第二章土地利用、土地覆被變化研究方法 導言 第一節土地利用、土地覆被信息圖譜
將景觀生態學、地學信息圖譜原理和方法與3S技術綜合應用於土地利用、土地覆被的時空演化與預測中，為LUCC研究提供了新的思路與方法。在人類活動強烈的區域，景觀格局變化在很大程度上表現為土地利用格局的變化。越來越多的中外相關研究項目在LUCC研究中均結合景觀生態學的景觀格局與變化分析模型，研究土地利用的空間格局並預測其變化。本文以3S技術為工具，以景觀生態學和地學信息圖譜為研究手段，建立LUCC監測信息係統，從圖形演算角度，研究土地利用的斑塊麵積特征，空間格局與穩定性，土地利用、土地覆被驅動力模型以及動態變化模擬等。
一、地學信息圖譜
在圖譜學研究中，“圖”主要是指空間信息以圖麵表現形式的圖形，也包括圖像、圖解等其他圖形表現形式。“譜”是眾多同類事物或現象的係統排列，是按事物特性所建立的係統或按時間序列所建立的體係，亦稱“譜係”。“圖譜”是“圖”與“譜”的有機結合，兼有“圖形”與“譜係”雙重特性，即同時反映與揭示事物或現象空間結構特征與時空動態變化規律的圖形表現形式和分析研究手段。地球係統是一個複雜的係統，無論是表層的地理過程信息還是深層的地質過程信息，都是時空域中不同時期、不同層次、不同尺度、不同來源、不同表現形式的信息相互交互疊加形成的信息場。地學信息圖譜(Geo-informaticTupu)是由遙感、地圖數據庫、地理信息係統與數字地球等大量數字信息，經過抽象概括與圖形思維，並以計算機多維與動態可視化技術，顯示地球係統及各要素和現象空間形態結構與時空變化規律的一種手段與方法。
區域地理事物是地理區域內所有要素及其組合的總稱，地理事物與現象首先表現為一種空間係統，是一種事、空、時的動態係統。在某一特定時刻，將地理空間要素之間相互關係的研究，和在空間與過程研究方法上相聯係的地理屬性(物理、人文屬性)操作結合起來，定量研究地理景觀這個動態體係內部的物質和能量的轉換[26～28]。為實現地理事物或現象的信息圖譜分析，其基本原理包括：
(1)空間意象(Geo-graphicmentalimages)空間意象是一種具有自學能力和空間形象感的地理形象化思維模式。它既提供了一種地理信息的組織方式，又為地理信息、知識提供了一種形象化的表達模式。而地理單元是空間意象的基本單元，是進行空間意象思維、組織地理信息、建立地理概念計算模型、理解和認識現實世界地理規律的“基本空間功能單元體”。
(2)地理信息單元(Geo-informaticunit)地理單元是在一定時空範圍或組織水平上，具有地理環境條件相對一致的空間單元。地理單元是組成區域地學特征的細胞。地理單元又表現為不同的層次性。基於不同的組織水平或不同的研究尺度，地理單元可分成不同的等級，其中“最小地理單元”是最低級、最簡單、不可再分的地理實體，它是高級地理單元形成的基礎。地理綜合體的異質程度隨地理單元的等級升高和單元規模擴大而增大，即地理綜合體從低級到高級單元，內部相似性逐漸減少，差異性逐漸增大。每一級別的地理單元都可以建立自己的一個分類體係。地學信息單元是地學信息圖譜的一種重要的方法論，對地學信息圖譜的研究，可以建立在地理信息單元的獲取與操作等一係列過程之上。
(3)地學信息圖譜單元(Geo-informaticTupuunit)地理單元包含多種特征，如空間特征和屬性特征，而時間演替序列也是地理單元的重要性質。現代地理學對於地理單元的研究方法—“空間與過程研究”，實質上就是在特定的時空尺度範圍內，根據地理過程的變化來研究地理空間分異，即通過地理事件發生的過程來研究地理事物之間規律性的空間關係。目前，地理單元通常是為了認識整個區域的空間差異性而劃分出的內部性質相對均一的空間單元，缺乏為了認識時間序列變化這一地理過程的時序差異性而劃分的內部事件相對均一的時間單元。因此，有必要尋求這樣一種地學信息單元或者稱為時空複合體，它能同時記錄地理事物或現象的空間差異與時間變化，以實現現代地理學對“空間與過程研究”的統一和對地理景觀這種“事、空、時”的動態係統的研究。記錄這種地理事物與現象時空複合體信息的基本單元，就是“圖譜單元”，對於地學信息圖譜而言，則稱為“地學信息圖譜單元”。
這樣，通常意義上的地理單元就可以看成是最重要的一類圖譜單元，地理單元(可用“圖”來表現的空間單元)與時間單元(可用“譜”來表征的時序單元)一樣，都是圖譜單元中橫向和縱向兩種斷麵，均是廣義上的圖譜單元。圖譜單元與地理單元一樣，也是多級別、多尺度的，可以依據時空尺度、研究目的及特定原則，進行綜合、分類、分級，建立多級別的圖譜單元分類體係。地學信息圖譜單元既包含了地理實體、地理現象的空間差異性信息，又包含著地理過程時序變化的信息，它能夠將時空變化二者結合為一體，加以分析研究，能夠解決“空間與過程集成研究”的這個難題。所以，地學信息圖譜單元是地學信息圖譜研究的基本單元。對地學信息圖譜的研究，可以建立在對圖譜單元的獲取和操作等一係列過程中。
地學信息圖譜既繼承了圖譜的圖形思維方式，又進一步發展了具有定量化和模擬分析的功能。其主要特征包括：①圖形思維模式。圖譜借助於一係列的圖描述現象，即將時空變化抽象為按時間序列發展的空間分異圖譜，揭示機理，表達規律。即利用圖的形象表達能力，將海量數據進行歸類合並。②全數字化.信息圖譜與傳統圖譜的差異表現為全數字化的特征，即地球信息圖譜的信息源、提取過程和表達方式以遙感、全球定位係統、地理信息係統和網絡技術為支撐的全數字化過程，具有嚴格的數學基礎；③動態模擬分析。地理事物與地理現象既具有複雜性，又具有不確定性和模糊性，難以預測。而圖譜可在地理信息係統強大的數據庫與空間分析功能基礎上，通過圖形運算對地理過程進行模擬，反演過去，模擬未來，輔助決策。