基于形态学分析的森林破碎化特征刻画开题报告

1. 研究目的与意义

人类不合理的开发利用，导致森林景观格局发生巨大变化，森林破碎化问题表现突出，引起区域气候发生变化，生物多样性丧失等一系列环境问题。为了减少生境破碎化，保护生物栖息地和景观的连通性，对森林破碎化的研究，恢复迫在眉睫。运用形态学空间分析方法，将森林分成七大等级，观察森林破碎化程度，对破碎化的森林进行一系列的生态恢复工程。

2. 国内外研究现状分析

早期国内对森林破碎化的研究主要从生态学角度，用ArcGIS10.0和Fragstars4.0软件，选取合适的景观格局指数，从斑块的面积、数量和异质性方向对景观格局动态和破碎化进行分析。以及采用破碎化分析模型,将中国各省(市、区)森林归并为内部、孔洞、边界、斑块、过渡、未确定6种破碎化成分,同时识别人为干扰空间位置及烈度,以此建立省级尺度的具有明确空间意义的森林破碎化及干扰模式地图。近年来着眼于以景观格局为背景的森林动态模型分析，它在窗口分析尺度下提取自然类、农业类和城市类土地覆盖类型在移动窗口中所占比例,并据此将窗口中心像元划分为19种的景观镶嵌类型中的一种,从而建立研究区内的景观镶嵌图来景观格局变化以及土地覆盖类型的转移情况。区别传统景观连通性评价以斑块为中心的方式，数学形态学是图像处理和模式识别领域中的一门新兴学科,基本思想是把具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状,以达到对图像分析和识别的目的。最早由Matheron和Serra提出，其后Soille和Pesaresi开始了形态学应用的研究,将形态学用于地理学和遥感信息提取。2006年Vogt等人提出利用形态学处理方法将森林分为核心，斑块，边缘和穿孔，国内2008年孔博等人利用该方法对三江平原沼泽湿地进行景观破碎化的时空变化格局，2011年张玉红等人在此基础上与扎龙湿地土地覆盖类型图叠加处理,分析湿地不同景观格局与土地覆盖类型的关系。2009年Vogt等人又在前期工作的基础上，扩展了形态学处理技术在森林景观中的应用,在原来的景观格局类型核心、斑块、边缘、孔隙的基础上,增加了桥梁、圆环及分支。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

（1）从美国土地覆盖数据（nlcd）图中，分割提取georgia和oregon两大洲图像，进行二值化处理。

（2）过程开始时需要设置参数，设置不同参数进行处理

4. 研究创新点

区别于传统景观连通性评价以斑块为中心的方式，数学形态学是图像处理和模式识别领域中的一门新兴学科，基于形态学的格局分析方法，从像元的层面上提取出具有景观连通性的意义区域，从空间形态上说明其连通性能。本论文获取美国2001,2006,2011三个时期的佐治亚州人工林和俄勒冈州天然林的NLCD，将图像转为森林与非森林的二值图像，接下来设置不同窗口大小，运用形态学处理方法，将森林分成七大类，然后分析比较不同窗口大小对分类结果造成的影响，最后选定其中一个窗口大小进行深入研究，分析比较两个州10年来森林各个分类时间空间上的变化，以及造成这种变化的驱动因素，一系列旨在刻画两个州的森林破碎化特征，提出合理的森林经营策略，为森林的可持续经营提供参考。