基于RS与GIS的雅安市土地利用景观格局变化分析研究

1、第 33卷第 2期 2010年 03月现 代 测 绘 Vol. 33,No. 2 Mar. 2010基于 RS 与 GIS 的雅安市土地利用景观格局变化分析研究田维渊 1, 曾世斌 1, 杨武年 2, 罗光兵 1, 张俊峰 1(1重庆川东南测绘有限公司 , 四川 重庆 40038; 2成都理工大学 , 四川 成都 610059摘 要 本文以 TM 遥感影像等为数据源 , 借助 RS 与 GIS 技术 , 选择了能反映研究区景观空间格局的景观指数 , 分析研究了雅安市 2000年至 2007间的景观空间格局动态变化 。 从两期景观指数对比得出 :林地是研究区景观基 质类型 , 研究期内景观异质性

2、降低 , 破碎度呈减少趋势 。关键词 遥感 景观格局 景观指数 雅安市中图分类号 :P237,P208 文献标识码 :A 文章编号 :1672-4097(2010 02-0023-04 景观作为地球表面空间布局的复合体 , 其变化 不仅反应景观的结构与功能随时间的变化过程和 规律 , 同时也是全球环境变化和土地利用 /覆盖变 化研究的重要组成部分 , 基于遥感的景观变化研究 方法已成为景观生态学研究的热门问题之一 1 2。 从景观生态学的角度 ,局进行研究 ,3、技术的发展 ,阶段 ,观格局及动态变化过程进行研究等方面 3 4。 1 研究区概况雅安市位于四川盆地西缘 。地理坐标介于北 纬 28

3、51 10 3056 40 , 东经 10156 26 10323 28 之间 , 东邻成都 、 西连甘孜 、 南界凉山 、 北接阿坝 。 全市幅员面积 1. 53万 km 2, 辖雨城区 、 名山 、 荥经 、 汉源 、 宝兴 、 石棉 、 天全 、 芦山一区七县 。雅安市属 于亚热带季风气候区 , 总的气候特点是冬无严寒 、 夏无酷热 、 四季分明 、 雨量充沛 、 雨热同步 、 无霜期 长 、 热量充足 。 雅安市总人口约 153万人 , 其中非农 业人口占 19. 42%, 农业人口占 80. 58%。2 研究方法及过程2. 1 研究方法本文用的景观空间格局变化的研究方法为景 观指数分

4、析方法 。 以雅安市 2000年和 2007的 TM 图像 、 地形图及 D EM 等为数据源 , 利用软件 Edas Imagine 8. 7对 TM 图像进行预处理 、 正射校正 、 增 强处理及图像解译分类 , 获取遥感解译基础图件 , 利用 ArcInfo WorkStation9. 0对 Erdas 软件处理而 来的数据进行矢量数据的编辑 , 利用景观分析软件 Fragstat s 3. 3对处理好的数据进行景观指数计算 , 借助 Excel 2007对研究区数据进行统计分析 。 2. 2 研究过程2. 2.都起作用 5。 景观格局形成的原因和机制在不同尺 度上往往是不一样的 , 不

5、同因素在景观格局形成过 程中的重要性随尺度而异 。例如 , 温度和降水量决 定了全球主要植被类型的空间格局 。而区域生态 系统类型则受到海拔高度和其他地形特征的影响 , 在小尺度上 , 捕食 、 竞争 、 植物 土壤相互作用等生 物学过程对空间格局的形成起着重要的作用 6。 景观格局特征指标体系可在三个层次上进行分 析 :即单个斑块、 斑块类型和整个景观镶嵌体 , 因此景 观格局指数分为基于斑块的指数、 基于斑块类型的指 数、 景观镶嵌体指数。 斑块水平上的指数包括与单个 斑块面积、 形状、 边界特征以及距其他斑块远近有关 的一系列简单指数 ; 在斑块类型水平上 , 因为同一类 型常常包括许多

6、斑块 , 所以可相应地计算一些统计学 指标 (如斑块的平均面积、 平均形状指数、 面积和形状 指标差等 ; 与斑块密度和空间相对位置有关的指数 对描述和理解景观中不同类型斑块的格局特征很重 要 , 例如斑块密度 (单位面积的斑块数目 、 边界密度 (单位面积的斑块边界数量 、 斑块镶嵌体形状指数、 平均最近邻近指数等 ; 在景观水平上 , 除了以上各种 斑块类型水平指数外 , 还可以计算各种多样指数 (如 多样性指数、 均匀度指数等 和聚集度指数。2. 2. 2 景观格局类型划分及指数的选择根据雅安市土地利用 /覆盖的特点 , 结合卫星 遥感图像 (TM 影像 光谱特征及 2000年土地利用

7、/ 覆盖分类系统 , 把研究区划分为耕地 、 林地 、 草地 、水域 、 建设及工矿用地和未利用地 6种景观类型 。 在景观生态学的研究和应用中 , 经常借鉴传统 的生物学和地理学统计方法发展了许多衡量景观 特征的指数 。 通过对研究区土地利用 /覆盖类型及 遥感影像的光谱特征和分辨率的综合分析 , 本研究 在缀块类型水平上选择了缀块数目 、 最大缀块面 积 、 类型最大缀块指数 、 缀块平均面积 、 平均缀块分 维数 、 缀块类型面积和缀块形状指数 ; 在景观水平 上选择了 景观形 状指 数 (L SI 、 香 农多样 性指 数 (SHDI 、 香农均匀度指数 (SH EI 、 散布与并列指

8、数 (I J I 、 蔓延度指数 (contag 。 2. 2. 3 景观格局指数的计算缀块类型水平上选择的指数比较容易理解 , 计 算公式简单 , 在此仅介绍景观水平上的计算公式 。(1 形状指数 (L S I 景观形状指数 (L S I :反映景观空间格局的复 杂程度 。 计算公式 7:LS I =k(1其中 , k , , (2 (SHDI :反映景观类型的复杂程 度 。 它的大小反映景观斑块类型的多少和各景观 要素的空间组成变化 。 计算公式 7:H =- miP iL n Pi(2其中 :pi 只表示 i 景观斑块类型在整个景观中所 占面积的比例 ; m 为景观斑块类型数目。 对于给

9、定的 m , 当只 pi =1/m 时 , H 达最大 , 通常随着 H 的增加 , 景观结构组成成分的复杂性 (多样性 也趋于增加。(3 均匀度指数 (E 景观均匀度指数 (E :反映各景观区域内景观 类型斑块的多样性 , 还可以反映景观中优势缀块类 型的空间分布 。 计算公式 7:E =H H m =- mi =1(P iL n P iLn (n (3其中 :H 为多样性指数 , H m 是其最大值 , n 是景观中最大可能的景观斑块类型数 。显然当 E 1时 , 景观斑块类型分布的均匀程度越高 。(4 散列与并列指数 (I J I 散列与并列指数 (I J I :描述景观空间格局中 缀块

10、类型的彼此邻近丰富度 。 计算公式 7:IJ I =- m m inin 2m (m -1100(4IJ I 在斑块类型级别上等于与某斑块类型 i 相邻的各斑块类型的邻接边长除以斑块 i 的总边长再乘以 该值的自然对数之后的和的负值 , 除以斑块类型数与 其减 1的积自然对数 , 最后乘以 100是为了转化为百 分比的形式 ; IJ I 取值小时表明斑块类型 i 仅与少数几 种其它类型相邻接 ; IJ I =100表明各斑块间比邻的边 长是均等的 , 即各斑块间的比邻概率是均等的。(5 (contag (:contag =1+ mi =1mk =1P im g ikinP i m gik2ln

11、 m100(5contag 为景观中各斑块类型所占景观面积比例乘以各斑块类型之间相邻的格网单元数目占总相邻的格 网单元数目的比例 , 乘以该值的自然对数之后的各斑 块类型之和 , 除以 2倍的斑块类型总数的自然对数 , 其 值加 1后再转化为百分比的形式。 理论上 ,contag 值 较小时表明景观中存在许多小斑块 ; 趋于 100时表明 景观中有连通度极高的优势斑块类型存在。3 成果分析3. 1 研究区缀块类型水平 (class 格局变化分析用软件 Arcgis9. 0及 FRA GSTA TS3. 3分别对 2000年和 2007年的土地利用 /覆盖矢量数据和栅 格数据进行了处理及相关指标

12、的计算统计 , 缀块类 型 (Class 水平指标统计如表 1表 1 雅安市 2000 2007各景观要素缀块特征指数表景观类型 时间 (年 缀块数目最大缀块面积 (ha 类型最大缀块指数 (%缀块平均面积 (ha 平均缀块分 维数 (F 景观类型 面积 (ha 缀块形状指数(L SI 耕地 2000215559610. 764. 57599. 741. 0922210029. 35151. 90382007201159610. 765. 37308. 891. 0813178886. 02128. 4520林地20001128563808. 287. 525275. 141. 1147847

13、927. 55133. 810920071465763808. 287. 261059. 951. 1154878736. 21156. 357742现 代 测 绘 第 33卷续 表景观 类型 时间 (年 缀块数目最大缀块面积(ha 类型最大缀块指数 (%缀块平均面积 (ha 平均缀块分维数 (F 景观类型面积 (ha 缀块形状指数 (L SI 草地 20001921518793. 744. 915419. 901. 1050382344. 56166. 8414 20071921318793. 744. 918019. 891. 1050382177. 16166. 8375水域 20001

14、1706249. 4114. 112037. 851. 102744284. 3285. 6835 200711716294. 4114. 038038. 021. 103044519. 1685. 6849建设工 矿用地 2000186402. 4810. 429120. 751. 10733859. 1634. 0216 2007255402. 489. 751016. 181. 10854127. 3935. 9674未利 用地 20005593400. 8618. 503832. 881. 097118379. 3034. 9723 20075503400. 8618. 504032.

15、 781. 097018378. 3034. 9722 表 1 反映了景观要素缀块特征指数的变化 情况 :(1 缀块平均面积反映的是景观要素缀块规 模 ,2000年的缀块类型平均面积排序为 :林地 水域 未利用土地 建设及工矿用地 草地 耕地 ;2007年缀块类型平均面积排序为 :林地 水域 未利用土地 草地 建设及工矿用地 耕地 。从数据变化可以看出草地 、 建设及工矿用 地缀块均有减少 ,、 ;,使其缀块数增加以及大量的人为干扰所致 ; 水域 平均缀块规模增加 , 可能为枯水 、 涨水 , 水库 、 电 站建设等所致 。(2 分维数反映的是景观要素缀块形状指数 , 2000年由大到小为 :

16、林地 建设及工矿用地 草地 水域 未利用地 耕地 ; 2007年缀块形状指数 由大到小为 :林地 建设及工矿用地 草地 水域 未利用地 耕地 。两个时段相比较 , 林地 、 建设 及工矿用地 、 水域的复杂性增强 , 耕地 、 草地 、 未利 用地复杂性减弱 , 草地和未利用土地的缀块形状基 本没有变化, 从上表可以得出它和分维数表现出来的 结果基本上一致 。3. 2 研究区景观水平 (class 格局变化分析用软件 Arcgis9. 0将项目中的研究区土地利 用 /覆盖矢量数据 Coverage 格式转换为 Grid 栅格 格式 , 在用景观指数计算软件 FragStat s3. 3计算出

17、选择的景 观指 数 , 景 观 (LandScape 水 平指数 如 表 2:表 2 雅安市 2000 2007景观指数表景观 指标 景观形状指数(L SI 香农多样性指数(SHDI 香农均匀度指数(SH EI 散布与并列指数(I J I 蔓延度指数 (contag 2000年 131. 88491. 11890. 624556. 665962. 7148 2007年 150. 79531. 11940. 625153. 098060. 1893 从表 2可以看出 :在研究期雅安市景观形状指 数 、 香农多样性指数 、 香农均匀度指数有所增大 , 而 散布与并列指数 、 蔓延度指数有所减少 。

18、景观形状 指数 (L SI 增大 , 表明缀块在自然与人为的干扰下 , 形状更加复杂化 ; 香农多样性指数 (SHDI 增大 , 说 明斑块类型增加或各斑块类型在景观格局中的空 间分布更加均衡化 ; 香农均度指数 (SH EI 增大 , 表 明各景观斑块类型在空间上分布的均匀程度有所 增加 ; 散布与并列指数 (I J I 减小 , 说明景观缀块各 类型间相邻的类型有减少的趋势 , 接壤的景观类型 丰富度有所下降 ; 蔓延度指数 (Contag 减少 , 表明 研究区小斑块个数有所增大或优势斑块连接度降 低 , 景观的破碎化程度增大 。这些变化原因可能为 :近些年来实施退耕还林 政策 , 土地

19、整理 /复垦项目 , 生态环境建设治理工 程 、 熊猫基地建设及旅游区规划建设等 。3. 3 雅安市土地利用 /覆盖现状图用 Edas Imagine8. 7和 Arc GIS9. 0软件对研究 区遥感数据源等进行处理 , 获得了研究区 2000年和 2007的土地利用 /覆盖景观空间格局分布现状图 (如图 1, 图 2 , 从两幅图的对比可以看出土地利用 景观空间格局存在着的变化 。52第 2期 田维渊等 :基于 RS 与 GIS 的雅安市土地利用景观格局变化分析研究 图 1 雅安市 2000年土地利用 / 覆盖现状图图 2 雅安市 2007年土地利用 /覆盖现状图4 结 论(1 研究得出

20、:2000年林地和草地控制着研究 区的景观 , 两者的景观面积占据总景观面积的 81. 5%左右 ; 到 2007年 , 由于退耕还林还草政策的影 响 , 林地和草地的景观面积占据总景观面积的 83. 6%左右 。 从面积比重看来 , 研究区的林地是景观 的基质类型 。(2 两期景观指数对比 :景观形状指数 、 香农多 样性指数 、 香农均匀度指数有所增大 , 而散布与并 列指数 、 蔓延度指数有所减少 。(3 由景观指数变化分析表明 :研究区的景观 异质性升高 , 在研究期景观破碎度呈增大趋势 。 (4 在研究期间 , 研究区的景观空间格局发生 的变化 , 除了受地形条件和自然灾害等影响外

21、, 还 受人口增长 、 城乡建设以及社会政治经济因素等的 影响 。 若相关部门共同努力 ,1R T L Oodron M. Landscape ecologyM . New Y ork Willey ,19862 李秀珍 , 等 . 景观格局指标对不同景观格局的反应 J.生 态学报 ,2004,24(13 Zhou Z. Landscape changes in a rural area in China J. Landscape Urban Planning ,2000,474 仇恒佳 , 卞新民 . 环太湖景观生态格局变化研究 以苏州 市吴中区为例 J.长江流域资源与环境 ,2006(15

22、 柳晓华 . 基于 RS 和 GIS 的土地利用和景观格局变化研 究 D.武汉 :华中农业大学 ,20046 李秀彬 . 全球环境变化研究的核心领域 :土地利用 /土地 覆被变化的国际研究动向 J.地理学报 ,1996,51(6 7 黄颖 . 基于遥感与景观指数的土地利用 /覆盖变化及格局 分析 以长沙地区为例 D.长沙 :中南大学 ,2007R eseach On Land Use and Its Landscape Pattern Changes B ase On RS and GIS in Ya An TI AN Wei 2yuan 1, ZE NG Shi 2bin 1, Y ANG Wu 2nian 2, LUO G uang 2bing 1, ZH ANG J un 2feng 1(1Surveying and Mapping Co. , Ltd. of Chuan Southeast of Chongqing , Chongqing Sichuan