第七章 景观数量化研究方法与手段

（2）尺度对景观面积的影响

随尺度的增加，各景观类型的面积都有不 同程度的变化。廊道（如河流和水渠等） 面积减小，廊道狭窄的部分消失，较宽的 部分形成孤立的斑块。居民点的面积减少， 主要融入耕地类型，因而耕地面积相应增 加。 基质增加

（3）尺度对景观多样性的影响


尺度变换分析可认为是一种空间信息的筛 选过程。 （4）最佳尺度选择
空间量算：距离量算
距 离 计 算 公 式
n 维匀质空间广义距离公式
q=2，二维欧氏 距离
i (x i , y i )
j (x j, y j)
n 维非匀质空间距离计算 i i
j j
空间量算：形状分析
基本考虑：空间完整性、多边形形状特征
形状特征描述参数
U>1 膨胀型
U
P 2 A
圆
U=1
U<1
紧缩型

（2）选择训练区与GPS定位 在遥感影像图上，均匀地选取各景观类型的训练 区。对野外调查采用GPS进行地理定位。 （3）遥感影像分类 遥感图像的计算机分类，时就根据像元特征值， 将任一个像元划归最合适的类别的过程。分为非 监督和监督分类。 （4）分类结果的后处理



包括光滑或过滤、几何校正、矢量化及人机交互 解译等。
X G
w
i i i
Y G
w
i i i

i为离散目标，w为权重，x，y为目标坐标 应用 跟踪某些地理分布的变化，如人口变迁、土地 类型变化等。 简化复杂目标的模型建立等
空间量算：距离量算

含义：
距离描述了空间对象之间的接近程度。 地理空间上的距离所描述的对象一定发生在地理 空间上。
空间量算：形状分析
空间完整性：欧拉数 U = a-b
a：被区域包含的多边形（或岛）；b：由岛组成的区域 U > 0时区域比较完整；U < 0时区域比较破碎
a=0，b=5，U=-5 a=3，b=1，U=2

栅格图层的叠加 在栅格地理信息系统中，建立 不同数据层面之间的数学联系是GIS的一个典型功 能。
分维数是用来说明景观类型形状的复杂程 度和自相似性的一种景观格局指数。天然 植被斑块的分维数一般较高。
第七章 景观数量化研 究方法与手段
重点

了解景观量化研究的内容、主要方法 理解常用的工具手段

景观生态学的许多方法源于地统计学、地 理学、生态学。 图像处理、地理信息系统、空间分析和分 形几何是解释景观复杂性最通用的方法。

第一节 野外调查与观测
野外调查和观测类型： （1）传统的野外调查方法； （2）以航片为主的方法，从野外工作开始， 形成有限的、稍加描述的解译图例，然后 再进行真正的航片解译； （3）以航片为指导的方法，从航片解译开 始，在后期野外工作中用来指导采用分区。

（5）分类精度评价 通常采用选取有代表性的检验区的方法 监督分类的训练区：训练区只能反映训练地点的 同质性和训练类别间的差异性，不能真正反映分 类结果的准确度。 指定的同质检验区：在选择训练区是，多选取一 些，监督分类时，只使用其中的部分训练区，其 余的训练区用于对分类结果进行精度估计。 随机选取检验区：在整个影像上随机抽取，与分 类结果图进行对比，看是否与实际相符。
消除具有相同属性的多边形边界（数据分类）
1 1 3
1
3
4 2 1
3 2
4 1
地图操作：裁剪
落入裁减区域范围内的输入地图要素
地图操作：合并
两幅获两幅以上的地图拼接成新图
合并
空间量算


几何量算 距离量算 形状量算 质心量算
空间量算：几何量算

含义：
点：0维坐标 线：1维，长度、曲率、方向 面：2维，面积、周长等 体：3维，表面积、体积等
卫星遥感应用流程

1 定位和对参考资料的研究
在调查之前，应进行总体的定位，收集地 形图和专题地图，对调查区及其周围环境 的各种地理学和生态学文献进一步加以研 究。
2 航片（卫片）浏览、分析，初步图例准备

对所有遥感图像及其最佳用途和可能用途进行总 体编目。
步骤： （1）对航片或其它遥感图片的快速浏览，对研究 区进行初步的分析； （2）航片分析，包括影像数据的处理； （3）为航片（卫片）的解译设计一个概括性的初 步图例。

是为了有效地压缩栅格结构数据，并提高数据存 储的效率而出现的一种新的数据结构。
3 地理信息系统的功能
（1）空间数据的录入
包括数据转换、遥感数据处理、数字测量 等。 （2）空间数据的查询

查询包括两种形式，由属性数据查找空间 位置及由空间位置查找属性数据。按照地 物的空间关系的查询方式：空间关系查询 和地址匹配查询。
叠加分析包括三种类型： 常数与数据层面的代数运算； 数据层面的数学变换（指数、对数、三角变换 等）； 数据层间的代数运算（加减乘除、乘方等）和逻 辑运算（与、或、非、异等）。

（4）空间数据的更新与显示
运用地理信息系统，可以只对局部空间数 据进行更新，从而给数据的更新提供了极 大的方便，也使成本大大降低。 空间数据的显示是将点、线、面状地物以 符号或色彩等形式在计算机屏幕上显示出 来，以便于数据的修改和空间查询。
3 景观遥感分类的基本方法

利用遥感技术进行景观分类，是研究景观 格局、景观变化的重要手段，景观遥感分 类一般包括分类体系的建立和实现分类两 部分。
（1）数据收集和预处理 遥感影像的预处理一般包括大气矫正、几 何校正、光谱比值、主成分、植被成分、 缨帽变换、条纹消除和质地分析等。

主成分分析通过降低空间维数，在数据信 息的损失最低的前提下，消除或减少波段 数据的重复，降低波段间的相关性；同时， 还能够加快计算机分类的速度。

线长度计算
矢量：两点之间的直线距离，复合线段累加求和 栅格：网格数目累加

面积计算
矢量：几何交叉求积（坐标法） 栅格：相同属性值的格网数目与格网面积的乘积
空间量算：质心量算


定义：目标的半径位置或保持均匀的平衡点，一 般为多边形的几何中心或质心。 计算公式： w x w y
5 最终景观图的绘制

地图上的每一个图斑都要有一种颜色和一 个图形符号。图形符号非常重要，在一幅 有着多种过渡信息的地图上颜色的数量会 很多。
6 评价

对景观类型图的评价包括对遥感影像解译 精度的评价和对制图单元描述的准确性。 精度的评价一般是在景观类型图上随机选 取若干个样点，然后到野外核对是否与解 译结果相一致。
几何形状改变 属性改变
地图叠加：要素类型
点与多边型叠加
输出地图包含输入地图相同的点要素，但 点的属性已为其落入的多边形的属性
1
2
+
A
B
=
1A
2B
地图叠加：要素类型

线与多边型叠加
1
+
A
B
=
1A
1B
地图叠加：要素类型

多边形与多边型叠加
1 2 1A 1B 2B
+
A
B
=
2A
地图叠加操作：ArcView为例
第二节 遥感方法
1 遥感的数据源和记录格式

一般有两种：胶片格式；计算机兼容磁带 数据格式
2 遥感在景观生态学中的应用领域分析

遥感能够提供的信息：植被类型及其分布、 土地利用类型及其面积、生物量分布、土 壤类型及其水分特征、群落蒸腾量、叶面 积指数及叶绿素含量等。
高光谱分辨率遥感的发展和热红外遥感技 术的应用。
1 尺度分析与尺度效应

尺度分析与尺度效应研究对应于景观格局 的分析，对景观的管理和景观规划设计有 着重要意义。

尺度变化分析是指小尺度上的景观格局经 过尺度的筛选重新组合而形成较大尺度上 景观格局的过程。 尺度推绎
由于景观结构的复杂性和野外观测研究的 不可操作性，因而在尺度变换分析过程通 常应用遥感、地理信息系统和数学模型等 手段。


输入地图与叠加地图具有相同的范围， 则输出地图也具有相同的范围。 输入地图与叠加地图范围不同，则依赖 于地图叠加操作方法。 方法
联合 相交 层叠加
地图叠加操作：联合
OR
=
地图叠加操作：相交
AND
=
地图叠加操作：层叠加
+
=
[(输入地图) AND (叠加地图)] OR (输入地图)

精度问题：专家系统3初步源自像解译和综合航片或其它遥感图像的首要作用在于为调 查区分区，提高调查的精度和有效性。
4 野外调查与采样


景观调查的野外工作主要是对野外采样点 的描述，包括土壤、植被、地貌、土地利 用类型，以及地质、水文、动物及其它相 关属性信息，以获得精确而可靠的资料来 描述图像解译单元，进而将它们转化成景 观类型。 为了进行统计处理，一般采用随机采样方 法来收集数据。减少样本量的方法是以图 像解译结果为基础，进行分区采样。


（5）空间数据的打印输出 通过绘图仪、打印机等设备输出。 （6）地理信息系统的其他功能 还具备对空间数据局部删除、局部截取和 分割等功能。

4 常用的GIS工具软件

Desktop Arc/Info主要包括 ArcMap（地图数据的显示、查 询和分析）、Arc Catalog（对数据的定位、浏览和空间数 据管理）、Arc Toolbox（常用数据分析称护理功能组成的 工具箱）；
（3）空间数据分析 分为：基于空间图形数据的分析、基于非 空间属性数据的分析和两者的联合分析。