課程設(shè)計(jì)論文

1、呼和浩特B區(qū)域景觀分析摘要：景觀空間格局分析是進(jìn)行景觀生態(tài)學(xué)研究的核心。本文以呼和浩特市地區(qū)為例，通 過分析比較呼和浩特市1990年和2013年兩年的遙感數(shù)據(jù)，得到呼和浩特市1990年到 2013年這13年的景觀在時(shí)間和空間上的變化特征以及引起這些變化的人為或自然因 素。本文通過遙感圖像處理軟件Erdas，首先對呼和浩特市1990年八月和2013年九月 的遙感圖像進(jìn)行分類，在分類的基礎(chǔ)上，利用不同波段的影像合成不同的變化，融于一 副影像上，這樣就可以明顯的顯示出增加和減少的范圍，同時(shí)保留影像原有的層次。然 后通過Fragstats軟件對合成的影像進(jìn)行計(jì)算、比較、分析，得出相應(yīng)的景觀類型變化 指

2、數(shù)，以此來反映相應(yīng)區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)的變化。通過分析可以得到：（1）1990年到2013 年，呼和浩特市B區(qū)域各種景觀類型都發(fā)生了不同程度的動態(tài)變化。（2）1990年到2013 年，呼和浩特市B區(qū)域的景觀類型都有一定程度的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出。（3）1990年到2013年， 呼和浩特市B區(qū)域的主要的景觀類型由耕地和綠色植被變化為耕地和居住地，綠色植被 的覆蓋面積在這13年間有了很大程度上的減少，而居住地的面積則擴(kuò)大了許多。通過 對呼和浩特市的景觀空間動態(tài)變化的分析，研究景觀中的斑塊分布規(guī)律，為區(qū)域生態(tài)規(guī) 劃和景觀格局構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。（4）整體景觀的破碎化和異質(zhì)化程度都有所增加，景 觀分布呈現(xiàn)出更為簡單并集中

3、連片的分布趨勢。關(guān)鍵詞：景觀空間格局分析景觀類型景觀動態(tài)變化遙感目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 第一章、引言3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1研究目的及意義3 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.2研究背景3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2.1歷史沿革4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.2自

4、然地理概況4 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 2.3社會經(jīng)濟(jì)概況4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第三章、景觀分析5 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document ERDAS中的處理與分析5監(jiān)督分類5格式轉(zhuǎn)化10 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document FRAGSTATS的處理與分析11 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 第四章、結(jié)論13 HYPERLINK

5、l bookmark52 o Current Document 參考文獻(xiàn)14第一章、引言1.1研究目的及意義研究景觀的結(jié)構(gòu)是研究景觀功能和動態(tài)的基礎(chǔ)。區(qū)域的景觀分析主要是定量研究景 觀的結(jié)構(gòu)組成特征和空間配置關(guān)系以及斑塊的分布規(guī)律，這種潛在的規(guī)律性對優(yōu)化區(qū)域 開發(fā)規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義。景觀動態(tài)變化指景觀在結(jié)構(gòu)和功能方面隨時(shí)間產(chǎn)生的變 化，包括景觀結(jié)構(gòu)單元的組成成分、多樣性、形狀和空間格局的變化，以及由此導(dǎo)致的 能量、物質(zhì)和生物在分布與運(yùn)動方面的差異。這種變化是景觀內(nèi)部作用力與外部作用力 相互作用的結(jié)果與表現(xiàn)，是景觀從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程。對景觀格局進(jìn)行 動態(tài)分析，探索自然因素與人為

6、因素對景觀格局及動態(tài)過程的影響，有助于對宏觀區(qū)域 生態(tài)環(huán)境狀況及發(fā)展趨勢的判斷，為區(qū)域生態(tài)規(guī)劃和景觀格局構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。這次 實(shí)際操作不僅讓我們獲得了相關(guān)實(shí)際操作的初步經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)技能，更著重培養(yǎng)了我們獨(dú) 立工作的能力，培養(yǎng)我們在操作過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，而且進(jìn)一步熟感軟 件的使用技能，為以后的參加科研工作以及畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。1.2研究背景在改革開放的背景下，中國的城市化進(jìn)程發(fā)展的極為迅速，然而伴隨著這種快速發(fā) 展的結(jié)果是周圍環(huán)境的破壞。土地利用和土地覆蓋變化問題引起國際組織和世界各國的 普遍關(guān)注，成為全球變化研究的重要內(nèi)容之一。已有大量研究表明，土地利用和土地覆 蓋變化對全

7、球及區(qū)域生態(tài)環(huán)境有著重要影響，合理的土地利用變化具有良性的生態(tài)環(huán)境 效應(yīng)，而對自然生態(tài)系統(tǒng)過度開墾會導(dǎo)致水土流失等一系列的生態(tài)環(huán)境問題，因此，了 解區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化十分重要。自從國家開始實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略以來，作為西部少數(shù)民族地區(qū)首府的呼和浩特 市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，取得了一個(gè)又一個(gè)可喜的成績，伴隨著全市工業(yè)化和城市化水平的 提高，農(nóng)村區(qū)域向城市區(qū)域轉(zhuǎn)變加速，全市經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)對土地需求日益旺盛，土地利 用變化越來越大。以及隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境的認(rèn)識越來越深入的情況下，人們 對于周圍環(huán)境的要求也越來越高。因此通過對呼和浩特市土地利用變化及其景觀格局和 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的分析，為合理調(diào)整土地利用格局

8、，保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全和平衡，為促 進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)就顯得十分重要。第二章、呼和浩特市地區(qū)概況2.1歷史沿革呼和浩特市有2300年的建城歷史。1986年，呼和浩特被國務(wù)院正式命名為歷史名 城。呼和浩特各族人民世世代代在大青山腳下、黃河岸邊這片神奇而又富饒的土地上繁 衍生息，共同創(chuàng)造了燦爛的文明。公元前475年前221年,趙國建云中城，城址在今托 克托縣，為呼和浩特建城之始；公元前221年前220年，秦漢沿用云中城，漢建成樂 等23縣城；公元前220年581年，北魏沿用云中城，在今和林格爾縣建盛樂城；公元 581年907年，隋、唐沿用云中城，建金河縣，單于都護(hù)府、受降城、振武城；公元

9、 907年1368年，遼始建豐州、云內(nèi)、東勝州，金、元沿用；公元1368年1911年， 明建歸化城，清建綏遠(yuǎn)城；公元1912年1949年，1928年，歸化城、綏遠(yuǎn)城合并稱歸 綏市；公元1949年，歸綏市改稱為呼和浩特市。2.2自然地理概況呼和浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的中部，北部為大青山中低山地和北麓丘陵，中部為 土默川平原，東南分布有山地和黃土丘陵。地理坐標(biāo)為北緯39 3541 25，東 經(jīng)110 31112 20。呼和浩特市屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季氣候變化明顯， 年溫差大，日溫差也大。其特點(diǎn)：春季干燥多風(fēng)，冷暖變化劇。烈；夏季短暫、炎熱、 少雨；秋季降溫迅速，常有霜凍；冬季漫長、嚴(yán)寒、少雪。

10、年平均溫度6. 2C，無霜 期105150天，全市年平均降水量400mm左右，集中在68月份。日照時(shí)間年 均1600小時(shí)。2.3社會經(jīng)濟(jì)概況2013年，全市經(jīng)濟(jì)總體上穩(wěn)中有進(jìn)，地區(qū)生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)2710.39億元，比上年增長 10.0%。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值134.72億元，同比增長5.3%；第二產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn) 增加值866.74億元，同比增長14.5%；第三產(chǎn)業(yè)增加值實(shí)現(xiàn)1708.93億元，同比增長 7.9%。三次產(chǎn)業(yè)的比重為5： 32： 63,一、二、三產(chǎn)增加值對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率分別為2.3%、 47.7%和50.0%，三次產(chǎn)業(yè)分別拉動經(jīng)濟(jì)增長0.2、4.8和5.0個(gè)百分點(diǎn)。第三章、景觀分

11、析3.1 ERDAS中的處理與分析監(jiān)督分類（一）、使用ERDAS軟件Classifier菜單下的Signature Editor監(jiān)督分類功能， 建立特征文件，將原圖1990年（見圖1）根據(jù)不同的土地類型取點(diǎn)，然后將不同的土地 類型設(shè)置為不同的合適的顏色，保存文件類型為.sig。然后再根據(jù)Classifier菜單下 的Supervised Classification，將特征文件轉(zhuǎn)化為合成影像（見圖2），輸出文件格式 為.img。（二）、圖1是呼和浩特市1990年B區(qū)域的原始遙感影像，圖2是呼和浩特市1990年B區(qū)域 的分類合成后的圖像。通過ERDASD對原始遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類，分為七類：水體

12、（藍(lán)色部分） 耕地（紅色部分），綠地（綠色部分），城鎮(zhèn)（灰色部分），裸地（棕色部分），山地（橙色），收獲耕地（紫色），對于原始影像中的云及其陰影不做劃分。（三）、圖3是呼和浩特市2013年B區(qū)域的原始遙感影像，圖4是呼和浩特市2013年B 區(qū) 域的分類合成后的圖像。通過ERDAS對原始遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類，分為六類：水體（藍(lán)色部分）， 道路（黑色部分），收獲耕地（赭色部分）耕地（紅色部分）城市（灰色部分），草地（綠色部分）。（四）、通過ERDAS軟件中Interpreter菜單下的GIS Analysis下的Matrix將對1990年和2013 年呼和浩特市B區(qū)域的的土地利用類型進(jìn)行動態(tài)對比，

13、得到圖5。（五）、通過ERDAS軟件中Composer菜單下的New Map Composition，建立新的文件，文件類 型為.map，通過合成影像來合成1990年（見圖5）和2013 （見圖6）年的土地利用類型圖。圖1 （1990年原始影像）圖2 （1990年合成影像）ERDAS IMAGINE 9.2fi Viewer #1 : hhht_b20130921.img (:Layer_4)(:Laye.-EditSignature NameClass ttwaterO.QO。1.0001.0000.0000.0000.0001.000shouhuogendi0.6900.37629581.

14、0001 0000 0000 0001 000chengshi26201.000caodi0.0000.0001.000cehngshi圖2 （1990年合成影像）ERDAS IMAGINE 9.2fi Viewer #1 : hhht_b20130921.img (:Layer_4)(:Laye.-EditSignature NameClass ttwaterO.QO。1.0001.0000.0000.0000.0001.000shouhuogendi0.6900.37629581.0001 0000 0000 0001 000chengshi26201.000caodi0.0000.000

15、1.000cehngshi0.7530.7530.7531.000Signature Editor (tezhengwenjian2013.sig)Evaluate Feature Classify HelpColor Red Green圖3 （2013年原始影像）圖4 （2013年合成影像）圖5 （1990年土地利用類型圖）圖6 （2013年土地利用類型圖）（六）、土地利用類型數(shù)據(jù)分析Viewer #1 : xinhechengwemjian.img (:Viewer #1 : xinhechengwemjian.img (:Layer_1.)File Utility View AOI Ra

16、ster Help534530.65, 4502062；85 (UTM / WGS 8電圖7 （土地利用類型動態(tài)圖）土地類型水體耕地綠地裸地山地城鎮(zhèn)收獲耕地面積（E）289800560160022365005756400855070068706005828400面積百分 比0.8315.946.3616.3824.3319.5516.58表1 （1990年呼和浩特市B區(qū)域土地利用景觀分析）土地類型水體道路收獲耕地耕地城市綠地面積（E）18441007974000155538002731500147483007749900面積百分 比3.6415.7530.735.4029.1515.31表2（

17、2013年呼和浩特市B區(qū)域土地利用景觀分析）土地類型1990年面積E2013年面積E土地利用變化E年變化率水體2898001844100+15543002.81耕地1143000018285300+68553003.61綠地22365007749900+55134008.95城市687060014748300+78777009.6道路07974000+7974000山地85507000-8550700裸地57564000-5756400表3 (1990年2013年土地利用變化景觀分析)從表3的對比中可以發(fā)現(xiàn)景觀和土地的動態(tài)變化。1990年到2013年的23年中變化 最大的是山地和裸地，山地和裸

18、地的面積全部都被城市和綠地所覆蓋。景觀類型變化第 二的是城市和綠地，城市的面積由6870600皿增加到了 14748300皿,面積增加了 7877700 皿，面積比例由19.55%增加到29.15%，面積所占比例增加了 9.6%。綠地的面積由2236500 皿增加到7749900皿，面積增加了 5513400皿，面積比例由6.36%增加到15.31%，增加 了 8.95%。水體的面積由289800皿增加到1844100皿，增加了 1554300皿，面積比例由 0.83%增加了 3.64%，增加了 2.81%。耕地的面積由11430000皿增加到18285300皿，增 加了 6855300皿，面

19、積比例增加了 3.61%。、城市面積的增加。主要是來自裸地。1990年到2013年的23年間全國的經(jīng)濟(jì) 得到了了快速的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動了城市的發(fā)展和建設(shè)，這使得居民區(qū)和城市建設(shè) 用地大大的增加。從總體上分析，我國近年來快速的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，直接加快了土地 由荒地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化。一方面，由于國家環(huán)境質(zhì)量要求，從市區(qū)外遷的工業(yè)企業(yè)和 無數(shù)新辦的開發(fā)區(qū)大都布局在緊鄰城區(qū)的城鄉(xiāng)結(jié)合邊緣地帶，占用了城郊大量的荒地。 另一方面，城鎮(zhèn)居住用地和農(nóng)村居民點(diǎn)用地隨著經(jīng)濟(jì)水平和生活條件的改善而不斷向水 平和垂直方向擴(kuò)張，并帶動相關(guān)聯(lián)之交通用地、商服用地、和公共用地(綠地、道路、 廣場等)面積擴(kuò)大。、耕地和綠

20、地面積的增加。主要來自山地。1990年到2013年間人口的不斷增 加以及國家以及人們的環(huán)保意識的增加。、道路面積明顯增加。對比圖1和圖3的原始影像，可以看出1990年該地區(qū) 的道路不太明顯，而2013年道路很明顯，因此在1900年分類時(shí)忽略，而在2013年分 類時(shí)則必須標(biāo)明。其主要原因是城市的發(fā)展和人口的增加。、水體面積的增加。通過對比圖1和圖3發(fā)現(xiàn)在圖片的左下角有兩塊區(qū)域是水 體，比較發(fā)現(xiàn)2013年的水體區(qū)域面積明顯增大，原因可能是由于城市的發(fā)展和人口的 增加，需水量增大，通過人工的方法將水面擴(kuò)大。格式轉(zhuǎn)化為了方便數(shù)據(jù)在Fragstats4.2中計(jì)算，需要把合成圖像(.img)格式轉(zhuǎn)化為GR

21、D (sufer;ASll/Binary)格式。打開ERDAS，用import進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，選擇Export,先 在Type中選擇好要轉(zhuǎn)化的格式，然后在“input file中選擇合成圖像，然后在“output file”中命名文件類型為.grd的文件。FRAGSTATS的處理與分析打開fragstats,使用Fragstats 9.2軟件File菜單下的New功能創(chuàng)建新的分析文 件，點(diǎn)擊Input Layer標(biāo)簽頁下的Add Layer鍵添加土地利用分類圖，并根據(jù)遙感影 像設(shè)置參數(shù)（見圖8）。根據(jù)土地利用分類特征利用記事本創(chuàng)建分類描述文件，保存為.fcd 格式。點(diǎn)擊 Input Layer

22、標(biāo)簽頁下 Common tables 組內(nèi)的 Browse 添加 Class descriptors 文件。.具體參數(shù)設(shè)置。點(diǎn)擊用戶界面左側(cè)選框的Analysis Parameters按鈕。選中 “patch metrics”class metrics”landscape metrics”。在右面有紅、黃、藍(lán) 三個(gè)按鈕分別代表“patch metrics”class metrics”landscape metrics ”單擊 按鈕后選擇其下面的“select all”按鈕。接下來要做的就是運(yùn)行模型。直接點(diǎn)擊Run 按鈕，運(yùn)行窗口里面包含分析類型（本例中選擇的是No sampling）以及斑塊、

23、類型及 景觀各個(gè)級別勾選的指數(shù)數(shù)目。如果這些信息無誤，那么點(diǎn)擊Proceed按鈕就可啟動運(yùn) 行，否則點(diǎn)擊Cancel再對模型設(shè)置進(jìn)行調(diào)整（見圖9）。最后查看結(jié)果（見圖10）。圖8圖8Run prupertiesAnalysis type:No samplingCurrent file: .Patch level:3 metricsClass level:5 metricsLandscape level:4 metricsRunnningProgress informationProceed CancelLandscape metricsLIDTYPECAPLANDLPITELandscape

24、metricsLIDTYPECAPLANDLPITEA1D:yxdownjinccls_680.0900o.ooigo.ooig60.00002D:yxdownjinccls_830.0900o.ooigo.ooiggo. oooo3D:yxdownjinccls_660.18000.00390.0039120.00004D:yxdownjinccls_02860.650061.851861.84791692840.00005D:yxdownjinccls_220.18000.00390.0039120.00006D:yxdownjinccls_320.18000.0039o.ooig180.

25、00007D:yxdownjinccls_6544.91000.97100.005859550.00008D:yxdownjinccls_380.0900o.ooigo.ooiggo. oooo9D:yxdownjinccls_810.27000.0058o.ooig270.000010D:yxdownjinccls_440.0900o.ooigo.ooiggo. oooo11D:yxdownjinccls_190.0900o.ooigo.ooiggo. ooooui. .i.-Patch Class Landscape冒 Activity log06/27/17 08:26:34: Run

26、1 ended.a06/27j 17 08:26:35: Run completed in 0.64s., please review the results.06/27j 1.7 08:58:04: Checking model consistencyOEi/S?/!? 08:58:04: Model consistencv check: OK06/27/17 08:58:58: Starting run 2.06/27j1.7 08:58:58: .Analyzing file: D:ytdovv,n，lljinggLJ3n，ll,hecheng 1990.grd06/27j 17 08:

27、58:58: Class 1 greenland not present in the current landscape. Ignored.06/27j 17 08:58:58: Class 2 farmland not present in the current landscape. Ignored.06/27j 17 08:58:58: Class 4 water not present in the current landscape. Ignored.06/27j 17 08:58:58: Class 5 hilly area not present in the current

28、landscape. Ignored.06/27j 17 08:58:58: Class 6 village not present in the current landscape. Ignored.06/27j 17 08:58:58: Class 7 harvested farmland not present in the current landscape. Ignored.06/27/17 08:58:58: Run 2 ended.06/27j 17 08:58:58: Run completed in 0.66s., please review the results.圖 10 （1990 年）PatchClassLands匚叩日LIDTYPECAPLANDLPITEA1D:yxdownjinccis._6S0.09000.00190.001960.00002D:yxdowninccis._S30.0900o.ooig0.001990.00003D:yxdowninccis.0.18000.00390.0039120.00004D:yxdownjinccis._02S60.650061.S51S61.S4791692S40.00005D:yxdowninccis._220.1S000.0039