基于Aster G-Dem的海南岛地形地貌信息提取与土地利用景观格局分析

摘要

随着GIS空间分析和DEM技术的发展,快速、准确获取地形地貌及土地利用数据的技术日渐成熟,同时在此基础上,景观生态学不断发展和完善,利用景观格局分析的方法研究分析土地利用空间结构及其演变成为目前比较有效的技术手段。因此,利用数字高程模型建立布满全区的数字土地利用空间格局,在进行地形地貌分析、了解地形特点的基础上,利用景观格局分析的方法研究土地利用空间结构,理解和把握土地利用景观格局特征,建立土地利用景观格局与土地生态系统功能之间的相互关系,对维持区域生态平衡,改善区域生态环境,加强土地资源的保护,制止不合理的开发利用活动及实现土地资源利用的可持续发展,都具有重要的意义。
　　 前人对于地形地貌的空间分布规律的研究多以文字描述为主,而定量化的分析较少,特别针对海南岛地形地貌信息定量统计分析的研究并不多见。同时由于经济发展,人口增长以及工业化、城市化过程的广泛深入推进,海南岛的土地利用与覆被格局发生了很大变化,地区自然生态系统的空间格局不断被人类的各种土地利用方式所改变,形成了特定的区域土地利用景观空间格局。
　　 因此,本研究基于30m分辨率的Aster G-Dem数据,利用ArcGIS空间分析技术,对描述海南岛地形地貌特征的多个地形因子进行提取和定量分析,分别得到其所占的面积比例和数量分布特征,并对其空间分布规律和反映的区域特征进行分析;在此基础上将土地利用景观分布图与地形因子叠加,分析海南岛土地利用景观空间结构特征以及地形与景观格局变化的关系,得出以下几点结论:
　　 1、通过窗口分析方法确定了海南岛地形起伏度、地表切割深度的最佳分析窗口为15.21km2,并完成海南岛各地貌、地形因子的提取、制图、分析。各类地形特征和地形因子的提取结果都能较好地反映海南岛地形地貌的分布格局。在基本地貌形态分析中将海南岛的基本地貌形态划分为六种类型,大部分地势相对低平,大致为北部台地平原区和南部山地丘陵区。
　　 2、从宏观地形因子分析得出,海南岛属于低海拔地区,大部分海拔在800m以下,主要以微、小起伏为主;大部分地区地表粗糙度较小,中南部山区粗糙度最大,平坦、台地及丘陵区粗糙度最小;地表切割深度以浅切割为主,南北差异显著;大部分地区的高程变异系数都较小,高程的相对变化程度都不大。从微观地形因子分析得出,海南岛以平缓坡为主,除平坦无坡向的区域外,各坡向的分布差异不大,呈现平缓分布的特征;负地形多于正地形,地表没有太大起伏,地域特征多为平坡。
　　 3、海南岛各地形因子具有明显的空间分布特征。高程、坡度的分布规律与海南岛地表形态组合的区域差异有一定的相关性,但坡向分布相对平均,区域间没有明显区别;通过分区对海南岛高程和坡度的描述证明,海南岛几大经济圈的划分与地形相关,东部、北部、西部地势平坦,是城市综合产业和工矿发展的集中地;南部地势稍有起伏,是旅游城镇综合发展区域;环岛区域水土条件较好,是主要的农业生产区域;中部生态保护区地高坡陡,在一定程度上限制了其经济的发展。
　　 4、结合高程、坡度和坡向3个地形因子分析海南岛土地利用景观空间格局特征,结果表明:在低海拔、小坡度等人为影响因素较强的地区土地利用程度较高,各种土地利用景观类型均有大量分布;向高海拔、大坡度地区过度,人类活动影响程度减弱,景观类型分布也随之减少,特别在地高坡陡地区林地和草地为主要土地利用景观类型;各景观类型在坡向分布上差别不明显。
　　 5、选取斑块个数、景观类型面积百分比、分维数、优势度指数、景观多样性指数、均匀度指数、破碎化指数七个景观指数,对海南岛土地利用景观格局在不同地形地貌区内与地形的相互关系进行分析,结果表明:从低海拔、平缓坡地带到高海拔、大坡度地带,景观斑块数、面积比例、多样性、均匀度指数递减,优势度指数递增:平坦区域外,其余几个坡向景观的多样化和空间异质化程度不高。
　　 6、基于地形位指数结合无纲量的分布指数分析了海南岛土地利用景观类型的地形分异频率情况,准确地描述了不同景观组分在各地形位区段上的实际分化情况。不同土地利用景观类型在地形位上的分布结构表现为高、中、低三段式格局。低段区域上各景观组分竞争激烈,分布相对集中;高区域阶段,部分景观生存发展受到限制,景观组分相对单一,说明了由于地形地貌条件限制了不同社会生产活动使其对不同土地利用景观的约束性影响明显。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 地形信息提取概述

1.1.1 DEM简介

1.1.2 DEM的发展及应用范畴

1.1.3 DEM地形数据获取

1.1.4 DEM地形信息提取的相关研究

1.2 基于地形的土地利用景观空间格局分析概述

1.2.1 景观格局

1.2.2 景观空间格局分析的技术手段

1.2.3 基于DEM的景观格局研究现状

1.2.4 土地利用景观格局

2 引言

2.1 论文选题背景

2.2 论文选题意义

2.3 研究目标

2.4 论文的研究内容

2.5 研究方法与技术路线

3 研究概述

3.1 研究区域概况

3.1.1 土地资源

3.1.2 气候状况

3.1.3 水资源

3.1.4 生物资源

3.2 研究数据

3.2.1 土地利用景观数据

3.2.2 DEM数据

3.3 研究分析工具(软件)简介

4 DEM地形因子提取原理与算法

4.1 DEM地形知识提取的体系结构与基本思路

4.1.1 地形因子的分类体系

4.1.2 地貌信息提取中地形特征因子的选取

4.1.3 地形因子提取的基本思路

4.2 DEM微观地形因子的提取原理与算法

4.2.1 坡度因子

4.2.2 坡向因子

4.2.3 地面曲率因子

4.3 DEM宏观地形因子的提取原理与算法

4.3.1 地形起伏度

4.3.2 地面切割深度

4.3.3 地表粗糙度

4.3.4 高程变异系数

5 海南岛地形地貌信息提取与分析

5.1 基于Aster G-Dem的地貌形态提取

5.1.1 基于Aster G-Dem的地面绝对海拔高度分析

5.1.2 基于Aster G-Dem的地形起伏度分析

5.2 地貌形态划分

5.3 地形信息提取与分析

5.3.1 微观地形因子提取与分析

5.3.2 宏观地形因子结果分析

6 海南岛土地利用景观空间格局地形地貌分布特征

6.1 土地利用分类以及景观嵌块体类型划分

6.2 土地利用景观空间格局指数的选取

6.3 土地利用景观空间格局地形分布特征

6.3.1 土地利用景观格局高程分布特征

6.3.2 土地利用景观格局坡度分布特征

6.3.3 土地利用景观格局坡向分布特征

6.4 不同地貌区土地利用景观空间格局特征

6.5 地形位上的土地利用景观格局变化分析

6.5.1 地形位指数的构建

6.5.2 土地利用景观类型在地形位上的分布特征研究

7 结论与讨论

7.1 结论

7.2 讨论

参考文献

致谢