课程设计(论文)-基于RS与GIS的云南师范大学景观格局分析.docx

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1、课程设计(论文)-基于RS与GIS的云南师范大学景观格局分析 学科分类号 （二级） 17045本科学生课程论文（设计）题 目 基于 RS 与 GIS 的云南师范大学景观 格局分析 姓 学 名 号专业地理科学指导教师 职称（学历） 教授 （博士）云南师范大学教务处制 基于 RS 与 GIS 的云南师范大学景观格局分析摘要：校园景观应该如何设计，各个功能区应占多大比例，才能在最适宜的 土地平面上建立出既符合师生交流学习又符合美学特征和带有生态环境效益的 的人性化景观格局。高校园林绿化建设，是改善校园生态环境和满足景观欣赏要 求等多重目的的主要手段和途径。通过校园园林植物群落规划建设，建造兼具自 然

2、和人工特色的优美景观园3 。景观生态学是地理学与生态学交叉形成的学科， 它以整个景观为对象，通过能量流、物质流、信息流在地球表层传输和交换、通 过生物与非生物的相互转化、 研究景观的空间构造、内部功能及各部分之间的相 互关系、探讨异质性发生发展及保持异质性的机理、建立景观的时一空模型1 。 云南师范大学校园集自然与人文景观与一体，是高校中最美的校园之一，本文以 云师大校区为例，通过景观指数计算的方式，找出其中所具有的空间分布规律， 基于景观生态学为校园功能区分布提出建议。 关键词：园林景观；景观格局；景观指数； 云南师范大学 1.引言 校园景观所体现的不仅是一所大学的整体形象，也是师生接触交流

3、、探索科 研问题的平台。良好的规划，搭配合理的校园景物设计，对学生学习和发展都有 一定的促进作用。改革开放至 20 世纪末，伴随着国际交流的加强，教学理念、 教学模式发生了较大转变，新时期的校园景观规划与设计也有突破性的发展6 。 如何将校园功能区有机规划起来， 使得作为廊道“源”的宿舍区和作为廊道“汇” 的教学区、图书馆、体育场等斑块能够有序连接，从连接度角度设置方便的道路 系统以促进高校内以人为主的生物流的有序运作， 云南师范大学呈贡校区设计范 围面积为 155618 平方米， 其中绿地面积为 105042 15 平方米， 是总面积的 67 5。 师大的首要规划理念是“大学中的园林，园林中

4、的大学”，其设计特色在于以 “西南联大”精神为主线,“春城”为特点，体现人文关怀的新校园景观2 。 2 研究区与研究方法 2.1 研究区概况 云南师范大学位于滇东高原滇池盆地东部，地处昆明市呈贡县新城雨花片区。 经纬度位置为 1025034102 5143E，北纬 24511824 524N 之间，地势 平缓海拔 1945m 左右。气候属北亚热带低纬高原，半湿润季风气候年均温 147，1 月均温 65，7 月均温 19。7，年日照时近 2 200 h。年均降水 量 800 mm 左右，雨季(510 月)降水量约占全年的 60以上，干湿季分明。气 温日较差大而年较差小冬季有霜冻。春季干旱多风，夏

5、季暴雨集中。地带性土 壤为山原红壤。 研究区为熟化旱作土壤。地带性植被为北亚热带半湿润常绿阔叶 林4 。 云南师范大学呈贡校区 2022 年 4 月 28 日国务院正式批复并开始兴建。 占 地 2323.5 亩,校园成矩形状,东西两端生活区绕行约 3.8 公里。 2.2 研究方法 本文首先使用遥感卫星图像（分辨率 1m） ，数据预处理：运用 erdas 软件进 行 5、4、3 波段合成，使得景物能够接近人眼的目视判读，其次进行人为目视解 译， 进行监督分类， 由于遥感处理软件 erdas 对同属于人工建筑类景物 （宿舍区、 食堂、图书团）的识别不明显，同时对较小的区域而言，师大建筑物的背影投

6、影在背后植被的面积上，波段颜色较深，易与湖泊造成混淆，为保证研究路线的 准确性，同时，研究区面积范围较小，故研究路线分为两段，先用遥感软件 erdas 分为自然、人文、道路三类进行监督分类，其次采用 GIS 工具对人工建筑物进 行图像矢量化5 。分两部分（自然人文尺度和人文功能区尺度）对研究区使用景 观空间格局分析软件包 FRAGSTATS4.2 进行景观指数计算。 自然人文景物尺度的景观处理：使用 erdas 软件感兴趣工具对云南师范大 学呈贡校区进行裁剪，再进行监督分类获取自然景物、建筑物、道路三类景物的 景观指数分析。 人文景观中功能区各部分处理过程：使用遥感图像感兴趣功能截取师大平 面

7、图作为数据来源，应用 ARCGIS10.0 进行矢量化数据获取，将空间数据分为体 育馆、 图书馆、 大学生活动中心、学院区、宿舍区、教学楼区、校医院区、食堂、 道路、行政楼、游泳馆等 11 个分类区域，图像矢量化并进行分类后转化为 tif 格 式,最后利用景观空间格局分析软件包 FRAGSTATS4.2 进行景观指数计算，计算 师大校园功能分区的景观水平和每个景观类型水平的景观指数。 2.3 技术路线：3.结果与分析 3.1 自然景物、建筑物、道路景观分析结果 如下图所示，云南师范大学呈贡校区的自然景物、建筑物、道路三类的 分布状况：图1从斑块面积看，建筑物、道路（含师大外围） 、自然景物三种

8、景观中绿地自 然景物占 40%，面积最大，这体现了大学校园的生态环境要求，塑造了一个以自 然景物为主的人文学习乐园， 一所学校的校园风格不仅受到学校办学方针的影响， 同时也受到学校办学历史和地理条件的限制， 特色化校园景观的构建因素和表现 形式是多维度的，其中一些主要因素，如地域特色、时代特色、文脉特色、生态 特色、 人性化特色和校本特色7 ， 便成为了反映校园景观特色的基本特征使整个 校园生态的基本特征，云南作为“动植物王国”，呈贡属于低纬高原气候，四季常 青植物占很大比例， 云南师范大学处于这样一个地理环境，绿色植物必然成为校 园必不可少的一部分， 北潭的黑天鹅便是一个典型的生态系统，符合

9、景观生态学 的设计理念，将自然景物融合到校园内，从而形成了高校一个亮丽的风景线。图2图3从形状指数分析，云师大的建筑物总边缘长度最大，其次是道路，边缘长度 TE 的计算与边缘带的存在有关，如果无法获取边缘带中斑块类型的信息，则无 法准确地判断邻近边界的内部斑块与边界的内部斑块与外界外同类或不同类斑 块的相邻状况， 从而无法判断边界是否是内部斑块的真正边缘。建筑物的边缘指 数最大，由定义可知，这是由于作为学校人类活动的主要区域，建筑物（在 师大范围内） 是除了自然景物外的主要客观存在，而道路作为人们主要活动的产 所， 是人类活动的主要线路， 为保证学生教师等人类活动的顺利开展以及对外交 往活动的

10、顺利进行，有必要树立便利的交通网络，保证师生的出行，因此道路是 除自然景物以外最重要的组成部分，其次才是校园建筑物的要求。图4 图5边缘密度是衡量物质边缘状况的指数，由折线图可以看出，建筑物的边缘密 度指数最大，这是由于作为一个人类活动的主要产所，建筑物边缘与道路相邻， 同时，处于分散分布状态。而从周长面积比来看，自然景物建筑物道路，这 个景观指数可以看出自然景物的规则程度较差， 基本属于镶嵌在整个景观格局中， 而建筑物次之。图6 图7从面积指数算数回旋半径来看，建筑物的值最大，这表明建筑物在校园 格局中的离散程度较高，而道路与自然景物接近，值比较小，从师大整个景观格 局（包括校外道路系统）

11、，道路的镶嵌格局与自然景物的格局是相似的。从形状 指数来看， 结果也是相似的， 表明建筑物系统在整个格局中是一种相对不规则的 状态。3.2 人文景观分析结果 图83.2.1 各功能区所占比例（面积指数） 从结果可以看出， 道路网斑块所占面积最大， 另外从客观上看道路的很大部分为校园四 周， 由此可以得出师大整体的道路交通网络是比较广泛的， 由于校外道路系统占据取样的大 部分面积， 对校内景观第二个图是去除道路要素的各个功能地区所占的面积比， 可以看到体 育馆占 23%，宿舍区占 25%，学院占 24%，这几部分所占的面积数都相对较大，且基本都 处于相似水平，学生、学院作为教育的主体，是学校活动

12、的主要团体，所以占的比重较大一 些， 另外可以看到体育馆也占了相当的一部分面积， 这可以解释云师大以综合素质评价学生， 不仅仅注重考试成绩，还注重学生参与活动的评价体系。 除此之外，可以看到作为校园必不可少却占主体的行政楼等职能管理机构，所占比重 并不是很大。图9图 10TYPE 道路表 1：景观面积指数： CA PLAND LPI TE ED 483.3372 48.5127 48.2423 5073.639 5.0924 学院 体育馆 宿舍 食堂 图书馆 教学楼 游泳馆 大学生活动中 心 行政楼 校医院120.7233 12.117 116.6523 11.7084 130.9377 13

13、.1423 10.0516 1.0089 19.1114 1.9182 50.8059 5.0994 35.4842 3.5616 11.3544 7.4758 10.3773 1.1396 0.7503 1.04165.2718 1374.871 7.1915 912.525 6.7977 1070.696 1.0089 97.336 1.9182 608.35 1.2228 316.342 3.5616 0 0.8365 0.7503 1.0416 48.668 0 644.8511.38 0.9159 1.0747 0.0977 0.6106 0.3175 0 0.0488 0 0.64

14、72从上表， 景观指数中可以看到， 校园景观格局基本呈现以主要学习场所为主， 学院楼区、 宿舍区、体育场区域为主，且三块区域分布处于均匀状态，三者总和占了校园功能区的 70% 左右，占据了校园景观的大部分。 回转半径是指物体微分质量假设的集中点到转动轴间的距离， 它的大小等于转动惯量除 总质量后再开平方。 截面回转半径反应了截面面积对坐标轴的聚集程度， 面积分布离坐标轴 越远、 ，惯性矩大，其回转半径也越大，反之则小，从这个系数上来看，可以反映师大校园 功能区的分散程度，可以看到学院，教学楼，体育馆的旋转半径比较大，这表示学院，教学 楼，体育馆的分布是比较分散的，同时，这几部分作为学校活动的主

15、要场所，分散与学校范 围内是比较合理的， 而宿舍、 食堂、 图书馆等为景观生态学中的“源”和“汇”较为集中的区域， 适合聚集起来适合管理。图 11 图 12从旋转分半径可以看出， 同一功能区内部， 各个类型内部的离散程度， 宿舍区斑块内部， 数据有一定起伏，而教学楼、学院楼斑块内部波动则较小与宿舍区，这个数据可以解释师大 整体呈对称形式布局，宿舍分居东西区，故会产生较大波动，而教学楼处于校园对称轴中心 位置， 且为集中分布， 另外， 学院处于小雨对称轴靠东区位置， 虽然数值起伏要小于宿舍区， 但起点高于教学楼，这是不是所处位置的原因呢？ 3.2.2 形状指数 斑块形状指数是通过计算某一斑块形状

16、与相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量 起形状复杂程度的。常见的斑块形状指数 2 有两种形式： （以圆为参照几何形状） （以正方形为参照几何形状）其中，P 是斑块周长，A 是斑块面积。shape 分别为实际斑块的周长与等面积的圆形与 正方形斑块的周长之比。Shape 大于等于 1，当方块形状为圆形时，式子的取值最小，取值 为 1； 当斑块的形状为正方形时， 式子 2 的取值最小， 等于 1， 斑块的形状越复杂或越扁长， shape 的值就越大8。图 13 从斑块的各个形状指数的各个值来看，除了加中指的形状指数以外，教学楼的形状指数 均处于各项功能区之上， 表明总体而言教学楼的形状整体结构是

17、不规则的， 这可以作为解释 云师大教学楼分汇学楼和汇文楼两块， 而汇学楼集中分布于校园中轴线靠右的部分， 汇文楼 却分布在距离西区边缘一带， 所以就整个教学楼这一斑块结构区来看， 教学楼的斑块类型指 标是不规则的；食堂、图书馆、游泳馆、行政楼、校医院等几个斑块的极差、标准差基本为 零这可以解释这几个作为独立的职能系统， 为服务校园整体而存在， 区域没有多个楼层的客 观存在， 单独系统功能区的斑块其形状规则要较分多地分置的斑块结构形状要更显规则， 所 以斑块形状指数较小。 分维或分维数目（FRAC）可以直观地理解为不规则几何形状的非证书维数。对于单个 斑块而言， 其形状的复杂程度可以用分维数来量

18、度。 建立在斑块周长与面积的关系式上成立 斑块分维数可以下式求得： 即： 其中，P 是斑块的周长，A 是斑块的面积，Fd 是分维数，k 是常数。FRAC 反映与规则 的欧几里得几何体的偏离程度。FRAC 越大，斑块的周长随面积增大而增大的速率越快，这 表明斑块形状越复杂。图 14图 15从形状指数来看整体而言教学楼的形状指数数值处于高峰状态，从 SHAPE 的定义可以 得出，教学楼的斑块形状较其他几类复杂，而无论从那个角度来看，行政楼的斑块形状指数 都是最低的，可以判定行政楼的是最接近正方形的形状规则图 16 从斑块个体角度分析，如下图，教学楼的波动比较大，可以解释云南师范大学教学楼 的三个系

19、统同析楼、汇学楼、汇文楼之间的间隔距离较大，特别是汇学楼、汇文楼的间 距最大，导致教学楼的三个地块不邻近。图 174.结论与讨论 4.1 结论 I.从 RS 分析的结果来看，云南师范大学绿地斑块类型所占面积比较大，表现出云师大景 观格局中自然景物占了很大比例；而从形状的规则程度上来说，建筑物较其他两类不规则。 II.从 GIS 的分析结果来看，结果呈现多样性，其中教学楼在整个建筑物系统的分布格局 是比较不规则的，同时邻近指数变化也比较大，处于一种离散状态，学院、体育馆、宿舍三 个斑块类型的分布处于均衡状态。 4.2 缺点和不足 由于研究区较小尽管采用了 RS 与 GIS 结合的处理方式，但 R

20、S 的数据精度仍存在一定 误差，而 GIS 的人为建筑物分类过程中，功能区的划分存在部分不合理，比如师大外围的 道路系统是否应该划入分析范围， 宿舍区各个宿舍楼的楼间距区是否应该遵循制图原则忽略 而划归为宿舍楼一类等。 师大作为校园景观，原始斑块未被保留，而昆工的保留的梨园属于残存斑块，没有校园 对比分析， 仅以一个校园尺度进行分析， 难以揭示作为园林景观生态学一类的校园景观格局 分布规律。参考文献 1李治中,王绪芳. 景观生态学在高校园林绿化建设中的应用J. 山东农业 大学学报(自然科学版), 2022,40(2):291294 2 陈硕 金旭明 . 以形式美法则分析云南师范大学呈贡校区的校

21、园景观设计 J. 桂林理工大学, 2022,1-2. 3李晓威, 园林景观生态学的研究对象及任务J. 生态环境,2022,3(6):156. 4 金远亮,王平,王晶,牛乐德等, 新建高校校园绿地植物资源调查与评价一以云 南师范大学启园为例J. 安徽农业科学, 4:81-84 6李东徽, 明珠, 蔡晓琳等. 高等院校校园景观特色化分析J安徽农业科 学 . 2022, 38(13): 70617063 7刘子瑜. 城市生态规划中关于园林景观生态学的探究J生态环境 . 2022, 2: 138 8Craig H. Isotopic variations in meteoric watersJ.Science,1961,133(3): 1702-1703. 2022, 39(11):67416744. 5 王 雪, 赵宪文, 梁朝信. 基于遥感和 GIS 的城市绿地景观格局分析 J .2022,