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华安县景观格局分析.docx

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华安县 景观 格局 分析
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龙岩学院毕业论文题 目: 华安县景观格局分析 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 1996~2014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(117°16′-117°42′E ,24°38′-25°12′N) ,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林地 耕地 水域 建筑用地 未利用地0200004000060000800001000001996年 2002年 2009年 2014年景观类型面积hm2图 3-5 华安县 1996-2014 年景观类型面积2林地 耕地 水域 建筑用地 未利用地0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%1996年 2002年 2009年 2014年景观类型图 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
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