2减到2014年的1232.89hm2。 虽然在2009年水域面积小有增长，但还是比下降的幅度小很多，总体来说还是减少了。1996年到2002年建筑用地都是在降低，但从2002年开始呈增长的趋势，到2014年最终增长到8166.37 hm2。而未利用地面积在这18年都在下降。这18年内，不管面积怎么变化，林地还是优势土地类型，以它为主导，在华安县具有绝对的优势。3.4 景观水平格局变化分析表3-5 景观指数（Landscape）计算结果年份香农多样性指数香农均匀度指数香农优势度指数蔓延度指数1996年1.1365 0.6897 0.3103 55.74 2002年1.2132 0.6479 0.3521 54.98 2009年1.1179 0.6532 0.3468 54.29 2014年1.2035 0.6352 0.3648 53.65 香农多样性指数能反映景观的异质性，香农多样性指数值越大则说明这地区的破碎化程度越高土地利用越丰富9。香农均匀度指数和优势度指数相关，当香农均匀度指数值较小时优势度高，则说明区域内的有一种或几种的优势类型占主导作用，反之优势度低，区域内均匀分布10。蔓延度指数是描述景观格局中的重要指数，蔓延度指数值比较小的时候，说明区域内存在许多小斑块，破碎化程度高，但当它的值接近100时，说明优势土地类型形成了良好的连接性11。由于华安县的森林覆盖率比较大，林地的面积始终比较大，为优势土地类型。上表为1996年、2002年、2009年、2014年景观指数计算结果，可以从表中看出香农多样性指数、均匀度指数、优势度指数和蔓延度指数变化都不是很大。1996年到2002年和2009年到2014年的香农多样性指数在增加，说明这两段时间内华安县的破碎化程度相对来说有降低，但2002年到2009年数值在降低，破碎化程度相对来说有上升，但由于这18年的香农多样性指数变化不大，从而使得破碎化的程度比较不明显，华安县的景观格局还是以林地为主导。香浓均匀度指数在逐年减少，香农优势度在提高，但变化幅度也不是很大，使得华安县景观格局的变化也不是很大。蔓延都指数越来越小，相对来说土地的破碎程度越来越高，景观格局受到优势斑块支配度在提高，但由于整体指数数值变化都不是很明显，华安县内的景观格局还是以林地为主。综上所述，在森林覆盖率达到72%的华安县，林地在其景观格局内占绝对的优势，属于优势土地类型。4 结论本文分析了华安县1996年、2002年、2009年和2014年的遥感影像的景观格局得到以下结论：（1）从1996年开始到2014年这18年内，林地所占百分比都超过百分之五十，一直都是优势土地类型，支配度高，这也符合华安县森林覆盖率为72%的情况。（2）耕地在1996年到2002年内有过增长，但因为华安县县政府坚持“绿水青山就是金山银山”和”要发展GDP，更要绿色GDP”的理念，建设生态文明，把“生态立县”“兴茶富民”作为发展战略，同时也出台了茶叶种植加工优惠政策，使得茶叶种植的数量在不断的增加，进而使得耕地面积的减少，林地面积不断增加。（3）建筑用地面积在1996年到2002年减少，但从2002年开始到2014年，建筑用地面积在不断地增加，但还是林地面积多占主导，景观格局没有由城市发展主导。（4）景观格局会受到多方面因素的影响，其中包括自然环境和人为活动，还有政策的导向也能干扰到景观格局，但它能降低人为的影响。参考文献1 张国坤,邓伟,宋开山,刘吉平,张力宏,李方.新开河流域土地利用格局变化及其生态学意义.生态学报,2006,26(9):3025-3034.2 Gorman R T T, Godron M. 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