基于SPOT5影像的長春市綠地景觀空間分布特征研究

王蕾 裴婉辰

摘要

以SPOT5和TM影像為數(shù)據(jù)源，通過人機交互式解譯和定量遙感方法獲取綠地景觀和植被指數(shù)的空間信息，而后運用空間分析技術分析長春市綠地景觀的空間分布特征。結果表明，綠地景觀從空間上呈由中心點向外圓環(huán)狀輻射的特征，并且中心面積逐漸擴大連接成條帶狀。對綠地植被覆蓋空間特征的研究表明，長春市綠地的植被覆蓋狀況差異明顯。

關鍵詞定量遙感；綠地景觀；空間分布；地理信息系統(tǒng)；空間分析

中圖分類號S688；TP7文獻標識碼A文章編號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

城市綠地是城市景觀的一個重要元素[1]，其中的綠色植物是氧氣的唯一源泉，它通過一系列的生態(tài)效應，綜合調節(jié)城市環(huán)境，對保障城市環(huán)境的可持續(xù)性，維護居民的身心健康有著至關重要的作用[2]。隨著城市化進程的加速和城市環(huán)境問題的加劇，城市土地利用格局發(fā)生了快速轉變，這種格局顯著影響了城市綠地景觀的分布，從而深刻影響了城市景觀的結構和生態(tài)服務功能[3-4]。隨著人民生活水平的提高和經濟的快速發(fā)展，城市綠地作為城市環(huán)境的調節(jié)器，也受到普遍關注。人們已越來越認識到城市綠地景觀對城市生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的重要性。20世紀90年代以后，在遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術的支持下，城市景觀生態(tài)研究逐步開展，對城市景觀格局及演化進行分析[5-6]，城市綠地空間格局的研究有了新的突破，對城市綠地的分析與度量從原來的定性描述發(fā)展到定量分析[7-8]。通過運用各種定量指標，分析城市綠地景觀的空間分布格局[2]。因此，研究城市綠地空間分布的時空動態(tài)對于保護和規(guī)劃城市綠地的結構與功能，改善城市和人居環(huán)境具有重要的應用價值[9]。

研究選擇吉林省長春市建成區(qū)作為典型研究區(qū)，綜合國內外對城市建成區(qū)的劃分原則，以城市空間結構的演變對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響為研究目的，以反映城市化過程中由地表自然覆蓋狀態(tài)向人工建筑用地狀態(tài)轉換為出發(fā)點，以基礎設施的完備程度以及與城市的聯(lián)系程度作為判斷標準，基于高分辨率遙感影像、TM影像與地形圖結合實地調查數(shù)據(jù)，提取了長春城鄉(xiāng)邊界空間信息。在此基礎上，基于SPOT5影像提取綠地信息，運用定量遙感方法，基于TM影像反演歸一化植被指數(shù)，分析綠地景觀的空間分布特征。

1研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源與處理

根據(jù)東北地區(qū)的物候和植被生長特點，該研究把遙感影像的獲取時間限制在8月下旬至9月中旬之間。采用2004年9月12日，全色波段與彩色波段合成后（分辨率2.5 m）的法國SPOT5遙感影像用于綠色景觀的提取，2005年9月8日TM影像（分辨率30 m）用于反演植被指數(shù)。以《土地利用現(xiàn)狀分類》為依據(jù)，并參考國際上有關綠色景觀與城市熱島效應的文章中的景觀分類[10-11]，將綠地景觀分成公園綠地、附屬綠地、居住綠地、生產綠地、防護綠地、其他綠地、農業(yè)用地7類，除了農業(yè)用地，其他類型又按組成分成常綠樹、落葉樹和草地。城市綠地景觀信息是運用地學相關分析方法在專家知識的參與下人-機交互解譯提取，空間比例尺達到1∶10 000。根據(jù)城市土地調查以及2004年航片的采樣綠地空間類型、GOOGLE EARTH和部分市區(qū)1∶500地形圖（共33幅），部分郊區(qū)1∶1 000地形圖（共11幅）的采樣綠地景觀類型作為標準，對城市綠地景觀分類進行精度評價。同時，利用野外考察GPS定位對室內判讀有疑問的樣地進行考察驗證，選擇的地點沿交通線路進行隨機抽取[12]，驗證結果表明綠地景觀類型的解譯正確率達92%以上。

1.2歸一化植被指數(shù)（NDVI）的計算

根據(jù)東北地區(qū)的植被指數(shù)是遙感領域中用來表征地表植被覆蓋、生長狀況的一個簡單、有效的度量參數(shù)[13]。為此，國內外學者提出了很多形式各異的植被指數(shù)，歸一化差值植被指數(shù)（NDVI）是由Rouse 等在對RVI非線性歸一化處理后得到的植被指數(shù)[14]，它增強了對植被的響應能力，它與地表植被覆蓋率及生物量有密切關系，是研究地表植被變化的一個重要指標[15]，也是目前已有的40多種植被指數(shù)中應用最廣的一種。植被指數(shù)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圖像上一般>0值都是植被。

NDVI是一個無量綱的數(shù)值，灰度值在-1～1變化，負值表示地面覆蓋為云、水、雪等，對可見光高反射；0表示有巖石或裸土等；正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大[16]。植物的長勢、覆蓋度、季相動態(tài)變化等直接對應植被指數(shù)的數(shù)量變化[17]。

1.3空間統(tǒng)計分析

綠地空間分布特征主要利用ArcGIS 10.0的空間分析功能，首先將綠地景觀和城市全要素數(shù)字化地圖相疊加[18]，根據(jù)疊加后數(shù)據(jù)提取出綠地景觀的空間分布數(shù)據(jù)，再用統(tǒng)計軟件進行分析，綠地景觀的植被空間覆蓋情況同理，是將綠地景觀空間數(shù)據(jù)與反演的植被指數(shù)進行空間疊加，然后用SPSS進行相關性分析。

2長春市綠地景觀空間分布特征分析

2.1長春市不同綠地景觀類型分布特征

從空間分布上可

看出，綠地景觀由中心點向外圓環(huán)狀輻射，且中心面積逐漸

擴大連接成條帶狀，如圖1。全市建成區(qū)各類綠地中，單位附屬綠地綠化覆蓋面積最高，為2 384.896 hm2，其次是公園，這兩類面積已占總面積的76.5%，居住綠地綠化覆蓋面積居第4位，僅為5.0%。

公園綠地綠化覆蓋面積居第2位，占總面積的31.7%。農業(yè)用地居第3位，為450.133 hm2，占綠化覆蓋總面積的8.5%，主要分布在城市周邊，城鄉(xiāng)結合部、開發(fā)區(qū)，主要供應農田周邊及城市人口。

居住綠地面積僅次于農田，占綠化覆蓋總面積的5.0%；植被組成以草地為主，占63.2%。長春市建成區(qū)現(xiàn)有居住區(qū)226處，占地面積為1 106.49 hm2，樓房居住區(qū)綠地率大于平房區(qū)，平房居住區(qū)主要分布在二道區(qū)和寬城區(qū)，因此，這兩個區(qū)居住綠地較少。

生產綠地和防護綠地分別占總覆蓋面積的4.1%和4.2%。其他綠地主要分布在建成區(qū)周邊的未利用土地上。因此，在不同類型的附屬綠地中，提高和改進工廠類、倉庫類專用綠地的綠化水平，是附屬綠地建設的重點。同時，市區(qū)公園要在擴大面積的同時實現(xiàn)均勻分布，便于居民就近利用。

2.2長春市不同綠地景觀組成分布特征

全市建成區(qū)綠地組成中，落葉樹面積最大，其次是草地，這兩類面積已占總面積的89.7%。根據(jù)長春市建成區(qū)綠地組成分區(qū)統(tǒng)計表（表2），可知綠地組成在各區(qū)的差異較顯著，主要表現(xiàn)在常綠樹在朝陽區(qū)分布最多。

此外，長春市綠地組成在各類型綠地上的分布也存在差異性。常綠樹主要為公園綠地、附屬綠地及生產綠地，其他綠地中也有少量分布；落葉樹在各種類型綠地中均有分布，附屬綠地中最多，公園綠地其次；草地在各種類型綠地中也都有分布，同樣，以附屬綠地居多，公園綠地次之，生產綠地中面積最小，僅為29.361 hm2。具體見表3。

2.3長春市綠地景觀的NDVI分布特征

2.3.1不同綠地類型的NDVI分析。

考慮到城市綠地的特殊性及計算的可行性，研究以2005年9月6日的TM為數(shù)據(jù)源，選取了歸一化植被指數(shù)（NDVI）來分析城市綠地的分布情況，結果見圖2。