３６卷２３期 王秋霞等基于ＧＩＳ的舍肥市近５Ｏ年来城市景观格局演变研究 （１）搜集航片。航片拍摄时间为１９７８、１９８５、１９９１、１９９４、 ２０００、２００４年，拍摄时间间隔越来越短，与我国经济发展特色 所求得的斜率的２倍即该斑块的分维数。当边界分维数接 近１时，说明该类斑块的形状接近正方形，边界分维数越高， 说明该类斑块的形状越复杂 。 （４）多样性指数日。 Ｈ＝一∑Ｐ ｌｎＰ 相符，有时代的代表性。 （２）扫描数字化。对航片的负片进行扫描，实现空间数 据的录入。因为绝大部分航片所用相机是感光型，非数码相 机，要完成机助制图，必须通过扫描输入。 式中，Ｐ 为城市中各类型土地面积占城市用地面积的比例；ｉ 为城市土地利用类型数量。 多样性指数的高低可以反映城市土地利用类型的均衡 程度。日值越大，表明不同职能的土地利用类型数越多，各职 能类型的面积相差越小，土地分布越均衡。当城市各用地类 型的面积相等时， 值达到最大，则表明城市土地利用达到 最大均衡状态。 （３）投影纠正。对图形进行正射纠正。在航拍过程中， 采用中心投影拍摄，即对拍摄范围的中心点正视，而对以中 心点为圆心的其他区域斜视。为消除该误差，需把中心投影 变为垂直投影。所用软件为ＶＩＲＴＵＯＺＯ。 （４）影像拼接。航空拍摄以多条航带进行，拍摄过程有 重叠区域。对投影纠正后的影像进行拼接，生成一定比例尺 的数字航空影像。 （５）均衡度指数Ｅ。在实际应用中，由于不同的城市或同一 城市不同发展阶段可能有不同的土地类型数，土地利用结构 的多样性指数日往往缺乏可比性 ，由此将实际多样性指数 日与最大 之比作为城市土地利用构成的均衡度（Ｅ），即： （５）图像处理。利用ＰＨＯＴＯＳＨＯＰ对图像各类型实际颜 色信息增强拉伸，使各类型更容易识别。 （６）信息提取。比对各时期的航空影像图、同期规划图 以及统计年鉴，建立不同土地利用类型的判读标志。在 ＡＲＣＶＩＥＷ界面下，通过人机交互解译，提供不同类型的面 积，生成合肥市城市景观栅格图像。 （７）栅格图像矢量化。对栅格图像矢量化，进行拓扑运 算，建立拓扑关系。 Ｅ：一 ｐ ｌｎＰ／ｌｎⅣ Ｅ越大，城市土地利用的均质性就越强。 ２结果与分析 ２．１合肥市不同时期的城市景观格局分布 由图２可知城 市景观格局的演变，１９７８～１９９１年合肥市城区景观格局呈明 显的“三叶草形”或“风扇形”，这种城市布局当时成为全国 （８）类型数据库建立。通过对所绘制的斑块图检查确证 无误后，每一斑块都被赋予所需要素，如周长、面积、类型、颜 城市典范，单从生态环境角度来说，是一种比较科学的景观 格局，因为在每个“扇页”留有的较大空隙，可以增加城市内 部与周边环境的能量、物质交换，有利于城市污染物的扩散， 色等，分类型建立数据库。 １．２．２景观指数选取。景观格局数量研究主要采用景观指 数分析。景观指数是能够高度浓缩景观格局信息，反映其结 构组成和空间配置某些方面特征的定量指标 Ｊ。该研究选 用斑块类型的边界密度、景观形状指数、多样性指数、分维数 和均衡度等景观指数对城市景观格局进行分析。 降低城市“热岛效应”发生频率。１９９１年以后，城市范围不 断扩大，逐渐覆盖了“扇页”问的空隙地带，尤其至２００４年， 合肥城区景观格局看起来像一片倾斜摆放的带“叶柄”的 “桑树叶”。 ２．２合肥市土地利用构成由表ｌ可知，１９７８～２００４年合 （１）边界密度Ｐ。景观类型的边界密度（Ｐ，）是指景观类 型周长与类型面积的比例，是一个景观类型单位面积所拥有 的周长的度量。单位面积上的周长值越大，景观类型被边界 割裂的程度越高；反之，景观类型保存完好、连通性高。因 此，该指标在一定程度上反映了景观类型的破碎化程度。 各个景观类型在整个景观中的边界密度（Ｐ，）是指景观 类型周长与景观总面积的比例，给出了景观单位面积上拥有 多少某一类型的周长。这个指标给出了一个类型的周长在 整个景观中的平均分布比例，揭示出一个景观类型的斑块边 界对整个景观的影响程度。 肥市各用地类型中居住用地面积比例增长幅度较大，其余各 类型均呈波动性小幅降低。其中居住、绿化面积比例等量化 指标与城市居民密切相关。合肥市城区居住面积比例总体 上呈上升趋势，其中１９９４年前增长缓慢，１９９４年后增长幅度 较明显。与此同时，城区绿化面积比例呈缓慢下降趋势，其 中最低点对应年份为１９９４年，表明城市存在一定的人地矛 盾，居住用地与绿化用地发展不太协调；从绿地覆盖率角度 来说，城市生态环境质量仍没有较大幅度的提高。 ２．３合肥市景观多样性和均衡度 由表２可知，合肥市 １９７８～２００４年土地利用结构发展趋势为明显的“Ａ”形，日最 大对应的年份是１９９１年，即１９７８～１９９１年呈不断上升趋势， 到１９９１年达到最大；之后，日一直呈 降趋势，直至２０００年， 日值为整个研究阶段的最低值；而２０００～２００４年又有较微 小的上升态势，基本趋于平稳。分阶段来说，城区土地利用 结构的多样性口从１９７８年的１．９０４增长到１９９１年的２．０７５， 年增长幅度达到１．２２％，而１９９１～２０００年，多样性指数日从 ２．０７５下降到１．８９８，年递减率达到１．７７％，高于前期的增长 （２）景观形状指数 。景观中所有斑块边界的总长度 除以景观面积的平方根，再乘以正方形校正常数。公式： ＬＳＩ＝０．２５Ｐ ／Ａ 。 当景观斑块面积为正方形时， ，＝１；当景观中斑块形 状越不规则或偏离正方形时，该指数值越大。 （３）分维数 。景观斑块形状的复杂程度可以用它的 分维数来度量。分维数可由下式求得： Ｐ：ｋＡ｝ 式中，Ｐ为斑块的周长；Ａ为斑块的面积； 为分维数； 为 常数。 率１．２２％。表明在合肥城市发展进程中，１９９１年前均衡度 呈上升状态，且增加较快，即均衡化程度较高，用地结构较合 理；而在１９９１～２０００年，均衡化程度下降，用地结构较合肥市 对同类斑块的周长和面积经对数处理后，进行线性回归 维普资讯 http://www.cqvip.com
安徽农业科学 ２００８芷 图２ １９７８—２００４年合肥市城市景观格局分布 Ｆｉｇ．２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ Ｈｅｆｅｉ Ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ １９７８ ｔｏ ２００４ ． 表１ １９７８—２００４年合肥市土地利用构成变化情况 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ ｉｎ Ｈｅｆｅｆｉ Ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ １９７８ ｔｏ ２００４ ％ 发展前期不合理；到２０００年以后，则趋于稳定。至２００４年， 水体，均呈紧凑的几何形态，“周长／面积”的比值较小 。 合肥市土地利用的均衡度０．８６７，较１９９１年有很大的下降， 城市绿地是城市景观要素之一，是城市生态系统重要组 但与国内其他城市尤其是大城市的均衡度平均值（Ｅ＝ 成部分，在维护城市生态平衡和改善环境方面起着其他基础 ０．８７５）相比，仍较接近 。 设施无法代替的作用。与自然界植被相比较，城市中的绿地 表２ １９７８－２００４年合肥市景观类型多样性和均衡度的变化情况 和水体的调节作用并不限于其边界范围之内，更趋于对周边 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｌｎａｄ・ 的辐射影响。有研究表明，生态源地的几何形态越复杂，伸 ｓｃａｐｅｉｎＨｅｆｅｉ Ｃｉｔｙｆｒｏｍ１９７８ ｔｏ ２００４ 展幅度越大，其对环境的贡献作用就越大 。而合肥市与人 类生活环境密切相关的城市绿地多呈团状紧凑几何形态分 布，边界密度较低，故对绿地周边环境的生态贡献作用相对 较小。 ２．５合肥市景观形状指数由表３可知，各土地类型的形 状指数排序与边界密度基本一致。从时间演化上来看，１９７８ ～２００４年，所有用地类型除水体在２０００～２００４年有回落外， 其余类型形状指数基本呈增长趋势，其中，交通用地各时期 ２．４合肥市景观类型边界密度由图３可知，Ｐ，和Ｐ 所显 增长幅度均较大；其余用地类型在１９７８～１９９１年近２０多年 示的趋势一致。１９７８～２００４年，类型斑块周长／面积比值逐 总体呈平缓过渡状态，从１９９１年后均有不同程度的增长。 年上涨；其中各土地类型的边界密度排序为：交通用地＞居 ２．６合肥市景观水平平均分维数调查结果表明，合肥市 住用地＞水体＞市政用地＞工业用地＞绿地＞科教用地＞ １９７８、１９８５、１９９１、１９９４、２０００、２００４年景观平均分维数分别为： 仓储用地＞特殊用地。作为信息、能量流通频次最大的土地 １．４７７、１．９２１、１．８３１、２．１８４、１．９９１、１．９０７（图４）。由图４可 利用类型之一，交通用地的边界密度无疑是最大的。合肥市 知，合肥城市景观水平平均分维数１９７８～２００４年波动很小， 居住用地的边界密度较大，其主要原因是市区内居住用地分 其中１９９４年的分维数最大，２Ｏ００年后稍有回落，基本呈平稳 布相对较分散，未形成大面积的居住聚集区。水体边界密度 过渡状态，表明在５０年内的城市发展过程中分维数变化不 多居于第３，主要原因是市区内有一条狭长带状的环状护城 明显，该趋势与合肥市城市景观格局演变过程有关。合肥市 河水体，同时有若干外延水渠；但相对于居住用地和交通用 土地利用格局起初基本以“三叶草”形态为主结构，后在保持 地来说，水体的边界密度又较低，主要为市区西北部分布有 基本框架不变的基础上，叶片间少量填充逐步演化形成小 董铺和大房郢２大水库，除此之外还有市区各处分散的景观 “桑叶形”，再外延扩展形成大片“桑叶形”，在一定程度上降 维普资讯 http://www.cqvip.com ３６卷２３期 王秋霞等基于ＧＩＳ的合肥市近５０年来城市景观格局演变研究 ｍ一旺ｍ旺 ｍ旺ｍ 一—－．卜ｇＩｓ口罂Ｉｐ一皇譬蛊 桀 ２００４皋 ２ ＆ 琶 ≤ ｎ ００８ 茂 ’巨＆ 醛邕 ’雹罂 ｎ ００６ ＝ ｎ ００４ ｎ ０位 Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 注：左为Ｐ 值，右为Ｐ 值。１～９依次对应表１中９种土地构成。 Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｉｓ Ｐｌ ｖａｌｕｅ；ｒｉｇｈｔ ｉｓ Ｐ２ ｖａｌｕｅ．１－９ ａｌｅ ９ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔａｂｌｅ １ 图３合肥市景观类型的边界密度ｐｌ和ｐ２ Ｆｉｇ．３ Ｅｄｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｎｄ ｐ２ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎ Ｈｅｆｅｉ Ｃｉｔｙ 表３ １９７８￣２Ｏ０４年合肥市景观形状指数 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ＬＳＩｉｎｄｉｃｅｓｉｎＨｅｆｅｉｆｒｏｍ１９７８ｔｏ ２０ｏ４ 低了与外界的能量物质交换，可能增加城市“热岛效应”。 （４）１９７８～２００４年，边界密度Ｐ。和Ｐ：逐年上涨；其中各 土地类型的边界密度排序为：交通用地＞居住用地＞水体＞ 市政用地＞工业用地＞绿地＞科教用地＞仓储用地＞特殊 用地。城市绿地多呈团状紧凑几何形态分布，边界密度较 低，故对绿地周边环境的生态贡献作用相对较小。 （５）各土地类型的形状指数排序从时间演化上来看， １９７８～２００４年，所有用地类型除水体在２０００～２ＯＯ４年有回 落外，其余类型形状指数基本呈增长趋势，其中，交通用地各 时期增长幅度均较大；其余用地类型在１９７８～１９９１年近２０ 多年总体呈平缓过渡状态，１９９１年后均有不同程度的增长。 （６）合肥城市景观水平平均分维数１９７８～２００４年波动 图４ １９７８—２００４年合肥市城市景观分维数变化 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｆｒａｅｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ Ｈｅｆｅｉ Ｃｉｔｙ ｆｒｏｍ １９７８ ｔｏ２Ｏ０４ 很小，其中１９９４年的分维数最大，２０００年后稍有回落，基本 呈平稳过渡状态，表明在５０年内的城市发展过程中分维数 变化不明显，该趋势与合肥市城市景观格局演变过程有关。 参考文献 ［１］丁圣彦，张明亮．１９８８—２００２年开封市景观动态变化［Ｊ］．地理研究， ２０Ｏ５，２３（１）：２８—３７． ３结论 （１）从景观尺度来看，合肥市城市布局由初期的“风扇 形”或“三叶草形”发展为目前的“桑叶形”，在一定程度上降 低了与外界的能量物质交换，可能增加城市“热岛效应”。 （２）在合肥城市发展进程中，１９９１年前均衡度呈上升状 态，且增加较快，即均衡化程度较高，用地结构较合理；而在 ［２］高峻，宋永昌．基于遥感和ＧＩＳ的城乡交错带景观变化研究［Ｊ］、生态 学报，２００３，２３（４）：８０５—８１３、 ［３］中华人民共和国城乡建设环境保护部、城市用地分类与规划建设用地 标准，ＧＢＪ１３７－９０［Ｓ］、北京：中国中国计划出版社，１９９１、 ［４］张金屯．植被数量生态学方法［Ｍ］、北京：科学技术出版社，１９９５、 ［５］肖笃宁、景明生态学理论、方法及应用［Ｍ］、北京：中国林业出版社，１９９１、 ［６］赵晶，徐建华，梅安新，等、上海市土地利用结构和形态演变的信息熵 与分维分析［Ｊ］．地理研究，２Ｏ０４，２３（２）：１３７—１４５、 ［７］陈彦光，刘明光、城市土地利用结构的熵值定律［Ｊ］、人文地理，２００１，１６ （４）：２０～２４． １９９１～２０００年，均衡化程度下降，用地结构较合肥市发展前 期不合理；直至２０００年以后趋于稳定。 （３）合肥市城区居住面积比例总体上呈上升趋势；城区 绿化面积比例呈缓慢下降趋势。由此可知，城市存在一定的 人地矛盾，居住用地与绿化用地发展不太协调；从绿地覆盖 ［８］刘洪杰，苏建忠，李文翎．城市景观的类型及其环境生态效能的评价 ［Ｊ］．华南师范大学学报，２ｏｏ３（３）：１２６—１３０． ［９］刘洪杰．城市生态用地空间效能及其作用模式的理论分析［Ｊ］．经济地 理，１９９８，１８（５）：９９—１０２． 率角度来看，城市生态环境质量仍没有较大幅度提高。
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