基于SPOT5影像的长春市绿地景观空间分布特征研究

王蕾 裴婉辰

摘要

以SPOT5和TM影像为数据源，通过人机交互式解译和定量遥感方法获取绿地景观和植被指数的空间信息，而后运用空间分析技术分析长春市绿地景观的空间分布特征。结果表明，绿地景观从空间上呈由中心点向外圆环状辐射的特征，并且中心面积逐渐扩大连接成条带状。对绿地植被覆盖空间特征的研究表明，长春市绿地的植被覆盖状况差异明显。

关键词定量遥感；绿地景观；空间分布；地理信息系统；空间分析

中图分类号S688；TP7文献标识码A文章编号0517-6611（2014）28-09821-03

Spatial Distribution Characteristics of Green Landscape Based on SPOT5 Image in Changchun City

WANG Lei1， PEi Wanchen2

（1. Department of Mining Engineering， Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150022； 2. Department of Management， Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150022）

AbstractOn the basis of SPOT5 and TM images， the spatial information of urban green land was obtained through the mancomputer interactive interpretation based on expert knowledge， and spatial information of vegetation index was acquired based on quantitative remote sensing method. Furthermore， spatial characteristics of green land were analyzed by the spatial analysis technology of geographic information system in Changchun City. The results showed that the green land distributed from the center to the outers with radiation characteristics spatially， and was connected into a ribbon as a result of the center area expanded gradually. The study on spatial characteristics of vegetation cover suggested that there were clear differences in Changchun City.

Key wordsQuantitative remote sensing； Green landscape； Spatial distribution； Geographic information system； Spatial analysis

城市綠地是城市景观的一个重要元素[1]，其中的绿色植物是氧气的唯一源泉，它通过一系列的生态效应，综合调节城市环境，对保障城市环境的可持续性，维护居民的身心健康有着至关重要的作用[2]。随着城市化进程的加速和城市环境问题的加剧，城市土地利用格局发生了快速转变，这种格局显著影响了城市绿地景观的分布，从而深刻影响了城市景观的结构和生态服务功能[3-4]。随着人民生活水平的提高和经济的快速发展，城市绿地作为城市环境的调节器，也受到普遍关注。人们已越来越认识到城市绿地景观对城市生态环境和可持续发展的重要性。20世纪90年代以后，在遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术的支持下，城市景观生态研究逐步开展，对城市景观格局及演化进行分析[5-6]，城市绿地空间格局的研究有了新的突破，对城市绿地的分析与度量从原来的定性描述发展到定量分析[7-8]。通过运用各种定量指标，分析城市绿地景观的空间分布格局[2]。因此，研究城市绿地空间分布的时空动态对于保护和规划城市绿地的结构与功能，改善城市和人居环境具有重要的应用价值[9]。

研究选择吉林省长春市建成区作为典型研究区，综合国内外对城市建成区的划分原则，以城市空间结构的演变对自然生态系统的影响为研究目的，以反映城市化过程中由地表自然覆盖状态向人工建筑用地状态转换为出发点，以基础设施的完备程度以及与城市的联系程度作为判断标准，基于高分辨率遥感影像、TM影像与地形图结合实地调查数据，提取了长春城乡边界空间信息。在此基础上，基于SPOT5影像提取绿地信息，运用定量遥感方法，基于TM影像反演归一化植被指数，分析绿地景观的空间分布特征。

1研究方法

1.1数据来源与处理

根据东北地区的物候和植被生长特点，该研究把遥感影像的获取时间限制在8月下旬至9月中旬之间。采用2004年9月12日，全色波段与彩色波段合成后（分辨率2.5 m）的法国SPOT5遥感影像用于绿色景观的提取，2005年9月8日TM影像（分辨率30 m）用于反演植被指数。以《土地利用现状分类》为依据，并参考国际上有关绿色景观与城市热岛效应的文章中的景观分类[10-11]，将绿地景观分成公园绿地、附属绿地、居住绿地、生产绿地、防护绿地、其他绿地、农业用地7类，除了农业用地，其他类型又按组成分成常绿树、落叶树和草地。城市绿地景观信息是运用地学相关分析方法在专家知识的参与下人-机交互解译提取，空间比例尺达到1∶10 000。根据城市土地调查以及2004年航片的采样绿地空间类型、GOOGLE EARTH和部分市区1∶500地形图（共33幅），部分郊区1∶1 000地形图（共11幅）的采样绿地景观类型作为标准，对城市绿地景观分类进行精度评价。同时，利用野外考察GPS定位对室内判读有疑问的样地进行考察验证，选择的地点沿交通线路进行随机抽取[12]，验证结果表明绿地景观类型的解译正确率达92%以上。

1.2归一化植被指数（NDVI）的计算

根据东北地区的植被指数是遥感领域中用来表征地表植被覆盖、生长状况的一个简单、有效的度量参数[13]。为此，国内外学者提出了很多形式各异的植被指数，归一化差值植被指数（NDVI）是由Rouse 等在对RVI非线性归一化处理后得到的植被指数[14]，它增强了对植被的响应能力，它与地表植被覆盖率及生物量有密切关系，是研究地表植被变化的一个重要指标[15]，也是目前已有的40多种植被指数中应用最广的一种。植被指数提取方法如下：

NDVI=（TM4-TM3）/（TM4+TM3）（1）

植被在TM4上的值大于TM3，而其他的地物類型都相反，因此，在NDVI图像上一般>0值都是植被。

NDVI是一个无量纲的数值，灰度值在-1～1变化，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等；正值表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大[16]。植物的长势、覆盖度、季相动态变化等直接对应植被指数的数量变化[17]。

1.3空间统计分析

绿地空间分布特征主要利用ArcGIS 10.0的空间分析功能，首先将绿地景观和城市全要素数字化地图相叠加[18]，根据叠加后数据提取出绿地景观的空间分布数据，再用统计软件进行分析，绿地景观的植被空间覆盖情况同理，是将绿地景观空间数据与反演的植被指数进行空间叠加，然后用SPSS进行相关性分析。

2长春市绿地景观空间分布特征分析

2.1长春市不同绿地景观类型分布特征

从空间分布上可

看出，绿地景观由中心点向外圆环状辐射，且中心面积逐渐

扩大连接成条带状，如图1。全市建成区各类绿地中，单位附属绿地绿化覆盖面积最高，为2 384.896 hm2，其次是公园，这两类面积已占总面积的76.5%，居住绿地绿化覆盖面积居第4位，仅为5.0%。

公园绿地绿化覆盖面积居第2位，占总面积的31.7%。农业用地居第3位，为450.133 hm2，占绿化覆盖总面积的8.5%，主要分布在城市周边，城乡结合部、开发区，主要供应农田周边及城市人口。

居住绿地面积仅次于农田，占绿化覆盖总面积的5.0%；植被组成以草地为主，占63.2%。长春市建成区现有居住区226处，占地面积为1 106.49 hm2，楼房居住区绿地率大于平房区，平房居住区主要分布在二道区和宽城区，因此，这两个区居住绿地较少。

生产绿地和防护绿地分别占总覆盖面积的4.1%和4.2%。其他绿地主要分布在建成区周边的未利用土地上。因此，在不同类型的附属绿地中，提高和改进工厂类、仓库类专用绿地的绿化水平，是附属绿地建设的重点。同时，市区公园要在扩大面积的同时实现均匀分布，便于居民就近利用。

2.2长春市不同绿地景观组成分布特征

全市建成区绿地组成中，落叶树面积最大，其次是草地，这两类面积已占总面积的89.7%。根据长春市建成区绿地组成分区统计表（表2），可知绿地组成在各区的差异较显著，主要表现在常绿树在朝阳区分布最多。

此外，长春市绿地组成在各类型绿地上的分布也存在差异性。常绿树主要为公园绿地、附属绿地及生产绿地，其他绿地中也有少量分布；落叶树在各种类型绿地中均有分布，附属绿地中最多，公园绿地其次；草地在各种类型绿地中也都有分布，同样，以附属绿地居多，公园绿地次之，生产绿地中面积最小，仅为29.361 hm2。具体见表3。

2.3长春市绿地景观的NDVI分布特征

2.3.1不同绿地类型的NDVI分析。

考虑到城市绿地的特殊性及计算的可行性，研究以2005年9月6日的TM为数据源，选取了归一化植被指数（NDVI）来分析城市绿地的分布情况，结果见图2。