摘 要: 以哈尔滨市为例,采用遥感和地理信息系统相结合的方法来评价城市绿地信息. 使用航空像片提取城市绿地相关信息,结合评价模型,进行局域绿地评价;使用卫星图像,经过密度分割、多光谱合成、温度反演等过程,获得哈尔滨市地表辐射温度专题图和绿地分布专题图等,用于区域绿地评价;使用组件式开发方式构建了本系统. 本系统模拟和表达了城市绿地系统的空间分布与结构、城市热力场空间格局、绿地系统与热岛效应的空间关系,为城市绿色生态体系建设和规划决策提供所必要的信息.
关键词: 城市绿地;遥感;地理信息系统;局域评价;区域评价
The research and implement of urban green land env ironment
programm ing & dec ision-making support system
WANG Ni-hong, YUE Tong-hai
( Information and ComputerEngineeringCollege, NortheastForestryUniversity, Harbin 150040, China)
Abstract: This article takes Harbin as an examp le, researches the method of using the integrated technique of RS and GIS to app raise the city greeland. With aviation p ictures, we can withdraw the city greenland related in-formation, unite with app raisalmodel to carry on local greenland evaluation; with satellite p icture, after density slicing, multi - spectra synthesis, temperature retrieval p rocess and so on. , we can obtain the thematic image of heat radiation, greenland distribution, and so on, then carry on regional greenland evaluation; use component based p rogrammingmethod to develop the system. Thus we can simulate and exp ress the spatial distribution,structure of urban greenland system, urban thermodynamic spatial pattern, the spatial relations of greenland sys-tem and heat island effect, then p rovide the essential information for the urban green ecology system.
Key words: urban greenland; RS; GIS; local evaluation; regional evaluation
以树木为主体的城市绿地系统是城市生态系统的重要指标,对改善城市生态环境,调节城市化进程带来的负面影响有着巨大的作用,城市绿地系统能够削减空气污染、净化空气、进行能量转换、固定碳元素、缓解城市“热岛效应”,等等. 本文以哈尔滨市为例,探讨在现代高新技术支持下构建城市绿地生态环境空间信息系统的方法.
1 系统的构建
1.1 研究方法及技术路线
以森林生态学、园林规划设计、景观生态学和计算机科学等相关学科知识为基础,运用系统模拟方法和3S技术,重点突破和研究城市绿地系统专题分析模型与GIS系统工具的集成、GIS应用系统的环境模式和系统构建的技术方法;代写硕士论文研究应用遥感影像提取城市绿地及热力场空间分布信息的技术方法,研究城市绿地生态环境的评价指标体系、绿地分布与热力场空间格局关系、城市生态环境控制及空间分布优化的技术方法;实现系统设计→软件开发→应用系统平台建立→系统集成的技术路线.
1.2 系统数据库设计
1.2.1空间数据配准
空间数据配准的过程就是把不同的数据层配准到一个共同的坐标系统中,或配准到用来作为标准的数据层. 本系统将所有的数据配准到一个共同的坐标系统中. 本系统采用的坐标信息如下:克拉索夫斯基椭球体,北京1954 坐标系, Trans-verseMercator投影.
1.2. 2数据格式转换
本系统使用的数据来源于不同途径,有购买的,有矢量化获得的,有通过其他数据派生的,数据格式不尽相同. 在构建数据库时需要将其统一成一种格式进行存储和使用,如表1所示.
表1 数据格式说明表
数据类别文件类别原始格式标准格式
属性数据文本文件* . txt* . mdb
表格文件* . dbf* . mdb
图形数据图形文件* . dxf, * . tab,* . shp长二进制格式
图像文件* . jpg, * . img, * . tiff * . geotiff
1.2.3数据字典的建立
数据库的建立还需要数据字典的支持,尤其是局域评价中用户需要通过判读输入属性数据,属性数据对应的编码由数据库模块的“属性信息”提供. 在树种信息库的建立过程中,对各树种的属性信息也进行了分类和编码.
1.2.4属性数据库的建立
与空间图形数据对应的是属性数据,系统中使用的属性数据部分来源于现有数据,部分通过用户输入得到,部分使用已有的数据通过属性表的连接生成.
1.3 系统模型库设计
2.3.1传统绿地结构评价模型
园林绿地评价指标可以反映城市绿地的质量与绿化效果. 本系统吸收了传统的绿地分类方法,采用以下指标作为衡量城市绿地水平和城市环境质量的标准[ 1 ] :
①绿地总面积; ②人均绿地面积;③绿化覆盖率; ④绿地率;⑤公园绿地面积; ⑥人均公园绿地面积.
1.3.2景观生态学基础上绿地系统的评价模型
以景观生态学为基础的斑块(点) 、廊道(线) 、本底(面)的分类方法对应着相应的评价指标体系来反映绿地景观的优劣[ 2 ] :
①多样性指数H (Heterogeneity) ;
②均匀度指数E ( Evenness) ;
③优势度指数D (Dominance) ;
④破碎度指数F ( Fragmentation).
1.3.3局域储碳能力的评价模型
森林或城市森林的储碳能力取决于组成群体树木的树种、株数、年龄等因素. 参照CityGreen的储碳、固碳模型,经修正得到以下模型:C储= S ·T·N储, C 固= S ·T·N固.式中: S为研究区面积(公顷) ; T为树木覆盖率(百分数) ; N储为储碳因数(吨/公顷) ; N固为固碳因数(吨/公顷. 年) .
1.3.4局域绿地调温作用的评价模型
应用TM - 6卫星影像研究了城市主要地物辐射温度,研究认为不同类型地物的极值比和降温率可以作为评价局域绿地缓解热岛效应能力的指标[ 3 ] . 如果以建筑物作为城市本底,则可把它作为测定不同地物降温率的基础,其降温率为零.ap = Σni =1( spi·tpi) /100.
式中: ap为平均降温率; spi为第i种地物覆盖率;tpi 为第i种地物降温率; tpi = ( d0 - di ) / d0 ,d0 为城市本底(建筑物) 温度; di 为第i种地物类型平均温度.
2 系统功能介绍
本系统采用GIS组件进行开发,采用W indows系列操作系统,采用Intergraph公司的GeoMedia软件组件作为系统的开发组件,空间数据处理使用GeoMedia Pro, 遥感影像的处理使用ERDAS软件,采用Microsoft Visual Basic 作为开发语言,Microsoft Access作为数据库,编制高质量、高效率的应用软件. 系统结构见图1.
2.1 基础模块
基础模块的界面设计采用了Windows的窗口设计方式,使用菜单栏和工具栏相结合的方式实现,为了使空间数据的显示更为灵活方便,系统在设计时采用了多文档界面,即可同时打开多个地图窗. 基础模块包含视图、编辑、插入、分析、图例、数据仓库等模块.
2.2 空间数据库模块
空间数据库模块主要用于管理各种不同类型的数据,实现多源数据无缝集成. 实现了以下功
能:
(1)记录操作模块: 主要提供对记录的增、删、改.
(2)字段操作模块: 主要提供对字段的增、删、改.
(3)排序模块:按选中字段进行升序、降序的排序操作.
(4)记录选择模块:提供了对记录的全选、反选、选中记录上移等操作.
2.3 专题分析模块
专题分析模块是整个系统的核心. 本系统的专题分析模块主要借鉴了以往的一些研究成果,包括景观生态学以及其它学科的评价指标,借鉴了国外成功先例CityGreen的评价模型,并根据本地区的实际情况形成了适合本地区的评价模型.专题分析模块包括局域评价模块和区域评价模块,在进行局域评价时主要通过航空像片提取矢量类型的绿地信息进行分析和评价;而在进行区域评价时主要使用了通过处理卫星像片获得的栅格格式的热力场专题数据和绿地斑块专题数据进行查询和分析.
2.3.1局域评价模块
(1)创建评价库:为局域评价新建一个数据库,专门存放局域评价过程中生成的各图层,以及
使用的航空像片.
(2)提取空间信息:以航空像片为底图,通过目视判读、矢量化,提取绿地相关的空间图形信息
和属性信息.
(3)统计图层信息:对判读生成的各图层进行统计计算.
(4)城市绿地评价:系统提供了三种性质的评价模型:绿地结构评价模型、基于景观生态学的评价模型、绿地功能评价模型[ 4 - 5 ] .
(5)输出评价报告:对以上评价过程生成一个总的评价报告.
2.3.2区域评价模块
区域评价模块使用的数据为通过航空像片和卫星像片处理后生成的,主要包括热力场格局数
据和绿地相关数据. 区域评价模块主要提供了以下几方面的功能[ 6 ] :
(1)结构评价:系统提供了传统绿地评价指标的评价结果.
(2)可达性分析:主要用于评价公园分布的合理性,可以采用距离进行度量,也可以采用成本. 本系统中采用距离值作为衡量标准. 由用户给出距离范围,系统将以公园分布位置为中心,用户输入的距离为服务半径,生成一个缓冲区. 位于缓冲区范围内的部分,可以方便为居民提供服务;缓冲区以外范围比较大的区域则应该在今后的规划中设置公园.
(3)绿地合格率分析:主要用于评价各单位绿地率是否达标,对于严重不达标的单位亮红牌,对于不达标但接近达标的单位亮黄牌,对达到或超过国家标准的亮绿牌.
(4)绿地率查询:对城市各点的绿地率及温度值进行查询,从而分析绿地率和温度值之间的关系.
(5)温度值查询:对城市各点的温度值及地物类型进行查询,从而分析不同地物和温度值之间的关系.
(6)区域查询:在选定的图层内部选取若干个点,查看各点的温度值和绿地率值以及最高、最低值、平均值,根据各点信息生成绿地率和温度值关系图.
(7)各区热辐射图:根据从卫星像片获得的热辐射数据生成各区热辐射图.
3 结 语
本系统不仅可以作为一个面向城市绿地评价的专业地理信息系统软件,还可以作为一个通用的地理信息系统平台使用. 系统设计虽是以哈尔滨市为切入点而建立的,但其理论、研究方法和技术手段等均适合与其他城市,所不同的就是相关的地理信息等数据,因此本系统的研究成果可以推广到其他城市.
参考文献:
[ 1 ]李满春. 基于RS、GIS的城市绿地生态效益评价与预测模型[ J ]. 中国环境检测, 2003, 19 (3) : 48 - 51.
[ 2 ] 肖荣波. 3S技术在城市绿地生态研究中的应用[ J ].生态学杂志, 2004, 23 (6) : 71 - 76.
[ 3 ] 胡远满. RS与GIS在城市热岛效应研究中的应用[ J ]. 大气污染防治, 2002, 28 (110) : 1 - 3.
[ 4 ] 严晓. 城市绿地系统生态效益评价指标体系初报[ J ]. 浙江林业科技, 2003, 22 (2) : 68 - 72.
[ 5 ] 刘滨谊,姜允芳. 中国城市绿地系统规划评价指标体系的研究[ J ]. 城市规划汇刊, 2002, 138 (2) : 27 - 29.
[ 6 ] 王霓虹,范艳芳. 一种研究城市热岛效应的遥感和地理信息系统的方法[ J ]. 哈尔滨工业大学学报, 2004,36 (10) : 1420 - 1423.