Fragstats与Arcgis协同分析.ppt

应用Fragstats软件 本操作版本为Fragstats3 3 在Google搜Fragstats的第一个链接 Fragstats软件主页http www umass edu landeco research fragstats fragstats html 景观分析LandscapeAnalysis Byfhys 在开始之前我们先再了解景观分析 LandscapeAnalyst 的相关重要概念 Fragstats软件强大 可计算出50多个景观指标 这些指标被分为三组级别 分别为Patch 斑块 斑块 反映单块的结果特征Class 斑块类型 反映属于相同类型的块的特征Landscape 整体景观 反映整体的结构特征三种级别逐步扩大尺度 高度相关 这三个层次的指标也基本是所有景观分析中都会用到的指标 景观分析LandscapeAnalysis 举例来说 每个斑块的周长就属于Patch级别 斑块密度 某类型斑块数量除以该类型所有斑块面积之和 就属于Class级别 整个区域内的斑块平均面积就属于Landscape级别 其实在某种类型上也可以有斑块平均面积 类似地计算就是了 下面列出一些重要的景观分析指标 景观面积 TA 公式描述 CA等于某一斑块类型中所有斑块的面积之和 m2 除以10000后转化为公顷 ha 即某斑块类型的总面积 生态意义 CA度量的是景观的组分 也是计算其它指标的基础 它有很重要的生态意义 其值的大小制约着以此类型斑块作为聚居地 Habitation 的物种的丰度 数量 食物链及其次生种的繁殖等 如许多生物对其聚居地最小面积的需求是其生存的条件之一 不同类型面积的大小能够反映出其间物种 能量和养分等信息流的差异 一般来说 一个斑块中能量和矿物养分的总量与其面积成正比 为了理解和管理景观 我们往往需要了解斑块的面积大小 如所需要的斑块最小面积和最佳面积是极其重要的两个数据 景观分析LandscapeAnalysis 下面列出一些重要的景观分析指标 斑块所占景观面积的比例 LAND 公式描述 LAND等于某一斑块类型的总面积占整个景观面积的百分比 其值趋于0时 说明景观中此斑块类型变得十分稀少 其值等于100时 说明整个景观只由一类斑块组成 生态意义 LAND度量的是景观的组分 其在斑块级别上与斑块相似度指标 LSIM 的意义相同 由于它计算的是某一斑块类型占整个景观的面积的相对比例 因而是帮助我们确定景观中模地 Matrix 或优势景观元素的依据之一 也是决定景观中的生物多样性 优势种和数量等生态系统指标的重要因素 最大斑块所占景观面积的比例 LPI 公式描述 LPI等于某一斑块类型中的最大斑块占据整个景观面积的比例 生态意义 有助于确定景观的模地或优势类型等 其值的大小决定着景观中的优势种 内部种的丰度等生态特征 其值的变化可以改变干扰的强度和频率 反映人类活动的方向和强弱 斑块平均大小 MPS 公式描述 MPS在斑块级别上等于某一斑块类型的总面积除以该类型的斑块数目 在景观级别上等于景观总面积除以各个类型的斑块总数 生态意义 MPS代表一种平均状况 在景观结构分析中反映两方面的意义 景观中MPS值的分布区间对图像或地图的范围以及对景观中最小斑块粒径的选取有制约作用 另一方面MPS可以指征景观的破碎程度 如我们认为在景观级别上一个具有较小MPS值的景观比一个具有较大MPS值的景观更破碎 同样在斑块级别上 一个具有较小MPS值的斑块类型比一个具有较大MPS值的斑块类型更破碎 研究发现MPS值的变化能反馈更丰富的景观生态信息 它是反映景观异质性的关键 景观分析LandscapeAnalysis 下面列出一些重要的景观分析指标 面积加权的平均形状因子 AWMSI 公式描述 AWMSI在斑块级别上等于某斑块类型中各个斑块的周长与面积比乘以各自的面积权重之后的和 在景观级别上等于各斑块类型的平均形状因子乘以类型斑块面积占景观面积的权重之后的和 其中系数0 25是由栅格的基本形状为正方形的定义确定的 公式表明面积大的斑块比面积小的斑块具有更大的权重 当AWMSI 1时说明所有的斑块形状为最简单的方形 采用矢量版本的公式时为圆形 当AWMSI值增大时说明斑块形状变得更复杂 更不规则 生态意义 AWMSI是度量景观空间格局复杂性的重要指标之一 并对许多生态过程都有影响 如斑块的形状影响动物的迁移 觅食等活动 影响植物的种植与生产效率 对于自然斑块或自然景观的形状分析还有另一个很显著的生态意义 即常说的边缘效应 平均最近距离 MNN 公式描述 MNN在斑块级别上等于从斑块ij到同类型的斑块的最近距离之和除以具有最近距离的斑块总数 MNN在景观级别上等于所有类型在斑块级别上的MNN之和除以景观中具有最近距离的斑块总数 生态意义 MNN度量景观的空间格局 一般来说MNN值大 反映出同类型斑块间相隔距离远 分布较离散 反之 说明同类型斑块间相距近 呈团聚分布 另外 斑块间距离的远近对干扰很有影响 如距离近 相互间容易发生干扰 而距离远 相互干扰就少 但景观级别上的MNN在斑块类型较少时应慎用 景观分析LandscapeAnalysis 下面列出一些重要的景观分析指标 香农多样性指数 SHDI 公式描述 SHDI在景观级别上等于各斑块类型的面积比乘以其值的自然对数之后的和的负值 SHDI 0表明整个景观仅由一个斑块组成 SHDI增大 说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布 生态意义 SHDI是一种基于信息理论的测量指数 在生态学中应用很广泛 该指标能反映景观异质性 特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感 即强调稀有斑块类型对信息的贡献 这也是与其它多样性指数不同之处 在比较和分析不同景观或同一景观不同时期的多样性与异质性变化时 SHDI也是一个敏感指标 如在一个景观系统中 土地利用越丰富 破碎化程度越高 其不定性的信息含量也越大 计算出的SHDI值也就越高 景观生态学中的多样性与生态学中的物种多样性有紧密的联系 但并不是简单的正比关系 研究发现在一景观中二者的关系一般呈正态分布 香农均度指数 SHEI 散布与并列指数 IJI 蔓延度指数 CONTAG 都是Patch Class Landscape这三个层次上的计算得到的 景观分析LandscapeAnalysis 通过上述关于层次与指标概念介绍我们给景观分析下一个定义 景观生态学是研究景观单元的类型组成 空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科 强调空间格局 生态学过程与尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心所在 Wikipedia 景观分析LandscapeAnalysis 由于计算量比较大 所以只截取部分区域 操作 景观分析LandscapeAnalysis 行列数 栅格大小 图像色深 GRID格式 设置 栅格大小 行列数 背景等如果是GRID就自动检测无需输入 选择 ArcGrid图像数据 或其它 ASCII和img格式使用的区别 Standard分析方式 也可以用移动窗口的方式 自动保存结果文件 景观分析LandscapeAnalysis 选择GRID格式文件 选择输出文件 自动保存输出文件 先选择处理单个文件 Landscape 批处理 batch 后面会讲到 选择Standard 移动窗口的方法详细见软件的帮助文档 选择 ArcGrid图像数据 或其它 ASCII和img格式使用的区别 Standard分析方式 也可以用移动窗口的方式 输出数据选上所有级别 单个斑块 斑块类型 整体景观 自动保存结果文件 为了对应ArcGIS中的栅格转矢量的方法 设置为4cellrule 附 如果设为8 则若在arcgis中把原图转成多边形来与Fragstats生成的结果来匹配会出现斑块数不同的状况 景观分析LandscapeAnalysis 4cellrule表示有共邻边才归为一个斑块 而8cell表示rule即使对角相邻也归为一个斑块 输出与原图位置相同 像元值为该像元所在斑块的斑块序号的栅格图 设置你想要得到的景观参数的级别 设置分类文件 暂不用 后面会讲 最后 OK 景观分析LandscapeAnalysis 最后 OK 会发现提示 cannotloadclasspropertiesfile 就是没有选择设置分类信息的原因 但也不影响GRID格式的分析 因为Fragstats会默认自动识别分类信息 对三个级别的想要输出的指标量进行选择按需选择 Patch 斑块 Class 斑块类型 Fragstats软件强大 可计算出50多个景观指标 这些指标被分为三组级别 分别为Patch 斑块 斑块 反映单块的结果特征Class 斑块类型 反映属于相同的块的特征Landscape 整体景观 反映整体的结构特征三种级别逐步扩大尺度 高度相关 景观分析LandscapeAnalysis Landscape 整体景观 执行成功 景观分析LandscapeAnalysis 设置patch景观参数 设置patch景观参数 设置patch景观参数 设置总体参数 运行 相同效果 ID文件默认保存到了与源文件同一个文件夹下 如果没有设置autosave的话 点Saverunas保存结果文件 执行成功 查看结果 景观分析LandscapeAnalysis 得到的文件 四个结果文件 一个栅格文件 GRID格式 景观分析LandscapeAnalysis 用记事本打开生成的文件 注意查看帮助文档说明的单位 Adj文件是各类型统计的矩阵 class文件是每种类型的对应参数结果 这里为class级别上的斑块密度 PD patchdensity Land文件 得到形状指数LSI和景观聚集度指数con 而且都是MN 平均值 Patch文件 因为斑块数数量多 所以文件也稍大 这里算出面积 周长和回旋半径 景观分析LandscapeAnalysis 用记事本打开生成的文件 注意查看帮助文档说明的单位 此外还会生成一个栅格图 其像元值为其斑块在Fragstats中的编号顺序 IDImage图像 IDImage图像的属性表 这个文件名字是原图名字后面加上id4 如果是8cellrule的话会是id8 Fragstats自动加的 景观分析LandscapeAnalysis 注意 必须前面有选上这个才有这个图像 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 一定要是 打开 而不能是直接拖进去 选择patch文件 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 选分隔符 然后下一步 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 选择逗号 下一步 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 默认 点完成 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 显示有些奇怪 需要去掉表格中的空格 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 界面显示清楚了 替换空格的前提是你的文件目录路径不包含空格 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 因为这次都是同一个文件的 可删除第一列的路径信息 若是多个文件则需按第一行来分类 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 另存为xls表格文件 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 之所以要新建一个 主要是为了到时能导出一个数据库文件 如果直接joinexcel表格的话 当excel位置变化后会丢失join 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 为新建的个人数据库导入刚才保存的xls表格文件 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 选择那个表格 双击进去 选中 结尾的文件名 其实是excel中的一个表格页 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 再设置一下输出名字 就OK 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis 把刚才的ID栅格文件和newpersonaldatabase中的表格拖到ArcGIS中 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis Join表格 栅格的value对应表格的ObjectID 导入到ArcGIS中 景观分析LandscapeAnalysis Join表格后 ArcGIS中显示举例 原土地利用图 回旋半径图 景观分析LandscapeAnalysis ArcGIS中显示举例 原土地利用图 回旋半径图 景观分析LandscapeAnalysis Fragstats中帮助文档的描述 ArcGIS中显示举例 类似的 可以对class文件与源图像按照类型进行匹配来join到图像的属性表中 景观分析LandscapeAnalysis ASCII类型 ArcGIS中将栅格转换为ASCII后是不能直接在fragstats分析的 需要打开txt文件 把前面的几行描述信息删掉 只保留栅格信息 才能被Fragstats分析 须删掉前面那6行信息 ASCII类型 景观分析LandscapeAnalysis ERDAS和8bit类型 貌似Fragstats不支持ERDAS9以后的img格式 所以会报错 ERDAS类型 其帮助文档是这样描述的 8bit类型 虽然不可以直接用ERDAS类型 但可以选择8bit类型来对img图像进行分析 实际就可以是ERDAS9的文件 但是这时候一定要选择分类文件 否则即使能够执行 但结果也是不正确的 景观分析LandscapeAnalysis 指定Class类型文件 这里可以指定你自己写的txt或文件或fdc文件 其格式很简单 ClassID ClassName Status isBackground Status代表是否参与计算 isBackground代表是否作为背景 景观分析LandscapeAnalysis 批处理 如果要对多个镇区分别计算其景观指数的话 需要在Fragstats用到批处理 格式如下 景观分析LandscapeAnalysis GRID文件的批处理格式 Fragstats帮助文档的关于其他文件格式的批处理格式 基本类似 批处理会遇到的问题 Fragstats不能对一整幅图像自动分各镇区来计算对应的景观指数 所以先要把各镇区的土地利用图裁剪出来 景观分析LandscapeAnalysis 批量裁剪栅格图的方法 1 split工具分割矢量图 这里要注意有些镇区包含多个polygon时 因为两个polygon名字相同 会导致分割出9999的错误 要修改其名字为为唯一值才可以 如在镇区名前加上FID 因为FID肯定是唯一的 2 右键点击extractbymask工具来批量裁剪栅格图 这个需时较长 3 在excel中批量生成Fragstats中需要的文件名注意 文件路径都不能有空格 否则Fragstats分析时会报错 批处理会遇到的问题 Fragstats中的问题 景观分析LandscapeAnalysis Fragstats批处理的方法和问题 1 在excel中批量生成Fragstats中需要的文件名 手动输入太麻烦 2 Fragstats对批量的栅格图生成了结果文件后 以城市用地的斑块密度为例 有些镇区包含城市用地和非城市用地 而有些镇区却只有城市用地或只有非城市用地 这时下图的情况 只有城市用地这一行 有些polygon的面积比栅格图的一个像元还小 造成裁剪出来也是无实际值 Fragstats就无法识别 变成没有这个镇区一样 通常我们需要的只是城市用地的斑块密度 所以要把这两个得到的值分离开来 批处理会遇到的问题 Fragstats中的问题 景观分析LandscapeAnalysis 有些镇区有一行 有些有两行 有些连一行都没有 这样不规则的数据分离 可以用到excel中的宏命令来处理 Excel宏命令步骤 1 office2007为例子2 视图3 查看宏4 输入自定义的宏名字 点编辑 批处理会遇到的问题 景观分析LandscapeAnalysis 关键是找先到定位单位格位置的函数 见下图 Subforclass 需要先清除excel内所有空格DimtAsIntegerDimsAsStringDimcountAsIntegerDimnomalCity FDAsString 对应LID的位置显示PD值DimorderCity FDAsString 去掉TYPE为0的重复城市DimorderAsString 序号t 1 累计城市数量s D split 1995output extract b 指定文件名和位置count 350 设定得到的文件数量 设定输出列 nomalCity FD f orderCity FD h order g Range nomalCity FD 1 Value PD city Range orderCity FD 1 Value PD city Range order 1 Value FID序号 Range order 2 Value 1Forn 2Tocount IfRange A CStr n ValueLike D split 1995output extract b CStr t ThenIfRange b CStr n Value 1ThenRange nomalCity FD CStr n Value Range c CStr n ValueRange orderCity FD CStr t 1 Value Range c CStr n ValueElseRange nomalCity FD CStr n Value Range orderCity FD CStr t 1 Value EndIfElset t 1 累加一项Range order CStr t 1 Value tIfRange b CStr n Value 1ThenRange nomalCity FD CStr n Value Range c CStr n ValueRange orderCity FD CStr t 1 Value Range c CStr n ValueElseRange nomalCity FD CStr n Value Range orderCity FD CStr t 1 Value 0EndIfEndIfNextn EndSub 批处理会遇到的问题 景观分析LandscapeAnalysis 得到的分离的结果 Movingwindow 选择Movingwindow 景观分析LandscapeAnalysis 按需要选择圆形 Round 或方形 Square 范围 概念 首先要指明的是 选择movingwindow后只能分析landscape级别的指数 因为movingwindow就是源图像中每个像元都按指定范围只作为一个整体来分析 并把分析的值保存在对应点坐标位置 形成新的图像 每选一个landscape级别的指数就会多生成一个grid图像 Movingwindow 景观分析LandscapeAnalysis 选择两个参数 shapeIndex 形状指数 和ContiguityIndex 聚集度指数 Movingwindow 景观分析LandscapeAnalysis Movingwindow计算得到的文件与之前standard模式下的不同 它生成的是GRID格式文件 每个GRID图像对应一个参数 ContiguityIndex 聚集度指数 和shapeIndex 形状指数 Movingwindow 景观分析Landscap