基于地表覆蓋數(shù)據(jù)的景觀指數(shù)計(jì)算

徐英豪 朱佳清

摘要：地表覆蓋數(shù)據(jù)全面獲取了地表的自然和人文景觀，合理利用地表覆蓋數(shù)據(jù)可以計(jì)算景觀指數(shù)。常用的計(jì)算景觀指數(shù)方法要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，不僅操作繁瑣，同時(shí)會(huì)損失數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。本文主要介紹基于地表覆蓋矢量數(shù)據(jù)直接計(jì)算景觀指數(shù)的方法，最大限度的提高景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：地理國(guó)情普查監(jiān)測(cè);地表覆蓋;景觀指數(shù)計(jì)算

1緒論

地理國(guó)情普查及監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果中的地表覆蓋數(shù)據(jù)，能夠全面、客觀、準(zhǔn)確地反映地表的自然和人文景觀，具有全覆蓋，無(wú)縫隙，無(wú)重疊等特點(diǎn)。景觀格局指數(shù)反映景觀要素在景觀空間內(nèi)的配置和組合形式，在解決宏觀生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題中具有重要的作用。目前最常用的Fragstats景觀格局分析軟件可以計(jì)算100多種景觀指數(shù)，且算法較為成熟，但利用Fragstats計(jì)算景觀格局指數(shù)，預(yù)處理步驟復(fù)雜，數(shù)據(jù)柵格化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生必然誤差。為避免誤差的產(chǎn)生，可以利用地表覆蓋矢量成果，直接得到景觀格局指數(shù)。本文選取了香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)優(yōu)勢(shì)化指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)，類別尺度上的破碎度、分離度、優(yōu)勢(shì)等6個(gè)常用的景觀指數(shù)作為實(shí)驗(yàn)，結(jié)合景觀格式指數(shù)的具體定義，詳細(xì)闡述計(jì)算方法。

2景觀指數(shù)算法

2.1地表覆蓋類型尺度指數(shù)

（1）地表覆蓋類型的破碎度反映了斑塊密度，基于地表覆蓋計(jì)算破碎度計(jì)算依據(jù)的表達(dá)式為：Ci=NiAi，其中Ni為地表覆蓋類型i的斑塊數(shù)，Ai為地表覆蓋類型i的總面積。

（2）地表覆蓋類型的分離度反映綴塊個(gè)體的分離程度，計(jì)算表達(dá)式為Ii=DiSi，其中Di為景觀距離指數(shù)，Di=NiA2，Si為景觀面積指數(shù)，Si=AiA，A為研究區(qū)域總面積。

（3）地表覆蓋類型的優(yōu)勢(shì)度反映某一地表覆蓋類型在整個(gè)景觀格局中所占的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算表達(dá)式為Vi=ci2+ai2，ci=NiN，ai=AiA。

2.2地表覆蓋景觀尺度指數(shù)

（1）整體景觀格局的香農(nóng)多樣性指數(shù)（H）反映在一個(gè)景觀系統(tǒng)中的地類的豐度，基于地表覆蓋計(jì)算香農(nóng)多樣性依據(jù)的主要表達(dá)式為：H=-∑Mi=1（PilnPi，H>=0。地表覆蓋共有10個(gè)一級(jí)類，式中M=10，Pi為i類在整個(gè)地表景觀出現(xiàn)的概率，Pi=AiA。當(dāng)整個(gè)景觀只由一種地表覆蓋類型構(gòu)成時(shí)H=0，當(dāng)H增大，說(shuō)明整個(gè)景觀所包含的地表覆蓋類型增加，群落多樣性越好。

（2）整體景觀格局的均勻度指數(shù)（E）反應(yīng)的是不同景觀個(gè)體數(shù)目分配的均勻程度，基于地表覆蓋計(jì)算均勻度指數(shù)依據(jù)的計(jì)算依據(jù)的主要表達(dá)式為：

E=HHmax≈HlnM=-∑Mi=1（PilnPilnM×100%，范圍：0<=E<=1。當(dāng)整個(gè)景觀有一種地表覆蓋類型構(gòu)成時(shí)H=0，當(dāng)H=1時(shí)說(shuō)明各地表覆蓋類型均勻分布。

（3）整體景觀格局的優(yōu)勢(shì)化指數(shù)（D）代表該區(qū)域內(nèi)一種或幾種景觀的分布占到絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，基于地表覆蓋計(jì)算景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)等于最大可能多樣性減去香濃多樣性指數(shù)，表達(dá)式為：

3指數(shù)計(jì)算流程及測(cè)試結(jié)果

使用以上的算法模型，利用ArcgisEngine平臺(tái)、CS構(gòu)架、C#開發(fā)語(yǔ)言和DevExpress控件集合，針對(duì)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將景觀指數(shù)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行打包。指數(shù)計(jì)算軟件流程：首先遍歷輸入數(shù)據(jù)目錄下的FileGeodatabase，獲取地表覆蓋數(shù)據(jù)。然后選擇景觀指數(shù)的尺度，將CC碼轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)級(jí)別的分類碼。將空間位置相鄰且CC碼一致的斑塊進(jìn)行融合。最后統(tǒng)計(jì)每個(gè)類別的面積和圖斑個(gè)數(shù)，區(qū)域總面積和圖斑個(gè)數(shù)。根據(jù)景觀指數(shù)算法，計(jì)算出結(jié)果。導(dǎo)出結(jié)果到Excel等易于查看的文件格式。

一級(jí)類尺度上的景觀破碎度測(cè)試結(jié)果表明柵格尺度越小，與基于地表覆蓋矢量成果計(jì)算得到的破碎度結(jié)果更接近，整體景觀尺度上的均勻度和多樣性指數(shù)結(jié)果基本一致?；诘乇砀采w矢量成果可以直接計(jì)算得到地類尺度上的分離度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，以及整體景觀格局的優(yōu)勢(shì)化指數(shù)，而Fagstats無(wú)法直接計(jì)算這些景觀指數(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

基于地表覆蓋計(jì)算景觀指數(shù)具備成熟可靠的理論依據(jù)，不僅可以成功地完成Fragstats等常用計(jì)算法的功能，并且由于沒(méi)有中間過(guò)程造成數(shù)據(jù)精度損失，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，同時(shí)增加了Fragstats不具備的指數(shù)計(jì)算方法，景觀評(píng)價(jià)更加靈活。經(jīng)過(guò)軟件打包計(jì)算過(guò)程，操作更為簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文的計(jì)算方法切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶舒，周旭，程滔，劉倩.基于景觀格局的地表覆蓋時(shí)空變化研究[J].

[2]王彥軍，楊月.基于地理國(guó)情普查成果的城市景觀格局分析[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2018，41（02）：27-30.

[3]陳宗鑄，楊麗薇，黃國(guó)寧，秦超，謝美書.基于Fragstats的森林景觀格局研究[J].熱帶林業(yè)，2014，42（02）：47-49.

[4]劉凌霄.基于GIS和Fragstats的城市郊區(qū)大地景觀生態(tài)規(guī)劃研究[D].東北林業(yè)大學(xué)，2017.

[5]饒楊莉，楊正銀，陳飛，陳慧，張艷梅.基于地理國(guó)情普查的生態(tài)環(huán)境分析[J].測(cè)繪技術(shù)裝備，2017，19（03）：28-30+18.