遥感和地理信息系统在景观生态学中的应用

第八章遥感和地理信息系统在景观生态学中的应用

教学目的：了解遥感技术与地理信息系统的基本原理、类型与特征；了解遥感技术与地理信息系统技术在景观生态学研究中的应用。

重点难点：教学重点遥感技术与地理信息系统技术在景观分类与格局分析过程中的应用。

随着遥感和地理信息系统技术的迅猛发展，他们已经广泛地应用到各个研究领域中，尤其是与地理空间密切相关的学科。景观生态学作为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的模拟研究成为景观生态学的研究核心，而地理信息系统在空间分析和空间模拟上的强大功能，为在景观生态学的应用和推广提供了基础。

第一节遥感技术及其在景观生态学中的应用

一、遥感技术基本原理、类型与特征

遥感，遥远的感知，指通过任何不接触被观测物体的手段来获取信息的过程和方法。

1、遥感技术的基本原理

遥感技术的基本原理：是用光谱扫描仪或红外扫描仪对地球表面的地物光谱或温度特征进行记录，通过计算机的数据或图像处理分析地表特征。

2、遥感技术的优点

1）避免研究者对研究对象的直接干扰。

2）能够提供大范围的瞬间静态图像，是生态学家目前获取大尺度上（尤其是区域或全球范围）各种生态和物理信息的主要手段。

3）提供了大面积重复观测的可能，为资料的快速获取与更新、为多时段的对比研究和动态分析提供了基础，是大尺度格局动态的唯一监测手段。

4）大大拓宽了人类观测地球的光谱分辨能力。

5）可以提供高空间分辨率的资料，可以有效地为景观生态学研究提供所必需的多尺度上的资料。

6）遥感数据一般都是空间数据，这也是研究景观的结构、功能和动态所必需的数据形式。

7）现代遥感技术直接提供数字化空间信息，从而大大地促进了景观生态学资料的收集、贮存，以及处理和分析过程，并且使遥感、GIS和计算机模型的密切配合成为必然。

3、遥感数据的基本特征

•遥感数据一般可分为航空像片数据和数字遥感数据。

•航空像片数据的空间分辨率反映在像片的比例尺和胶片的灵敏程度上；

•数字遥感数据对地物记录的详细程度主要反映在空间分辨率上。

二、遥感图象处理及其在景观分类中的应用

1、遥感技术在生态学应用中经历的阶段

❖航空摄影阶段：始于19世纪后期。

❖从航空摄影向航天摄影过渡的阶段：大约从20世纪50年代至70年代。

1972年美国发射陆地资源卫星（Landsat）标志着航天遥感的开始。

❖航天摄影阶段：以各种遥感卫星和先进的图像处理技术为标志。

2、遥感在景观生态学中的应用方面

遥感资料在景观生态学中的应用可以归纳为3类：

•景观分类

•生态系统和景观特征的定量化

•景观动态以及生态系统管理方面的研究

3

第二节地理信息系统及其在景观生态学中的应用

一、地理信息系统的概念与发展过程

1、概述

GIS是一系列用来收集、存贮、提取、转换和显示空间数据的计算机工具。

•从内容上，GIS被认为是一个包含了计算机软件、硬件、地理数据库和专业技术人员的系统。

•从功能上，GIS一般被定义为一个管理和处理空间数据的计算机系统，具备数据获取、输入、存储、编辑、处理、转换、合并、排序、分析、模拟、显示和输出的功能。

GIS的发展过程：

•20世纪50年代，GIS概念提出。

•20世纪70年代后，计算机技术的飞速发展为地理空间数据的输入、存储、检索和输出提供了强有力的手段，GIS朝着更为实用的方向发展。

•20世纪80年代，GIS普及和推广应用的阶段。

•进入20世纪90年代，GIS深入到各行各业。

2、GIS的数据层及数据获取

地理信息系统的数据层

利用GIS表示景观异质性: A.在GIS中不同生态学变量以不同数据层表示；

.GIS表达空间数据的两种基本途径：矢量型和栅格型

二、地理信息系统的特征与功能

1、GIS的以下特点促进其在景观生态学中的应用

•将零散的数据和图像资料加以综合并存贮在一起。

•将各类空间数据和有关属性数据通过计算机高效率地联系起来。

•为经常不断地、长期地储存和更新空间资料及其相关信息提供一个有效的工具。

•为空间格局分析和空间模型提供一个有力又较容易操作的技术构架，从而有利于生态学家采用一些数学和计算机方法上非常复杂的研究途径。

•提高了某些景观资料的质量，大大增加了对资料的存取速度和分析能力，从而促进了景观生态学原理和方法在环境规划和资源管理诸方面的实际应用。

2、地理信息系统的功能

1）空间数据处理和分析

有关景观的信息类型有3种：景观要素的命名和特征；景观要素的位置；景观要素间彼此的空间联系。

2）应用模型

二次开发手段，开发各种应用模型，扩充原有的GIS功能。

3）空间数据输出管理

•

边馥苓提出的GIS四大应用功能

•量算与统计

•预测与计算

•规划与管理

城市和区域规划

土地管理

•辅助决策

三、地理信息系统在景观格局分析中的应用

1、景观单元数量关系分析

通过对景观单元数量关系的分析，可以获知一个景观地区的基本结构特征（如不同景观类型的斑块个数、面积、周长、面积所占百分比、平均斑块周长、平均斑块面积），同时可以计算该景观地区的景观多样性指数、分维数、破碎度、分离度等一系列指标。

2、景观空间格局分析

* 不同类型图件的叠加和再分类

* 分析不同斑块在空间的分布关系，如不同单元之间的距离、邻接性、连通性、核心区和边缘效应等。

* 进行景观格局对生态过程的敏感性分析和模拟，研究不同景观格局对生态过程的影响。

3、景观规划与应用

•缓冲区的设计

•景观规划

* 某一景观类型最佳利用方式的确定

* 对某一景观要素空间位置的选择

第三节全球定位系统(GPS)

GPS简介：GPS主要由空间导航系统、地面监测系统和用户设备三部分组成。

GPS在景观生态学研究中的作用