基于倾斜摄影测量的三维景观指数构建——以山东田横岛为例

景观指数是用以反映景观生态结构的组成和空间配置特征的定量指标。当前的景观指数体系普遍建立在对二维空间特性的表征上,评价结果难以准确反映真实三维景观系统的格局与构成,亟需一套描述海岛三维景观特征的指标体系及全过程评价方法。以山东省田横岛为例,基于无人机倾斜摄影测量点云,采用深度学习方法进行点云分类处理,构建了一套涵盖类型及景观尺度的6个三维景观基础指标用以定量化描述海岛三维景观特征,并建立了评价人类建设活动对海岛生态系统影响程度的建筑物景观指数。结果表明:基于三维景观基础指标分析,田横岛建筑物三维体量较低且空间分布较为密集,高大植被类型具有较高的隔离度、规律性和空间聚集性,低矮的植被类型则多样性、紧凑性和连通性更大;由于存在维度差异,三维景观指数比二维景观指数包含了更多的空间信息且受地面起伏影响程度较大;同一景观类型下,形状指数TLSI对于高度变化更为灵敏(灵敏度指数为7.480);同一景观指数下,建筑物类型较空间特征不规律的植被变化更大(灵敏度指数为5.861),且受建筑物设计特征的影响;田横岛三维建筑物指数TBI为0.523,其大小随着建筑物的愈加密集、复杂而增加,较建筑物密度指数和空间拥堵指数可更好表达人工构筑物对海岛三维景观格局特征的影响程度。研究旨在为基于现代测绘技术支持下的三维景观指数构建、发展三维空间景观规划与管理评价体系提供方法学支撑和案例研究。

基于三维景观指数的城市景观美学特征定量表达——以深圳市为例

城市景观由自然元素与人工元素构成,以建筑为主体,辅以外部空间环境。对城市景观美学价值的研究有利于探讨如何提升城市形象及居民生活环境,为城市规划设计纳入了感性与理性结合的合理途径。景观美学特征以不同方式影响整体景观质量,合理运用景观指数对城市景观美学特征进行量化表达,是评估景观质量的重要前提。在整理借鉴景观美学相关研究的基础上,结合景观生态学理论基础,以城市空间内部审美者的角度将城市景观五大美学特征,包括自然性、开阔性、多样性、奇特性和协调性,转化为可定量表达的二维及三维景观指数。量化指标易使用数据进行快速评估,对于城市规划设计有着积极意义。

基于理想生态系统模式与三维景观指数的徽派村落空间特征解析——以呈坎为例

徽派村落是中国传统村落的典型代表,蕴含了丰富的地域文化和生态内涵,是中国古代人与自然和谐相处的典范,其研究与保护在生态学、地理学、建筑学和美学等领域具有重要的科学价值.本文以呈坎村为例,综合风水理论、心理场理论等,从生态学视角提出理想人居环境的理想生态系统模式,并引入三维景观指数,对徽派村落空间结构进行解析,定量分析村落理想生态系统各景观要素组合结构的生态功能体现.结果表明:呈坎村立体结构为"山-林-屋-水-林"的景观空间组合模式,形成了以人为中心、自然景观立体环绕的圈层结构,符合理想人居模式.传统基于投影距离的方法造成了景观指数偏差(如对面积与边长的低估).平均斑块面积三维指数比二维指数高6.7%;林地的面积比重三维指数比二维指数高1.0%,其他景观类型的面积比重均有所下降,其中建设用地和耕地等人工斑块的面积比重下降最多.面积与周长指标被低估,形状指标和多样性指标被高估,导致景观格局分析中自然斑块的优势度被低估、人工斑块的优势度被高估.三维景观指数表明,呈坎村落生态系统中各自然要素及组合体现出了较好的生态功能,关键要素和景观生态系统具有较高的稳定性、连接度和聚集性;定量印证了以呈坎为代表的徽派村落是理想的生态系统.

基于土地利用的三维景观格局指数变化分析

由于传统二维景观格局指数未考虑地形特征对景观格局指数的影响,为进一步研究地形结构对景观格局指数的影响,以重庆主城区为研究对象,利用ENVI5.2、ArcGIS10.5、Fragstats4.2平台,对重庆主城区不同城市化阶段的Landsat影像数据进行土地利用变化和三维景观格局分析。结果表明,2008-2018年研究区土地利用面积发生了较大变化,表现为林地和建设用地增加,耕地减少,湖泊与河流面积变化不大;景观格局变化主要表现为景观受人类干扰较强,随着城镇规划越来越合理,景观破碎度减少,景观异质性降低。通过对比二维景观格局指数发现,三维景观格局指数更能反映研究区的景观格局。

2D与3D景观指数测定山区植被景观格局变化对比分析

植被和土地覆盖变化是环境变化的一个重要因素,同时也是引起景观和生态系统变化的重要原因。景观指数是定量分析植被和土地覆盖变化的重要研究方法之一。以滇西北高山峡谷区为案例区,比较分析传统2D景观指数和3D景观指数进行植被变化定量测定的差异。研究主要选取了基于斑块面积和周长几个常用指数来进行比较分析。研究结果表明在斑块层次上,除了分维数指数,其他指数的三维方法计算值显著地高于二维方法计算值;在类型层次上,三维的类型面积指数、平均斑块面积指数、平均最小邻近距离指数测定的变化值显著大于二维的相应指数测定变化值,但是二维和三维平均形状指数和分维指数测定的植被斑块的平均形状变化结果没有显著差异;在景观层次,只有三维的平均斑块面积和最小邻近距离指数测定的变化结果显著高于二维的平均面积和最小邻近距离指数测定的变化结果,其它指数如形状指数、分维指数、多样性指数和均一度指数等测定出两个不同时期的植被图格局变化结果均无显著差异,主要由于这些指数是采用面积和周长的对数或者比值计算得出,从而缩小了斑块表面面积与平面面积,表面周长与平面周长之间的差异。总体而言,利用二维景观指数在进行定量分析山区植被格局变化时,往往低估了其类型面积、平均斑块面积、斑块邻近距离等指数变化量,而三维景观指数得到相对较精确的变化值。

深圳市福田区三维城市景观格局变化特征

城市景观是景观变化最快的类型之一,建成景观与绿地景观格局和功能的相互影响及空间配置是城市景观优化的核心。在紧凑型城市快速发展过程中,城市垂直方向增长成为主要扩展方式。如何定量分析三维城市景观格局变化,为城市景观优化提供科学依据还有待深入。选取深圳市福田区,以高分辨率遥感数据和建筑普查数据为基础,运用景观格局指数和景观连通性等方法定量分析建筑景观和绿地景观变化及空间影响。研究结果表明:(1)2003—2016年,福田区建筑景观主要表现为垂直向的立体扩展模式,新增建筑主要为高层和超高层建筑,建筑平均高度增加6.53m,立体空间体积增加135.58×10^6m^3,建筑密度仅增加2.42%,建筑景观高度差异逐渐增大,呈现出明显的三维空间异质性。(2)2003—2016年,建筑景观格局由“阶梯式”转变为“金字塔”形,受益于建筑景观的垂向增长,建成景观与绿地景观比例由1.20∶1调整为0.99∶1,建成景观减少4.03km^2,绿地景观增加2.80km^2。(3)建成景观的三维立体化释放了绿地景观用地空间,同时也限制了绿地景观的外部连通性,绿地景观连通性较低,大型绿地斑块间缺乏廊道连通,呈现孤岛化。研究可为城市景观空间优化和国土规划等实践提供科学依据。

二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用

景观格局指数是景观格局分析中常用的定量分析工具,而传统二维景观格局指数却忽略了地形对景观的影响,在定量描述山区景观格局时可能存在一定局限.本文以典型山地丘陵区山东栖霞市为研究区,在地形结构分析的基础上,选择面积/密度(类型面积、平均斑块大小)、边缘/形状(边缘密度、景观形状指数、平均斑块分维数)、多样性(香农多样性指数、香农均匀度指数)、聚散性(聚集度)4个方面的8个景观格局指数,比较分析传统二维景观格局指数与三维景观格局指数对山区景观格局及其动态变化定量描述的差异.结果表明:三维类型面积、平均斑块大小和边缘密度与其相应二维指数差异显著,三维景观形状指数、平均斑块分维数、香农多样性指数和香农均匀度指数与其相应二维指数差异不显著,三维聚集度与二维聚集度无差别.由于采用斑块表面面积和表面周长计算三维景观格局指数,采用各斑块的投影面积和投影周长计算二维景观格局指数,所以在描述山区景观面积、密度、边界等指标时三维景观格局指数相对精确,但在测定景观形状、多样性和聚散性等指数时,则与传统的二维景观格局指数差异不显著.三维景观格局指数引入了地形特征,对景观格局及其动态变化的反映相对精确.

基于三维景观格局指数的张家界市土地利用格局时空演化

在RS和GIS技术的支持下,基于三维景观方法选取面积/密度、边缘/形状、多样性3个方面的景观格局指数对典型山区张家界市1995—2015年的土地覆盖及其景观格局时空演化特征进行了分析。结果表明:20年来,研究区土地利用景观要素类型发生了明显变化,表现为耕地、草地面积大幅度减少,林地和建设用地面积大幅度增加,水域面积先增加后减少;耕地的主要去向是建设用地、林地和水域,林地增加的来源主要是草地和耕地。研究区景观格局20年来的总体变化情况是多样性指数先下降后升高,破碎度先减少后增加,景观异质性先降低后升高。同时,本研究显示,利用传统二维景观指数在进行定量描述该区景观格局变化时,低估了景观要素平均斑块面积,而三维景观格局指数由于引入了地形特征,对研究区景观格局及其动态变化反映则相对精确。

不同空间尺度三维建筑景观变化

以沈阳市铁西区建筑物三维信息为基础数据,从建筑高度、密度、体积与体形、分布均匀度与空间拥挤度等方面构建了三维建筑景观评价指标,分别从区域、功能分区和梯度带3个角度分析了三维建筑景观的变化特征。结果表明:从1997年到2008年,铁西区建筑向垂直方向扩张,建筑空间分布越来越不均匀,空间拥挤度、建筑平均体积与容积率逐渐增大;居住区平均高度、平均体积、覆盖率、容积率、空间拥挤程度最小,建筑分布最均匀;商业区除建筑高度变异系数和平均体形系数最小外,其余指标值最大;工业区高度变异系数和平均体形系数最大,空间分布最不均匀;从梯度带上看,建筑使用类型的差异决定了三维建筑景观的变化特征。