3S技術(shù)在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用解析課件

1、3S技術(shù)（RS、GIS、GPS）在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用GIS在景觀生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)中RS與GIS的技術(shù)支撐作用3S技術(shù)(RS、GIS、GPS)RS(RemoteSening，遙感)技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起并迅速發(fā)展起來(lái)的綜合性探測(cè)技術(shù)，在航空攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上，隨著空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等當(dāng)代科技的高速發(fā)展，以及地學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科發(fā)展的需要，發(fā)展形成的一門新興技術(shù)學(xué)科。GIS(GeographicalInfor-mairon System，地理信息系統(tǒng))是采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、分析和描述整個(gè)或部分地球表面與空間地理分布數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。GPS(Global Positioning

2、System,全球定位系統(tǒng))是美國(guó)研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置，三維速度和時(shí)間信息。景觀生態(tài)學(xué)是一門研究空間格局對(duì)生態(tài)過(guò)程相互作用的新興交叉學(xué)科，它主要研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)。景觀生態(tài)學(xué)運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)原理和系統(tǒng)方法進(jìn)行研究，在重視理論建設(shè)的同時(shí)，還把地理信息系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)技術(shù)與遙感手段充分結(jié)合，應(yīng)用于其研究目的。RS一、遙感技術(shù)在生態(tài)學(xué)應(yīng)用中經(jīng)歷的階段二、遙感技術(shù)的基本原理三、遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)四、遙感數(shù)據(jù)的基本特征五、遙感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面 遙感在生態(tài)學(xué)應(yīng)用中經(jīng)歷的階段航空攝影階段：始于19世紀(jì)后期。從航空攝影向航天攝影過(guò)渡的階段：大約從20世

3、紀(jì)50年代至70年代。 航天攝影階段：以各種遙感衛(wèi)星和先進(jìn)的圖像處理技術(shù)為標(biāo)志。 遙感技術(shù)的基本原理 指通過(guò)任何不接觸被觀測(cè)物體的手段來(lái)獲取信息的過(guò)程和方法。是用光譜掃描儀或紅外掃描儀對(duì)地球表面的地物光譜或溫度特征進(jìn)行記錄，通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)或圖像處理分析地表特征。遙感遙感技術(shù)的基本原理 遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 避免研究者對(duì)研究對(duì)象的直接干擾。 能夠提供大范圍的瞬間靜態(tài)圖像，是生態(tài)學(xué)家目前獲取大尺度上各種生態(tài)和物理信息的主要手段。 提供了大面積重復(fù)觀測(cè)的可能，為資料的快速獲取與更新、為多時(shí)段的對(duì)比研究和動(dòng)態(tài)分析提供了基礎(chǔ)，是大尺度格局動(dòng)態(tài)的唯一監(jiān)測(cè)手段。 大大拓寬了人類觀測(cè)地球的光譜分辨能力。 可以提供

4、高空間分辨率的資料，可以有效地為景觀生態(tài)學(xué)研究提供所必需的多尺度上的資料。 遙感數(shù)據(jù)一般都是空間數(shù)據(jù)，這也是研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)所必需的數(shù)據(jù)形式。 現(xiàn)代遙感技術(shù)直接提供數(shù)字化空間信息，從而大大地促進(jìn)了景觀生態(tài)學(xué)資料的收集、貯存，以及處理和分析過(guò)程，并且使遙感、GIS和計(jì)算機(jī)模型的密切配合成為必然。 遙感數(shù)據(jù)的基本特征航空像片數(shù)據(jù)的空間分辨率反映在像片的比例尺和膠片的靈敏程度上；數(shù)字遙感數(shù)據(jù)對(duì)地物記錄的詳細(xì)程度主要反映在空間分辨率上。 遙感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面 遙感資料在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用可以歸納為3類：植被和土地利用分類生態(tài)系統(tǒng)和景觀特征的定量化景觀動(dòng)態(tài)以及生態(tài)系統(tǒng)管理方面的研究 遙

5、感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面GIS一、概述二、GIS的數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)獲取三、GIS的功能四、GIS在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用 GIS是一系列用來(lái)收集、存貯、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)工具。GIS的應(yīng)用領(lǐng)域包括資源管理、資源配置、城市規(guī)劃和管理、土地信息系統(tǒng)和地籍管理、生態(tài)環(huán)境管理與模擬、應(yīng)急響應(yīng)、地學(xué)研究與應(yīng)用、商業(yè)與市場(chǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施管理，網(wǎng)絡(luò)分析、可視化應(yīng)用等各行各業(yè)。其中GIS的應(yīng)用已遍及與地理空間有關(guān)的領(lǐng)域。一方面，GIS具有強(qiáng)大的對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理和對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬能力，另一方面，又可通過(guò)時(shí)空模型構(gòu)建，分析空間要素的發(fā)展變化，為咨詢、規(guī)劃與決策提供技術(shù)支持。隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高以及面向?qū)ο?/p>

6、、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘等主流1T技術(shù)的發(fā)展，GIS的應(yīng)用日趨廣泛，已成為城市規(guī)劃、設(shè)施管理和工程建設(shè)的重要工具，同時(shí)還進(jìn)入到軍事戰(zhàn)略分析、商業(yè)策劃、移動(dòng)通信、文化教育乃至人們的日常生活當(dāng)中，其社會(huì)地位發(fā)生了明顯的變化，已被公認(rèn)為21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。概 述 GIS的發(fā)展過(guò)程：20世紀(jì)50年代，提出GIS概念。20世紀(jì)70年代后，GIS朝實(shí)用的方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代，GIS普及和推廣應(yīng)用階段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，GIS深入到各行各業(yè)。硬件部分（圖A）軟件部分（圖B）空間數(shù)據(jù) 用戶 地理信息系統(tǒng)的組成:地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)獲取利用GIS表示景觀異質(zhì)性: A.在GIS中不同生態(tài)學(xué)變量以不同數(shù)據(jù)層

7、表示； B.GIS表達(dá)空間數(shù)據(jù)的兩種基本途徑：矢量型和柵格型GIS在景觀生態(tài)學(xué)中應(yīng)用 GIS的特點(diǎn):將零散的數(shù)據(jù)和圖像資料加以綜合并存貯在一起。將各類空間數(shù)據(jù)和有關(guān)屬性數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)高效率地聯(lián)系起來(lái)。為經(jīng)常不斷地、長(zhǎng)期地儲(chǔ)存和更新空間資料及其相關(guān)信息提供一個(gè)有效的工具。 為空間格局分析和空間模型提供一個(gè)有力又較容易操作的技術(shù)構(gòu)架，從而有利于生態(tài)學(xué)家采用一些數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方法上非常復(fù)雜的研究途徑。 提高了某些景觀資料的質(zhì)量，大大增加了對(duì)資料的存取速度和分析能力，從而促進(jìn)了景觀生態(tài)學(xué)原理和方法在環(huán)境規(guī)劃和資源管理諸方面的實(shí)際應(yīng)用。 景觀單元數(shù)量關(guān)系分析 通過(guò)對(duì)景觀單元數(shù)量關(guān)系的分析，可以獲知一個(gè)景觀

8、地區(qū)的基本結(jié)構(gòu)特征（如不同景觀類型的斑塊個(gè)數(shù)、面積、周長(zhǎng)、面積所占百分比、平均斑塊周長(zhǎng)、平均斑塊面積），同時(shí)可以計(jì)算該景觀地區(qū)的景觀多樣性指數(shù)、分維數(shù)、破碎度、分離度等一系列指標(biāo)。 GIS在景觀空間格局分析中的應(yīng)用 * 不同類型圖件的疊加和再分類 * 分析不同斑塊在空間的分布關(guān)系，如不同單元之間的距離、鄰接性、連通性、核心區(qū)和邊緣效應(yīng)等。 * 進(jìn)行景觀格局對(duì)生態(tài)過(guò)程的敏感性分析和模擬，研究不同景觀格局對(duì)生態(tài)過(guò)程的影響。 景觀空間格局分析緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)景觀規(guī)劃 * 某一景觀類型最佳利用方式的確定 * 對(duì)某一景觀要素空間位置的選擇 景觀規(guī)劃與應(yīng)用在景觀生態(tài)學(xué)研究中，景觀變量的空間分布、一致性或鄰近度

9、等可以作為輸入?yún)?shù)通過(guò)GIS進(jìn)入空間預(yù)測(cè)模型；反過(guò)來(lái)，預(yù)測(cè)模型的結(jié)果也可由獨(dú)立的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)或重新輸入GIS。在這一過(guò)程中，以連續(xù)運(yùn)用模型，也可把模型作為經(jīng)驗(yàn)信息或分析技術(shù)來(lái)確定合適的變量。 GIS在景觀模型中的應(yīng)用 GIS在景觀模型中的應(yīng)用其他應(yīng)用 研究景觀生態(tài)系統(tǒng)的功能和動(dòng)態(tài)。GIS儲(chǔ)存大量專題數(shù)據(jù)和豐富的程序、模型等，可以通過(guò)多層次、多因子的區(qū)域綜合和系統(tǒng)分析，從時(shí)間與空間、質(zhì)量與數(shù)量、內(nèi)部與外部、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、自然與人為等角度綜合認(rèn)識(shí)景觀的結(jié)構(gòu)和功能，從而進(jìn)行景觀功能模擬和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。 景觀生態(tài)管理。在綜合、系統(tǒng)地對(duì)景觀結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)研究之后，依靠GIS專題研究模型，加上專家系統(tǒng)，對(duì)景觀生態(tài)

10、特征進(jìn)行評(píng)價(jià)和管理。 研究全球性問(wèn)題。景觀生態(tài)學(xué)經(jīng)過(guò)發(fā)展和完善，已經(jīng)成為一門涉及生物圈、地理圈和智慧圈等，把人類和環(huán)境統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行綜合研究的新興交叉學(xué)科。GIS對(duì)此大有可為：第一，有全球性的資源與環(huán)境大容量數(shù)據(jù)庫(kù)；第二，綜合了各有關(guān)學(xué)科專家的智慧；第三，有先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)支持，可將在物理上離散的各地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)聯(lián)系起來(lái)共享；第四，處理數(shù)據(jù)的速度相當(dāng)快，能在自然過(guò)程的形成時(shí)間之內(nèi)模擬各種可能出現(xiàn)的結(jié)果，并提出對(duì)策 。GPS GPS主要由空間導(dǎo)航系統(tǒng)、地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和用戶設(shè)備三部分組成。GPS的結(jié)構(gòu)組成GPS在景觀生態(tài)學(xué)研究中的作用 GPS技術(shù)對(duì)景觀生態(tài)學(xué)研究有重要推動(dòng)作用。如用于動(dòng)物活動(dòng)行蹤的監(jiān)測(cè)

11、，生境圖、植被圖及其它資源圖的制作，航空照片和衛(wèi)星遙感圖像的定位和地面校正，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面。 在景觀生態(tài)學(xué)中，常見(jiàn)的研究方法是以遙感影像為數(shù)據(jù)源，使用圖像處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行分類，獲取相應(yīng)的景觀類型圖，再以GIS軟件為手段，計(jì)算斑塊的數(shù)目、面積、周長(zhǎng)等斑塊特征，計(jì)算各種景觀指數(shù)，以用于進(jìn)行景觀格局分。 Rs是以物理手段、數(shù)學(xué)方法和地學(xué)分析為基礎(chǔ)的綜合性應(yīng)用技術(shù)，其最大優(yōu)勢(shì)在于強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力。通過(guò)該方法可以及時(shí)獲得大范圍、多時(shí)相、多波段的地表信息，為不同時(shí)序上從局域到全球各種現(xiàn)象的綜合分析創(chuàng)造了條件。RS在景觀格局的研究中首先需要根據(jù)研究目的，結(jié)合各種地面調(diào)查數(shù)據(jù)或其它歷史資料，對(duì)獲得的遙感

12、數(shù)據(jù)進(jìn)行影像合成與分析處理：然后把經(jīng)過(guò)分類處理的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，將其轉(zhuǎn)換成可用于具體分析過(guò)程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或圖件；最后以面向用戶的原則將其引入景觀格局模型中，借助數(shù)量分析手段進(jìn)行景觀格局規(guī)律的探討。 在景觀生態(tài)研究中，GIS不僅被用來(lái)采集、處理、存貯、管理和輸出景觀數(shù)據(jù)，還用來(lái)進(jìn)行景觀空間格局的分析與描述、景觀時(shí)空變化動(dòng)態(tài)分析與模擬、景觀優(yōu)化設(shè)計(jì)與管理，以及結(jié)合遙感技術(shù)進(jìn)行景觀信息的自動(dòng)采集、分析，進(jìn)行景觀圖及各類專題圖的繪制等。GIS不能代替景觀和景觀生態(tài)學(xué)本身的研究工作，但可以加快、加深、加寬其研究?jī)?nèi)容。通常RS與GIS結(jié)合有兩條途，是GIS作為RS系統(tǒng)或資源衛(wèi)星系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可增強(qiáng)遙感信息的處理和分析能力，提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度，同時(shí)也有利于GIS數(shù)