基于GIS技術(shù)的城市綠地景觀格局動(dòng)態(tài)變化1)
——以哈爾濱市主城區(qū)為例

劉鐵冬

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

張佳佳

(北京山水風(fēng)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司)

李羽佳

(東北林業(yè)大學(xué))

基于GIS技術(shù)的城市綠地景觀格局動(dòng)態(tài)變化1)
——以哈爾濱市主城區(qū)為例

劉鐵冬

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

張佳佳

(北京山水風(fēng)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司)

李羽佳

(東北林業(yè)大學(xué))

以哈爾濱市香坊區(qū)、南崗區(qū)、道里區(qū)、道外區(qū)為研究對(duì)象，以2005年和2011年的QuickBird高分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過(guò)Erdas Imagine 9.0軟件的校正配準(zhǔn)、裁切等處理后，在ArcGIS 10軟件的支持下對(duì)研究區(qū)兩個(gè)時(shí)段的綠地信息進(jìn)行提取、賦值，并制作成專題圖，在Fragstats3.4軟件支持下，對(duì)綠地面積、斑塊數(shù)、斑塊平均面積、單一景觀類型動(dòng)態(tài)度、斑塊密度、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)、人均公園綠地面積、綠地率等指標(biāo)進(jìn)行研究，結(jié)果表明哈爾濱市綠地面積不足、綠地率和人均公園綠地面積低、綠地分布不均衡等。

GIS；城市綠地；景觀格局；哈爾濱市

Taking Xiangfang District, Nangang District, and Daowai District in Harbin as study zones, with all data based on 2005 and 2011 Quick Bird high resolution imagery, we used Erdas Imagine 9.0 software with registration correction, cropping to extract and assign two periods of green land information by ArcGIS 10, and make them into thematic maps. With Fragstats3.4 software support, we studied the green area, the number of patches, mean patch area, a single dynamic degree of landscape types, patch density, diversity index, dominance index, evenness index, the per capita green area parks, green rate and other indicators. In Harbin, the green land is lack of quantity, greening rate and per capita parkland rate is low, and the green land distribution is uneven.

城市綠地系統(tǒng)是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，是完善城市生態(tài)功能和維持自然生態(tài)平衡的關(guān)鍵要素，也是衡量城市居民生活環(huán)境的重要標(biāo)志，其布局合理與否直接影響到城市生態(tài)環(huán)境、景觀效果以及城市的可持續(xù)發(fā)展[2-7]。

城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的研究開始于19世紀(jì)末英國(guó)學(xué)者霍華德的“田園城市”理論，之后出現(xiàn)了“衛(wèi)星城鎮(zhèn)”理論、“鄰里單位”理論、“機(jī)械城市”理論、“有機(jī)疏散”理論；二戰(zhàn)后，英國(guó)實(shí)施了環(huán)形綠地規(guī)劃模式和綠地網(wǎng)絡(luò)(系統(tǒng))模式，美國(guó)華盛頓和丹麥哥本哈根實(shí)施了楔形綠地發(fā)展模式[8-10]。我國(guó)的綠地系統(tǒng)研究和實(shí)施工作起步于20世紀(jì)50年代，多是借鑒前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)與理論，城市綠化工作發(fā)展較慢。1990年，錢學(xué)森提出了“山水城市”。1992年，國(guó)務(wù)院頒布了《城市綠化條例》。同年，我國(guó)開展了“國(guó)家園林城市”創(chuàng)建活動(dòng)，綠地系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)逐漸融入了生態(tài)理論和風(fēng)景建筑學(xué)理論，GIS技術(shù)逐漸在北京、深圳、南京、廈門等城市的綠地研究中得以應(yīng)用。2002年和2010年，建設(shè)部分別頒布了《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》和《城市園林綠化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)志著我國(guó)綠地系統(tǒng)規(guī)劃及建設(shè)步入了正規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化的道路，極大的推動(dòng)了我國(guó)城市綠地建設(shè)[11-16]。

哈爾濱市的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃與研究工作起步于20世紀(jì)90年代末，研究的方法簡(jiǎn)單、先進(jìn)的技術(shù)手段應(yīng)用較少，規(guī)劃成果真正實(shí)施的較少。為了改變目前現(xiàn)狀、完善和優(yōu)化哈爾濱市城市綠地系統(tǒng)布局、加快哈爾濱市城市綠化建設(shè)的步伐進(jìn)行了此研究。

1 研究區(qū)概況

哈爾濱市地處黑龍江省中南部(125°42′～130°10′E，44°04′～46°40′N)，位于松嫩平原東端，是中國(guó)東北北部政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通、科教、醫(yī)療、旅游中心。本研究主要以哈爾濱市主要建成區(qū)為對(duì)象，包括道外區(qū)、香坊區(qū)、南崗區(qū)、道里區(qū)4個(gè)區(qū)，由于2005年和2011年哈爾濱市行政區(qū)劃有所不同，為了便于研究和數(shù)據(jù)分析比較，行政區(qū)劃以2011年為準(zhǔn)，即道外區(qū)包括原太平區(qū)，香坊區(qū)包括原動(dòng)力區(qū)。研究范圍界定：北起松花江，西至陽(yáng)明灘大橋，南至城市鐵路沿線，東至化工路。研究區(qū)總面積為162.94 km2，其中香坊區(qū)面積為42.05 km2，道里區(qū)為34.70 km2，南崗區(qū)為58.52 km2，道外區(qū)為27.67 km2，且南崗區(qū)的面積最大，而道外區(qū)的面積最小。

2 研究方法

研究以2005年和2011年的QuickBird高分辨率衛(wèi)星影像作為數(shù)據(jù)源，經(jīng)過(guò)對(duì)圖像的裁減、幾何精校正、輻射校正、融合等處理過(guò)程，結(jié)合地面調(diào)查的結(jié)果，運(yùn)用人工解譯的方法提取綠地信息。在ArcGIs10軟件的支持下，按照《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》CJJ/T 85—2002中的分類方法[17]，將相應(yīng)綠地綠地類型進(jìn)行屬性賦值，然后將矢量文件轉(zhuǎn)換為GRID格式后與各城區(qū)界線疊加制作出專題圖(如圖1和圖2)。

圖1 研究區(qū)2005年綠地系統(tǒng)布局圖

圖2 研究區(qū)2011年綠地系統(tǒng)布局圖

研究基于ArcGIS強(qiáng)大的分析功能和Fragstats3.4軟件的計(jì)算功能，對(duì)綠地面積、斑塊數(shù)、斑塊平均面積、單一景觀類型動(dòng)態(tài)度、斑塊密度、綠地率、人均公園綠地面積、綠地率、多樣性指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)均做了計(jì)算和比較分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠地面積

在ArcGIs10軟件的支持下，將研究區(qū)范圍內(nèi)的綠地面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 研究區(qū)綠地面積統(tǒng)計(jì)表

研究區(qū)綠地總面積2011年比2005年有所增加，增加幅度達(dá)到25%；各類綠地面積總量差距較大，按照由高到低的順序依次為：附屬綠地、公園綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地。兩個(gè)年度附屬綠地面積均占總綠地面積的50%以上，公園綠地面積次之，其它綠地面積為0。2005年至2011年，公園綠地和附屬綠地面積有所增加，生產(chǎn)綠地面積無(wú)變化，防護(hù)綠地面積減少0.05 hm2，根據(jù)各種數(shù)量計(jì)算分析，面積減少的原因是遙感數(shù)據(jù)信息提取時(shí)系統(tǒng)誤差造成的。

以上分析表明，目前哈爾濱市綠地建設(shè)水平不均衡，綠化建設(shè)投入不足，新增綠地面積不大，政府部門應(yīng)更多關(guān)注生產(chǎn)綠地和其它綠地的建設(shè)。

3.2 斑塊數(shù)和斑塊平均面積

斑塊數(shù)(PN)在景觀級(jí)別上等于所有斑塊的總數(shù)(即綠地的總數(shù))，PN數(shù)值的大小是對(duì)景觀異質(zhì)性和破碎度的簡(jiǎn)單描述，研究區(qū)斑塊數(shù)見表3。

斑塊平均面積(SMP)：SMP=A/N。A為斑塊總面積，N為斑塊個(gè)數(shù)?？梢杂脕?lái)對(duì)比不同綠地的聚集或破碎化程度，直接地能表達(dá)出平均每塊綠地面積的大小，研究區(qū)斑塊平均面積見表3。

表3 研究區(qū)綠地斑塊數(shù)和斑塊平均面積

從綠地斑塊數(shù)量方面分析，2005年和2011年，綠地斑塊總數(shù)增加了500個(gè)，達(dá)到8.0%，生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地斑塊數(shù)量無(wú)變化。兩個(gè)年度綠地斑塊數(shù)量由高到低依次為：附屬綠地、公園綠地、防護(hù)綠地、生產(chǎn)綠地。從綠地斑塊平均面積方面來(lái)分析，斑塊平均面積有所增加，結(jié)合斑塊數(shù)量增加，說(shuō)明新建綠地單塊面積基本大于平均斑塊面積。兩個(gè)年度，斑塊平均面積從高到低依次均為：生產(chǎn)綠地、公園綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地。結(jié)合綠地斑塊數(shù)量和斑塊平均面積分析，說(shuō)明生產(chǎn)綠地單塊面積較大并且綠地保存較完整，人為影響較小；附屬綠地分布較廣且零散，在哈爾濱市的綠地系統(tǒng)構(gòu)成中占有絕對(duì)重要的位置。

3.3 單一景觀類型動(dòng)態(tài)度

單一景觀類型動(dòng)態(tài)度是指某一研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種景觀類型面積變化情況。

式中：K是某一景觀類型動(dòng)態(tài)度；Ub-Ua是研究期末和研究期初某一景觀類型的面積差；T研究期末和研究期初的時(shí)間差，依據(jù)綠地類型的變化動(dòng)態(tài)度能定量地分析研究區(qū)綠地類型變化的速度(表4)。

從綠地單一景觀類型動(dòng)態(tài)度分析，2005年至2011年，單一類型綠地動(dòng)態(tài)度中，綠地動(dòng)態(tài)度變化最大的為公園綠地6.59%，之后為附屬綠地4.01%，生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地沒有變化。說(shuō)明6 a內(nèi)，哈爾濱市內(nèi)新建綠地主要類型為公園綠地和附屬綠地，生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地沒有新建，建議增大生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地和其它綠地建設(shè)的力度。

3.4 斑塊密度

PD=ni/Ai，PD=n/A。

式中：ni為景觀中斑塊類型i所包含的斑塊數(shù)量；N為景觀中的斑塊總數(shù)，A表示各研究區(qū)域的總面積或景觀的總面積。其值愈大，景觀破碎化程度愈高，空間異質(zhì)性愈大，或者說(shuō)綠地類型多樣，它反映了景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，研究區(qū)綠地斑塊密度見表5。

從綠地斑塊密度來(lái)分析，各種類型綠地的斑塊密度都有變小的趨勢(shì)，結(jié)合各類綠地面積呈增加或不變狀態(tài)，分析出新建綠地單塊面積較大或者原有小塊綠地整合成大塊綠地的較多；各個(gè)行政區(qū)每種綠地斑塊密度變化不大，但綠地斑塊密度數(shù)值差距較大；哈爾濱市各行政區(qū)綠地密度由高到低的順序?yàn)椋旱览飬^(qū)、南崗區(qū)、道外區(qū)、香坊區(qū)；結(jié)合以上分析，說(shuō)明各個(gè)行政區(qū)綠地總量及綠地類型分布不均衡，也能看出各行政區(qū)綠地建設(shè)方向及城市規(guī)劃布局均有較大差別。

表4 研究區(qū)單一類型綠地動(dòng)態(tài)度

表5 研究區(qū)綠地斑塊密度 個(gè)·hm-2

3.5 綠地信息匯總

通過(guò)對(duì)研究區(qū)各種類型綠地信息的提取與匯總，得到研究區(qū)綠地主要信息(見表6)。

表6 研究區(qū)綠地主要信息匯總

2005年至2011年，人均公園綠地面積各行政區(qū)均有所變化。其中，道里區(qū)、香坊區(qū)、南崗區(qū)有所提高，道外區(qū)有所減少，數(shù)量提高的順序從高到底為：道里區(qū)、香坊區(qū)、南崗區(qū)，道里區(qū)人均公園綠地的提高與群力新區(qū)新建多個(gè)公園有直接關(guān)系；各個(gè)行政區(qū)人均綠地面積均有所提高，數(shù)量提高從高到低的順序?yàn)椋旱览飬^(qū)、香坊區(qū)、南崗區(qū)、道外區(qū)，道里區(qū)數(shù)值最高與群力新區(qū)綠地建設(shè)有關(guān)；各行政區(qū)綠地率均有所提高，并且各行政區(qū)綠地率數(shù)值相差較懸殊，截止2011年綠地率從高到低為香坊區(qū)、道外區(qū)、道里區(qū)、南崗區(qū)，綠地率提高數(shù)值從高到低為：道里區(qū)、香坊區(qū)、道外區(qū)、南崗區(qū)；防護(hù)綠地香坊區(qū)和道里區(qū)有所減少，其它行政區(qū)沒有變化，其它類型綠地面積各區(qū)行政區(qū)均有所增加；各行政區(qū)總綠地面積和綠地斑塊總數(shù)均有增加，各行政區(qū)各類型綠地斑塊數(shù)呈不變或者增加的狀態(tài)。

3.6 多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)

多樣性指數(shù)(H)，是用來(lái)度量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜程度的指數(shù)：

式中：n為景觀中的斑塊類型數(shù)，Pi是景觀中斑塊類型。取值范圍為H≥0，當(dāng)整個(gè)景觀僅由一個(gè)斑塊組成時(shí)，H=0；隨著斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布，H值增大，研究區(qū)多樣性指數(shù)見表7。

景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)，是多樣性指數(shù)的最大值與實(shí)際值之間的差值：

Hmax=ln(m)。

式中：Pi是斑塊類型；在景觀中出現(xiàn)的概率，m是景觀中斑塊類型的總數(shù)；Hmax指在各斑塊類型所占比例相等的前提下，多樣性指數(shù)的最大值。D值小時(shí)，表示該景觀是由多個(gè)比例大致相等的斑塊類型所組成，若D值為0，則表明景觀中各斑塊類型所占比例完全相等，即景觀完全勻質(zhì)，研究區(qū)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)見表7。

均勻度指數(shù)(E)：

式中：H是多樣性指數(shù)，Hmax是其最大值。E主要是反映景觀斑塊面積整體分布的不均勻程度，其取值范圍是0

表7 研究區(qū)綠地主要景觀指數(shù)

從多樣性指數(shù)分析，各個(gè)行政區(qū)均呈降低的狀態(tài)，說(shuō)明各個(gè)行政區(qū)綠地結(jié)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單化，結(jié)合以上分析的綠地?cái)?shù)量和板塊數(shù)量的增加，表明綠地系統(tǒng)正逐步形成穩(wěn)定健康的網(wǎng)絡(luò)；景觀優(yōu)勢(shì)度方面分析，香坊區(qū)道外區(qū)呈增加狀態(tài)，說(shuō)明以上行政區(qū)綠地類型趨向復(fù)雜，道里區(qū)和南崗區(qū)沒有變化，說(shuō)明綠地類型和綠地結(jié)構(gòu)沒有變化；從均勻度指數(shù)分析，四個(gè)行政區(qū)均為減少狀態(tài)，說(shuō)明各行政區(qū)綠地類型趨向于單一化、穩(wěn)定化。

4 結(jié)論與討論

哈爾濱市綠地總面積呈大幅度增加狀態(tài)，附屬綠地占總綠地面積的50%以上。綠地斑塊總量呈增加狀態(tài)，生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地總面積和斑塊數(shù)量均未發(fā)生變化。附屬綠地分布分散并且分布較廣，是哈爾濱市綠地系統(tǒng)中重要的綠地類型，但綠地系統(tǒng)布局趨向簡(jiǎn)單化、系統(tǒng)化，綠地類型趨向復(fù)雜化，綠地結(jié)構(gòu)趨向穩(wěn)定化。

哈爾濱市近年公園綠地面積增加最多，生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地?zé)o變化，近年哈爾濱市新建綠地單塊面積較大，原有小塊綠地正逐步整合成大塊綠地。

哈爾濱市各行政區(qū)綠地密度差距較大，各行政區(qū)綠地密度由高到低的順序?yàn)椋旱览飬^(qū)、南崗區(qū)、道外區(qū)、香坊區(qū)，綠地面積呈增加狀態(tài)，人均公園綠地面積和人均綠地呈增加狀態(tài)。

綠地分布不均衡，人均公園綠地面積、人均綠地面積、綠地率指標(biāo)相差較大，新建綠地投資方向差異較大。

研究區(qū)2011年的綠地率為26.0%，遠(yuǎn)低于國(guó)家園林城市綠地率34.0%的規(guī)定，希望哈爾濱市能切實(shí)新增市區(qū)綠地，加大綠化建設(shè)投入，加快國(guó)家級(jí)園林城市建設(shè)的步伐。

研究區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)和官方公布數(shù)據(jù)存在差異，主要是研究數(shù)據(jù)源的分辨率精度和解譯存在偏差等現(xiàn)象造成的?？朔爽F(xiàn)象產(chǎn)生的辦法是使用更高精度的數(shù)據(jù)源，并結(jié)合準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化會(huì)使誤差變得更小，數(shù)據(jù)變得更加翔實(shí)準(zhǔn)確。

[1] 李鋒,王如松.城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)、規(guī)劃與預(yù)測(cè)研究：以揚(yáng)州市為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(9):1929-1936.

[2] 張佳佳.哈爾濱市城區(qū)綠地系統(tǒng)格局動(dòng)態(tài)研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2013.

[3] 劉鐵冬.四川省雜谷腦河流域景觀格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2011.

[4] 李正國(guó),王仰麟,張小飛,等.陜北黃土高原景觀破碎化的時(shí)空動(dòng)態(tài)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(11):2066-2070.

[5] 張凱云,王浩,費(fèi)文君.基于功能適宜性評(píng)價(jià)的城市防災(zāi)避險(xiǎn)綠地體系規(guī)劃：以河北遷西防災(zāi)避險(xiǎn)綠地體系規(guī)劃為例[J].林業(yè)科技開發(fā),2012,26(2):119-123.

[6] 熊和平,陳新.城市規(guī)劃區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃探討[J].中國(guó)園林,2011,27(1):11-16.

[7] 郭春華,李宏彬,肖冰,等.城市綠地系統(tǒng)多功能協(xié)同布局模式研究[J].中國(guó)園林,2013，29(6):101-105.

[8] 李永平,段建南,羅益榮,等.基于ArcGIS和小班數(shù)據(jù)的城市綠地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)管信息系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2013,30(5):44-47.

[9] 束晨陽(yáng),張清華.新時(shí)期城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃探索：以蓬萊市城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃為例[J].中國(guó)園林,2006,22(2):9-14.

[10] 賀坤,趙楊,劉淵,等.基于生境網(wǎng)絡(luò)理念的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃研究：以浙江余姚市中心城區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃為例[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2012,28(31):305-310.

[11] 吳麗娟,周亮,王新杰,等.北京城市綠地系統(tǒng)景觀多樣性分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(2):88-93.

[12] 谷康,王志楠,李淑娟,等.城市綠地系統(tǒng)景觀資源評(píng)價(jià)與分析：以烏海市城市綠地系統(tǒng)為例[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2010,25(2):177-181.

[13] 楊立新.編制城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)應(yīng)采用軟微風(fēng)玫瑰圖[J].中國(guó)園林,2013，29(9):65-69.

[14] 宣功巧.運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)基本原理規(guī)劃城市綠地系統(tǒng)斑塊和廊道[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào),2007,24(5):599-603.

[15] 劉純青,李秀云,谷康.基于GIS技術(shù)的灤南縣綠地系統(tǒng)規(guī)劃[J].中國(guó)園林,2011，27(11):80-83.

[16] 黃靜,趙巖,劉源,等.城市文化在城市綠地系統(tǒng)中的表達(dá)：以武安綠地系統(tǒng)為例[J].林業(yè)科技開發(fā),2009,23(6):117-121.

[17] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.CJJ/T85—2002城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

Urban Green Space Landscape Pattern Dynamic Based on GIS——the Case of Harbin Main City Zone/

Liu Tiedong

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China);

Zhang Jiajia

(Beijing Shanshuifeng Landscape Planning and Design Co., Ltd.);

Li Yujia

(Northeast Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-65～68，74

GIS; Green land; Landscape pattern; Harbin

1) 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(DL12BA15)；黑龍江省教育廳指導(dǎo)項(xiàng)目(12513028)；國(guó)家林業(yè)局項(xiàng)目(2006BAD03A0404)；黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GC10C101)。

劉鐵冬，男，1978年12月生，東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，講師。

2014年3月16日。

S757.4

責(zé)任編輯：潘 華。