3S技术在景观生态学中的应用

1、3S3S技术（技术（RSRS、GISGIS、GPSGPS）在景观生态学中的应用在景观生态学中的应用GIS在景观生态学研究中的应用景观生态学中RS与GIS的技术支撑作用3S技术(RS、GIS、GPS)oRS(RemoteSening，遥感)技术是20世纪60年代兴起并迅速发展起来的综合性探测技术，在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、计算机技术等当代科技的高速发展，以及地学、生物学等学科发展的需要，发展形成的一门新兴技术学科。oGIS(GeographicalInfor-mairon System，地理信息系统)是采集、存储、管理、检索、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布数据的空间信息系

2、统。oGPS(Global Positioning System,全球定位系统)是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。o景观生态学是一门研究空间格局对生态过程相互作用的新兴交叉学科，它主要研究景观的结构、功能和动态。景观生态学运用生态系统原理和系统方法进行研究，在重视理论建设的同时，还把地理信息系统等计算机技术与遥感手段充分结合，应用于其研究目的。RSRS一、遥感技术在生态学应用中经历的阶段一、遥感技术在生态学应用中经历的阶段二、遥感技术的基本原理二、遥感技术的基本原理三、遥感技术的优点三、遥感技术的优点四、遥感数据的基本特征四、

3、遥感数据的基本特征五、遥感在景观生态学中的应用方面五、遥感在景观生态学中的应用方面 遥感在生态学应用中经历的阶段遥感在生态学应用中经历的阶段v航空摄影阶段航空摄影阶段：始于始于1919世纪后期。世纪后期。v从航空摄影向航天摄影过渡的阶从航空摄影向航天摄影过渡的阶段段：大约从大约从2020世纪世纪5050年代至年代至7070年代。年代。 v航天摄影阶段航天摄影阶段：以各种遥感卫星和先进的以各种遥感卫星和先进的图像处理技术为标志。图像处理技术为标志。 遥感技术的基本原理遥感技术的基本原理 指通过任何不接触被观测物体指通过任何不接触被观测物体的手段来获取信息的过程和方法。的手段来获取信息的过程和方法

4、。是用光谱扫描仪或红外扫描仪对地球表面的是用光谱扫描仪或红外扫描仪对地球表面的地地物光谱物光谱或或温度特征温度特征进行记录，通过计算机的数进行记录，通过计算机的数据或图像处理分析地表特征。据或图像处理分析地表特征。遥感遥感遥感技术的基本原理遥感技术的基本原理 遥感技术的优点遥感技术的优点q 避免研究者对研究对象的直接干扰。避免研究者对研究对象的直接干扰。q 能够提供大范围的瞬间静态图像，是生态学家能够提供大范围的瞬间静态图像，是生态学家目前获取大尺度上各种生态和物理信息的主要手目前获取大尺度上各种生态和物理信息的主要手段。段。q 提供了大面积重复观测的可能，为资料的快速提供了大面积重复观测的可

5、能，为资料的快速获取与更新、为多时段的对比研究和动态分析提获取与更新、为多时段的对比研究和动态分析提供了基础，是大尺度格局动态的唯一监测手段。供了基础，是大尺度格局动态的唯一监测手段。q 大大拓宽了人类观测地球的光谱分辨能力。大大拓宽了人类观测地球的光谱分辨能力。q 可以提供高空间分辨率的资料，可以有效地可以提供高空间分辨率的资料，可以有效地为景观生态学研究提供所必需的多尺度上的资料。为景观生态学研究提供所必需的多尺度上的资料。q 遥感数据一般都是空间数据，这也是研究景遥感数据一般都是空间数据，这也是研究景观的结构、功能和动态所必需的数据形式。观的结构、功能和动态所必需的数据形式。q 现代遥感

6、技术直接提供数字化空间信息，从现代遥感技术直接提供数字化空间信息，从而大大地促进了景观生态学资料的收集、贮存，而大大地促进了景观生态学资料的收集、贮存，以及处理和分析过程，并且使遥感、以及处理和分析过程，并且使遥感、GISGIS和计算机和计算机模型的密切配合成为必然。模型的密切配合成为必然。 遥感数据的基本特征遥感数据的基本特征o 航空像片数据的空间分辨率反映在像片航空像片数据的空间分辨率反映在像片的比例尺和胶片的灵敏程度上；的比例尺和胶片的灵敏程度上；o 数字遥感数据对地物记录的详细程度主数字遥感数据对地物记录的详细程度主要反映在空间分辨率上。要反映在空间分辨率上。 遥感在景观生态学中的应用

7、方面遥感在景观生态学中的应用方面表 卫星波段及其能够测量的生态学特征波段主要生态学应用波段1（0.450.52m）可见蓝光区识别水体、土壤及植被识别常绿针叶植被与落叶阔叶植被识别人为的（非自然）地表特征波段2（0.520.60m）可见绿光区对植被绿光反射高峰较敏感，用于测量植被绿光反射峰值识别人为的（非自然）地表特征波段3（0.600.90m）可见红光区对叶绿素吸收光的作用敏感，用于检测叶绿素吸收识别植被类型识别人为的（非自然）地表特征波段4（0.760.90m）近红外反射区识别植被类型及生物量识别水体和土壤水分特征波段5（1.551.75m）中红外反射区识别土壤湿度及植物含水量识别雪和云波段

8、6（10.412.5m）远红外反射区识别植物受胁迫（stress）程度、土壤水分条件分类测量地表热量，用于热红外绘图波段7（2.082.35m）中红外反射区区别矿物及岩石类型识别植被含水量 遥感资料在景观生态学中的应用可以遥感资料在景观生态学中的应用可以归纳为归纳为3 3类：类：o植被和土地利用分类植被和土地利用分类o生态系统和景观特征的定量化生态系统和景观特征的定量化o景观动态以及生态系统管理方面景观动态以及生态系统管理方面的研究的研究 GISGIS一、一、概述概述二、二、GISGIS的数据层及数据获取的数据层及数据获取三、三、GISGIS的功能的功能四、四、GISGIS在景观生态学中的应用

9、在景观生态学中的应用 oGISGIS是一系列用来收集、存贮、提取、转换和显示空间数据的计算机是一系列用来收集、存贮、提取、转换和显示空间数据的计算机工具。工具。oGIS的应用领域包括资源管理、资源配置、城市规划和管理、土地信息系统和地籍管理、生态环境管理与模拟、应急响应、地学研究与应用、商业与市场、基础设施管理，网络分析、可视化应用等各行各业。其中GIS的应用已遍及与地理空间有关的领域。一方面，GIS具有强大的对空间数据的处理和对现实世界的模拟能力，另一方面，又可通过时空模型构建，分析空间要素的发展变化，为咨询、规划与决策提供技术支持。随着计算机硬件性能的提高以及面向对象、网络和数据挖掘等主流

10、1T技术的发展，GIS的应用日趋广泛，已成为城市规划、设施管理和工程建设的重要工具，同时还进入到军事战略分析、商业策划、移动通信、文化教育乃至人们的日常生活当中，其社会地位发生了明显的变化，已被公认为21世纪的支柱产业。概 述 GIS GIS的发展过程：的发展过程：o 2020世纪世纪5050年代，提出年代，提出GISGIS概念。概念。o 2020世纪世纪7070年代后，年代后，GISGIS朝实用的方向发展。朝实用的方向发展。o 2020世纪世纪8080年代，年代，GISGIS普及和推广应用阶段。普及和推广应用阶段。o 进入进入2020世纪世纪9090年代，年代，GISGIS深入到各行各业。深

11、入到各行各业。 硬件部分（图硬件部分（图A A） 软件部分（图软件部分（图B B） 空间数据空间数据 用户用户 地理信息系统的组成地理信息系统的组成: :地理信息系统的数据层及数据获取利用利用GISGIS表示景观异表示景观异质性质性: : A.A.在在GISGIS中不同生态中不同生态学变量以不同数据学变量以不同数据层表示；层表示； B.GISB.GIS表达空间数据表达空间数据的两种基本途径：的两种基本途径：矢量型和栅格型矢量型和栅格型GISGIS在景观生态学中应用在景观生态学中应用 GISGIS的特点的特点: :o 将零散的数据和图像资料加以综合并存贮将零散的数据和图像资料加以综合并存贮在一起

12、。在一起。o 将各类空间数据和有关属性数据通过计算将各类空间数据和有关属性数据通过计算机高效率地联系起来。机高效率地联系起来。o 为经常不断地、长期地储存和更新空间资为经常不断地、长期地储存和更新空间资料及其相关信息提供一个有效的工具。料及其相关信息提供一个有效的工具。 为空间格局分析和空间模型提供一个有力为空间格局分析和空间模型提供一个有力又较容易操作的技术构架，从而有利于生态学又较容易操作的技术构架，从而有利于生态学家采用一些数学和计算机方法上非常复杂的研家采用一些数学和计算机方法上非常复杂的研究途径。究途径。 提高了某些景观资料的质量，大大增加了对提高了某些景观资料的质量，大大增加了对资

13、料的存取速度和分析能力，从而促进了景观资料的存取速度和分析能力，从而促进了景观生态学原理和方法在环境规划和资源管理诸方生态学原理和方法在环境规划和资源管理诸方面的实际应用。面的实际应用。 景观单元数量关系分析景观单元数量关系分析 通过对景观单元数量关系的分析，可以通过对景观单元数量关系的分析，可以获知一个景观地区的基本结构特征（如不同获知一个景观地区的基本结构特征（如不同景观类型的斑块个数、面积、周长、面积所景观类型的斑块个数、面积、周长、面积所占百分比、平均斑块周长、平均斑块面积），占百分比、平均斑块周长、平均斑块面积），同时可以计算该景观地区的景观多样性指数、同时可以计算该景观地区的景观多

14、样性指数、分维数、破碎度、分离度等一系列指标。分维数、破碎度、分离度等一系列指标。 GISGIS在景观空间格局分析中的应用在景观空间格局分析中的应用 * * 不同类型图件的叠加和再分类不同类型图件的叠加和再分类 * * 分析不同斑块在空间的分布关系，如分析不同斑块在空间的分布关系，如不同单元之间的距离、邻接性、连通性、不同单元之间的距离、邻接性、连通性、核心区和边缘效应等。核心区和边缘效应等。 * * 进行景观格局对生态过程的敏感性分进行景观格局对生态过程的敏感性分析和模拟，研究不同景观格局对生态过析和模拟，研究不同景观格局对生态过程的影响。程的影响。 景观空间格局分析景观空间格局分析缓冲区的

15、设计缓冲区的设计景观规划景观规划 * * 某一景观类型最佳利用方式的确定某一景观类型最佳利用方式的确定 * * 对某一景观要素空间位置的选择对某一景观要素空间位置的选择 景观规划与应用景观规划与应用在景观生态学研究中，景观变量的空间分布、一致性在景观生态学研究中，景观变量的空间分布、一致性或邻近度等可以作为输入参数通过或邻近度等可以作为输入参数通过GISGIS进入空间预测进入空间预测模型；反过来，预测模型的结果也可由独立的数据检模型；反过来，预测模型的结果也可由独立的数据检验或重新输入验或重新输入GISGIS。在这一过程中，以连续运用模型，。在这一过程中，以连续运用模型，也可把模型作为经验信息

16、或分析技术来确定合适的变也可把模型作为经验信息或分析技术来确定合适的变量。量。 GISGIS在景观模型中的应用在景观模型中的应用 GISGIS在景观模型中的应用在景观模型中的应用其他应用其他应用 o研究景观生态系统的功能和动态。GIS储存大量专题数据和丰富的程序、模型等，可以通过多层次、多因子的区域综合和系统分析，从时间与空间、质量与数量、内部与外部、静态与动态、自然与人为等角度综合认识景观的结构和功能，从而进行景观功能模拟和动态预测。 o景观生态管理。在综合、系统地对景观结构、功能和动态研究之后，依靠GIS专题研究模型，加上专家系统，对景观生态特征进行评价和管理。 o研究全球性问题。景观生态

17、学经过发展和完善，已经成为一门涉及生物圈、地理圈和智慧圈等，把人类和环境统一起来进行综合研究的新兴交叉学科。GIS对此大有可为：第一，有全球性的资源与环境大容量数据库；第二，综合了各有关学科专家的智慧；第三，有先进的信息网络支持，可将在物理上离散的各地数据库、模型库联系起来共享；第四，处理数据的速度相当快，能在自然过程的形成时间之内模拟各种可能出现的结果，并提出对策 。GPS GPS GPS主要由空间导航主要由空间导航系统、地面监测系系统、地面监测系统和用户设备三部统和用户设备三部分组成。分组成。GPSGPS的结构组成的结构组成GPSGPS在景观生态学研究中的作用在景观生态学研究中的作用 GP

18、S GPS技术对景观生态学研究有重要推技术对景观生态学研究有重要推动作用。如用于动物活动行踪的监测，生动作用。如用于动物活动行踪的监测，生境图、植被图及其它资源图的制作，航空境图、植被图及其它资源图的制作，航空照片和卫星遥感图像的定位和地面校正，照片和卫星遥感图像的定位和地面校正，以及环境监测等方面。以及环境监测等方面。 在景观生态学中，常见的研究方法是以遥感影像为数据源，使用图像处理系统对其进行分类，获取相应的景观类型图，再以GIS软件为手段，计算斑块的数目、面积、周长等斑块特征，计算各种景观指数，以用于进行景观格局分。 Rs是以物理手段、数学方法和地学分析为基础的综合性应用技术，其最大优势在于强大的数据获取能力。通过该方法可以及时获得大范围、多时相、多波段