文章名称利用遥测与地理资讯系统监测土地利用与生态系变迁

文章名稱：利用遙測與地理資訊系統監測土地利用與生態系變遷作者：陳朝圳國立屏東科技大學森林系教授心得報告研究目的：國家公園面積遼闊在經營管理上，除了需要有明確的經營目標及經營策略之外，藉由豐富的經營歷史資料，來提供經營資訊是任何自然資源經營計畫擬定之重要依據，因此如何利用先進的科技，建立以監測為目的之資訊系統，將是自然資源經營良否之不二法門。遙測(RemoteSensing,RS)技術可快速且可重複性的提供大面積的空間性資料，而地理資訊系統(GeographicInformationSystem,GIS)可系統性的整合各項不同來源與類型資料，並具備強大的空間分析功能，兩者為目前自然資源經營管理之最佳工具，本文將以RS與GIS論述如何監測土地利用與生態變遷。監測方法：1.地面調查遙測影像分類之前置作業，必先充分瞭解研究區之環境概況，國家公園因具豐富的自然生態資源，植物社會依環境梯度的不同而有所差異，除可參考前人研究成果以及相關調查報告（國家公園計畫書、林務局第3次森林資源調查報告）外，需依據現場實地狀況，將植群型與其他土地利用型類別加以定義。地面調查方法則可利用GPS進行各類型樣點定位調查，作為影像分類之訓練樣區（trainingsite），不同時期之訓練樣區取得方式，可利用解析度較佳之航空照片配合現場調查，確認各植群型之位置，植生狀況則需選擇不同時期但未發生改變之區域作為影像分類之訓練樣區。2.遙測影像分類遙測影像分類方面，係於野外定位完成後，於內業中先切取各點影像範圍，以做為影像分類之訓練樣區。一般而言，傳統上常用的影像分類方法，主要分為監督性分類法（supervisedclassification）與非監督性分類法（unsupervisedclassification）兩種，其中監督性分類法中使用需人工判釋較高之分類方法—最大概似法（maximumlikelihoodclassifier），其精準度與穩定度皆較高。3.地理資料之變遷分析藉由影像分類所完成之地理資料，可獲得不同時期土地利用的空間分布情形。變遷分析係從時間序列中瞭解環境屬性的變化趨勢或由一般趨勢中顯出異常的事物，這也是從事變遷分析所要追求的較高層次目標。以地景生態學之觀點來看，影像分類所得之土地利用型可視為地景結構上之最小單位，即嵌塊體（patch），針對各嵌塊體的空間特徵，則可以設計不同的量度指標（王仰麟等，1999）。較常應用在變遷研究的地景指標包括：嵌塊體豐富度（patchrichness,PR）→可表示地景中各類型嵌塊體的數目與豐富狀況。多樣性指標（diversityindex,DI）→地景多樣性的指標，其值之大小可反應地景要素的多少和各地景要素所占比例的變化。均勻度指標（evennessindex,EI）→當地景是由單一嵌塊體構成時，其指標值為0；當嵌塊體分佈均勻時，其指標值會趨近於1，反之則值接近0。碎形維度指標（fractaldimensionindex,FDI）→地景內嵌塊體碎形維度的平均值，可用以表示地景內嵌塊體的複雜程度，其運算方式為各嵌塊體的碎形維度加總後除以嵌塊體總量。地景形狀指標（landscapeshapeindex,LSI）→用以計算地景之形狀複雜度，其指標值愈大表地景愈複雜。監測工具衛星影像：中央大學太空遙測中心之SPOT衛星影像航空照片：由林務局農林航空測量所出版之航空照片，可用以判釋研究區之地物特徵，並可利用不同時期之照片，做為影像分類時訓練樣區選取與準確度評估之地面真實參考資料。影像處理軟體：Erdasimagine軟體是由美國LeicaGeosystems公司開發的遙測影像處理軟體，該軟體係由許多專業軟體工具組成的工具集地理資訊系統軟體：ArcView地景指標運算軟體：在地景指標運算上，應用最為廣泛的軟體則為Fragstats，係由McGarigalandMarks（1995）收集近年來地景研究報告，整理相關地景指標，並應用Arc/InfoGIS軟體之巨集指令開發程式集，以提供各項指標計算。案例介紹地點：墾丁國家公園因SPOT衛星影像之空間及波譜解析力有限，無法取得較佳準確度之影像分類結果，必須進行植群類型之整併，整併結果配合現場植生型現況調查，將海濱植物群落與乾燥林植物群落合併為乾燥林植生（生育地環境較乾旱）；混生林植物群落歸類為混生林植生；季風雨林植物群落與相思樹植物群落合併為季風雨林植生（生育地環境較濕潤）；草生地與農耕地歸為一類；建成地及裸露地歸為一類；水域自成一類。影像分類方面，係以實地定位調查之植群型位置選取訓練樣區，並利用多種分類法，配合不同季節影像，進行影像分類準確度評估，由研究結果得知，以10月份生長季節之衛星影像，利用最大概似法進行植群型分類，可得較佳的分類結果（圖二）。各植群型之面積分布由表二可知，墾丁國家公園陸域範圍內，以季風雨林植生所佔面積最大（3期均超過50%），顯見其內植群之保存狀態堪稱良好。由地景變遷分析結果得知（表三），墾丁國家公園區內各期間之地景層級植群型在多樣性（多樣性指標）、均勻性（均勻度指標）與排列性上（碎形維度指標）均有日趨複雜之趨勢；而經由Shannon’s多樣性指標之t值檢定結果顯示（表四），地景層級之植群型變遷達顯著差異，顯現墾丁國家公園管理處在遊憩壓力與開發密度高之區域，有必要加強經營管理與生態監測工作，以確保維護生態系之穩定。個人心得：遙測在對於分析植物上有很大的幫助，對於比較不容易到達的地方就可以利用遙測來幫助我們，對於我們台灣這種濫砍濫伐的情況下，保育工作真的很重要，在有系統的調查下，利用各種資源把我們