城市綠地信息采集監(jiān)測研究

劉向增

摘 要：社會的高速發(fā)展，人類正在以前所未有的規(guī)模和強度影響壞境，改變甚至破壞自然生態(tài)系統(tǒng)，致使生態(tài)系統(tǒng)受到越來越大的損害，已危及到人類自身的生存。[1]城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是城市生態(tài)系統(tǒng)的一個重要指示器。該文以某城市2001年和2007年兩個時期的遙感圖像為基礎(chǔ)，借助3S技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)以及景觀生態(tài)學(xué)等理論對該城市綠地進行動態(tài)監(jiān)測及綠地景觀格局變化分析。通過對遙感影像的分析研究，提取一個區(qū)域的綠地變化信息，分析出綠地的分布狀態(tài)和變化趨勢，掌握綠地景觀類型面積變化大小，年變化動態(tài)度，進而進行綠地動態(tài)變化的驅(qū)動力分析。在景觀水平上，從兩期的景觀指數(shù)對比：找出綠地變化趨勢，通過統(tǒng)計分析得出其背后的原因，進一步推斷出導(dǎo)致該區(qū)域的綠地分布狀況的社會原因，這些變化表明研究區(qū)大塊面積景觀減少，多樣性增加，綴塊之間的聚集程度減少，景觀異質(zhì)性增加。城市綠地動態(tài)監(jiān)測及景觀格局變化的分析，能得出或預(yù)測該社會的經(jīng)濟的發(fā)展趨勢，并進一步幫助相關(guān)部門做出正確的決策，使該區(qū)域的經(jīng)濟、環(huán)境等朝著一個良好的方向發(fā)展。因此，及時掌握城市綠地的變化規(guī)律，對未來的規(guī)劃具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：城市綠地 綠地景觀格局 綠地信息提取 驅(qū)動力分析 動態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：P237 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0007-03

植被長期以來一直是地理環(huán)境的指示器，它的長勢與它所處的環(huán)境的氣候、地貌、土壤等因素有關(guān)，對地理環(huán)境的依賴性較強，對其他因素的變化反映也較敏感。2000年J.Gmasek等在的時候?qū)θA盛頓地區(qū)進行了城市擴展動態(tài)遙感監(jiān)測，利用1973、1985、1990和1996年MSS影像和TM影像，采用NDVI差值法，利用空間紋理信息，設(shè)定一定的限制條件剔除了農(nóng)業(yè)用地變化信息，準(zhǔn)確提取出1973-1996年城市擴展的區(qū)域。郭程軒、劉小平等以廣州市、深圳市為例，通過對遙感圖像的校正、增強、變換和相關(guān)性分析等預(yù)處理，實現(xiàn)了TM圖像的信息提取和精度分析，2004年對綠地信息的提取研究，以0.61m的快鳥影像數(shù)據(jù)作為主要信息源，SPOTS衛(wèi)星影像作為補充用于對快鳥（QB）的云層覆蓋區(qū)域進行修補，同時與快鳥（QB）影像進行對比分析，輔助提取了相關(guān)特征要素，先用像元信息分解法從TM影像中分離出來，再以分離出來的綠地作為分類掩膜，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進行分類。結(jié)果表明：該方法保證了分類時綠地的純潔，有效地排除和避免了提取綠地信息時其它多余信息的干擾和影響，提高了分類的精度。

該文并不單純的研究單一的植被，而是研究植被的集合——綠地。綠地在一個區(qū)域生態(tài)平衡中扮演著重要的角色[2]，它是區(qū)域的氧源，更是電磁輻射、噪音及多種有害氣體的良好吸收體[3]。綠地的現(xiàn)狀預(yù)示著區(qū)域現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢。因此，通過對城市綠地遙感影像的分析研究，分析出綠地的分布狀態(tài)和變化趨勢，從而達到對區(qū)域生態(tài)以及經(jīng)濟社會的預(yù)測變得尤為必要。

1 遙感影像處理

該文以某城市為研究區(qū)域，利用該城市2001年和2007年的TM/ETM+圖像等一系列資料，分析了城市2001-2007年兩個時段內(nèi)生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化和景觀生態(tài)格局變化。在分析該城市土地利用空間格局時，用軟件Fragstats3.3選擇性對城市的景觀指數(shù)進行計算，并依據(jù)各指數(shù)進行空間分布規(guī)律分析。

利用ERDAS9.2軟件對所用圖像進行數(shù)字圖像處理。首先對圖像進行輻射校正，幾何精校正，最佳波段組合，最后進行圖像增強處理。圖像增強處理時，該文主要采用多波段的融合來達到遙感影像的增強，在多波段融合的過程中，挑選出效果較好的一種進行融合處理，生成分類數(shù)據(jù)源。

通過動態(tài)度來評價以及綠地景觀生態(tài)格局空間變化分析，實現(xiàn)對城市綠地動態(tài)監(jiān)測。分析綠地景觀格局時空變化過程和變化規(guī)律，可為城市可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

該文研究中采用的區(qū)域影像是ETM，根據(jù)其特點建立本區(qū)的解譯標(biāo)志，主要將土地類型分為：水域、建設(shè)用地、林地、園地、公園與綠地、農(nóng)用地、未利用地。典型地物標(biāo)志集見表1。

在遙感影像分類中，按照是否有已知訓(xùn)練樣本的分類數(shù)據(jù)（或根據(jù)人工參與程度），可分為兩大類：監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類。該文通過對遙感影像的非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類的分類效果的對比，篩選出精度比較高的分類方法以便進行分類工作，提取出高精度的分類結(jié)果。通過觀測比較，非監(jiān)督分類有些像元出現(xiàn)錯位，比如非監(jiān)督分類中把公園里的綠地信息分到了未利用類型中。從視覺效果角度認為監(jiān)督分類比見較合理。分類對比見表2、3和圖1、2、3。

2 城市綠地信息動態(tài)監(jiān)測

2.1 綠地數(shù)量變化分析

通過對兩期的遙感分類影像圖進行統(tǒng)計見表4。

為了研究某城市綠地面積的變化情況，采用土地利用類型中的動態(tài)度來對城市綠地進行分析。該動態(tài)度指數(shù)可反映土地利用類型的變化幅度和變化速度，也易于通過類型間的比較反映變化的類型差異，從而探求其背后的驅(qū)動或限制因素[4]，其表達式為：

（為時段內(nèi)某種土地利用類型的動態(tài)度；和分別為監(jiān)測初始m和結(jié)束n時刻，某種土地利用類型的面積；為監(jiān)測時段長度，當(dāng)以年表示時段時，為某種土地利用類型的年動態(tài)度）

根據(jù)動態(tài)度公式，統(tǒng)計出2001-2007土地利用/覆蓋類型動態(tài)度表，時間測度為年。見表5。

表中分析得出結(jié)論，6年間，該城市建成區(qū)內(nèi)，水域、建設(shè)用地的增加的趨勢，綠地、未利用地、農(nóng)用地、林地面積都有所減少的趨勢。

2.2 綠地景觀空間格局變化分析

為了分析該城市綠地景觀結(jié)構(gòu)特征及景觀結(jié)構(gòu)與人類活動的關(guān)系，應(yīng)用景觀空間格局的定量描述指標(biāo)可以對綠地空間差異進行定量分析，對不同時期的指標(biāo)進行比較，也可以把城市綠地變化的實踐過程與空間特征聯(lián)系起來。該文選用了下列景觀特征指數(shù)：景觀要素綴塊大小（包括平均綴塊面積和最大綴塊指數(shù)）、綴塊分維數(shù)、綴塊形狀指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、散列與并列指數(shù)、蔓延度指數(shù)。將遙感分類圖導(dǎo)入FRAGSTATS3.3進行相關(guān)指標(biāo)的計算，見表6。

根據(jù)表6中結(jié)果得出如下結(jié)論：從綴塊數(shù)目上看，2007年較2001有所上升，說明綠地被分散化，而不再像以前那種大規(guī)模的存在了；從最大綴塊面積上看，也說明2007年的綠地較2001年被分散了；從綴塊平均面積，綴塊平均面積反映的是景觀要素綴塊規(guī)模；2007年的綠地的規(guī)模較2001年有所降低；從分維數(shù)看，2007年分維數(shù)較2001年有所上升，說明2007年綠地的復(fù)雜性增強。

2.3 綠地變化驅(qū)動力分析

該城市綠地變化驅(qū)動力體現(xiàn)在城市化快速發(fā)展、城市綠化措施和自然因素三個方面。2001-2007年，該城市在此期間城市化水平發(fā)展迅速，到2007年末全市城鎮(zhèn)人口比重已達22.85%，且處于中小等城市化水平。該過程中，城市人口增加，房地產(chǎn)開發(fā)加劇，農(nóng)業(yè)需求不斷加大導(dǎo)致城鎮(zhèn)用地和農(nóng)業(yè)用地大量出現(xiàn)，并不斷聚集，分別在城區(qū)和城郊占據(jù)絕對優(yōu)勢，呈大面積聚集分布，構(gòu)成城市景觀的主體；老城區(qū)由于建筑密度大，不少綠地被擠占，綠地增長率偏低，公共綠地、覆蓋率的增長與提高的速度較慢。城市綠化用地受到城區(qū)的城鎮(zhèn)用地和城郊農(nóng)業(yè)用地的雙重壓力，導(dǎo)致小面積斑塊逐漸被其他用地類型蠶食和侵占，同時景觀破碎度有所下降，空間聚集度上升，生態(tài)用地類型在景觀中逐漸呈現(xiàn)綴塊分布。

該文研究區(qū)域是城市城區(qū)，涉及到的林地較少，而且由城區(qū)的擴展，導(dǎo)致城區(qū)的林地面積減少。由于綠化的需要和城市用地的雙重壓力，導(dǎo)致該城市綠地從以前的大而廣的格局向分散的格局變化。不過由于其數(shù)量和分布的局限性，并不足以改變?nèi)珔^(qū)的生態(tài)綠化用地景觀格局改變的趨勢。從2001年地面調(diào)查結(jié)果分析，城區(qū)林地面積減少，而相對草坪綠地面積則有所增加。見表7。

自然因素對城市綠地景觀的作用主要體現(xiàn)在地形因素、病蟲害以及降水等對綠地及其景觀格局的影響。許多綠化用地由于處于北部的山地，其開發(fā)成本與難度較大，因此避免了被大量破壞，而處于地勢平緩地區(qū)和城鎮(zhèn)內(nèi)部的生態(tài)綠化用地，尤其是小面積斑塊，則被建設(shè)用地大量侵占，這也是城市綠地景觀斑塊個數(shù)和密度減少幅度遠大于其總面積減少趨勢的原因。

3 結(jié)語

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是城市生態(tài)系統(tǒng)的一個重要指示器。它的組成現(xiàn)在主要決定于人為因素，因此，使用遙感技術(shù)來實施對城市綠地的動態(tài)監(jiān)測，有著重要意義。該文研究城市綠地信息的動態(tài)監(jiān)測的方法，以某城市建成區(qū)城市綠地為例，在充分借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，對該城市綠地信息進行了提取及動態(tài)檢測，并對其經(jīng)濟效益進行了初步的探討。

參考資料

[1] 郭晉平.關(guān)帝山森林景觀空間格局及其動態(tài)的研究[D].北京：中國科學(xué)院·自然綜合考察委員會，1997.

[2] Aber，J.D.Nit rogen cycling and nit rogen saturation in temperate forest ecosystems[J].Trends in Ecology and E2 volution，1992（7）：220-224.

[3] 車生泉，王洪輪.城市綠地研究綜述[J].上海交通大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)科學(xué)版），2001（3）：229-234.

[4] Thomas H C Le.Frank L Scarpace and Thomas M Lillesand Use of multitemporal spectral profiles in agricultural land-cover classification[J].PE&RS，1986，52（4）：535-544.