一种结合土地利用数据的景观空间邻性测度方法

1.本发明涉及景观生态学、城市地理学、地理信息技术、遥感技术交叉的技术领域，特别是涉及一种结合土地利用数据的景观空间邻接性测度方法。


背景技术：

2.景观空间格局、景观功能和景观动态是景观生态学研究的核心内容，其中景观格局的定量化分析是研究格局和过程相互关系的基础，也是研究景观动态和景观功能的关键。利用景观指数是开展景观格局定量化研究的重要方式。现有的景观指数大致可分为描述景观要素的指数和描述景观总体特征的指数，它们从不同角度反映了景观空间格局的部分特征。景观是由不同类型的景观斑块镶嵌而成，这种空间镶嵌结构决定了不同类型的斑块之间具有一定的空间邻接关系，其中最直接的表现就是斑块之间的边界邻接关系，即两类异质斑块之间是否存在公共边。已有学者基于空间邻接概念提出了边界邻接指数，其主导思想是求某一目标斑块和周围与其相邻接的若干异质斑块的公共边界占该目标斑块边界总长度的比例，该指数从斑块水平和类型水平上描述了目标斑块与其余不同类型斑块间的空间邻接关系，属于描述景观要素的指数。然而上述边界邻接指数具有以下不足之处：一是该指标只描述了景观要素水平上的空间邻接特征，无法反映景观总体的空间邻接特征；二是该指标只反映了邻接边长度，没考虑邻接斑块数量特征；三是景观空间邻接特征具有不对称性特征，即景观类型a对景观类型b的空间邻接性不等于景观类型b对景观类型a的空间邻接性，该指数只考虑了景观类型a对景观类型b的边界邻接特征，没有考虑邻接景观自身的空间异质性(包括邻接景观斑块数量和周长)对区域景观空间邻接特征造成的影响。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种结合土地利用数据的景观空间邻接性测度方法，以解决上述问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：
4.一种结合土地利用数据的景观空间邻接性测度方法，其可包括以下步骤：
5.步骤1：设定目标景观与非目标景观，将土地利用数据进行预处理与重分类，确定研究区内景观类型，并结合具体生态过程，设定其中一种为目标景观，其余为非目标景观；
6.步骤2：构建地理单元，根据研究需求，选择研究尺度，将研究区划分为若干规则或不规则的地理单元；
7.步骤3：判断空间邻接关系，将地理单元与土地利用数据进行空间叠加，并利用空间分析技术逐一分析地理单元内不同类型景观斑块之间的是否存在公共边，以判断目标景观与非目标景观之间是否存在空间邻接关系；
8.步骤4：提取景观空间邻接信息，根据步骤3，若目标景观与非目标景观在同一地理单元内存在公共边，则进一步判断目标景观斑块与非目标景观斑块的空间邻接类型，并统计该地理单元内不同类型的非目标景观与目标景观的邻接斑块数量和邻接边周长以及非目标景观斑块数量和斑块总周长；
9.步骤5：计算类型水平上的景观邻接性指数，该指数由公式：
[0010][0011]
来计算；其中，cv
i
为第i类非目标景观的类型水平上的景观邻接性指数，m为第i类非目标景观与目标景观的空间邻接斑块数目；k为第i类非目标景观斑块总数；l
ij
为第i类非目标景观的第j个斑块与目标景观的空间邻接长度；l
ig
为第i类非目标景观的第g个斑块周长；
[0012]
步骤6：计算景观水平上的景观邻接性指数，该指数由公式：
[0013][0014]
来计算；其中，lv为景观水平上的景观邻接性指数，n为地理单元内的非目标景观类型数目，cv
i
为步骤5的类型水平上的景观邻接性指数计算结果。
[0015]
进一步地，步骤2中的地理单元为正方形格网、自然流域单元或者行政单元。
[0016]
进一步地，步骤3中空间邻接关系包括目标景观与非目标景观存在边共享、角共享和面相离三种情况，当且仅当目标景观与非目标景观空间邻接关系为边共享时，二者存在公共边。
[0017]
进一步地，步骤4中当且仅当目标景观与非目标景观空间邻接关系为边共享时，邻接边长度和邻接斑块数量大于零；当目标景观与非目标景观邻接关系为角共享或面相离时，邻接边长度和邻接斑块数量等于零。
[0018]
本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：本发明弥补了现有景观指数对邻接性研究的不足，实现对类型水平和景观水平上景观空间邻接关系的科学定量测度，直观地揭示了景观空间格局的空间邻接规律。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1是本发明的一种结合土地利用数据的景观空间邻接性测度方法的流程图；
[0021]
图2是各城市不同类型自然景观的景观邻接性对比曲线图；
[0022]
图3是各城市综合的景观邻接性对比柱状图。
具体实施方式
[0023]
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0024]
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
[0025]
如图1所示，本发明的一种结合土地利用数据的景观空间邻接性测度方法主要包
括以下步骤：
[0026]
步骤1：设定目标景观与非目标景观。将土地利用数据进行预处理与重分类，确定研究区内景观类型，并结合具体生态过程，设定其中一种为目标景观，其余为非目标景观。以长三角城市群(26个城市)为例，将26个城市的土地利用数据进行预处理与重分类，根据长三角城市群生态系统特征，将土地利用类型重新划分为城市景观、林地景观、草地景观、水域景观、耕地景观、湿地景观和裸地景观等七类。为研究城市空间扩张对生态系统造成的生态胁迫，将城市景观设定为目标景观，其余景观设定为非目标景观。土地利用数据可以从遥感卫星影像图解译得到。应该理解，景观类型不限于以上几种，对于不同的研究区，景观类型可能还包括沙漠、沼泽、水田、旱地、冰川冻土等更细的分类。
[0027]
步骤2：构建地理单元。根据研究需求，选择研究尺度，将研究区划分为若干规则或不规则的地理单元。地理单元可以是规则的正方形格网，也可以是不规则的自然流域单元或者行政单元等。正方形格网可以按照1公里*1公里的大小划分。本实施例中，将研究区按城市行政边界划分为26个城市单元。
[0028]
步骤3：判断空间邻接关系。将步骤2得到的城市单元与步骤1得到的土地利用数据进行空间叠加，并利用空间分析技术逐一分析城市单元内不同类型景观斑块之间的是否存在公共边，从而确定目标景观与非目标景观之间是否存在空间邻接关系。空间分析技术是公知技术，这里不再赘述。空间邻接关系可包括目标景观与非目标景观存在边共享、角共享和面相离三种情况，当且仅当目标景观与非目标景观空间邻接关系为边共享时，二者存在公共边。
[0029]
步骤4：提取景观空间邻接信息。根据步骤3，若目标景观与非目标景观在同一地理单元内存在公共边，则进一步判断目标景观斑块与非目标景观斑块的空间邻接类型，并统计该地理单元内不同类型的非目标景观与目标景观的邻接斑块数量和邻接边周长以及非目标景观斑块数量和斑块总周长。当且仅当目标景观与非目标景观空间邻接关系为边共享时，邻接边长度和邻接斑块数量大于零；当目标景观与非目标景观邻接关系为角共享或面相离时，邻接边长度和邻接斑块数量等于零。其中，目标景观斑块与非目标景观斑块的空间邻接类型可包括城市
‑
林地邻接型，城市
‑
草地邻接型，城市
‑
水域邻接型，城市
‑
耕地邻接型，城市
‑
湿地邻接型和城市
‑
裸地邻接型等。
[0030]
步骤5：计算类型水平上的景观邻接性指数。该指数由公式：
[0031][0032]
来计算；其中，cv
i
为第i类非目标景观的类型水平上的景观邻接性指数，m为第i类非目标景观与目标景观的空间邻接斑块数目；k为第i类非目标景观斑块总数；l
ij
为第i类非目标景观的第j个斑块与目标景观的空间邻接长度；l
ig
为第i类非目标景观的第g个斑块周长。可见，类型水平上的景观邻接性同时考虑了非目标景观与目标景观邻接边长度和邻接斑块数量差异。
[0033]
步骤6：计算景观水平上的景观邻接性指数。该指数由公式：
[0034][0035]
来计算；其中，lv为景观水平上的景观邻接性指数，n为城市单元内的非目标景观
类型数目，cv
i
为步骤5的类型水平上的景观邻接性指数计算结果。可见，景观水平上的景观邻接性考虑了不同地理单元内景观类型数量差异。
[0036]
对于本实施例中所研究的长三角城市群，其类型水平和景观水平上的景观邻接性指数的计算结果如下表1所示。
[0037]
表1各城市类型水平和景观水平上的景观邻接性指数
[0038][0039][0040]
进一步，通过将表1中的邻接性指数计算结果绘制成折线图和柱状图的形式，比较长三角城市群26个城市类型水平和景观水平上的景观邻接性差异，具体结果如图2和3所示。结果表明长三角城市群26个城市的城市景观与耕地景观的空间邻接性大于城市景观与其它五类景观的空间邻接性，且盐城市的景观水平上的景观空间邻接性指数是26个城市中最高的。
[0041]
综上，本发明提供的景观空间邻接性测度方法，通过结合具体的生态过程和研究需求，将不同土地利用类型划分为目标景观与非目标景观，合理构建地理单元，利用空间分析技术判断地理单元内目标景观与非目标景观的景观空间邻接关系，进而提取不同类型非目标景观与目标景观之间的景观空间邻接信息，最终计算类型水平上和景观水平上的景观邻接性，实现了景观空间邻接关系的量化研究，从而更全面地反映景观空间格局特征。本发
明提供的具体实施例同时表明，当结合城市空间扩张这一具体的生态过程时，基于土地利用数据的景观空间邻接性测度不仅能够反映同一城市单元内部城市景观与不同类型自然景观的空间邻接程度的差异，还能比较不同城市单元之间城市空间扩张对自然景观的空间邻接关系造成的影响。
[0042]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。