基于GIS技术的城市景观空间格局分析

【摘要】1.1景观生态学 景观这个概念最早是由德国地理学家洪堡德（A.Von Humboldt）在1769年时提出，认为是一个具有整体特征的区域，反映某一地理区域的综合地形特征。在生态学中，狭义景观...

摘要：随着我国城市化进程的快速发展, 如何建设经济低碳、城市智慧、社会文明、生态优美、生活幸福的新型城市成为摆在城市规划者面前的一道难题。景观生态学作为研究景观空间格局的学科,与地理信息技术向结合,可以高效、直观的揭示城市生态状况及空间格局特征的有效手段，对改变城市生态环境、维护生态平衡，实现城市与自然和谐共存的战略目标，建设生态城市具有重要意义

关键词：景观生态学； GIS ；城市景观；Abstract:With the rapid development of China's city process, how to build a low-carbon economy, city, ecological wisdom, social civilization and beautiful new city life, happiness becomes a problem in front of city planners. Study on landscape spatial pattern of landscape ecology as the subject, and geographic information technology to combine, can effective means to reveal the characteristics of city ecological condition and the spatial pattern of efficient, intuitive, to change the city ecological environment, maintain ecological balance, to achieve the strategic target of harmonious coexistence of city and nature, the construction of ecological city has important significance

Keywords: landscape ecology; GIS;city landscape;

中图分类号：P596 文献标识码：A文章编号：

1 绪论

1.1景观生态学

景观这个概念最早是由德国地理学家洪堡德（A.Von Humboldt）在1769年时提出，认为是一个具有整体特征的区域，反映某一地理区域的综合地形特征。在生态学中，狭义景观是指大面积范围内，具有重复性格局、由不同类型生态系统所组成的异质地域单元；而广义景观包括微观至宏观上，具有异质性或缀块性的空间单元[1]。景观理论的新颖之处在于其强调系统的等级结构、空间异质性、时间和空间尺度效应、干扰作用、人类对景观的影响以及景观管理。

随着社会经济的高速发展，我国早已进入城镇化阶段，如何科学的规划城市发展成为摆在规划者面前的一道难题。广州市政府于2011年就提出了新型城市化发展理念，以科学发展为主题，以转型升级为主线，以民生幸福为主旨，更加注重以人为本，更加注重可持续发展，更加注重创新发展动力，更加注重优化发展空间，更加注重统筹城乡发展，更加注重体制机制创新，把广州建设成为经济低碳、城市智慧、社会文明、生态优美、生活幸福的新型城市。

新的城市发展理念势必需要新的技术予以支持，通过景观生态分析、景观生态评价、景观生态设计与景观生态规划等工作，能在城市的可持续发展方面发挥更大作用。目前，城市所面临的交通问题、住房问题、土地紧张问题、环境污染问题等一系列所谓的“城市通病”，很大程度上都是由于不合理的景观生态布局，造成城市内容各要素之间不能相互协调，从而消弱了城市生态系统的功能。利用景观生态学原理对城市景观空间格局进行研究，是揭示城市生态状况及空间格局特征的有效手段，对改变城市生态环境、维护生态平衡，实现城市与自然和谐共存的战略目标，建设生态城市具有重要意义[2]。

1.2 3S技术在景观格局研究中的应用

3S 技术是遥感技术（Remote Sensing, RS）、地理信息系统(Geographic Information System, GIS)和全球定位系统(Global Positioning System, GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。而景观生态学是一门研究景观空间格局与生态过程的学科，分析各种景观现象在不同时空尺度上的分布特征、演变规律、空间镶嵌关系及其对不同景观格局模拟研究成为景观生态学的研究核心。因此3S的发展及其在景观生态学中的广泛应用为景观空间分析提供了强有力的“空间手段”，在景观数据的来源、景观空间格局分析、景观生态监测、评价与管理、景观空间模拟、景观生态规划等研究中起着重要的作用。

2研究内容和方法

2.1研究区现状

本文的研究区域为广州市荔湾区，荔湾区作为广州中心城区的重要组成部分，是广州旧城经济、社会、文化等方面的突出代表区域。然而经历长时间的发展，随着城市重心的东移和公共投资向新区的倾斜，荔湾正面临着诸多现实困境，导致地区价值未能有效发挥，就业机会和活力人口逐步外流，在各区的追赶发展中地位有所下降等一系列问题。本文运用景观格局指数分析法对荔湾区最新土地利用总体规划（2010--2020）进行定量分析，并提出改善城市生态环境的措施和管理对策。

图1 广州市荔湾区土地利用总体规划图（2010--2020）

2.2研究方法

本文将利用在基于acrgis的景观格局指数软件Fragstates对试验区数据进行分析。首先利用arcgis软件将1:40000的规划图按不同土地利用类型矢量化，再利用空间分析功能将矢量化数据转化成GRID格式。然后利用景观格局分析软件Fragstates计算各类型景观格局指数，应用景观指数法、景观空间格局分析从景观类型和景观水平两个层次对研究区域景观空间格局进行分析。

2.3景观格局指数

景观格局指数是指高度浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标,是反映景观格局的重要参数,在景观生态学中具有广泛的运用,为科学衡量景观结构提供定量化的依据[4]。

在景观格局分析软件Fragstats中，景观格局指数被分为三个级别：斑块级别（Patch - Level）、斑块类型级别（Class - Level）和景观级别(Landscape - Level)[5]。斑块级别指标主要反映单个斑块的结构特征；斑块类型级别反映景观中不同类型景观的结构特征；景观级别反映了整个研究区整体景观。而斑块级别指数常作为计算其他景观指数的基础。根据研究区域特征，本文主要选取斑块类型级别和景观级别指数进行分析

3实验结果及分析

3.1实验结果

3.2实验结果分析

（1）景观斑块总面积特征

占总面积比（PLAND）是指景观类型占总景观的面积之比，它反映了不同的景观类型对整个景观的奉献率。根据计算结果，7种景观类型所占面积比处于三个层次。建设用地景观面积最大并占总面积比为67.252% 。其次，占面积比靠近10%的景观类型有水域景观，农用地景观，交通用地景观。然后为面积相对较小的有条件建设用地景观占3.343%，及剩余两种比例极小的旅游用地景观和自然保留地景观，两者总面积之和仅占总面积0.582% 。

（2）景观斑块平均面积特征

景观中所有斑块总面积除以其斑块数即为斑块平均面积，用于描述景观粒度，一定意义上反映了其景观破碎化程度。景观平均斑块面积大，则景观破碎化程度小；景观平均斑块面积小，则景观破碎化程度大。计算结果显示，建设用地景观、交通用地景观平均斑块面积为58.380 及 52.949 ，表现为较大的景观粒度，景观破碎化程度远低于其余类型；而农用地及自然保留地则破碎化程度较高。

（3）景观斑块最大斑块特征

实验结果表示，斑块面积标准差最大的景观为交通用地景观，为138.509；

最大斑块指数是斑块水平上优势度的测量。水域、建设用地及交通用地景观的最大斑块指数为7.871、8.357、7.012，三者数值高且相近，表示这三种景观在斑块水平上具有优势。

（4）景观斑块密度

斑块密度即斑块孔隙度，是某一景观类型斑块数与其景观类型面积的比值，反映了景观被分割的破碎化程度，在一定程度上同时反映了人为对景观的干扰程度，揭示了景观基质被类型斑块分割的程度，对生物保护、物质能量分布具有重要影响。斑块密度高，则说明其类型的景观中分布广、影响大。荔湾区各景观类型间的斑块密度有差异但并不算明显，按从大至小的景观类型顺序排序为：农用地景观、建设用地景观、水域用地景观、交通用地景观、有条件建设用地景观、自然保留地景观、旅游用景观。其中农用地及建设用地的斑块密度较大，其景观类型与人类活动关系比较密切，因而数值较大，破碎化程度较高。斑块密度最小的是旅游用地景观，分布集中，对景观的影响小。

（5）景观斑块周长特征

边缘密度又称为斑块内缘比，是通过景观斑块周长和斑块面积之比值来表示斑块踢的边界效应，它显示了类型被分割的程度，是景观破碎化的直接反映。

表格显示，建设用地的边缘密度最大，为48.8732，其景观被边缘割裂的程度最高。农用地（32.6842）和交通用地（29.8713）紧跟其后，边缘密度值都较高。而自然保留地和旅游用地景观类型被分割程度相当，连通性高。

（6）景观水平指数分析

多样性指数值的大小反映景观类型的多少和各类型要素所占比例的变化。当SHDI值为零时，表明景观由单一类型构成，景观为均质；当两个以上的类型构成景观时，景观类型所占比例相同，则SHDI值最高；各景观类型所占比例差异增大，则景观的多样性下降。荔湾区景观整体多样性指数值较低，为1.0827，主要原因是建设用地所占比例太大，而其他景观所占比例太小，且建设用地景观在整个区域中呈现大面积集中且连片呈现的空间分布。而表格中显示整个荔湾区域景观均匀度为0.5564，表示各景观类型所占比例差异较大，景观各组分配不均匀，从规划图和表中也可看出，建设用地占整个景观面积比例很大，而其他用地景观所占份额较小。

4 结论

目前，地理信息系统技术已广泛应用与环境与资源的清查与管理、农业、林业、交通与通讯等诸多领域，并已形成庞大的技术产业。但是在景观生态学领域，GIS技术还只是简单的用来采集、处理、存贮、管理和输出景观数据，计算景观指数来对景观空间格局进行分析与描述、对景观时空变化动态分析与模拟，指导景观最优化设计与管理，并进行景观图及各类专题图的绘制等，用分析景观生态的格局和动态变化，并未有机的与景观生态学结合起来，实际运用到城市规划和管理中。

相信随着地理信息技术的逐步发展以及人类对生活环境要求的提高，GIS技术将利用其强大的空间分析能力、地理要素管理功能以及可视化优势，并结合景观生态学理论，将发展出一套具有城市景观展示、管理、分析功能的GIS管理系统，帮助城市规划设计工作者优化城市景观格局，建设经济低碳、城市智慧、社会文明、生态优美、生活幸福的新型城市。

参考文献

[1]高凯.多尺度的景观空间关系及景观格局与生态效应的变化研究[D].武汉,华中农业大学,2010

[2]侯伟.烟台市城市景观空间格局分析[D].山东,山东师范大学,2002

[3]章家恩, 饶卫民,张磊等.3S技术在景观生态学中的应用研究概述[J].国土与自然资源研究,2006

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

[5]彭建,王仰麟,张源等.土地利用分类对景观格局指数的影响[J].地理学报,2006

[6]刘可东.合肥市景观空间格局分析及其应用研究[D].安徽,安徽农业大学,2007

[7]陈凌静.基于GIS支持下的土地利用景观梯度分析—以重庆市合川区为例[D].重庆，西南大学，2009

[8]李秀珍,布仓仁,常禹等.景观格局指标对不同景观格局的反应[J].生态学报,2004

[9]肖笃宁,苏文贵,贺红士.景观生态学的发展和应用[J].生态学杂志,1988

[10]刘颂,郭菲菲,李倩.我国景观格局研究进展及发展趋势[J].东北农业大学学报,2010

[11]谢杨.基于GIS城市景观格局分析及其优化对策[D].兰州,西北师范大学,2010