基于RS與GIS技術(shù)的景觀格局分析及生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)

湯思遙

摘要：本文以黃石市陽新縣及周邊地區(qū)SPOT衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)資料，利用GIS技術(shù)對(duì)基址進(jìn)行景觀格局分析以及生態(tài)適宜性分析，力圖充分表達(dá)基址內(nèi)部景觀特征，進(jìn)而做出對(duì)該指定區(qū)域的土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，為陽新縣的建設(shè)及生態(tài)規(guī)劃 提供參考和建議。

Abstract： Based on the SPOT satellite imagery of Yangxin County and surrounding areas in Huangshi City， this paper uses GIS technology to analyze the landscape pattern and ecological suitability of the base site， in order to fully express the internal landscape features of the base site， and then make evaluation of land ecological suitability of the designated area， which provides reference and suggestions for the construction and ecological planning of Yangxin County.

關(guān)鍵詞：遙感影像;景觀格局;生態(tài)適宜性

Key words： remote sensing image;landscape pattern;ecological suitability

中圖分類號(hào)：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）12-0139-03

1 ?場地現(xiàn)狀

陽新縣位于湖北省東南部，隸屬于黃石市，縣政府駐興國鎮(zhèn)，下轄太子鎮(zhèn)、木港鎮(zhèn)、三溪鎮(zhèn)等22個(gè)鎮(zhèn)，以及386個(gè)行政村。位于長江中游南岸，幕阜山北麓的低山丘陵地區(qū)。境內(nèi)南北及西部多低山，東北部境內(nèi)有長江穿過，富水等六條水系向長江匯入，東北境多小型狹長平原，其間散布韋源湖、?？诤⑤藕?、袁廣湖、上巢湖等中、小型湖泊。

2 ?生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)

2.1 生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)

生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)是指從生態(tài)環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，運(yùn)用科學(xué)定量的評(píng)級(jí)劃分的方法，來對(duì)土地的利用方式提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)與利用的途徑與方式。生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)多用于規(guī)劃尺度，對(duì)城市的土地利用規(guī)劃、自然風(fēng)景區(qū)的生態(tài)保護(hù)規(guī)劃等大范圍的區(qū)域建設(shè)往往起著控制引導(dǎo)的作用。

本文的生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)方法是以黃石市陽新縣東南部城市用地為評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)合城市建設(shè)的生態(tài)適宜性特征提出評(píng)價(jià)因子體系，由Landsat8遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)解譯土地利用現(xiàn)狀，再運(yùn)用層次分析法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，通過ArcGIS10.2的空間分析功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

評(píng)價(jià)因子選取不宜過多，盡量選取對(duì)生態(tài)適宜性影響顯著的主導(dǎo)因子;應(yīng)在性質(zhì)上比較穩(wěn)定，不易變化;所需的數(shù)據(jù)容易獲得，保障評(píng)價(jià)方法的可操作性。結(jié)合建設(shè)用地現(xiàn)有資料，盡量選取對(duì)生態(tài)適宜性影響顯著的主導(dǎo)因子。本文選取水體因子、植被因子、用地敏感性因子和景觀阻力面大因子四大類作為樣本進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。如表1所示。

3 ?評(píng)價(jià)研究過程

研究范圍內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀是生態(tài)適宜性分析的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確、全面區(qū)分辨別規(guī)劃區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀有助于更好地了解規(guī)劃區(qū)內(nèi)的景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)主要生態(tài)問題。此次分析的影像圖來源是該地區(qū)的全色波段影像與多光譜影像，運(yùn)用ERDAS軟件合成遙感圖像，優(yōu)化處理，得到區(qū)域范圍內(nèi)各主要用地類型分類圖。

3.1 數(shù)據(jù)獲取

在無場地信息資料的情況下，通過互聯(lián)網(wǎng)公開的衛(wèi)星影像和地形數(shù)據(jù)信息，在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站上下載Landsat8原始衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)解譯

規(guī)劃區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀是生態(tài)適宜性分析的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確、全面區(qū)分辨別規(guī)劃區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀有助于更好地了解規(guī)劃區(qū)內(nèi)的生態(tài)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)主要生態(tài)問題。此次分析的影像圖來源是該地區(qū)的全色波段影像與多光譜影像，運(yùn)用ERDAS軟件合成遙感圖像，優(yōu)化處理，得到區(qū)域范圍內(nèi)各主要用地類型分類圖。

結(jié)合衛(wèi)星影像并運(yùn)用ArcGis和Eardas軟件合成遙感圖像，進(jìn)行優(yōu)化處理，得到區(qū)域范圍內(nèi)各主要用地類型分類圖。

3.2.1 影像預(yù)處理

打開 ERDAS，將下載的多光譜文件和全色影像文件進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，得到校正之后的影像。

3.2.2 光譜融合

將已經(jīng)完成校正的圖像在Viewer中打開，點(diǎn)擊Interpreter，啟動(dòng)圖像解譯模塊。選擇Spatial Enhancement，再點(diǎn)擊Resolution Merge然后輸入、輸出保存，得到圖2所示圖像。處理后的遙感影像既具有全色影像清晰的空間分辨率，又具有多光譜的彩色信息，為下一步的數(shù)據(jù)解譯做好準(zhǔn)備。

3.2.3 監(jiān)督分類

監(jiān)督分類是指利用已知的像元所對(duì)應(yīng)的類型為基礎(chǔ)，建立訓(xùn)練樣本，以該訓(xùn)練樣本為參照，將場地內(nèi)所有像元進(jìn)行歸類的過程。一般用于對(duì)某一研究區(qū)土地覆蓋類型（植被、水體、城鎮(zhèn)居民點(diǎn)、裸地）進(jìn)行研究，利用數(shù)字圖像分類技術(shù)提取這類型的信息，計(jì)算各地類的面積、覆蓋率，步驟如下，結(jié)合圖像融合結(jié)果和理論基礎(chǔ)，現(xiàn)將該圖像分類標(biāo)準(zhǔn)定為：農(nóng)田、道路、水體、建筑及綠地。

①打開監(jiān)督分類窗口，選擇加載區(qū)域。點(diǎn)擊影像窗口中工具按鈕，選擇多邊形工具進(jìn)行區(qū)域選擇，對(duì)農(nóng)田、道路、水體、建筑及綠地五種景觀類型進(jìn)行取樣。

②計(jì)算混淆矩陣Evaluate——Contingency，依據(jù)保證分類結(jié)果每個(gè)樣區(qū)本身數(shù)據(jù)占到90%以上。

③分類結(jié)果符合要求，保存分類結(jié)果。

④重復(fù)此操作步驟三次，得到處理三次后的圖像。

⑤點(diǎn)擊Interpreter——GIS Analysis——Clump，對(duì)種景觀類型進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)。點(diǎn)擊Interpreter——GIS Analysis——Eliminate，在input file中選擇clump.img，然后output file選擇輸出地址，命名為eliminate.img，點(diǎn)擊ok 進(jìn)行處理，并將不同用地類型附以不同顏色，結(jié)果如圖1所示，分類過程完成。

3.3 評(píng)價(jià)因子提取和分級(jí)

3.3.1 水體因子提取分析

根據(jù)erdas中分類提取得到的用地分類圖，導(dǎo)入ArcGIS中，提取得到水體因子的單獨(dú)數(shù)據(jù)，以0-25m、25-50m、50-75m、75-100m為緩沖區(qū)域，對(duì)其從高到低賦值。

3.3.2 用地敏感性因子提取分析

將erdas優(yōu)化完成的，導(dǎo)入ArcGIS軟件中的用地分類影像圖進(jìn)行按不同用地類型進(jìn)行重分類，可得到用地類型分布圖。

3.3.3 最小景觀阻力因子提取分析

景觀格局中的生態(tài)過程的水平流動(dòng)受到景觀格局中不同的景觀類型所造成的阻力影響，一般來說，水體，綠地對(duì)于生態(tài)過程水平流動(dòng)的阻力最小，而硬質(zhì)，道路，建筑的阻力最大。根據(jù)現(xiàn)有的用地和研究區(qū)域的尺度，利用重分類工具將阻力值設(shè)在0-500間，其大小按照建筑>道路>地被>農(nóng)田>植被，來反映相對(duì)阻力大小，形成成本面。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS成本距離分析工具，以水體為源，對(duì)整個(gè)區(qū)域建立景觀最小累積阻力面圖。

3.3.4 植被因子提取分析

根據(jù)erdas中分類提取得到的用地分類圖，導(dǎo)入ArcGIS中，提取得到植被因子的數(shù)據(jù)，利用重分類工具，把基址區(qū)域按用地敏感從高到低，按植被類型分為：林地、生產(chǎn)植被、人工植被和無植被覆蓋幾個(gè)等級(jí)。

3.3.5 疊加分析

在生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)中，每個(gè)評(píng)價(jià)因子的重要性或通過權(quán)重來反映貢獻(xiàn)度，將每個(gè)因子各分為四級(jí)，基于YAAHP軟件，采用AHP層次分析法建立分析判斷矩陣結(jié)構(gòu)，對(duì)四個(gè)因子的重要性進(jìn)行比較與賦值，并通過一致性檢查得出結(jié)論，最終得出每個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而形成評(píng)價(jià)體系。

3.4 評(píng)價(jià)過程

通過加權(quán)疊加工具，依據(jù)先前建立的評(píng)價(jià)體系所確定的各個(gè)因子權(quán)重，可以對(duì)基址進(jìn)行適宜性分析，得到結(jié)果（如圖2）。

4 ?評(píng)價(jià)結(jié)果

通過計(jì)算和再次的使用重分類工具可以得到規(guī)劃區(qū)內(nèi)生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果圖（如圖3），分區(qū)依據(jù)分別為：分值7-9為生態(tài)保護(hù)區(qū)，4-6為生態(tài)改良區(qū)，1-3為生態(tài)建設(shè)區(qū)。

同時(shí)，由上述分析過程可以看出，研究區(qū)域的水域和農(nóng)田周邊的植被覆蓋量較稀疏，缺少完整的防風(fēng)林系統(tǒng)和綠地系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境一般?？傮w來說，該區(qū)域生態(tài)保護(hù)和改良區(qū)域相對(duì)較為集中，但局部仍然較為分散，在縣城建設(shè)區(qū)內(nèi)，缺乏較大面積的點(diǎn)狀、線狀綠地。而建設(shè)區(qū)的建筑密度密集，基礎(chǔ)設(shè)施落后，需要對(duì)其進(jìn)行更新，集中生態(tài)建設(shè)區(qū)域，把零星穿插的建設(shè)區(qū)域分批次搬遷，形成完整的生態(tài)保護(hù)區(qū)和生態(tài)改良區(qū);而對(duì)于生態(tài)建設(shè)區(qū)，需要合理規(guī)劃縣城綠地系統(tǒng)體系，在大建設(shè)區(qū)域內(nèi)，穿插生態(tài)保護(hù)區(qū)和生態(tài)改良區(qū)，形成相互穿插的縣城建設(shè)區(qū)域。

5 ?小結(jié)

通過利用ERDAS、FRASTATS、ArcGIS數(shù)據(jù)處理平臺(tái)對(duì)湖北省陽新縣進(jìn)行地面覆蓋分類、景觀格局指數(shù)分析以及生態(tài)適宜性分析和評(píng)價(jià)。遙感技術(shù)在土地利用和土地覆蓋的分類方面的應(yīng)用為城市規(guī)劃帶來了極大地方便。提高了評(píng)價(jià)的合理性。為城市規(guī)劃、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域的發(fā)展提供了快捷的了解地理信息的方法，通過對(duì)影像的分類和計(jì)算，從指標(biāo)數(shù)據(jù)當(dāng)中得出分析結(jié)果，可以進(jìn)行一定的生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)，為城市的發(fā)展提供指導(dǎo)性意見。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡最，湯國安，閭國年.GIS作為新一代地理學(xué)語言的特征[J].地理學(xué)報(bào)，2012，07：867-877.

[2]呂建樹，吳泉源，張祖陸，劉洋.基于RS和GIS的濟(jì)寧市土地利用變化及生態(tài)安全研究[J].地理科學(xué)，2012，08：928-935.

[3]李清泉，李德仁.大數(shù)據(jù)GIS[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2014，06：641-644，666.

[4]李文杰，張時(shí)煌.GIS和遙感技術(shù)在生態(tài)安全評(píng)價(jià)與生物多樣性保護(hù)中的應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，23：6674-6681.