全 文 ：第 50 卷 第 9 期
2 0 1 4 年 9 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 9
Sep．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140920
收稿日期: 2013 － 11 － 20; 修回日期: 2014 － 01 － 17。
基金项目: 财政部行业专项“森林公园景观林质量提升及资源保护关键技术研究”(201104051)。
* 徐程扬为通讯作者。
遥感技术在风景林景观质量评价中的应用研究进展*
蔡丽丽 徐程扬
(北京林业大学省部共建森林培育和保护教育部重点实验室
干旱半干旱地区森林培育和生态系统国家林业局重点实验室 北京 100083)
摘 要: 遥感技术是风景林景观质量评价的重要手段。概述风景林景观质量评价的意义及发展历程，总结遥感
技术在风景林景观格局及动态研究、可视化和数字化管理中的应用，重点阐述基于遥感技术的风景林景观质量内
涵，分析目前遥感技术在风景林景观信息提取及评价方面理论和方法上存在的问题，并对遥感技术在风景林景观
质量评价中的应用前景进行展望。
关键词: 风景林; 景观质量评价; 遥感
中图分类号: S731. 1 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)09 － 0145 － 07
A Ｒeview on Application Development of Ｒemote Sensing Technology in
Landscape Quality Assessment of Scenic Forest
Cai Lili Xu Chengyang
(Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education，Beijing Forestry University
Key Laboratory for Silviculture and Ecological System of Arid and Semi-arid Ｒegion of the State Forestry Administration Beijing 100083)
Abstract: Ｒemote sensing is a key technology used in landscape quality assessment of scenic forests． This paper
described the significance of landscape quality assessment and development process of landscape quality assessment of
scenic forests． Applications of remote sensing in landscape pattern and dynamic， visualization and computerized
management of scenic forests were also summarized，with an emphasis on elaboration of the mechanism of using remote
sensing technology to assess scenic forest landscape quality． Ultimately，the theoretical and methodological problems in
using remote sensing to extract and assess landscape information were analyzed，and the future applications of remote
sensing technology in the quality evaluation of the scenic forest landscape are prospected．
Key words: scenic forest; landscape quality assessment; remote sensing
风景林( scenic forest 或 landscape forest)是具有
较高美学价值并以满足人们审美需求为目标的森林
的总称(Arthur，1977; Briggs et al．，1980)。风景林
在森林公园、风景区的资源基础上，或与名胜古迹融
为一体，或通过陪衬、背景作用使其他自然景观增
辉，或与地质地貌特征相结合直接构成独特的景观
资源(李明阳等，2006)。人们对风景林审美需求的
满足程度主要受风景林自身结构以及风景林与其周
边环境间相对关系的影响。而风景林的结构通常表
现在林木个体组成及其空间格局、斑块组成及其空
间分布、林分或景观斑块色彩异质性等方面。风景
林的质量主要体现在风景林的奇特性、趣味性、新颖
性等，是人对风景林结构合理性、风景林与其周边环
境和谐程度的综合反映。风景林质量评价是风景林
资源管理、风景区合理规划的重要基础 (包战熊，
2002; 王超等，2006a)。
遥感技术是 20 世纪 60 年代发展起来的综合性
对地观测技术，该技术可以迅速获得大范围、多时
相、多波段的地表信息，为不同时序上从局部到全球
各种现象的综合分析创造了条件(李书娟等，2002;
Ayad，2005)，并在森林资源调查(赵宪文等，2002;
McＲoberts et al．，2007)、森林植被分析 ( Ｒoberts et
al．，2004)、土地利用动态 (贾宝全等，2013)、森林
景观格局与动态( Shao et al．，2008)、城市森林格局
与规划(陈辉等，2009; 尹锴等，2009)、城市热场分
析(岳文泽，2005)等领域得到普遍应用。纵观国内
林 业 科 学 50 卷
外有关遥感技术在风景林景观质量评价中应用的研
究，主要有以下成果。
1 风景林质量评价研究的发展历程
国外在风景林质量方面的研究起始于 20 世纪
70 年代，兴于 80 年代，主要集中在林分质量与美景
度的关系研究(王超等，2006b; 周荣伍等，2013)
上。但是，受研究方法、社会需求等的限制，自 80 年
代以来，该领域研究处于停滞状态。我国有关风景
林质量的研究起步较晚，始于 20 世纪 90 年代中期，
近几年来得到迅速发展，但是，尚缺乏成熟的理论与
技术。
20 世纪 60 年代末至 70 年代初，环境保护法的
颁布促进了自然环境认知质量的研究，进而涌现出
大量用于衡量景观美学评价的方法(Daniel，1990;
Dakin，2003 )。2000 年签订了《欧洲风景公约》
( european landscape convention)，旨在促进景观保
护、管理和规划，组织欧洲各国合作管理景观事务
( Déjeant-Pons， 2006; 麦 琪 等， 2007 )。 IFIA
( international federation of landscape architects)世界
理事会于 2009 年通过《全球风景公约》( global
landscape convention)，目的在于倡导各个国家积极
制定风景公约，以期保护、规划、设计和持续地管理
风景的文化和遗产价值，促进风景多样性的识别工
作(刘晓明等，2011)。
经过几十年的发展，针对森林的景观评价在研
究理论和方法上已经日趋成熟，被公认的景观美学
评价有专家学派、心理物理学派、认知学派和经验学
派四大学派，其中专家学派和心理物理学派的评价
方法在国内外得到较为广泛的运用 (翟明普等，
2003; 牛君丽等，2008; Panagopoulos，2009)。随着
景观生态学、美学、心理学、统计学和计算机科学的
发展，景观评价的方法由定性评价转向定量评价
(Daniel et al．，1983; 陈 鑫 峰 等，2000; Daniel，
2001)。20 世纪 90 年代以后，国内专家学者在借鉴
国外评价方法的基础上，结合我国景观实际状况，对
风景林的景观美学评价进行一系列有意义的探索，
包括秋季风景林景观色彩评价(廖艳梅，2007)、粗
糙集的风景林景观美学评价(文益君等，2009)、风
景游憩林林内景观美景度评价(李翠翠，2010)、风
景游憩林景观质量综合评价(章志都，2010)、风景
林中远景景观质量评价(李波，2011)等，这些研究
在一定程度上推动我国自然景观美学价值评价的进
步。然而，我国风景林质量研究总体上仍处于定性
多、定量少，由定性研究向定量研究转变的阶段(宋
爱云等，2011)。
目前，国内外有关风景林质量的研究主要集中
在风景林美学评价 ( Arthur et al．，1977; 赵德海，
1990; Gobster，1999; Daniel，2001; 周 根 苗 等，
2008; 李效文等，2010)、风景林景观格局及其动态
分析(Trisurat et al．，2000; 何东进等，2004; 周春国
等，2005a; Schindler et al．，2008; 俞晓凌，2010)、
风景林植被覆盖及土地利用(Anderson，1976; 陆兆
苏等，1985; Fukamachi et al．，2000; 陈有君等，
2012)等方面。遥感技术(赵广亮，2008)和景观可
视化技术(李明阳等，2007a; Parametrix Inc，2009)
在风景林研究中逐步受到重视。然而，基于传统森
林植被类型、自然林型、林班 (小班) (李明阳等，
2007b; Wang et al．，2009; Gond et al．，2011; Surová
et al．，2013)开展的土地或景观类型划分、景观格局
及动态等方面仍是遥感技术在风景林研究中的主要
内容，但如何根据结构与功能特点利用遥感技术进
行风景林景观质量评价却鲜见报道。
2 风景林景观格局及动态研究
风景林作为一个森林生态系统，是具有等级结
构的层次系统，这种等级层次与所处的尺度密切相
关，不同层次、不同尺度的生态系统具有不同的组
分、格局、动态过程和发展机制(金莹杉等，2006)。
目前，采用遥感手段进行风景林景观格局及动态研
究仍以传统景观生态学方法为主，主要集中在景观
的等级结构(Kokaly，2003; 刘惠明等，2003; 张蕾
等，2007; Chastain et al．，2008)、时空异质性(胡海
胜等，2007; 袁玲玲，2008; 黄启堂等，2009)、干扰
因素 ( Sanchez-Azofeifa et al．， 2000; 何 东 进 等，
2004; Shen et al．，2013)等方面。通过景观格局时
空差异的分析，可以揭示景观动态变化的内在干扰
机制，为合理评价自然和人为干扰因素的影响、制定
有效的风景林景观资源保护和管理策略奠定基础
(郭泺等，2005)。
景观格局主要是指景观要素或结构成分的数
量、形状、斑块大小及其空间分布模式(Wu，2013)，
它决定着资源地理环境的分布、形成和组分，制约着
多种生态过程，与干扰能力、恢复能力、系统稳定性、
生物多样性有着密切关系(邬建国，2007)。采用遥
感技术对不同尺度景观格局及动态的定量分析，能
从总体上把握风景林的生态过程和功能，揭示景观
演替机制与规律，预测景观变化趋势，实现景观的可
持续利用(李书娟等，2002; 杨国靖等，2003; Wu，
2013)。景观的动态变化可通过格局指数的变化来
体现。目前景观指数已经有几十种，它们分别从不
同的角度对景观格局进行表述，并且还处于不断地
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第 9 期 蔡丽丽等: 遥感技术在风景林景观质量评价中的应用研究进展
发展之中(常禹等，2004)，但常用的风景林景观格
局指 数 主 要 为 斑 块 面 积 与 周 长 ( area and
perimeter)、斑块形状指数 ( shape index)、斑块分维
数( fractal dimension)、景观多样性指数 ( diversity
index)、景观优势度( dominance index)、蔓延度指数
( contagion index )、景 观 破 碎 度 ( fragmentation
index)、景观均匀度 ( evenness index)、景观分离度
( separation index) (李明阳等，2005; 周春国等，
2005a; 金莹杉等，2007)9 种指数。
人为干扰对风景林景观功能的发挥有着巨大影
响，是景观格局显著变化的主要原因，森林采伐(尤
其是皆伐 ) 活动使得森林景观破碎化加大 ( Ｒoy
et al．，2001)、斑块形状更为复杂、景观多样性更加
丰富(郭泺等，2005)。因此，在大面积人工风景林
经营中，通过提高树种的混交比例等途径增强斑块
的稳定性和抗干扰性，可有效地提高风景林的景观
质量(金莹杉等，2007)。
由此可见，目前在风景林景观领域多数研究是
利用林学、景观生态学及群落生态学方法结合遥感
手段研究林分结构特征，但很少有以美学为基础的
风景林结构研究报道，更缺乏与风景林景观质量的
关联性分析(周荣伍等，2013)。传统景观生态学指
标如何能够准确地反映风景林景观质量，遥感技术
如何与风景林质量指标间建立科学的关系，仍需开
展深入的研究。
3 风景林可视化和数字化管理
风景林研究强调人对景观的视觉感知、认知和
审美需求，视觉质量是核心研究内容 (郝小飞，
2007; 牛君丽，2008)。人的视力、心境以及观景时
的外部环境(形貌、色彩、线条、质地)，会因景观尺
度的不同而发生变化(陈鑫峰等，2001)。目前，空
间数据可视化逐渐成为人们认知空间的最有效工具
(刘阳等，2006)，为了能够科学合理地规划森林景
观，采用空间数据进行可视化模拟将成为近期的研
究热点。
可视化技术是将符号或数据转化为直观的几何
图形，便于研究人员观察其模拟和计算的过程
(Muhar，2001)。结合遥感、地理信息系统软件不仅
可以用来表现静态的信息，而且可用于动态地描述
和表达客观对象的发展演化规律以及进行动态信息
的获取(吴加敏等，2002)，使地物可视化成为可能。
借助于可视化功能可以实现风景林景观评价的实时
化、动态化、低成本化。近几年出现的可视化虚拟地
球涵盖地表环境的丰富信息，远远超出传统的空间
数据和地理信息科学领域，这些工具为研究人类对
景观复杂的认知和审美偏好提供了方便，并能够减
少地理空间模型及数据的不确定性(Sheppard et al．，
2009; Jones et al．，2014)，为测绘学、林学、旅游学等
相关学科的发展提供强有力的手段和途径。目前，
可视化技术已应用于森林经营和自然资源管理领
域，将现实的森林景观抽象为三维模型并在计算机
上显示出仿真的森林景观，其涵盖面包括林木三维
建模、三维地形重塑、纹理处理、光照处理、三维漫
游、图像实时渲染等技术(倪成群，2005; 唐丽玉
等，2006; 高桂桂等，2008)。基于可视化技术的风
景林景观质量评价，可通过室内计算机屏幕化来实
现绝大多数评价因子信息的提取，为实时、动态地获
取风景林相关数据提供了可能，因此，制定适合于可
视化的风景林景观质量评价体系和标准，将是今后
需要进一步研究的内容(李明阳等，2007a)。
数字林业是对林业静态、动态、分析决策等各种
特征统一的数字化表达与认识，以林业数字化数据
为依托，用宽带网络连接各分布式数据库，以虚拟现
实技术为特征，具有三维显示和无边缝多级分辨率
浏览的开放系统，实现林业管理网络化、可视化、智
能化、系统化、全面化的过程(李希胜，2003)。在风
景林数字化管理研究中，普遍借助计算机和地理信
息系统技术，并结合遥感数据及地面资料，建立森林
资源管理平台，实现风景林资源的数字化管理 (周
春国等，2005b; 赵广亮，2008)。这些研究为风景
林的有效管理提供了宝贵的理论指导和经验。然
而，我国风景林景观质量数字化管理仍处于落后状
态，基本采用传统的森林资源管理手段，缺乏针对风
景林景观质量评价的美学、心理学等多领域相结合
的数字化管理，因此，需要更加合理化、智能化、规范
化的理论与管理技术的研究。
4 遥感技术在风景林景观质量研究中存在
的主要问题
现有的遥感技术在风景林景观质量评价的应用
主要借鉴林业和景观生态学等领域的理论和方法，
以遥感、地理信息系统技术为支撑平台; 多数采用
低分辨率的 AVHＲＲ 和 MODIS、中等分辨率的 TM /
ETM 和 SPOT 以及高分辨率的 IKONOS 和 Quick
Bird 等卫星影像为主要数据源，并结合 GIS 的空间
分析功能进行研究( Franklin，2001; Groom et al．，
2006; 吴见等，2013); 遥感分类的方法主要是目视
解译、非监督分类、监督分类、波段组合(植被指数、
波段比值)或面向对象等。然而，对适用于风景林
本身的遥感技术研究的深度和广度还远远不够，在
许多方面仍有待拓展。目前，遥感技术在风景林景
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林 业 科 学 50 卷
观质量评价中存在的主要问题是为下列几个方面:
4. 1 风景林遥感尺度的景观质量评价
从理论上讲，人对风景林的审美学接受程度会
因树种组成、林分密度、树冠层次对比程度等的变化
而异，其主要原因是这些变化会导致景观外貌色彩
发生变化，这在季相变化明显的森林景观表现得尤
为突出。由于不同树种叶片色彩或绿度不尽相同，
风景林树种多样性的高低将直接导致景观斑块色彩
发生显著变化，从而产生风景林外貌色彩丰富度的
差异，并引起风景林景观效果的显著区别。如果某
个风景林中林分密度存在较高的空间异质性，将强
烈改变风景林外貌中色彩斑块的厚重感以及相邻色
彩斑块的对比度，从而增加风景林外貌的色彩丰富
度; 如果风景林在斑块的树冠层高度上有较高的空
间异质性，会因为树冠层高低错落有致而间接导致
斑块色彩或明亮对比度发生显著变化，进而引起观
赏者产生不同的视觉效果。通过遥感技术获取上述
风景林的景观信息，尚需要在遥感影像解译方法、景
观斑块类型划分、地面验证等方面进一步探索。因
此，应用遥感技术开展风景林景观质量研究(图 1)，
首先要解决遥感图像色彩斑块分类及分析技术，地
面验证样地面积、形状及数量的确定，风景林景观要
素信息提取方法等问题，这些问题也是未来研究的
重点。
图 1 应用遥感技术开展风景林景观质量评价的研究技术路线
Fig． 1 Diagram of applying remote sensing technology to landscape quality assessment of scenic forest
4. 2 风景林遥感影像地面验证方法
最小样地面积是保证展现出该森林群落类型的
种类组成和结构真实特性所需要的面积，在实地调
查森林群落时，既不能对整个群落地段进行全面统
计，降低对景观空间基本单元分析的准确性; 也不
能在一块很小的面积上进行调查用以代表整个群落
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第 9 期 蔡丽丽等: 遥感技术在风景林景观质量评价中的应用研究进展
空间格局分布，造成地物信息的大量损失 (佟金权
等，2008; 周红敏等，2009; 宫守飞等，2012)。因
此，样地面积、数量以及形状直接影响地面调查对林
分整体估测的精度和成本，以及地面验证对遥感影
像解译结果的有效程度。由于风景林质量具有构景
要素的多元性、观赏角度的多尺度性、时空存在的多
维性、景观评价的多主体性、经营目的的多功能性等
特点(章志都，2010)，风景林遥感影像的地面验证
存在方法和技术上的不足，是今后亟待解决的问题。
4. 3 风景林景观质量评价体系的普适性
风景林研究属于交差学科，其构建及评价是一
个复杂的体系，除传统的森林培育学、植物生理学和
生态学理论外，还涉及其他多种学科知识，如森林美
学、人文生态学、景观生态学、旅游学、园林学、遥感
技术、地理信息系统等，以至于难以形成科学合理的
风景质量评价理论和技术体系。因此，建立广泛认
同的风景林质量评价系统是现阶段风景林研究的重
点。目前遥感技术已形成高、中、低轨道结合，大、
小、微型卫星协同，粗、精、细分辨率相补，全天候、全
天时的遥感网络系统(史良树，2004)，增强了遥感
数据获取的主动性和时效性，多光谱、多尺度、多角
度、多极化的遥感数据极大地丰富了地表遥感信息
的获取 (刘吉平等，2012)，为风景林树种识别、组
成、分布，林分面积、冠幅、密度、垂直结构，景观空
间格局及变化分析等指标体系的定量研究提供强有
力的技术支撑。
5 遥感技术在风景林景观质量研究中的应
用前景
从景观尺度上，风景林的质量反映到人脑后，主
要体现在色彩、对比度、树冠的层次感、树冠的分辨
程度、冠层的质地感等方面的差异。这些美学特征
反映到森林结构上，主要表现在色彩斑块丰富度、色
彩斑块的空间格局、色彩斑块边缘特征、色彩斑块间
对比度、色彩斑块连接度等等，这些指标与地面具体
林分的密度、林木个体大小、树种组成及其混交度、
冠层特性等密切相关。目前，国内外主动遥感 (如
SAＲ，LIDAＲ，TSL)研究逐步深入，已能够提取林木
高度、冠幅、林分密度、垂直结构等森林参数，很大程
度上解决森林结构信息获取技术问题，但主动遥感
难以提供大范围全覆盖的数据，需与其他多源遥感
手段相结合才能更准确、更全面地分析地物信息，进
一步完善定量遥感技术，而其理论和方法尚缺乏系
统的研究(庞勇等，2005; 巨文珍等，2009; Ｒosette
et al．，2011;李丹等，2012; 黄华国，2013; 赵静等，
2013)。因此，通过分析风景林遥感数字图像来准
确识别风景林景观色彩斑块，利用不同色彩斑块中
林分的组成与结构以及分布，解析并建立林分空间
布局与色彩斑块的关系，以达到在景观尺度上研究
风景林景观质量的目的，将成为下一步风景林研究
的重点。
利用遥感技术作为风景林景观质量评价研究的
基本数据获取手段，具有以下几个方面的显著优势:
1) 利用遥感技术可方便地获取区域尺度的时空
信息，极大地提高风景林景观质量评价中的数据获取
能力。不同类型、分辨率和时相的遥感影像，可满足
不同研究工作的需要(张卡等，2004); 利用遥感数据
信息，结合相关资料及各种软件构成的试验系统，应
用不同的遥感图像处理方法，可进行多种时空尺度、
多种层次、多种专题的风景林景观质量评价分析。
2) 风景林景观质量评价在野外实地调查和采样
方法还没有规范化的今天，根据试验目的利用遥感技
术来确定试验区的位置、面积、数量以及形状，辅以必
要的地面调查，可为景观质量评价建立更加准确的基
础资料。并且，利用这些资料对景观质量评价野外调
查进行优化分析，可建立起更加科学的数据采集方法
以及地面综合信息库。
3) 随着林学、景观生态学、美学、地统计学、遥感
技术、计算机等学科理论和应用的日趋完善，区域性
风景林景观质量对于普适性分析模型和专用评价系
统的需求愈加迫切。这些模型和评价体系的建设、验
证和使用环节均需要大量与之相匹配的遥感数据的
支持和对地面信息的分析(李书娟等，2002)。
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(责任编辑 郭广荣)
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