景观指数教学内容
景观指数与
CLUE-S模型分为非空间土地需求模块和土地利用变 化空间分配模块两部分。
CLUE model
1 景观多样性指数
多样性指数是指景观元素或生态系统在结构、功能以 及随时间变化方面的多样性，它反映了景观度指数
土地利用/覆盖空间格局分析与模拟方法介绍
——景观格局指数 ——CLUE model
景观格局指数
景观格局：景观要素在景观空间内的配置和组合形式。 定量的分析景观格局的动态变化过程。
1、景观多样性指数 2、景观优势度指数 3、景观均匀度指数 4、景观破碎化指数 5、景观聚集度指数
通过对上述指数进行分析，可以得出不同用地类型的空 间变化情况。
景观指数的选择
1、斑块密度（Patch Density，PD），百分比。描述破碎度情况。
2、景观形状指数（Landscape Shape Index，LSI），LSI≥1.无上限值 。LSI反映了景观的形状变化。值越大形状越复杂。
3、斑块所占景观面积比例（Percentage of Landscape，PLAND）， PLAND∈（0，100]。
4、聚合度指数（Aggregation Index，AI），AI∈（0,100]。AI考察了 每一种景观类型斑块间的连通性。取值越小，景观越离散。
结果分析
结果分析
CLUE model
Veldkamp and Louise Fresco,1996. Peter Verburg,Wageningen University
选择景观指数
景观格局软件：Fragstats 系列 Fragstats3.3栅格板
基本步骤
一、收集和处理景观数据、数字化景观数据
景观特征指数
景观特征指数1)景观多样性指数景观多样性指数(H)反映景观要素的多少及各景观要素所占比例的变化.其计算是基于Shannon2W iener指数,公式如下:式中,H为多样性指数;Pi为景观类型i所占面积比例;m为景观类型的数量.2)优势度指数景观优势度指数用于测度景观多样性对景观最大多样性的偏离程度,或描述景观由少数几个主要的景观类型控制的程度.公式如下:式中,SHDI为景观优势度指数;Hmax为最大多样性指数;Pi为景观类型i所占面积比例.3)斑块密度斑块密度从斑块数目这一侧面反映了景观被分割的破碎程度,其计算公式为:式中,PD为斑块密度;n为斑块的总个数;A为景观的总面积; i为斑块类型.4)分离度指数景观分离度指某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度.最先由Pearce提出,陈利顶等在1996年对该公式进行了修正,本文采用修正后的公式：式中Di为斑块的分离度;Si为景观类型的面积指数;Ai为斑块类型i的面积;A为景观的总面积; i为斑块类型;n为斑块的总个数.5景观破碎度景观破碎度是指景观被分割的破碎程度，景观破碎程度与自然资源保护密切相关，许多生物种要求有一定面积的生境才能生存下去。
同时，景观破碎度指数在一定程度上可以反映人类活动对景观格局的影响。
关于景观破碎度的计算方法有多种，但多较繁锁，本文采用平均斑块面积作为衡量景观破碎程度的指标，通过两期景观斑块平均面积及斑块数的比较，可以看出景观破碎化程度的变化情况。
C是平均斑块面积;A，是i种景观要素的总面积;ni是i种景观要素的总斑块数。
6斑块面积:斑块的面积即景观要素的大小，它可以直接反映景观要素的规模，面积的增减是景观动态的直接反映。
A:是i种景观要素的总面积，ai是i种景观要素的单个斑块面积。
5)分维数景观分维数是用来测定斑块形状对内部斑块生态过程影响的指标,本文使用下式来度量斑块形状的复杂程度.其值在1~2之间,愈靠近1,斑块的形状愈简,愈靠近2,斑块形状愈复杂.式中,MPFD为平均斑块分维数;Pij为斑块ij的周长;aij为斑块ij的面积.N为景观中斑块的总数量;m为景观类型数量;n 为某类景观类型的斑块数.6)伸长指数伸长指数是衡量斑块形状的一个指标,斑块伸长指数越大,斑块的形状越长.式中,G为伸长指数,P为斑块周长,A为相应斑块面积.。
景观指数
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6、景观指数的尺度效应
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空间异质性(spatial heterogeneity) 是指某种生态学变量在空间分布上的不 均匀性及复杂程度。他是一种多尺度上 普遍存在的自然甚至社会、文化现象。 在生态学中，尺度通常是指空间或 时间幅度(extent)或粒度(grain)。即， 空间幅度、时间幅度、空间粒度、时间 粒度。
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其中，A为景观中斑块总面积，E为总 周长。
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当景观中只有一个斑块且为正方形时， SQP=0，当景观中斑块形状越来越复杂或 偏离正方形时，SQP增大，渐趋于1。显然， SQP于LSI之间有直接的数量关系，即：
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3.8 景观聚集度指数 （contagion index ）
/landeco/research/fragstats/frag stats.html
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5、景观指数应用举例
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5.1、用于两种景观的对比
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5.2、景观格局指数可以用来定 量地描述和监测景观的结构特 征随时间的变化。
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Hulshoff认为景观指数可划分 为： （1）景观格局指数（如：斑 块类型、数量及形状指数） （2）变化指数（如：斑块数 目变化率等）
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Turner等认为，景观指数可分 为： （1）斑块数目与大小 （2）斑块分维数 （3）景观要素之间的边缘数 和多样性 （4）优势度与蔓延度
均匀度指数E反映景观中各斑块在面积 上分布的不均匀程度，通常以多样性指数和 其最大值的比来表示。以Shannon多样性指 数为例，均匀度可表达为：
景观指数
文献—：邵怀勇,仙巍,杨武年,等. 三峡库区建设前后10年库区景观空间格局动态变化研究——以重庆开县为例[J].测绘科学,2008,33（6）：175-178.一、单一景观类型景观指数：1、斑块密度——PD i =N i /A ×10000×100,式中PD i 为景观类型i 的斑块密度，N i 为景观类型i 的斑块数，A 为研究区总面积，×10000×100即转换为每100公顷内的斑块数。
反映土地利用景观斑块空间分布的均匀程度。
2、斑块平均面积——A =A i N i，式中A i 为景观类型i 的总面积，N i 为景观类型i 的总斑块数。
3、景观形状指数——LSI =√A ，式中E 为景观类型中所有斑块边界的总长度，A 为景观总面积。
当景观中只要一个正方形斑块时，其值为1；当景观中斑块形状偏离正方形时，其值越大。
4、景观分离度——度量某一景观类型中不同斑块个体分布的离散程度。
计算公式为： F i =D iS i S i =A iA D i =12√A i N i 即 F i =12√A i N i A i A式中，Fi 为第i 类土地利用类型的分离度，Di 为第i 类土地利用类型的距离指数，Si 为第i 类土地利用类型的面积指数，Ni 为第i 类土地利用类型的斑块个数，A 为土地总面积，Ai 为第i 类土地利用/覆被类型的总面积。
分离度越大，表示在地域上越分散。
二、景观镶嵌体的景观格局指数1、景观多样性指数：当土地利用/覆被由单一元素构成时，土地利用/覆被是均质的，其多样性指数为0。
当土地利用/覆被由两个或两个以上的元素构成时，若各类嵌块体所占的土地利用/覆被比例相等，则其土地利用/覆被多样性指数为最高，若各类嵌块体所占土地利用/覆被的比例差异增大，则土地利用/覆被多样性指数降低。
即在一个研究区域中,土地利用类型越丰富，破碎化程度越高，其信息含量和信息的不定性就越大。
较全的景观指数公式
景观指数（1）斑块类型指数①斑块所占景观面积的比例（PLAND ）()1001A aP PLAND n j iji ∑===式中：ij a ——斑块ij 的面积；A ——所有景观的总面积。
PLAND 度量的是景观的组分。
它计算的是某一斑块类型占整个景观的面积的相对比例；是帮助确定景观中优势景观元素的依据之一。
其值趋于0时,说明景观中此斑块类型变得十分稀少，其值等于100时，说明整个景观只由一类斑块组成。
②斑块密度（PD ）()()10010000A n PN i =式中：i n ——第i 类景观要素的总面积；A ——所有景观的总面积。
斑块密度是景观格局分析的基本的指数，其单位为斑块数/100公顷，它表达的是单位面积上的斑块数，有利于不同大小景观间的比较。
③周长面积分维数（PAFRAC ）()2112111ln ln ln ln 2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑∑∑∑∑=====n j ij n j ij i n j ij n j ij n j ij ij ij p p n a p a p n PAFRAC 式中：ij a ——斑块ij 的面积；ij p ——斑块ij 的周长；i n ——斑块数目。
PAFRAC 反映了不同空间尺度的性状的复杂性。
分维数取值范围一般应在1—2之间，其值越接近1，则斑块的形状就越有规律，或者说斑块就越简单，表明受人为干扰的程度越大；反之，其值越接近2，斑块形状就越复杂，受人为干扰程度就越小。
④斑块聚合度（AI ）)100(max ⎥⎦⎤⎢⎣⎡→=ii ii g g AI式中：ii g ——相应景观类型的相似邻接斑块数量AI 基于同类型斑块像元间公共边界长度来计算。
当某类型中所有像元间不存在公共边界时，该类型的聚合程度最低；而当类型中所有像元间存在的公共边界达到最大值时，具有最大的聚合指数。
（2）总体景观指数①香农多样性指数（SHDI ）()i i m i p p SHDI ln 1∑=-=式中：i p ——景观斑块类型i 所占据的比率；香农多样性指数在群落生态学中被广泛应用于多样性的检测，该指标能反映景观异质性，特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。
景观指数
4.对比度指数
斑块水平上的边缘对比度指数ECON可反映相邻斑块之间的 对比度，即
p d ECON p
m k 1 ijk ij
ik
pijk 为斑块 ij与类型 k 的斑块之间相邻的总边缘长度（m）；p ij为斑 式中， 块 ij 的实际周长； d ik 为类型 i与k 的斑块之间的边缘对比度权重 （ 0 d ik 1 ），需要用户事先定义，并以固定格式的文件（如edg_wgt.csv） 输入。
对比度指数
斑块类型和景观水平上的边缘对比度指数TECI是在 ECON的基础上扩展而成的，即
TECI
e d
m k 1 ik ik
e
k 1
m
100
* ik
TECI
e d
m m i 1 k i 1 ik ik
E
*
100
E 为景观 式中，eik 为类型 i 与 k 的斑块之间相邻的总边缘长度（m）； 中所有斑块之间相邻的总边缘长度（m），其计算均不论边缘带是否存在。
LSI
e
k 1
ik
4 A
式中，m为斑块类型数；A为景观总面积（m2）；eik 为类型 i 和 k 的斑 块之间相邻的总边缘长度（m）。
D.FRAC和PAFRAC
分维或分维数可以直观地理解为不规则几何形状的非整数 维数。FRAC是斑块水平的分维数，而PAFRAC是斑块类型 水平或景观水平上的分维数。
输出文件
Fragstats可计算3种尺度：①镶嵌图中的每个斑 块；②镶嵌图中的每个斑块类型；③整个景观镶 嵌图。
输出4个文件，扩展名为.patch、.class、.land 和.adj。所有创建的文件都是ASCII文件和可视文 件，被格式化后易输入电子数据表和数据库管理。
景观指数ppt课件
无本质区别，但在比较不同斑块类型或不同景观的PAFRAC时，应基于一样的关系式。 〔4〕普通地，PAFRAC和FRAC的实践范围均在1.0-2.0之间，与普通的Hausdoff维数不能
直接进展比较。 〔5〕一个FRAC或PAFRAC都只可用于一定的斑块大小范围〔尺度域〕内。
要素和动植物要素，以及人类活动相关的产物。
◆
对一个开放景观，其空间幅度必需大于所研讨生物体的活动范围或生态过
程的发生范围，否那么所计算的景观指数易受边境效应的影响。
5
FRAGSTATS ◆ FRAGSTATS是一个计算机软件程序，用于计算分类地图方式〔 categorical map
patterns 〕的多种景观格局指数。 ◆ 是一个用于量化景观构造的空间格局分析程序。 ◆ 3.4之后的版本支持ArcGIS10.0
〕，需求用户事
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对比度指数 斑块类型和景观程度上的边缘对比度指数TECI是在ECON的根底上扩展而成的，即
m
e d ik ik
TECI k1 m
100
e* ik
Байду номын сангаас
k 1
m m
eikdik
E TECI i1 ki1 *
100
式中，
e *为类型 ik
与i 的k斑块之间相邻的总边缘长度〔m〕； 为景观E *中一切斑
（2）斑块的核心区的大小：一些物种的存 在和分布与斑块边缘的比例呈反比，而与 斑块内部的比例呈密切的正相关关系
斑块类型
单个斑块类型的数量和空 间构型
某个斑块与同类其他斑块之间的邻近度/隔 离度和对比度可决定该斑块是否可被某个 生物体占据和利用
景观指数
第四章景观格局分析方法教学目的：通过本章的学习，掌握景观格局分析方法的含义及其意义，了解景观空间格局分析的基本步骤；熟悉各特征指数的计算方法及其生态意义；了解格局分析中误差的来源、精度评价方法和常用降低的误差方法。
重点难点：教学重点景观格局与景观格局分析的概念与主要的景观指数。
教学难点空间统计学方法。
第一节概念一、景观格局的概念主要指空间格局，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。
如不同类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布。
景观格局研究在生态学文献中占有很大比重，成为景观生态学研究的焦点之一。
二、景观格局的基本类型对景观格局的认识并没有一定的标准，不同的目的、不同的角度可以将景观格局分成不同的类型。
著名的美国生态学家福尔曼针对不同的景观格局和结构类型进行了分类与归纳，如下：1）规则或均匀分布格局指某一特定类型景观要素间的距离相对一致的一种景观。
大面积林区长期的规则式采伐和更新造成的森林景观、平原农田林网控制下的景观都属于规则式均匀格局。
2）聚集（团聚）型分布格局同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起，同类景观要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再散布在整个景观中。
如：在丘陵农业景观中，农田多聚集在村庄附近或道路的一端。
3）线状格局指同一类景观要素的斑块呈线性分布。
如：沿公路零散分布的房屋，干旱地区（或山地）沿河分布的耕地。
4）平行格局指同一类型的景观要素斑块呈平行分布。
如：侵蚀活跃地区的平行河流廊道，以及山地景观中沿山脊分布的林地。
5）特定的组合或空间联结格局指不同的景观要素类型由于某种原因经常相联结分布。
空间联结可以是正相关，也可以是负相关。
如：稻田总是与河流或渠道并存是正相关空间联结的实例；如平原的稻田区很少有大片林地出现。
三、景观格局分析的概念景观生态学研究最突出的特点是强调空间异质性、生态学过程和尺度的关系。
研究空间异质性自然会用到一些已经在生态学中应用的空间割据分析方法，同时又有必要发展新的方法来弥补传统方法的不足。
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1. 斑块形状指数
（patch shape index）
是通过计算某一斑块形状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S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。
2. 景观丰富度指数
（landscape richness index ）
景观丰富度指数R是指景观中斑块类型的总数，即：
R=m（m为景观中斑块类型的数目）
在比较不同景观时，相对丰富度（relative richness）和丰富度密度（richness density）更为适宜.
其中，Rr，Rd分别表示相对丰富度和丰富度密度，Mmax是景观中斑块类型数的最大值，A是景观面积。
3.Shannon-Weaver多样性指数
（Shannon-Weaver 指数或Shannon指数）
式中，Pk是斑块类型k在景观中出现的频率，n是景观中斑块类型的总数。
4. Simpson多样性指数
式中，Pk是斑块类型k在景观中出现的频率，n是景观中斑块类型的总数
5. 景观优势度指数
（landscape dominance index ）
优势度指数D是多样性指数的最大值与实际计算值之差。
其表达式为：
其中，Hmax是多样性指数的最大值，Pk是斑块类型k在景观中出现的概率，m是景观中斑块类型的总数。
6.景观均匀度指数
（landscape evenness index ）
均匀度指数E反映景观中各斑块在面积上分布的不均匀程度，通常以多样性指数和其最大值的比来表示。
以Shannon多样性指数为例，均匀度可表达为:
其中，H是Shannon多样性指数，Hmax是其最大值。
7. 景观形状指数
（landscape shape index ）
景观形状指数LSI与斑块形状指数相似，只是将计算尺度从单个斑块上升到整个景观而已。
其表达式如下：
其中，E为景观中所有斑块边界的总长度，A为景观总面积。
8. 正方像元指数
（square pixel index ）
正方像元指数SQP是周长与斑块面积比的另一种表达方式，即将其取值标准化为0与1之间。
其表达式为：
其中，A为景观中斑块总面积，E为总周长。
当景观中只有一个斑块且为正方形时，SQP=0，当景观中斑块形状越来越复杂或偏离正方形时，SQP增大，渐趋于1。
显然，SQP于LSI之间有直接的数量关系，即：
9. 景观聚集度指数
（contagion index ）
景观聚集度C反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度。
其一般数学表达式如下：
其中，Cmax是据极度指数的最大值，n式景观中斑块类型总数，Pij是斑块类型i与j相邻的概率。
通常在比较不同景观时，相对聚集度C’更为合理，其计算公式如下：
其中，Cmax是据极度指数的最大值，n式景观中斑块类型总数，Pij是斑块类型i与j相邻的概率。
10. 分维
（fractal dimension）
分维或分维数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度。
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。