厦门市城市景观变化分析

陈盛银

（福建省基础地理信息中心，福建福州350003）

厦门市城市景观变化分析

陈盛银

（福建省基础地理信息中心，福建福州350003）

以5个时相的遥感影像为数据源,提取了厦门市城市景观信息；并通过对城市景观变化进行的分析，提出了厦门市城市发展过程中存在的一些问题，为厦门市的城市发展提供参考。

城镇化；遥感；信息提取；景观指数；景观分析

城镇化无论在全球、区域及地方尺度都是对环境造成巨大影响的人类活动之一。在城镇化进程中也逐渐突显出了一系列问题，如资源配置问题，耕地与建设用地的矛盾，交通压力的增加，社会问题等。20世纪90年代以来，人们已经广泛认识到，在城市景观水平基础上研究格局和过程的关系，对合理进行土地利用规划和管理及其可持续发展有着至关重要的作用。很多学者利用景观生态学的原理从土地利用角度分析不同国家和地区的城市景观演变，强调景观空间格局对过程的影响，以及通过格局的改变来控制景观功能[1]。遥感的特性十分适合作为景观信息的提取手段。本文选取厦门市为研究区域，通过对厦门市城市景观变化的分析，掌握了厦门城镇化发展的景观变化的情况，为厦门市的城镇化合理发展提供参考。

1 研究区与数据源

厦门市系计划单列市，经济特区，位于福建省南部沿海，北纬24°25＇～24°54＇，东经117°53＇～118°25＇；其东邻泉州南安市，北接泉州安溪县，西与漳州长泰县、龙海市接壤，南与漳州龙海市、泉州金门县隔海相望。现辖思明、湖里、海沧、集美、同安、翔安6区，共13个城镇24个街道，人口353万，陆地面积1 565 km2，海域面积300 km2。

厦门市属亚热带季风气候，温度适宜，是一个海湾型城市。它包括陆地生态系统、海洋生态系统及沿海湿地生态系统；西、北、东北边境以丘陵为主，海拔在500～900m，滨海平原地面高程在50m以下；森林主要分布在同安区、翔安区、集美区北部、海沧区的蔡尖尾山和思明区的万石山国家级风景区。

厦门市是较早的沿海开放城市之一，早在1980年国务院就批准将湖里村划出2.5 km2为经济特区，1984年经济特区扩大到全岛及鼓浪屿区。厦门市还是海峡西岸经济区建设的龙头城市之一，在改革开放进程中始终走在前头，各方面都取得了很大的成就。因此厦门的发展模式对海西的发展大局具有参考意义。

本研究选取5个时相的中分辨率遥感影像数据作为数据源，见表1。

表1 影像数据源

2 遥感数据处理

遥感数据的处理主要包括影像精校正、光谱增强、空间增强等步骤[2]。

由于所选用的影像数据未经校正，无法进行精确地定位和叠加，所以需要进行精校正。对于TM/ETM+及Cbers2B数据常用多项式校正，精度一般控制在1个像元以内。原始影像未进行色彩增强处理，不适合用于直接判读，因此一般都要进行光谱增强处理，主要包括波段组合和色彩拉伸。对于TM/ETM+及Cbers2B通常都采用 543组合，比较符合人们的视觉习惯。但对于植被的判读 432波段组合更有优势，具体采用哪种波段组合在实际的判读中根据地类的不同可适当地选择。空间增强主要是通过全色和多光谱数据的融合处理，这样既提高了空间分辨率又很好地保留了多光谱数据的色彩信息。

3 城市景观信息提取

地物的光谱特征因地物的不同而不同，但同一地物在不同的内部结构和外部条件下的反射率也有所不同，一般说地物的反射率随波长变化有一定的规律可循，这是遥感信息提取的基本原理之一[3]。对于光学遥感数据来说，特别是TM/ETM+及Cbers2B数据，由于其波段数量多，光谱信息丰富更适合通过光谱信息来提取地类。通过对厦门市城镇化特点和该地区遥感影像数据的特点分析认为，可将土地利用类别分为：建设用地、林地、耕地、未利用地、海域（包含海水和滩涂）和陆地水域。

本研究的信息提取主要是运用以监督分类中的最大似然比分类法为主，指数提取法、知识分类法为辅的多种信息提取手段相结合的方法。不同的提取方法综合利用可以互补，获得较好的效果。最大似然比分类法是一种经典的遥感分类方法，主要是对样本的光谱信息进行统计分析，然后对整个影像进行一系列计算求出每个像素对于各类别的归属概率，把该像元分到归属概率最大的类别中去，完成分类过程[4]。从地类的特性上来看，指数提取的方法往往效率更高且结果更理想，比如蓝、绿波段对于水体来说具有很好的穿透力，可以直接利用密度分割的方法提取水体；而NDVI指数是专门用于提取植被信息的；建筑指数则是用于提取建筑物的。通过这些特定类别的提取再结合监督分类的结果进行比较，然后整合得到较好的分类结果。

4 城市景观变化计算及分析

本研究采用栅格数据版本的 FRAGSTATS v3.3在ArcVIEW环境下进行各种景观指数的计算。FRAGSTATS是由美国俄勒冈州立大学森林科学系开发的一个景观指标计算软件，可以计算多达 277个景观指标。通过试验表明本研究中景观类别最适宜的粒度[5-7]为15m。由于许多指标之间都是高度相关的，本研究选取5个指标（具体的公式计算都引自FRAGSTATS说明文档）,分别从景观层次和景观类别层次上对 5个年份厦门市景观变化进行计算（见图1）：

景观形态特性采用：斑块密度 (PD)、平均形状指数 (LSI)、分维度指数（FRAC）。

景观组成特性采用：斑块数破碎化指数（FN1）、shannon多样性指数（SHDI）。

1）斑块密度。斑块密度可以反映景观空间结构的复杂性，这取决于土地覆盖类别的多样性和规模。斑块密度越大表明破碎化状况越严重，空间异质性越大，反映了景观空间结构的复杂性；斑块密度小，说明其数量少且连通性好。从1986年到2006年，斑块密度呈上升趋势，2006年到2009年呈下降趋势，说明1986年到2006年破碎化状况较严重，空间的异质性在扩大，空间结构越来越复杂；2006年到2009年，破碎化程度下降，景观空间结构的复杂性降低，连通性好。

图1 5个景观指标计算结果

2）平均形状指数。斑块形状指数值越高，代表斑块体形状越不规整。当嵌块体为圆形或方形时则值等于1，当形状变得为不规则时该指数值就没有限制。从1986年到2009年总体呈上升趋势，表明斑块的形状更加不规则，人工干预大，土地开发力度在逐年加强。

3）分维度指数。分维度指数可以直观地理解为不规则几何形状的非整数维数，可以用来描述形状的复杂程度。分维数值界于1～2之间，分维数越接近于1，斑块的自相似性越强，斑块的形状越有规律，斑块的几何形状越趋于简单，表明受干扰的程度越大，因为人类干扰所形成的斑块一般几何形状较为规律，易出现相似的斑块形状。

4）斑块数破碎化指数。1989年到2006年景观斑块破碎化程度加大，2006年达到最大，2006年后呈下降趋势，这和斑块密度的趋势一致，说明 1986年到2006年破碎化状况较严重，空间的异质性在扩大，空间结构越来越复杂。2006年到2009年，破碎化程度下降，景观空间结构的复杂性降低，连通性好，说明土地在连片开发，进行空间结构优化。

5）shannon多样性指数。景观多样性指数的大小反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化。当景观由单一要素构成时,景观是均质的,其多样性指数为0。由2个以上要素构成的景观,当各景观类别所占比例相等时,其景观多样性为最高。当各景观类别所占比例差异增大，则景观的多样性下降。景观多样性可用shannon多样性指数来描述。1986年到2006年shannon多样性呈上升趋势，2006年到2009年略有下降。

5 结 语

通过对5个时相，跨度近25年的厦门市城市景观的计算与分析，可以看出随着厦门城市规模的扩大，人为活动范围在不断增加，土地资源的过度开发造成大量耕地资源减少，林地、草地、陆地水域、海域也不同程度的萎缩，这些对生态环境有直接的影响。同时城市发展过程中工业建设和居民建设也在一定范围造成城市热岛效应，对人类的生存环境造成很大的影响。

按照福建省中长期规划，至2020年全省的城镇化率计划超 62%。随着城镇化进程的不断推进，必然使城市建设用地的空间不断向外拓展，也将日益成为现在及未来几十年福建省土地利用变化的主要特征。然而，土地自然供给的刚性、耕地资源的稀缺性与城市建设对土地无限需求的矛盾，将决定城市发展的道路不能再单独依赖用地规模的无限扩张，在城市发展的同时更要注意生活环境的改善与生态文明的建设。

[1] 邬建国.景观生态学-格局、过程、尺度与等级[M].北京：高等教育出版社，2000

[2] 汤国安，张友顺，刘咏梅，等.遥感数字图像处理[M].北京：科学出版社，2004

[3] 彭望琭，徐先川，周涛，等.遥感与图像解译[M].北京：电子工业出版社，2003

[4] 曾志远.卫星遥感图像计算机分类与地学应用研究[M].北京：科学出版社，2004

[5] 布仁仓，李秀珍，胡远满，等.尺度分析对景观格局指标的影响[J].应用生态学报，2003，14(12)：2181-2186

[6] 张东水，兰樟仁,邱荣祖.闽江口湿地遥感影像最佳景观观察尺度的选择[J].遥感信息，2006(04)：30-33

[7] 申卫军，邬建国,林永标，等.空间粒度变化对景观格局分析的影响[J].生态学报，2003，23(12)：2506-2517

Application of Landscape Changes of Xiamen City

by CHEN Shengyin

This paper studied changing of Xiamen'slandscape that extracting from5 time phases remote sensing images.It found some limitations in city development of Xiamen.The result should provide reference to urbanization.

urbanization，remote sensing，information extraction，landscape index，landscape analysis

2012-04-01

P208

B

1672-4623(2012)03-0034-03

陈盛银，高级工程师，主要从事地理信息系统技术的应用与研究。