fragstats(景观格局指数计算) v4.2.1官方版 附使用教程

fragstats4.2中文版是一款功能强大的景观格局指数计算软件，提供了基于单元格的指标、表面指标、抽样策略、功能指标、度量标准等多种功能模块，可以对环境变量进行完善的流程分析和控制，解决环境变量中出现的各类问题，有需要的朋友可以下载！

fragstats4.2功能

1、图形用户界面

FRAGSTATS分析通过图形用户界面进行参数化，允许用户根据自己的具体需求定制每个运行。

2、命令行执行

可以从命令行执行 FRAGSTATS，以允许从另一个程序中执行(作为外部执行)

3、基于修补程序的度量标准

FRAGSTATS计算许多指标，描述单个修补程序，相同类型的修补程序类别或集合的结构以及分类拼贴马赛克的整个景观马赛克。

4、基于单元格的指标

FRAGSTATS(计划包含在4.3版本中)将计算各种基于单元格的度量，描述单个单元本地邻域的空间结构，而不考虑补丁成员资格。

5、表面指标

FRAGSTATS(计划包含在4.4版本中)将计算描述连续曲面(即横向梯度)的空间结构的各种曲面度量。

6、结构和功能指标

FRAGSTATS计算大量仅依赖于景观的物理结构的结构度量，除了许多不同的功能度量，用户必须为每个应用程序独特地参数化以反映正在考虑的现象。功能度量包括核心区域的度量(影响深度效应的影响)，边缘对比度(考虑到相邻补丁类型之间差异的大小)和隔离度(生态邻域大小和不同补丁类型之间的相似性)。

7、批量处理

FRAGSTATS允许使用多个输入格(包括不同格式)组成的批处理文件通过一次执行进行处理。

8、抽样策略

FRAGSTATS提供了多种选择，用于对景观进行抽样，以分析亚景观，包括用户提供的瓦片(亚景观)，统一瓦片或移动窗口的详尽抽样(其中指定尺寸的移动窗口和形状通过景观，并将类别和景观级别上的每个所选度量的值返回到焦点单元)以及涉及用户提供的焦点(网格或表格格式)或随机生成的焦点的部分采样，其中指定尺寸和形状的窗口(子横向)放置在每个点上。这些采样选项基本上有助于批量处理以前需要使用GIS在FRAGSTATS之外生成的多个景观或亚景观。

9、Nodata，背景和边界

FRAGSTATS提供了nodata(未分类单元)，背景(分类，但令人懊恼)和边界(指定景观边界以外的分类单元的缓冲区)的规范和处理的选项。

fragstats4.2使用教程

1.打开Fragstats

首先，从开始菜单或双击桌面图标打开Fragstats。如果你的电脑上已安装10.0及以下版本的ArcGIS ，那么Fragstats打开时将有明显延迟(有时长达30s)，这是由于Fragstats在验证ArcGIS的使用许可(license)。请务必保持耐心。

如果Fragstats出现无法打开或初始化错误等问题，可能是因为你的电脑上虽然安装了ArcGIS但其Spatial Analyst模块缺少有效的使用许可。如果确定安装无误，且依照了教程1的第2步操作，那么请移步Fragstats官网下载Diagnostic Tool以对问题进行具体检测。请将检测结果连带对问题的具体描述发至我们的邮箱：mcgarigalk@eco.umass.edu.

注意：如果你的电脑上安装有ArcGIS，但缺少有效的Spatial Analyst模块使用许可;或者你使用Fragstats时并不想用ArcGrids的数据格式，那么请确保系统的环境变量的路径中不包括Arcgis的安装路径，否则Fragstats会默认你是ArcGIS用户并且使用Arcgrid数据格式，于是Fragstats在每次启动时都会对Spatial Analyst的licence文件进行验证。如果上述情况与你相符，请务必在系统环境变量中移除ArcGIS的路径。

2.创建新模型

接下来你需要创建一个Fragstats模型用于对斑块的景观结构进行分析。一个Fragstats模型简单来说就是为Fragstats进行了全副参数化，即为其配备了分析所需的全部参数。点击工具条上的New按钮或从File的下拉菜单中选择New选项，即可创建一个空白模型。

3.输入栅格

接下来需要输入一个栅格进行分析。具体操作为：点击Add a layer，打开如下输入数据对话框。

如果你是一枚ESRI ArcGIS用户，那么你可以在左侧选框中选择ESRI grid数据类型，再点击右侧[...]按钮从手册中选择示范数据reg78b grid。注意：如果你选择的是ArcGid数据类型，那么栅格输入后软件会从其头文件中自动读取行列数及栅格大小，之后这些参数在对话框中就会变为灰色，无法更改。唯一可以更改、也需要多加留意的是背景值。

背景值默认设置为999，但你完全可以在理解其意义的前提下依照自己喜好进行调整。简单来说，背景即你分析过程中想要自动忽略的某种地表类型——由于资料缺乏而无法归类、或者你单纯想将其作为背景值处理的地表类型。值得注意的是，当设定为正值时，背景像元值被视作目标景观内部值;当设定为负值时，背景像元被视作目标景观外部值。内部背景作为目标景观的一部分不仅会为整个景观面积作出贡献，并且会因此而改变许多指数值;外部背景不会被视作目标景观的一部分，只会对影像边缘的连接性产生影响。为了弄清楚指定背景的含义，请务必阅读用户手册——概览这一节中关于空值、背景、边缘及分界线的详细介绍。一旦将背景值设置为空值，那么你的影像中就可能会出现内部背景，于是Fragstats会将背景与空值部分视作同样的属性。这里将背景值设置为999。

如果你使用ASCII或二进制文件，你也可以在左栏中选择相应的文件类型，然后点击[…]按钮选择相应的栅格。例如：你可以选择reg78b.asc以使用用户手册中提供的ASCII类型栅格数据。需要注意的是，一旦使用ASCII或二进制文件，你需要手动输入栅格的属性值，否则软件会因图层属性无效而报错。因此，请务必为每个属性填入有效的数值。例如，对本文的这一像元你需要输入列数=102，行数=102，像元大小=50，空值=9999。对于ArcGrid类型的栅格，你也可以随意调整背景值，这里我们保留默认值999。

4.【视需要】输入分类描述信息

接下来你可以视情况需要选择是否输入分类描述信息(表)。利用分类信息表，你可以对不同取值的所有地表类型进行特定的描述，比如是否对每种地表都进行计算，是否把某种地类视为背景等等。分类信息表并不是必要的，不输入时软件会默认所有地表类型全部参与运算，除了已经设定好的背景值(这里是999)。

使用文本编辑器打开手册中的descriptors.fcd 文件。注意Fragstats可以识别.fcd类型的分类描述文件，但并不要求分类描述文件全部采用这种后缀名。打开后可以看到，描述信息里包含了四个字段。ID即为不同地表类型的取值，它们取决于你的输入栅格。Name是每种地表分类的描述，在Fragstats的输出文件中将以TYPE字段显示。Enabled 和Isbackground两者都是逻辑描述，前者表示是否计算并输出本类型，后者表示是否将本类型作为背景值。假如我们在前述操作中将背景值设定为400，那么不论分类信息中如何描述，水体都将被视作背景值不参与运算。

点击用户界面上Common tables区域的Class descriptors Browse按钮，即可使用手册中提供的分类信息表descriptors.fcd。

5.具体参数设置

接下来需要对一些具体参数进行设置，以备后续分析之用。点击用户界面左侧选框的Analysis Parameters按钮。在这里你可以选择使用4邻域或8邻域的邻域法则，或者是否对景观进行取样以分析亚景观(景观内部)的信息(该部分内容在教程6中详述)。

本教程采用默认的8邻域法及No sampling(不采样)设置。教程4会介绍移动窗采样的具体操作，其他采样方法在教程6中也有介绍。在No Sampling选项下勾选Patch, Class, Landscape三种指数。请注意三种指数至少勾选其一，否则在计算时软件会报错，同时注意只需勾选你想要计算的指数类型即可。某些应用只涉及到斑块级别的景观指数，例如计算复合种群中每一类种群的空间特征。某些应用只会涉及类型级别的景观指数，例如计算某种地类的破碎度。同样的，还有一些应用只会涉及景观级别的景观指数，例如评估整个景观内的异质性。当然，不排除某些应用会同时涉及一种以上的景观指数。

此外，在No sampling下面还有一个生成斑块ID号的附加选框(Generate Patch ID File)。如果勾选这一选框，Fragstats就会为每一个栅格分配一个ID号。即1号斑块内的所有栅格的ID值都为1, 2号斑块内的所有栅格的ID值都为2，以此类推。每个斑块对应的ID值与输出后的basename.patch文件保持一致。如有需求，basename.patch可以在GIS中集成，但这里不作具体介绍。

６.选择指数

接着便要选择你需要计算的景观指数。如果你在第5步中已经勾选了斑块、类型或景观级别的景观指数，那么你需要再为各个级别再次勾选具体的景观指数。

首先，在用户界面的右上方选框内勾选斑块级别的景观指数。点击Patch metrics并勾选不同指标下的景观指数。你可以按照需要选择某些指数，或者直接选择“select all”亦可。注意：如果在聚集度(Aggregation)指标下选择了邻近系数(proximity index)或相似系数(similarity index),那么你还需要为其指定搜索半径——计算这两个指标需要搜索半径。计算相似系数还需要指定相似性权重表(见下图)。点击[…]可以指定需要的搜索半径，如：500。

接下来，点击Class metrics可以选择类型级别下不同指标内的景观指数。与上述方法相同，你可以按照需要选择某些指数，或者直接选择“select all”亦可。注意，在面积-边缘(Area-Edge)指标下，如果你勾选了总边缘长度(Total Edge)或边缘密度(Edge density)这两个指数，那么你需要对如何处理每种背景或边界细加考虑。缺省情况下，背景不作为真实边缘，但你也可以选择把所有背景都作为边缘，或把某部分背景作为边缘。点击[…]即可对缺省值进行修改。注意：由于(本文)输入的景观自带包界，且不包含任何背景，因此这个问题不会出现。同样的，如果在聚集度指标(Aggregation)下勾选了连通系数(connectance index)，那么你还需要对什么是“连通”设定一个阈值。点击[…]即可设定阈值，单位为米，如：500。

最后，点击Landscape metrics可以选择景观级别下不同指标内的景观指数。与上述方法相同，你可以按照需要选择某些指数，或者直接选择“select all”亦可。注意：在多样性指标下如果选择了相对拼块多度(Relative Path Richness),那么你还需要给定最大地表分类数(或斑块类型数)。点击[…]即可给定该值，例如本例中设定为6。

7.根据情况添加附加信息

如果你选择了核心面积指数(Core area metrics)、对比度指数(Contrast metrics)以及相似系数(Similarity Index)(属于聚集度指标)，那么接下来你还需要为这些指数填上附加信息。一旦不填或填错，软件就会报错，分析过程也将中止。这些附加信息是否有意义取决于你要做的应用研究的类型，因此未设置缺省值。

使用文本编辑器打开用户手册里的edgedepth.fsq文件。需要注意的是，Fragstats可以识别.fsq类型的附加信息文件，但这一类型并非必需。以逗号分隔的ASCII文件内含每一对土地利用类型/斑块类型的边缘深度效应距离(depth-of-edge effect distance)。文件必须以FSQ_TABLE作为首行，以下可能有多行以#开头的注释语句。文件中还必须包含名称的全排列(如土地利用类型名)，或包含与每种土地利用类型相对应的地类值。需要注意的是，二者仅需其一即可，两种同时存在(如下图所示)时只以第一种为准。针对前一种(包含名称的全排列)情况，栅格中包含的全部类应悉数列出。如果名称列中有栅格中不存在的土地利用类型名，那么它们在计算时会被自动忽略;同样，如果列举的名称不完全囊括栅格中所有土地利用类型，那么边缘深度(edge depth)将默认为0值。

写完了名称列之后，下面紧跟着要写明每对地类的边缘深度。行代表目标地类，列代表相邻地类。例如，本例中第四行的目标地类是森林(在名称列中排第四)。空地(Open)渗透进森林的边缘效应是100m，居民地(Resident)渗透进森林的边缘效应是50m，下同。注意到本例中仅有森林受到了邻近地类的边缘效应。

点击Ege depth Browse，选择edgedepth.fsq即可使用手册中提供的edgedepth文件。

contrast.fsq和similarity.fsq的设置方法与此类似。

8.【视需要】保存模型

接下来你可能需要将此设置好的模型进行保存，备作以后使用。一般来说对现有的文件进行修改会比从零开始设置要容易得多。记得在设置参数的过程中时不时地点击Save或Save as对模型进行保存。

9.运行模型

接下来要做的就是运行模型。直接点击Run按钮，或从“Analysis”的下拉菜单里就可以打开运行窗口。运行窗口里面包含分析类型(本例中选择的是No sampling)以及斑块、类型及景观各个级别内勾选的指数数目。如果这些信息无误，那么点击Proceed按钮就可启动运行，否则点击Cancel再对模型设置进行调整。在本例中，一共有75个斑块级别指数、109个类型级别指数以及116个景观级别指数参与了计算，这是因为我全选了所有级别的指数。

10.查看结果

注意到用户界面右下角的运行日志(Activity log)。如果计算顺利，那么你可以在日志中看到计算停止时间，以及整体所用时间。点击右上角的Results按钮就可以在斑块、类型和景观级别下分别查看对应的景观格局指数。

软件说明

1. Fragstats3.3和4.2区别：

Fragstats软件包含了许多常用的景观生态学指数。这些指数类型庞杂，计算方式复杂，许多指数冗余，互相矛盾，使用条件苛刻。如果不能很好理解所用指数的公式、局限性和解释方法，使用起来常常捉襟见肘。

笔者使用Fragstats软件的时候，Fragstats4.2还未在网络上流行，那时候使用的是Fragstats3.3。Fragstats4.2在3.3的基础上改进使用界面，变得友好不少，同时，一些公式进行了细微的调整，例如SHAPE指数。之外二者并无太大区别。

2. 数据转换与导入：ARCGIS 10.3

Fragstats新建工程之后会出现Add layer从而选择输入的格式。比较常用的就是ASCII、ARCGIS的grid、ESRI grid 和 tif图。一般来说，并不是一般的图都可以跑，输入的图必须带有以下信息(行列信息，波段信息，背景值信息，像元大小信息)。我一般是导出tif图。因为无论是ASC码，还是grid图都可在arcgis中转出tif，tif图容错性强，可以节省很多时间(如果要用arcgis/arcview的grid图，需要设置环境变量网上有很多教程)

注意：①导入Fragstats之前要检查图是否具有不同类型斑块，之前很多人发黑图给我，然后问我他们的Fragstats为什么跑不出数据，我欲哭无泪 ②强调：所有的输入地址不能含中文，也不能太长，否则会报错，最好在根目录下跑。

3: Feature to Raster（矢量转栅格）

在arcgis中就可以矢量转栅格：ArcToolbox-Conversion Tools-To Raster-Feature to Raster。当然在此基础上要填入：输入矢量图，矢量图字段(因为栅格图只有一种属性)，输入栅格图位置以及名字，还有就是输出栅格图像素大小(以m为单位，太小的话，我可救不了你的电脑——!ps:已经有同学由于输入数值过小导致Fragstats无法读出tif图事件，建议朋友导出像素1m以上)

4 TIF等格式数据导出

直接右击图层，就可以通过raster图输出，各种图像，格式如图

注意，①location最好不要有中文②Name不要过长

5 三个尺度：景观、类型和斑块

Fragstats输出输出结果是分为三个层次的：景观、类型和斑块。由图可知这个景观(图5)(L1)有5个类型(43、101、107、108和110)。其中，107有5个斑块分别为ABCDE，43有1个斑块F。那么，计算ABCDEF的值(例如，计算ABCDEF的面积)，就是在斑块上的计算;计算43的值(例如，43的面积=A+B+C+D+E)，就是在类型上的计算;计算景观L1的值(例如L1的面积=43+101+107+108+110)，就是在景观上的计算。不同指数计算结果在不同层次上。

6 其他

另外需要注意的是①邻域规则、②边缘计算规则、和③背景值规则。此处不再多说。

更新日志

fragstats 4.2.1更新：

1、修复帮助文件中阻止图形/图像显示的错误。

2、修复均匀瓦片采样选项中的错误，导致外部单元格的值等于零，图块的单元格数略有变化。

3、修复在补丁周长非常大时导致PERIM_LSD值错误的问题。