南京市城市景观的特征尺度

在RS技术支持下,采用分辨率为10m的SPOT-5遥感影像为数据源,分别应用Haar、Morlet、Mexican Hat 3种基小波,对南京市江北城郊、主城区和东南城郊3种不同景观类型进行了特征尺度研究。结果表明,Modet基小波最适于进行城市景观的特征尺度检测,Mexican Hat基小波对粒级嵌套结构检测效果稍差,而Haar基小波不适于对连续型数据源的景观进行特征尺度检测。Morlet基小波的一维小波分析结果表明,南京市江北城郊和东南城郊都存在1个对应于各自农田斑块平均粒径的特征尺度,分别为362m和446m,而主城区则检测出存在3个特征尺度,即：292、835m和2200m,分别对应于建筑小区、小型街区和大型街区的平均粒径,显示主城区存在具有等级结构特征的“建筑小区-小型街区-大型街区”的粒级嵌套结构,揭示了城区具有比城郊复杂得多的粒级结构特征。     

基于MODIS-EVI数据和Symlet11小波识别东北地区水稻主要物候期

作物物候信号能够反映温度和降水等变化对植被生长的影响,是进行农作物动态分析和田间管理的重要依据。基于2008年EOS-MODIS多时相卫星遥感数据,研究了我国东北地区水稻的主要物候期的识别方法。首先提取研究区24个农业气象观测站所在位置的MODIS-EVI(Enhanced Vegetation Index,增强型植被指数)指数的时间序列;同时利用小波滤波消除时间序列上的噪音,小波滤波选用函数包含Daubechies(7-20),Coiflet(3-5)和Symlet(7-15)共26种类型。然后根据水稻移栽期、抽穗期和成熟期在EVI时间序列上的表现特征来识别水稻主要物候期。最后与东北地区24个站点水稻物候观测资料对比并分析误差。结果表明,Symlet11小波滤波的效果最好,其移栽期识别结果的误差绝大部分在±16 d,抽穗期和成熟期识别结果的误差在±8 d。表明通过此方法可以较好地识别东北水稻主要物候期,并可进一步应用到整个东北地区水稻的物候空间分布和时间变化特征研究上。     

基于缓冲带的城乡边缘效应定量评价

以缓冲带取样方法和群落边缘效应测度公式为基础, 尝试构建城乡交错带景观边缘效应的定量评价模型。以广州市番禺区4期景观类型图为研究数据, 基于梯度带上景观格局指数计算结果, 分别计算了不同幅度的边缘效应强度和综合边缘效应强度。研究结果表明: 边缘效应强度计算结果反映了城乡交错带在空间和时间上的景观动态特征。基于缓冲带的边缘效应评价方法, 能够从总体上判断城乡交错区的位置, 也能够反映核心区和城乡交错区的景观格局动态特征。景观格局的梯度变化分析可为城乡交错区位置的判定提供数据支持, 景观指数的幅度效应也为交错区宽度的判断提供依据。     

惠州市景观格局空间分异特征的梯度分析

本文将景观指数、梯度分析和移动窗口法相结合,分析了惠州市景观格局的空间分异特征。以中心城区为起点,向外等距设置辐射状梯度带;同时结合研究区的特点,设置了4个不同方向的样带。综合运用景观指数粒度效应分析和土地面积变化评价指数模型,确定适合研究区的分析粒度;考虑到景观格局的各向异性,计算不同方向的半变异函数和相应的块基比,确定不同方向样带的分析幅度;采用移动窗口法分析不同方向样带的景观格局特征。结果表明:(1)50 m的栅格大小为适合研究区景观格局分析的粒度值,4条样带上移动窗口的适宜分析尺度分别为750、850、1350、1150 m;(2)从中心城区到外围区域,可将惠州市依次划分为城市中心区、农业区、城市副中心区、过渡区和生态保育区;(3)高强度城市化地区和远郊区的景观组分类型单一,优势度特征明显,城市边缘区或城乡过渡带的景观异质性增加,破碎化程度高;(4)不同方向的样带能够反映景观格局的方向分异特征,是城市景观梯度分析的有效手段。     

IKONOS影像景观格局特征尺度的小波与半方差分析

建立不同方向和尺度下景观格局的小波分析方法,并以IKONOS PAN 1m 影像为例,对城市景观和农田景观格局进行了实例研究,并与半方差函数的分析结果进行比较分析。试验结果发现试验区的城市景观图像表现出不同层次和方向的结构特征,主要是阴影－单个楼房－楼房与道路的组合3个尺度的特征,分别出现在2m,16m和128m以及256m分析尺度上,农田景观主要是树木行－农田2个层次和方向尺度特征组合,分别为2m,128m和256m。半方差分析结果对试验区景观结构的多层次和方向不敏感,但可发现景观结构的总体平均特征。城市景观总体结构在空间上的变程为135m,反映的是楼房与道路组合的总体平均特征;农田景观总体结构在空间上的变程为152m。通过改变半方差函数的分析范围和计算间距可以克服半方差对多尺度分析的不足,如该试验通过缩小城市景观和农田分析范围,也发现城市景观有一个在空间结构上15m的变程,与小波分析的特征尺度16m非常接近,而农田景观出现空穴效应的周期一半长度大约为2m,正好是小波分析出种植树木的行距结构特征尺度的大小。这要分析者对研究有一定的先验知识才能够做到选择合适的分析范围,而这恰是景观格局特征尺度分析服务的目的。通过试验区研究证明小波分析是一非常有应用前景的景观格局研究方法,与半方差分析相比,对在解释多尺度结构和不同方向的结构具有明显的优势,且不受分析数据统计平稳假设的约束,但由于对图像分解是基于2进制,导致分析尺度以2的幂函数变化,不像半方差分析可通过理论模型拟合,对特征尺度的估计可以是连续的。     

广州市主城区树冠覆盖景观格局梯度

城市树冠覆盖是城市森林在小尺度上的景观表达,是衡量城市森林生态功能服务质量的重要指标.通过在ArcGIS9.2中对广州市中心城区的高分辨率航片进行目视解译,对形成的树冠覆盖专题图分析并生成栅格数据,利用Fragstats3.3软件分别选择标准方法和移动窗口方法分析研究区景观格局特征.其中基于移动窗口法形成了一系列基于所选择格局特征的连续栅格表面,每一个栅格单元代表的是设定的移动窗口半径尺度下景观类型的格局特征.分析表明,研究区景观格局呈现明显的空间异质性梯度特征.基于样带区尺度效应分析的结果表明,粒度3-5m和移动窗口半径400-600m可适合于研究区的景观格局梯度分析,选择的景观指数能够形成较为平滑的栅格表面.基于移动窗口的分析结果以连续变量图的形式对景观格局空间异质性进行可视化表达,能够为小尺度上的城市森林景观格局优化提供重要的参考.     

大城市城乡耦合地域空间演变及其景观格局——以无锡市为例

基于城乡耦合关系,选择无锡市城市化地域过程和空间范围动态变化显著的城乡耦合地域作为研究实体,综合RS、GIS及景观生态学分析方法,确定1984～2008年5个时段城乡耦合地域范围,并揭示其动态演变过程.在此基础上,研究不同时期城乡耦合地域范围内景观生态格局及其响应变化.结果表明,快速城市化地区城市连续建成区的扩张导致耦合地域同幅扩展;耦合地域内建设用地比例随着耦合地域向外推移和扩展而持续增加,并且其内部的主要建设用地斑块结构稳定性呈现先降后升的特征;耦合地域空间演变引起各类型景观格局密度指数相应变化,建设用地景观增加导致生态景观整体趋于破碎化;而耕地景观相邻边界的主导地位在快速丧失的同时建设用地相邻边界主导地位不断增强,以边界镶嵌度EPD表征的景观交错分布程度不断提高.     

北京市海淀区景观特征类型识别及评价

景观特征评价是当前中国城镇化背景下识别地域景观特征、防止景观同质化、促进景观保护与发展的一种有效手段。本研究基于景观的自然组成要素及其空间分布格局特征,利用GIS空间分析和多种数量统计分析手段对北京市海淀区景观进行了定量聚类分析,识别出46种三级景观特征类型、15种二级景观特征类型和5种一级景观特征类型,并从景观分割指数、斑块密度和景观形状指数3个方面对一级景观特征类型斑块的空间分布特征进行了评价。结果显示,距城市中心10~12 km处是城市景观与乡村景观的交错带;超过12 km则开始出现彼此镶嵌的田园景观与乡村景观特征;当超过32 km时,山林景观则成为主导特征;而休闲景观则孤立且均匀分散在研究区各处。     

景观特征评估—LCA体系与HLC体系比较研究与启示

发端于英国的LCA和HLC这2套体系日益成为景观特征评估的重要方法和工具。从发展历程、方法步骤及其在不同尺度上的实践与应用等方面比较分析,发现LCA体系在跨国区域、国家尺度上的景观特征类型识别与区划具有明显优势,评估结果能包容更多的景观特征,但公众参与评估的深度和对景观历史维度的关注存在局限;HLC专注于历史景观的特征识别,在地方行政和场地尺度上对景观演变和历史景观特征类型识别优于LCA体系,但评估结果不及后者全面,二者存在互补性。合理借鉴和融合2套体系,进行景观特征类型识别和区划,将有助于指导中国国土景观、乡村景观的合理管护和利用。     

景观生态学中的尺度分析方法

多尺度空间分析法是发现和识别景观特征尺度的主要方法.当前这类方法很多,缺乏归类和对比分析评价.基于空间类型变量和数值变量,对多尺度空间分析方法进行了重新梳理.同时对当前常用的尺度分析方法:半方差分析、尺度方差分析、小波分析和孔隙度指数分析,以中国三北防护林为例,对比了各种尺度分析方法的特点和优劣.结果表明,在特征尺度的识别上:小波方差方法清晰明了;半方差分析法灵活简捷,结果明显;尺度方差分析法和孔隙度指数法在本研究中的判识结果不甚明显.在计算速度上:半方差分析法计算量最大、耗时最长,尺度方差次之,小波方差速度最快,孔隙度指数法计算速度快于前两种,慢于小波方差分析方法.半方差分析方法简单灵活,而且相关理论方法成熟,但缺乏对大尺度格局的整体把握,而小波分析恰恰能很好的弥补这一不足.最后提出,半方差分析和小波变换相结合将会是最优的尺度分析方法.     

南京市城区景观特征尺度动态

利用南京市1988、1998和2006年Landsat TM遥感影像,采用小波分析技术,对1988—2006年南京市中心城区的景观结构特征进行了研究.结果表明：应用小波分析技术分析景观样带数据时,取样宽度过小易导致检测结果的不稳定,而样带过宽则易导致较小尺度特征的丢失,应采用合适的样带宽度;基于TM影像（30 m空间分辨率）的南京市城区样带宽度以4个像元为最佳.1988、1998和2006年,南京市中心城区都存在4个相对稳定的特征尺度域,分别对应于功能小区、小型街区、中型街区和大型街区;研究期间,大型街区的特征尺度几乎没有变化,而其它3个尺度域的变化相对较大,但各尺度域的变化趋势一致;各尺度域内特征尺度之间的差异性均逐渐变小,表明期间中心城区的结构特征越来越稳定,不同部位的空间结构趋同,且各尺度域的变化有较强的同步性.     

Multi-Scale Identification of Urban Landscape Structure Based on Two-Dimensional Wavelet Analysis: The Case of Metropolitan Beijing,China

Scale dependence is one of the major characteristics of landscape. Urban landscape is highly affected by human activities with a multi-scale structure, which makes the multi-scale identification of urban structure an obligation for urban spatial studies. Although there have been many previous studies on urban landscape structure, most of them have been conducted on a single scale, and the multi-scale effects of landscape patterns were rarely involved. Two-dimensional wavelet transforms can link spatial structures to scale and spatial locations, and maybe an effective method for the multi-scale analysis of landscape. In this paper, we applied two-dimensional discrete wavelet transform and wavelet variance to analyze the multi-scale spatial structure characteristics and the nested hierarchical structure of the metropolitan Beijing area. The results indicated that the spatial distribution and configuration of the patches were highly scattered at small scales, and the urban landscape exhibited a relatively complicated structure. At medium scales, a combination of the polycentric and sectorial structure was identified due to the prominence of dominant patches within each administrative district. At larger scales, the urban landscape pattern exhibits typical concentric ring characteristics. Two characteristic scales were detected by the wavelet variance in the south-north direction of the main urban zones, scale 4 (112m) and 8 (1792m) in Dongcheng District, scale 3 (56m) and 6 (448m) in Xicheng District, which were corresponding to the extent of middle-small blocks and large blocks respectively. One characteristic scale was detected in each of the suburb areas (Chaoyang, Haidian, and Fengtai District). The spatial structure of the main urban zones is more complex than that of the suburb areas, and it presents a typical hierarchical structure in the south-north direction. In general, the spatial structure of Beijing metropolitan area appears polycentric and concentric ring structure at large scales, the main urban area has nested hierarchies at different characteristic scales, and the wavelet method can effectively identify multi-scale characteristics of urban spatial structure.     

滨海半城市化地区景观格局演变——以厦门市集美区为例

基于厦门市集美区1987-2007年5期TM/ETM⁺遥感影像数据,选取斑块类型水平和景观水平上的景观指数,定量研究了半城市化地区的景观发育过程及其时空动态特征.结果表明：研究区景观格局演变具有快速性、不稳定性、异质性和过渡性特征;1987-2007年间,研究区城市建设用地面积的增长最快,由2.7 km²增至29.1 km²,年均增长率13%,但仍然不是优势景观,其扩展主要通过侵占农用地和吸纳农村建设用地实现,并呈现出“飞地式”特征和复杂的空间形态;农村建设用地面积增加了2.3倍,年均增长率6.2%,其空间扩展呈现出无序和分散的特征;城市和农村的扩展导致农用地面积减少了42%,并呈破碎化趋势;受城市化影响,半城市化地区的整体景观在快速复杂的转变中趋于破碎化,景观异质性增强.     

城郊生态系统土壤安全:问题与挑战

土壤作为地球表层系统物质和能量迁移转化的关键节点,其生态功能受到城市化快速发展的严重影响,土壤安全面临严峻的挑战。城郊生态系统受到城市和乡村的双重影响,具有复杂的景观结构和剧烈的动态变化,土壤安全问题更为突出和复杂。基于文献计量学方法,对1990—2017年发表的相关文献进行了统计,梳理和总结了城郊生态系统土壤安全研究的趋势和热点问题,对城郊生态系统中土壤安全面临的问题,及其特殊性、复杂性进行了重点论述,明确了当前快速城市化发展过程中城郊土壤安全研究面临的问题和挑战。建议今后的城郊生态系统土壤安全研究应加强区域尺度上的综合和不同城市发展模式下地区之间的比较,明确城市扩张对城郊生态系统土壤安全的影响机制;建立和完善基于"土壤安全"的城郊生态系统服务评价框架,深入研究城郊生态系统格局-过程-服务之间的关系;明确解析城郊土壤主要污染物来源及其复合污染状况,并结合区域特征,因地制宜开展科学的生态规划,优化城郊景观格局,提升城郊地区土壤安全与生态系统服务功能;明确土壤安全在城郊生态系统可持续发展目标中的重要性,建立科学合理的管理政策。     

A wavelet optimization approach for ECG signal classification

Wavelets have proved particularly effective for extracting discriminative features in ECG signal classification. In this paper, we show that wavelet performances in terms of classification accuracy can be pushed further by customizing them for the considered classification task. A novel approach for generating the wavelet that best represents the ECG beats in terms of discrimination capability is proposed. It makes use of the polyphase representation of the wavelet filter bank and formulates the design problem within a particle swarm optimization (PSO) framework. Experimental results conducted on the benchmark MIT/BIH arrhythmia database with the state-of-the-art support vector machine (SVM) classifier confirm the superiority in terms of classification accuracy and stability of the proposed method over standard wavelets (i.e., Daubechies and Symlet wavelets).     

不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究

在GIS与RS技术支持下,采用5 m分辨率的SPOT遥感图像数据,从城市土地利用角度,利用半变异函数对不同尺度的景观多样性、聚集度与分维数的空间变异进行了定量分析.结果表明,不同尺度下3种指数的空间变异具有相似特征,各个尺度上都具有空间依赖性,尺度越小,空间依赖性越大,空间变异的细节更显著,空间自相关性对总体变异的贡献逐渐增加,但尺度过小,有时会破坏景观内部结构.不同指数的半变异函数模型在相同尺度上差异显著,说明不同景观指数在不同尺度下的半变异函数模型不具可比性.就研究上海市内部土地利用结构而言,1 km的幅度是较合适的空间尺度.景观指数空间变异特征是尺度的函数,尺度对景观格局的影响不能忽视.景观综合指数对尺度响应的生态过程揭示了上海城市空间结构的规律性:在小尺度上的复杂无规律性,中尺度上的多中心性和大尺度上的圈层结构性,但各个尺度是相互依赖的,没有绝对界限.     

上海市城市土地利用景观的空间尺度效应

在RS与GIS技术支持下,基于2002年上海市5m分辨率的SPOT遥感影像和上海城市土地利用的景观类型,定量分析了几种常用景观格局指数随尺度的变化规律．结果表明：上海市土地利用景观格局指数对粒度和幅度变化都很敏感,景观格局具有明显的尺度依赖性,不同指数对尺度的响应特征不同;40m分辨率是上海城市土地利用景观的本征观测尺度,小于这个尺度范围往往表现出随机性特征;24km的幅度是一个特征操作尺度,与上海市建成区与非建成区边界的范围相吻合,说明对于上海城市景观而言,距离城市中心12km的幅度可能是一个本征的操作尺度;上海市城市结构的复杂性和城市空间扩展的不对称性,说明上海城市景观格局的本征操作尺度并不是一个规则的形状,24km的正方形范围仅是一个近似的操作尺度．     

生态学中的尺度问题：内涵与分析方法

尺度问题已成为现代生态学的核心问题之一.尺度问题主要涉及3个方面：尺度概念、尺度分析和尺度推绎.主要评述前两个方面.生态学尺度有三重概念：维数、种类和组分,其中每重概念又包含了多个定义,有必要进行澄清、分类和统一.尺度分析涉及尺度效应分析和多尺度空间格局分析.格局、过程及它们之间的关系,以及某些景观特性均表现出尺度效应,因此多尺度研究非常必要和重要.多尺度空间格局分析（尤其是特征尺度的识别）是进行尺度效应分析和跨尺度推绎的基础.多尺度分析需要特定的方法,景观指数法是最常用和最简单的方法,但也常产生误导;空间统计学方法（如半方差分析法、尺度方差分析法、空隙度指数法和小波分析法等）和分维分析法在最近十几年发展起来,并逐渐应用于生态学,在尺度分析上具有很大的应用潜力.各种方法在尺度分析上各有优势和不足,有必要同时使用两种或两种以上方法进行比较和评估.总之,有关尺度分析的研究需要进一步加强,从而为下一步的尺度推绎提供可靠的依据.