面向?qū)ο蠓诸?lèi)的珠海市香洲區(qū)土地利用景觀格局變化研究

張軍

摘 要：本文通過(guò)面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)方法解譯2016-2018年珠海市香洲區(qū)遙感影像，結(jié)合景觀空間格局分析軟件，選擇斑塊類(lèi)型面積、景觀類(lèi)型比例面積、面積加權(quán)平均分維指數(shù)、散布與并列式指數(shù)以及聚集度指數(shù)等景觀特征指數(shù)，分析珠海市香洲區(qū)土地利用變化和景觀格局進(jìn)行總體特征及時(shí)空變化。

關(guān)鍵詞：土地利用;景觀指數(shù);珠海市香洲區(qū)

土地利用變化對(duì)景觀格局與人類(lèi)生產(chǎn)生活所需環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響，研究土地利用變化可以合理評(píng)估和預(yù)測(cè)土地資源與人類(lèi)活動(dòng)空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)土地利用的可持續(xù)發(fā)展。隨著越來(lái)越多中高分辨率遙感衛(wèi)星發(fā)射，解譯遙感影像已成為獲取土地利用數(shù)據(jù)主要手段之一。傳統(tǒng)基于像元的遙感影像分類(lèi)方法往往只考慮像元在不同光譜的反射程度，而忽略其形狀、紋理等信息，易導(dǎo)致“椒鹽”現(xiàn)象，對(duì)土地利用景觀格局分析帶來(lái)誤差。面向?qū)ο蟮倪b感影像解譯可大大改善該影響，較好避免“同譜異物”“同物異譜”等帶來(lái)的分類(lèi)誤差。

20世紀(jì)80年代，人們已用簡(jiǎn)單數(shù)字描述復(fù)雜的景觀格局，逐漸產(chǎn)生景觀格局指數(shù)。為定量研究景觀結(jié)構(gòu)組成和空間變化，學(xué)者總結(jié)景觀指數(shù)分析法，以衡量景觀格局和生態(tài)過(guò)程之間關(guān)聯(lián)。本研究采用常規(guī)的景觀指數(shù)分析方法對(duì)珠海市香洲區(qū)的土地利用變化和景觀格局指數(shù)變化進(jìn)行分析。結(jié)合本研究重點(diǎn)，在面積與邊長(zhǎng)指數(shù)類(lèi)中，選取斑塊類(lèi)型面積（CA）直觀說(shuō)明斑塊類(lèi)型組成，并將其作為計(jì)算更復(fù)雜指數(shù)的基礎(chǔ)。選取景觀類(lèi)型比例面積（PLAND）反應(yīng)衡量不同類(lèi)型的斑塊在景觀中的豐度比。參考田晶和布仁倉(cāng)等學(xué)者的論文，利用面積加權(quán)平均分維指數(shù)（FRAC-AM）反應(yīng)形狀復(fù)雜性。在聚集度指數(shù)類(lèi)中，選取斑塊類(lèi)型尺度中的聚集度指數(shù)（AI）反應(yīng)景觀分布的格局，選取景觀尺度上選取蔓延度指數(shù)（CONTAG）以及散布與并列式指數(shù)（IJI），主要表征類(lèi)型和景觀級(jí)別上斑塊或者景觀的聚集程度，以有效說(shuō)明一個(gè)城市的不同類(lèi)型斑塊空間發(fā)展分布狀態(tài)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來(lái)源

香洲區(qū)是珠海市市的主城區(qū)，位于南海之濱、珠江口西岸，處于北緯21°48'至22°27′，東經(jīng)113°3′至114°18′之間，行政區(qū)域面積555.29平方千米，屬低緯度亞熱帶季風(fēng)區(qū)，日照充足，雨量充沛，年平均氣溫22.4℃。香洲區(qū)是珠海市經(jīng)濟(jì)、政治、文化、科技中心，毗鄰港澳，東與香港隔海相望，南與澳門(mén)陸路相連，背倚經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江三角洲腹地，港珠澳大橋建成后，香洲成為內(nèi)地唯一與香港、澳門(mén)路橋相連的城區(qū)，作為澳門(mén)后花園城市的主城區(qū)，香洲區(qū)的土地利用景觀格局具有一定研究?jī)r(jià)值。

本研究使用的數(shù)據(jù)為珠海市香洲區(qū)2016、2018年的Landsat-8遙感影像，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn）。

2 研究方法

2.1 監(jiān)督分類(lèi)法

監(jiān)督分類(lèi)是一種通過(guò)被確認(rèn)類(lèi)別的樣本像元去識(shí)別其他未知類(lèi)別像元的遙感圖像分類(lèi)方法，包括最大似然法和支持向量機(jī)。最大似然法根據(jù)訓(xùn)練樣本的均值和方差來(lái)評(píng)價(jià)其他像元和訓(xùn)練類(lèi)別之間的相似性;支持向量機(jī)是一種按監(jiān)督學(xué)習(xí)方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二元分類(lèi)的廣義線性分類(lèi)器。

在ENVI5.3軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，通過(guò)目視解譯選取樣本區(qū)的監(jiān)督分類(lèi)方法獲取珠海市香洲區(qū)2016-2018年2期土地利用變化數(shù)據(jù)。根據(jù)珠海市香洲區(qū)土地利用的特點(diǎn)，參考《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)GB/T 2110-2017》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及《生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查分類(lèi)規(guī)范》，將研究區(qū)土地利用景觀類(lèi)型劃分為耕地、綠地、建設(shè)用地、水體和未利用地五類(lèi)，監(jiān)督分類(lèi)方法選用基于面向?qū)ο蟮腟VM（Support Vector Machine）分類(lèi)器與傳統(tǒng)的基于像元的最大似然分類(lèi)法。

2.2 景觀指數(shù)法

景觀指數(shù)指高度概括景觀格局信息，準(zhǔn)確反映景觀構(gòu)成和空間布局等特征的一系列指數(shù)的定量指標(biāo)。其選取應(yīng)與研究中景觀格局匹配，需要對(duì)指數(shù)進(jìn)行篩選和搭配。本研究共選取五種景觀指數(shù)，分別為斑塊類(lèi)型面積（CA）、景觀類(lèi)型比例面積（PLAND）、面積加權(quán)平均分維指數(shù)（FRAC-AM）、散布與并列式指數(shù)（IJI）以及聚集度指數(shù)（AI）。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局基本特征

分別用最大似然分類(lèi)和面向?qū)ο蠓指畹腟VM分類(lèi)方法對(duì)遙感影像進(jìn)行分類(lèi)，將珠海市香洲區(qū)土地利用分為耕地、綠地、建設(shè)用地、水域、未利用地（圖1）。基于面向?qū)ο蟮腟VM分類(lèi)方法生成的結(jié)果中“椒鹽效應(yīng)”明顯降低，景觀指數(shù)計(jì)算過(guò)程中的誤差減少。在每一期的各分類(lèi)結(jié)果中隨機(jī)選取50個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)，以Google-Earth影像為基準(zhǔn)進(jìn)行精度驗(yàn)證，采用總體精度進(jìn)行分析，最終得出總體精度為82.7%，滿足監(jiān)督分類(lèi)要求。

由表1可得，2016-2018年香洲區(qū)耕地面積減少17.07km2，斑塊類(lèi)型比重下降3.56%。2017年珠海市受臺(tái)風(fēng)影響較大，政府開(kāi)展災(zāi)后恢復(fù)工作，種植樹(shù)木并鋪設(shè)草坪，綠地面積有所上升，總面積增加20.85 km2，比重上升2.26%。建設(shè)用地面積增加13.78 km2，比重增加2.88%。水體面積減少5.14 km2，比重下降1.08%。未利用地面積減少2.4 km2，比重減少5%?？傮w上，2016年—2018年珠海市香洲區(qū)耕地、水體與未利用地面積有所減少，綠地和建設(shè)用地面積增加，說(shuō)明香洲區(qū)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在進(jìn)行城市建設(shè)的同時(shí)也兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)與人居環(huán)境的美化。

3.1.1 類(lèi)型水平分析

香洲區(qū)耕地面積減少，面積加權(quán)平均分維指數(shù)稍有下降，表示農(nóng)田斑塊的邊緣復(fù)雜度降低。散布與并列指數(shù)由71.28%降低至66.25%，表示在香洲區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，與耕地斑塊鄰接的其他斑塊的分布均衡度下降。而聚集度指數(shù)從64.78%降低至63.17%，農(nóng)地斑塊之間的聚集程度有輕微降低，表明農(nóng)地分布更加分散，或者大片集聚的農(nóng)地轉(zhuǎn)為其他用地。香洲區(qū)正處于土地利用政策變化的過(guò)渡時(shí)期以及城市發(fā)展建設(shè)的黃金期，城鄉(xiāng)建設(shè)用地規(guī)模增加，對(duì)耕地保有量進(jìn)行調(diào)控。