基于遥感影像对花都区城市绿地景观格局信息提取与分析

基于遥感影像对花都区城市绿地景观格局信息提取与分析

袁富坚,马红岩,谢德志,赖武婷,高嵩 ,朱自飘

袁富坚  身份证号码：4601041993****0952

马红岩  身份证号码：4401111976****2775

谢德志  身份证号码：4304221993****0618

赖武婷  身份证号码：4505211988****4847

高嵩   身份证号码：4111231987****6094

朱自飘  身份证号码：4417021986****3337

摘要：选取花都区城区范围的免费卫星影像，结合实地调查提取花都区城区城市绿地信息，并选取斑块数量、斑块面积、斑块密度、多样性、均匀性、破碎度等景观格局指数，分析花都区绿地景观格局对比。结果表明: 在城市化进程中，花都区道路绿地的破碎度最高，其原因主要为城市化进程及绿化部门对道路景观的改造；而公园绿地的破碎度最低，与城市基础设施建设和政府政策支持相关。

关键词：城市绿地、景观格局变化、花都区、遥感

Abstract: the free satellite images of the urban area of Huadu District were selected, and the information of urban green space in Huadu District was extracted by field investigation, and the landscape pattern indexes such as patch number, patch area, patch density, persity, uniformity and fragmentation were selected to analyze the landscape pattern comparison of Huadu District. The results show that in the process of urbanization, the degree of fragmentation of road green space in Huadu District is the highest, mainly due to the process of urbanization and the transformation of road landscape by greening department, while the degree of fragmentation of park green space is the lowest. Related to urban infrastructure construction and government policy support.

Key words: Urban green space, Landscape pattern change, Huadu district, Remote sensing

城市绿地是城区及周边地区为植被或水面所覆盖的空间，是城市生态系统中唯一具有自动生产功能的子系统，是构建城市景观安全格局中需要重点考虑的景观元素，也是削弱城市环境负效应、调节城市生态平衡的重要途径及措施。它不仅能改善城市生活环境，维持自然生态环境平衡，满足居民游憩活动，而且还能为城市物种提供适宜的生存环境，增强城市景观的连通性。而在城市这个人类生产生活的主要场所和重要居所中，最接近居民、与居民福祉利益关系最为密切的，并时常被居民利用和享受的就是城市居住小区绿地。如何维护和保持良好的居住小区绿地景观格局、营造良好的居住环境、维持高质量的生活，以实现最大化的生态服务功能和价值，是提高居民福祉和实现城市可持续发展的重要途径[1]。

基于面向对象分类技术方法与免费卫星遥感影像数据，结合实地现场测量调查，提取广州市花都区城区绿地分布状况。利用Fragstats4.2软件平台计算绿地景观格局指数，对城市绿地景观格局尺度效应及特征进行分析。

1 研究区概况

花都区，广州市市辖区，地处广东省中部，珠江三角洲北部，广州市北部，东接从化区，南接白云区，西连佛山市三水区、南海区，北邻清远市清城区，有广州市“北大门”、“后花园”。本研究以花都区城市总体规划中主城区范围为研究区，包括花都区建成区和部分郊区，主要街道为新华街道、花城街道、新雅街道、秀全街道、花东镇和炭步镇。

2 研究方法

2.1 数据来源

本文以花都区城市道路绿地、附属绿地和公园绿地为主要普查对象。相比于绿化，绿地是指绿化的实际地表覆盖面积，绿化则是指绿化的垂直投影面积。如道路两侧行道树，绿化面积指树冠的垂直投影面积，若该行道树范围内有连续分布的草地，则该草地的实际地表覆盖面积计入绿地面积，否则不计入绿地面积。此外，为了方便园林局查看和管理辖区范围内绿地情况，本文以路段和养护单元为基本统计和成图单位，对各路段和养护单元分别统计和成图，工作量大。根据以上分析，本文确定以人工目视解译为主要技术手段，通过内外业相结合的方法进行绿地普查。其中，内业判读获取辖区内绿地类型、分布和行道树株数，采集精度要求优于2个像素，对由于建筑物、树冠、道路遮挡造成内业无法判读的区域，通过外业测量进行补充，所有行道树株数必须通过外业核实。在数据统计分析和专题图制作方面，由于统计和制图工作量大，通过 Arcgis编程实现统计和制图的批处理功能，有效提高工作效率。

2.1.1获取城市绿地信息数据  通过对2018 年花都区高精度分辨率遥感图像进行目视解译，提取花都区城市绿地信息，并对其类型进行分类，在 GIS 软件支持下建立花都区城市绿地信息数据和属性数据库。

2.1.2建立花都区城市绿地系统信息数据库  采用遥感技术提取花都区城市绿地系统信息，在 GIS 软件支持下建立花都区城市绿地系统信息数据库。

2.1.3 技术路线

2.2 数据处理

通过地图下载器软件获取的遥感影像，需要进行相关技术处理，这是后期进行区域调研与解译工作的重要前提。在进行解译与数据处理前，对所下载的图像进行几何校正，并依据图像地理位置创建投影坐标系，形成数字正射影像图。

为确保结果的准确性和科学性，需要进行外业调研，来对所研究区域进行整体掌握与充分了解，将花都城区绿地类型分为道路绿地、附属绿地和公园绿地。第二，要考虑城市用地的现状及性质，查阅花都区地形地貌图，以此对解译范围的现场情况进行实地调研，保证结果的准确性。再次，通过野外调研，依据现场各异的要素（如水面、植被、建筑等）的特点，创建目视解译判读标志，在解译图像时参考已创建的判读标志对地物进行分类与识别，分析推断个别不清晰的影像地物。最后，依据所查取城市用地现状与实地调研得到的信息，对解译所提取的数据与结果进行校正，并将结果量化成矢量土地利用类型图，并将此类型图分层进行输出成可用ArcGIS软件能够处理的shp格式文件。

图1 花都区城区绿地分布图

2.3 景观格局指数计算

景观格局指数能高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成与空间配置等特征的简单定量指标，适合定量表达景观格局和生态过程之间联系的空间分析方法[2]。景观格局特征可从3个层次方面进行分析：单个斑块、由若干个斑块组成的斑块类型及包括若干斑块类型的整个景观镶嵌体，因此，景观格局指数也可分为斑块水平、斑块类型水平及景观水平共3个水平指数（Fragstats help）。根据研究区实际情况及景观指数的生态意义，如表1，本研究选取斑块数(NP)、斑块类型面积(CA)、斑块密度(PD)、平均斑块面积( AREA-MN) 、平均斑块形状指数( LSI)、最大斑块指数(LPI)、分维数( PAFRAC)、分离度指数(SPLIT)、聚集度指数(AI)、景观破碎度(C)、多样性指数(SIDI)、均匀度指数(SIEI)12个指数，运用 Fragstats 4. 2 软件进行计算。

表1 景观格局指数生态含义及取值范围

3 结果与分析

3.1花都区城市绿地基本特征分析

3.1.1 绿地斑块面积  （1）公园绿地为花都区主要的城市绿地类型，面积为285.8hm2，占城市绿地总面积的 56%，集中分布在花都区城区中的各大公园内，如花都湿地公园、花都湖公园、花果山公园和飞鹅岭公园等，其在区域的中南部和西部分布最多。（2）附属绿地，面积为671hm2，占了绿地总面积的15.9%，主要分布在花都区城区各个小区，其他的附属绿地还包括各类城市建设用地中的居住用地、工业用地和商业用地；其中，居住附属绿地分布范围最广，使用频率最高，对居民居住环境、日常生活以及城市景观的影响也最为明显。（3）研究区内的道路绿地，其面积为143.09hm2，占28.1%，主要分布在花都区中的主干道、高速铁路、珠江沿岸防护带、卫生隔离公用设施防护等区域。这是因为城市道路绿地往往沿着城市中的主干路、次干路及支路等各级城市道路体系分布，与其他各类绿地一起为城市发挥着景观、生态及安全防护等功能。同时，城市道路与道路绿地也构成了城市布局的总体骨架，彰显出城市优美的居住环境和景观风貌。

3.1.2绿地斑块数量   由表2可知，花都区城区景观斑块数量由共4561个，说明整体景观格局破碎化程度增大。斑块数量最大的是道路绿地，这是因为在城市化发展进程中，道路不断地在更新，导致道路绿地不断地被分割，而且由于城市绿地部门对道路绿地的建设，道路绿地的斑块也随之增加。附属绿地的斑块数也较多，随着经济发展和城市化的推进，城市向四周扩张，渗透到南部和西部郊区，导致斑块分布分散，破碎度增加。花都城区内的公园绿地斑块数最少， 是由于政府加大园林绿化建设，绿地以自然林地为主，在有限的土地空间中，建了多个公园、街头绿地。

表2 花都城区绿地景观格局对比表

3.2 花都区城市绿地景观格局分析

3.2.1 斑块类型层次  由表3可知，花都区三类绿地斑块类型水平的景观格局指数PD、LSI、PAFRAC、SPLIT值持续增长，而 AREA-MN、LPI、AI值逐年降低。PAFRAC和LSI反映斑块的复杂程度，在花都处于城市发展初期，建筑、道路等基础设施将自然植被基质分割，使很多绿地斑块的边缘形状趋于不规则；花都区进入快速发展阶段，城市绿地规划也大力开展，有效控制了绿地的减少，但由于商业楼、居住区、工厂等建筑的扩建，绿地镶嵌其中，形状越来越复杂。PD 反映景观破碎度，值越大，说明景观越破碎。PD 值升高，说明城市绿地斑块数量逐年增加，绿地景观破碎度增强。LPI 衡量最大斑块在景观中的比例，其值减少则代表绿地景观中面积较大的斑块减少，主要是因为城市扩张渗透到郊区原本连接成片的自然林地，新建道路和工业厂区将大型绿地斑块分割为多个小型斑块。AREA-MN 值由 69. 42 减少到 17. 30，进一步说明绿地景观的破碎化。SPLIT 代表斑块间的分离度，当景观只有 1 个斑块时，SPLIT = 1，随着景观进一步分化为较小的斑块，在一定程度上体现人类活动强度对景观结构的影响。SPLIT 较大，表明在城市扩张和人类活动的影响下，绿地斑块的距离变远，由团聚分布变得离散。AI 指示绿地的聚集度和连接程度，其值对比幅度不大，表明斑块间聚集度降低，趋于分散。

表3 花都区城区绿地斑块类型水平景观指数对比表

3.2.2景观类型层次  表4结果表明，研究区的景观多样性指数较低，主要因为城市化过程中，原本占优势的耕地景观大幅减少，而城市用地因占用大量绿地，面积急剧增加，破坏了原有相对平衡的状态。均匀度指数的降低进一步说明随着城市建设的推进，城市景观由自然景观主导转变为人为景观占优势，城市建设用地成为城市景观的基质，绿地、耕地、水体镶嵌其中，且分布不均匀。绿地破碎度指数的变化则说明，绿地斑块类型由单一、均质、连续的整体趋向于破碎化，在人为干扰下，绿地斑块数量增多，但斑块面积变小。

表4 花都区城区绿地景观水平景观指数对比表

4 结果与讨论

本文借用景观生态学的格局分析方法对花都区城区绿地空间分布特征进行了分析，然后对区域内绿地生态系统服务需求与供给进行测算。主要有以下结果：

绿地景观空间分布花都区城区调查范围内绿地总面积为510hm2，主要由公园绿地、附属绿地和道路绿地构成。其中，公园绿地为主要城市绿地类型，占绿地总面积的56%，集中分布在区中各大公园内，其南部和中西部分布最多；其次为附属绿地，占绿地总面积的 24.3%，主要分布在花都区城区中部；；道路绿地分布面积稍多，占 8.9%，主要分布在花都区城区中的主干道、次干道、高速铁路和支路等地。其次，运用景观指数分析方法来探讨花都区城区各类绿地景观的尺度效应特征，结果显示当粒度从 4m 增至 24m 时：斑块密度随着粒度的增大有两种变化趋势，一种是减小下降型，包括附属绿地和其它用地（主要是建设用地和水域），另一种是平缓变化型，包括防护绿地、公园绿地和广场用地，其斑块密度基本在 1～10m 之间，变化不大，分布较为集中；广场用地、防护绿地、附属绿地及其它用地的平均斑块分维数总体呈下降趋势，其斑块形状较为简单和规则，而公园绿地的变化曲线却呈上升趋势，在粒度增至 24 时，分维数值介于 1.044~1.072，斑块的形状也相对较为复杂；附属绿地的最大斑块指数呈现小幅波动的变化趋势，而防护绿地、其它用地、广场用地和公园绿地则基本上保持不变；各绿地景观类型的欧氏平均最临近距离的变化曲线基本都呈上升趋势。

另外，还在 Fragstats 软件平台中完成了对花都区城区绿地景观格局的分析，结果表明：研究区内城市绿地总体分布较为破碎，其中，公园绿地的破碎化程度相对较低，其次是广场用地，而防护绿地、附属绿地和其它用地的破碎化程度最高；区内绿地斑块形状复杂多样，其中，附属绿地的形状指数最高，其它用地次之，公园绿地最小，其斑块都最大限度地被细分，且相对独立；各类绿地在景观空间结构上的分布相对均匀，受到城市交通规划与土地利用规划的影响较大，相互之间缺乏连通性，整体的绿地景观趋向于绿地景观的镶嵌体。

斑块结构、景观格局、尺度效应以及均衡度等都能体现出一个城市绿地的重要特性，但在量化绿地格局特征方面，不同的景观指数各有差异。例如，在利用平均斑块面积指数来反映绿地景观的破碎化程度方面，研究区内绿地的总体分布较为破碎，而采用聚合度指数来考量绿地斑块间的连通性以及聚集程度，却表现为各绿地类型的分布具有较高的聚集度。这就反映了单个的景观指数仅能反映景观破碎化程度的某一特征，存在一定的局限性和片面性。国内有学者就通过构建源汇景观指数和综合源汇景观指数，来探讨沿城乡梯度的河流水质变化与流域景观特征的关系[3]（朱珍香等，2019）；还有学者在研究绿洲化与景观破碎化的时空变化时，发现城市绿地破碎化是人为活动与自然因素综合作用的结果[4]（巩杰等，2015）。在今后的景观格局特征研究中，不仅需要构建合理化的综合景观指数模型，而且还要考虑更多人类活动的影响，更加精准地综合量化景观特征、反映景观现状。

参考文献

[1]李铮生.城市园林绿地规划与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]邬建国.景观生态学-格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3]朱珍香,高肖飞,彭凤,等.厦门后溪水质与流域景观特征沿城乡梯度的关系分析[J].生态学报，2019,39(6):1-13.

[4]巩杰,孙朋,谢余初,等.基于移动窗口法的肃州绿洲化与景观破碎化时空变化[J].生态学报,2015,35(19):6470-6480.