RS与GIS在城市绿地景观生态规划中的应用研究.docx
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RS与GIS在城市绿地景观生态规划中的应用研究
RS与GIS在城市绿地景观生态规划中的应用研究
摘要：
在简要介绍RS与GIS和景观生态规划等知识的基础上，论述关于城市绿地景观生态规划的研究内容与现状，并就RS与GIS在国内外城市绿地景观生态规划中的应用优势与现状做了综述，提出了RS与GIS在城市景观生态规划中的应用前景与问题。
关键词：
RSGIS城市绿地景观生态规划
Abstract:
OnthebasisoftheintroductionofsuchknowledgeasRS,GISandlandscapeecologicalplanning,thecontentandstatusaboutthelandscapeecologicalplanningofthegreenspaceincitywasdiscussedinthispaper,thentheadvantagesandstatusofapplyingRSandGISinthelandscapeecologicalplanningwassummarized,theprospectandsomeproblemswasgivenintheendofthispaper.
Keywords:
RSGISgreenspaceofcitylandscapeecologicalplanning
前言
随着社会的发展、城市经济水平的提高，人们已经逐渐认识到人与自然应最大限度地协调统一，用景观生态规划理念来解决城市资源、环境和发展问题成为当今社会的一个重要课题。
如何利用有限的空间，合理优化的布局城市绿地系统，是当前摆在城市绿化工作者面前的一大问题[1]。
合理的景观生态规划是建设生态城市、使城市人文景观符合生态学意义，充满自然性，富有文化内涵的前提。
随着景观生态学和计算机学科的快速发展，人们对景观的自然过程及其与人类活动的关系的认识逐渐加深。
遥感、地理信息系统和计算机技术在景观规划设计中的广泛应用，使得多属性、大范围的景观空间分析和规划、设计更加科学性、合理性。
1RS与GIS的基本知识
RS---Remotesensing的简称，顾名思义即遥远的感知，是20世纪60年代才广泛称谓的名词[3]，遥感技术的基本原理是对地球表面物光谱（光谱扫描仪）或温度（红外扫描仪）特征的记录，通过计算机的数据或图像处理分析地表特征。
我们知道，不同的地面物体，由于其物理性质、化学组成和空间结构的不同，所反射、吸收和发射的电磁波的波长、强度、能量之组合特征明显不同［2］。
根据遥感器所接受的光谱的范围，一般可以将遥感分为可见光遥感、红外遥感和微波遥感。
如果按照飞行器的高度和速度，遥感可以分为航空遥感和航天遥感两类。
前者是靠飞机来运载传感器，后者是靠人造卫星来运载传感器。
除此之外，地面遥感也是获取遥感信息的常用方式之一[3]。
GIS--Geographicinformationsystem的缩写，是在计算机支持下，对空间数据进行采集、存储、检索、运算、显示和分析的管理系统[4]。
其中，采集、储存、分析和传播是一个完整的GIS所必须具备的四大功能，即：
输入、存贮、操作和分析、表达输出[5]。
GIS虽是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析；其发展最早始于地理学领域，是地理学与计算机技术相结合的产物，主要利用计算机技术处理与研究区域地理坐标相关的空间数据问题。
GIS的核心功能在于它的分析与管理，GIS一般可以完成空间信息测量分析、统计分析、地形分析、网络分析、叠置分析、缓冲分析和决策分析等，不同的软件系统可能侧重于不同的功能[4]。
GIS管理的数据可以分成两大类[6]：
（1）空间数据 用来定义形状、位置和空间关系等地理特征。
对这类数据的管理是GIS与其它数据库系统的主要区别。
（2）属性数据 用来定义空间数据所代表的内容，如植被类型、高程、所有权和单位面积产量等。
GIS对这类数据的管理与其它数据库相似。
在GIS中，根据不同的需要把地理数据分层存储，每一层就是一个基本图件，它是地理特征及其相应属性的逻辑集合，称为图层。
图层通常是根据图形类型、属性类型和使用目的而划分的。
每个图层都相当于1张地图，但它与地图又有一定差别，在GIS中，每个图层通常只含有一种特征的图形或一类属性。
GIS中的相关图层是依靠公共地理基础联系在一起的。
有了公共地理基础，两个或多个含有不同信息的图层就可以叠置在一起，对各种信息进行拆分或整合，分析它们之间的相关性。
2景观与景观生态规划
从景观一词出现以来，由于其表象的丰富性，人们对景观的感知和认识也多种多样，所以不同的行业对于景观有着不同的理解，其最初意思是表示自然风光、地面形态、和风景画面。
[]一般对景观的理解主要停留在景观的视觉特性和文化价值，傅伯杰认为景观的概念综合起来具有异质性、地域性、尺度性、和综合性等几个方面的特性[7]。
可见从景观生态学出发的对景观的理解则更关注与景观要素的特征和形成过程，Forman按照景观塑造过程中对人类的影像程度，划分了自然景观、经营景观和人工景观，肖笃宁认为人工景观研究重点是a系统化的空间布局b显著的经济性和很高的能量效率c高度特化的功能d景观的文化特性和视觉多样性的追求[4]。
景观生态规划（landscapeecologicalplanning）是指运用景观生态学原理，以区域景观生态系统整体优化为基本目标，在景观生态分析、综合和评价的基础上，建立区域景观生态系统优化利用的空间结构和模式[4]。
景观规划设计从本质上说是对土地和户外空间的生态设计，生态原理是景观规划设计学（Landscapearchitecture）的核心，从更深层的意义上说，景观规划设计是人类生态系统的设计[8][9]。
然而，由于我国造园发展的历史原因，“景观”这个词语从引入中国以来，一直都存在争论，不同学科背景的科学工作者在景观层面上的研究呈现不同的侧重点，总的归纳为景观的三个层次的研究：
（1）景观形态的研究――包括景观建筑形态，布局，景观材料，园林工程等
（2）景观生态的研究――包括景观格局、功能、动态、规划管理等方面
（3）景观的社会、人文方面的研究
景观规划设计的三个层次：
大尺度――景观规划（landscapeplanning）（多用生态方法进行整体研究）
中尺度――景观设计（landscapedesign）（技术＋艺术占主体地位，生态居次）
小尺度――景园工程（landscapeengineering）（综合考虑生态与艺术因素）
不管是以建筑为基底的景观规划学科，还是以农林为基地的风景园林学科，他们都是在生态规划的大前提下指导他们的实践的，而且最终他们一定会融合成为一门成熟的景观学科，所以拓展以RS和GIS为技术手段的景观生态规划的技术研究范围对于加速景观学科的发展大有裨益。
3城市绿地景观生态规划的研究内容与现状
3.1城市绿地景观生态规划的研究内容
城市绿地是是城市生态系统的子系统，是由城市中不同类型、性质和规模的各种绿地共同构成的一个稳定持久的城市绿色环境体系，具有系统性、整体性、连续性、动态稳定性、多功能性、地域性的特征[10]。
城市绿地景观生态规划主要从宏观和中观两个层次上进行，前者主要就是城市绿地的土地利用的规划，根据景观生态学原理，对城市内部的土地利用类型的布局进行规划和评估；后者是对城市内某一绿地景观类型进行规划，如环境敏感区、绿色生态空间和城市廊道等。
城市绿色生态空间包括城市范围内的一切人工的、半自然和自然的植被及水体，除了公共绿地、住宅绿地、单位附属绿地、道路绿地和生产防护绿地以外，还应该包括城市周边的农田、菜地、果园、防护林、残余的自然或半自然植被和水体等[4]。
从以上的景观生态规划的步骤可以看出，绿地景观的生态规划是一个综合性的方法论体系，其内容主要涉及以下几个方面：
①景观生态调查，包括自然地理因素如地质、水文、气候、生物条件等。
②城市绿地景观现状的分析，包括基于地理学的空间格局分析和基于生态学的生态过程分析两部分。
③景观生态规划及综合管理，包括城市各种绿地景观的规划（边界、绿地斑块、廊道、植物景观），景观动态变化管理与规划调整等方面[4][7][11]。
3.2城市绿地景观生态规划的研究现状
城市绿地景观是在城市园林基础上发展起来，经历了自然萌生、人工创意、公共绿地及生态绿地阶段[12]。
进入21世纪，随着国外各种理论在国内学术界的繁荣，城市绿地景观的研究得到了飞速的发展，从20世纪70年代生态学理论引入城市绿地研究以来，城市绿地建设开始呈现出新特点，从而迎来了以营造改善城市环境及满足景观效应双重为目的的生态绿地阶段。
城市绿地空间布局与格局分析方面，各个城市在进行绿地景观规划中都不可避免的提到了绿地的空间布局，其理论根源直接来源于19世纪中叶至20世纪，欧美国家盛行的公园体系理论和绿带理论[13]，伦敦、莫斯科、巴黎等城市的环城绿带的取了良好的生态效应，迄今国内各大城市已经普遍开展了关于环城绿带的规划项目，其中合肥、上海、沈阳、广州、西安、佛山等城市已取得明显效果[14]，成都、长沙、吉林等很多城市也相继开展此类规划项目[15~17]。
20世纪90年代以后，在RS和GIS技术的支持下，城市景观生态研究逐步开展，对城市景观格局及演化进行分析，城市绿化空间格局的研究有了新的突破，对城市绿化的分析与度量有了定量的认识，从原来的定性描述发展到定量分析的模型预测，通过运用各种定量指标，分析城市绿地景观的空间分布格局，并对景观单元做出生态学评价。
使人们能够对城市景观空间结构进行综合的、多层次的分析[1][4][7][12]，并取得了丰硕成果。
许先升，梁伊任（2003）通过对安阳市绿地景观现状进行分析，探讨了安阳市市域绿色生态景观规划的基本途径，并提出了建立安阳市市域绿地景观生态格局优化的基本思路[18]。
肖荣波等通过选用物种丰富度、绿地分离度、绿化覆盖率等指标，利用主成份分析发，对武钢工业区进行景观格局评价，得出生活区域绿地景观格局最优，工业港次之，主厂区最差，为武钢工业区的进一步景观建设提供了依据[19]。
在城市绿地效益研究方面，早在1998年陈自新等人就北京城市绿地的生态效应作了研究，建立了园林植物计算绿量回归模型，以绿量为基础定量系统研究园林绿地生态效益方面处于国际领先水平[20]，Whitford等在英国Merseyside郡的四个城市用地表温度、水文、碳源汇、生物多样性等四项简单的生态效应指数反映城市化对生态环境的影响，结果显示，在城市各种土地利用类型中，对生态效应影响最大的因素是绿地，尤其是林地的比例[21]，这一结论在Pauleit和Duhme对慕尼黑用高分辨率遥感数据研究城市地表覆被单元及其类型的环境特征中也得到证实[22]。
目前，绿地系统效益评价还处在定性与半定量阶段，定量评价多为一些零散绿地生态功能测定、绿地效益简单经济核算和绿地景观数量化评价，侧重于美学、植物学及生态学方面，这种评价主观性较大；而将城市绿地视为一整体，全面系统地进行区域性城市绿化生态效益研究较少。
在城市绿地评价指标研究方面，近几年的研究十分活跃，已经跳出了我国1979年制定的城市绿地评价的人均公共绿地面积、城市绿地率、城市绿化覆盖面积等二维指标，在理论和实践层次都有了十分巨大的突破，王祥荣、胡聘、刘滨谊、黄晓鸾、孟立君、周延刚等从生态、园林、景观生态学、经济等方面作了大量探索[23~27]，刘云国，刘加利（2004）根据国内外绿地规划指标，结合岳阳市的实际，对岳阳市城市绿地规划指标体系进行了较详尽的研究，认为用城市人均公共绿地面积、城市绿地率和城市绿化覆盖率三项指标来衡量城市绿地系统建设，无法正确地反映出城市绿地系统建设的水平，也不能真实地反映出城市绿地的生态效益和绿化质量，还应包括生态、环境、景观、园林、分布的均匀度、植物结构、配置模式以及规划和管理等方面的内容。
主张不同城市在应用城市绿地指标体系时，应根据各自的情况进行调整[28]。
目前，城市绿量指标日益受到重视，它指生长中植物茎叶占据的空间体积，克服了二维绿化值的不足，更有效反映城市绿地生态效益，使绿地评价向三维化迈进了一步。
周一凡等基于绿量建立了上海市生态环境评价系统，还进行了环境质量预测、绿化方案决策等研究[29]。
周志翔等人以宜昌市中心城区为例，用景观生态学原理，分析了湖北省宜昌市中心城区斑优格局、斑匀格局、廊道格局和对照格局等四种景观结构及其绿地分布格局，选取了气温、相对湿度、环境噪声和大气SO2含量等环境监测指标，观测了不同绿地景观格局下的环境效应，得出从城市绿地规划与建设的可操作性上看，采用绿地斑块平均面积、破碎度指数和绿化廊道面积比例作为衡量城市绿地系统布局合理性指标则更为简便、适用[30]。
俞孔坚提出以景观可达性作为评价城市绿地系统对市民的服务功能的一个指标，为实现以人为本的城市规划思想提供了一个有力的依据，并以中山市作了实例分析，认为可达性分析是对景观评价指标的有力补充[31]。
在城市绿地植物研究方面，目前关于其研究主要集中在[32]：
a木本植物研究，多在栽培、繁殖、及种质资源等方面；b草坪及地被植物的研究，包括他们的优良品种，园林应用等方面；c盆景的研究；d切花、插花和干花的研究；e园林植物种质资源的调查研究；f温室园艺及室内绿化的研究；g植物适应性、耐性和抗性的研究；f植物生理生态及快速繁育研究
4RS与GIS在城市绿地景观生态规划中应用的优势
RS与GIS技术在城市绿地的监测、研究、模拟、评价、规划等方面发挥着重要作用和不可替代的优势，主要体现在以下几个方面：
4.1资料收集与数据共享
在RS图像分辨率与影像质量较高的情况下，应用RS与GIS调查城市绿地效率高，结果准确可靠，能方便的实现图形与数据的相互查询，做出各类专题图，直观的了解城市绿化覆盖率、绿地范围及面积、树种结构、种类及生长状况等，为城市绿地景观规划提供最新的基础数据和图面资料。
部分具有自动统计分析和相应制表智能输出功能模块，大大减轻了统计制表工作量，能进行绿量结构统计分析，有助于景观设计和乔灌草比例调整，提高设计质量。
4.2空间分析与信息提取
现代景观规划中，强调整体性原则，利用方式的确定不仅要考虑其本身的生态特征，还要考虑景观类型与相邻景观单元的空间关系，如何将各因子与景观单元的关系在空间上进行定量描述是解决景观类型利用方向的一个关键，在此基础上才能根据景观生态规划的基本原理，进行合理的规划[33]。
GIS的叠置技术使得这种分析成为可能。
运用图层叠加功能，通过用地属性分解与统计，形成专题图层，根据不同专题图层进行用地开发适宜性评价。
4.3景观表达与评价
用CAD、GIS等技术可将设计的山、水、树、路、建筑等对象置于基地场景，通过视线分析、光线变化、气象模拟、植物生长模拟等手段分析设计不足，并进行动态调整。
用RS、GPS准确地获取的地形、地势、植被、水体、地质等数据通过GIS空间分析，可评价景区植被景观质量，自动做出评价图件。
内嵌于绘图环境的DTM功能及相应三维分析系统，在CAD内部实现了与GIS结合。
根据输入或设计的等高线进行三维地形网格生成，用于坡度、坡向等分析和土方计算，解决绿地规划中有关地形设计与分析的若干问题。
通过这一系列的技术手段，还可以推动绿地美学评价的量化研究[34]。
4.4动态监测与管理
RS与GIS技术用于城市绿地动态监测，其信息范围广、时相一致、准确性高及分布均匀，容易做出绿地各类信息和图件。
用RS获取城市绿化信息和图件，可进行绿化与环境、绿化与人口密度、绿化与建筑容积率等分析，能动态研究绿化的社会、经济及环境效益和园林绿化合理布局。
用卫星TM资料及气象统计资料，结合地图矢量信息，可进行城市热场动态监测和综合分析。
RS、GIS以及GPS的综合应用技术已渗透到风景园林各方面，如将其用于植物生长状况精确监测、施肥控制等方面,这在我国应用尚属空白[35]。
现代信息技术除了以上优势以外，在园林育种、病虫害防治、景观预测与模拟、古代遗址景观恢复、森林分析等领域也有广阔前景。
5RS与GIS在城市绿地景观生态规划中的应用现状
RS与GIS技术在城市绿地景观生态规划中得到了广泛应用。
RS作为一种获取何更新空间数据的强有力手段，能够提供时效性强、准确度高、监测范围大、具有综合性的定位定量信息，上海市先后在1988年、1994年进行了两轮城市航空遥感绿化调查。
车生泉等（2000年）利用TM数据和Spot数据对上海外环线内城市绿地景观进行了分类研究[36]，并在2002运用景观格局分析、人口状况分析，环境质量分析提出了上海城市绿地景观生态规划方案[1]。
李立（2004）借助ＲＳ和ＧＩＳ方法，基于法国ＳＰＯＴ5号卫星的遥感数据和开封市1:
10000地图等数据，调查了开封市建成区2003年10月的绿地现状。
结果表明，开封市绿地面积比目前开封市政府部门所掌握的数据高17.43%。
其空间分布为:
建成区周边地区比中心地区绿地多，西部比东部绿地多；老城区城墙外比城墙内绿地多，北部地区比南部地区绿地多。
该结果为开封市未来绿化规划提供了新的依据[37]。
陈颖彪，吴志峰（2004）采用基于遥感和GIS相结合的方法，并以深圳市为例，进行了城市绿地特征提取方法的研究和应用分析。
采用高分辨率遥感卫星数据与地理信息系统相结合的方法，可以达到对城市绿地遥感数据的快速特征提取和准确的空间统计分析[38]。
闰利，林宗坚（1999）详细的论述了用彩红外航空影像进行城市绿化覆盖调查的方法，并相对于人工调查方法比较了其优点[39]，赖震刚，田建平等（2003）以真彩航空影像为基础，比较了自动分类与人工分类在城市绿地面积提取中的相同与不同之处，对自动分类在城市绿地面积提取中的可行性与可靠性作了讨论并在实践中应用论证[40]。
白林波、吴泽民等人（2001）应用RS和GIS对合肥市绿地系统进行调查．通过航空相片判读和GIS编辑分析，得到合肥市一环路内、二环路内各类绿地所占比例以及总的绿化覆盖率，同时输出得到若干专题图，为绿化规划和管理提供了依据[41]。
王雪，崔志新等（2004）应用ETM+影像和GIS对佛山城市绿地信息进行了研究，为了提取正确的绿地专题信息，对提取的方法进行了探讨，研究结果表明，佛山市绿地分布很不平衡，并提出了佛山市绿地建设的合理化建议[42]。
GIS是管理空间信息的计算机系统，包括空间数据的输入、存储、检索、运算、分析何输出，具有独特的区域综合、空间分析、动态预测何提供决策支持的功能，RS为GIS提供详实、现势的地理信息何数据，GIS管理和应用这些数据，有针对性的解决问题[4][7]，在景观上他们的应用是综合不能分开的。
况平早在1994年就首次使用GIS技术进行了园林绿地系统规划的适宜度评价，讨论了景观规划中的适宜度评价方法，并以其在北海城市绿地景观规划的实践中该方法应用的过程和结果作了分析[43]。
金丽芳，刘雪萍（1997）以浙江省仙居县内仙居风景区为例介绍了RS与GIS在风景区总体规划中的研究和应用，使用陆地卫星TM影像，并利用非监督分类的方法将风景区植物景观分为14类，统计面积，并探讨应用了栅格法制作规划图件的编制[44]。
Jerry等以美国得克萨斯州为例，运用RS和GIS技术，针对城市绿地景观，适用Fragstats软件包进行景观格局指数计算，并对景观结构进行了分析[45]。
周挺刚，郭达志（2003）在GIS支持下对宁波市城市绿地景观缀块的等级与分布、空间结构的度量进行了研究和分析．并对该市的城市绿地景观按行政单元进行了综合评价。
研究结果表明江东区景观结构最佳，海曙区次之，江北区较差，全市总体上较好。
研究结果为宁波市城市绿地景观生态系统的规划、设计提供了生态学依据，为“生态园林城市”建设提供了理论依据[46]。
于显威，刘玉霞等（2004）在遥感和地理信息系统技术的支持下，建立城市植被信息库，并在此基础上，完成城市植被景观单元制图、时间分布的动态监测和植被景观特征分析与评价，从而为城市植被景观的评价以及城市绿地景观生态规划和管理提供依据[47]。
卢文喜，李娟（2004）将GIS软件与VB相结合，并应用到城市绿地管理领域，开发出长春市城区绿地信息系统．该系统不仅具有地图管理、属性查询、空间目标查询等地理信息系统的功能，提高了长春市绿地管理的信息化水平，为城市绿地的建设、管理和规划提供了可视化的支撑工具[48]。
杜军，林孝松在arcviewGIS基础平台上主要介绍了在校园环境规划中DEM的建立方法，及对其在校园规划中的应用进行了探讨，并以某高校为例，通过建立其数字高程模型的地形图数字化方法绘楚校园地理专题如，并进行三维立体直观感受分析利用，对校园环境规划的信息化进行了研究[49]。
周文佐，潘剑君等应用RS和GIS技术对南京城市生态绿地格局进行分析研究。
研究中试用NDⅥ参与的波段与其它波段组合对南京城市植被进行解译，效果较好。
研究结果表明，南京生态绿地分布很不平衡。
并提出南京生态绿地建设的合理化建议[50]。
而周廷刚，郭达志等人（2003）则针对NDVI在城市绿地调查中的精度问题，提出了针对城市绿化航空遥感调查新的植被指数———非线性彩红外植被指数（NCIVI）,并应用于宁波市城市绿化调查。
研究结果表明，NCIVI对城市绿化提取效果明显优于NDVI,正确提取率可以提高3.5%[51]。
候碧青（2004）应用3S技术，选择Qucikbird高分辨率卫星数据，调查株洲市城市园林绿化现状，基于GIS信息高速公路，实现城市绿地系统规划、管理的动态化、可视化[52]。
针对城市郊区森林公园总体规划进行研究，石军南2001年在《DEM生成及在存森林公因规划中的应用》中，主要阐述了利用地形图生成DEM的研制原理和方法[53]。
Sigrid选择蝙蝠、蟾蜍、啄木鸟作为景观空间格局生态功能的指示物种，分析植被斑块的形状、连接度等对动物行为的约束作用，该研究利用GIS景观可视化技术，根据已有的动物行为规律研究，建立直观的动物移动路径模型，示了GIS可视化技术在研究景观格局对动物行为方面的巨大潜力[54]。
陈洁，张杰等（2004）利用GIS缓冲区分析功能，统计分析了青岛市部分地区绿地及其缓冲区状况，以此分析了绿地及其影响面积。
改变了衡量城市绿化水平主要依据人均绿地面积这一指标的现状，将使城市绿化水平的衡量更加全面和合理[55]。
RS与GIS在城市绿地中的应用仅仅是他们强大功能在一个方面的体现，当然要完全体现RS和GIS的优点还必须有GPS在功能上的辅助，GPS具有提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置以及时间数据的功能，其不仅能准确地量测明显地物的精确地理坐标，为遥感图像地几何校正提供准确地地面控制坐标，而且能够提供各地类地精确经纬度坐标，为遥感图像分类提供准确数据。
6Rs与GIS在城市绿地景观生态规划应用中的问题讨论
由于RS和GIS在地理信息处理上的出色表现，一方面取代了传统的手工作业，节省了大量的时间和精力；另一方面，借助软件出色且功能多样的分析技术为规划提供了更具科学性、效率更高的决策依据，但是将RS与GIS全面应用到景观规划设计当中支持规划决策，就目前的研究还与国际先进水平具有很大的差距，GIS在未来的规划中还需要与传统的规划方法进行更深入的融合，将土地管理、地质水文、生态景观管理众多方面提供决策支持，进行诸如生态演替模拟，景观三维再现，土方填挖等一系列的分析研究。
同时遥感图像同物异谱，异物同谱问题对绿化现状调查所不可避免的误差也造成了城市绿地景观分析上的准确性受到影响[]。
如果将城市绿地景观生态规划过程分解为：
分析和诊断问题，未来预测，解决问题三个方面的话，
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