基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定研究

李志學，周松林，肖 敏

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基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定研究

李志學1, 2，周松林1, 2，肖 敏1, 2

（1. 湖南城市學院 規(guī)劃建筑設計研究院，湖南 益陽 413000；2. 湖南省城鄉(xiāng)生態(tài)規(guī)劃與修復工程技術研究中心，湖南 益陽 413000）

生態(tài)紅線保護制度是我國為應對日趨嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題而出臺的一項重要制度，對我國生態(tài)文明建設和實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。生態(tài)紅線劃定的方法和技術目前仍處于探討階段，在科學性和操作性等方面存在諸多問題。在此背景下，將地理設計理念引入生態(tài)紅線劃定中，要求生態(tài)紅線劃定注重自然-經濟-社會復合影響、強調區(qū)域虛擬空間環(huán)境建設、重視方案結果實時評價等，并建立整體流程框架和信息平臺。研究結果表明，地理設計理念能夠為生態(tài)紅線劃定提供參考。

地理設計；生態(tài)紅線；信息集成；定性定量結合；方案實時評估

“紅線”的概念起源于城市規(guī)劃，指不可逾越的邊界或者禁止進入的范圍，[1]“生態(tài)紅線”是“紅線”概念在生態(tài)環(huán)境領域的應用和擴展。1872年，為維持生態(tài)系統(tǒng)完整性，美國建立了世界上第一個國家公園黃石公園，20世紀80-90年代，歐美國家先后提出了生態(tài)網絡、生態(tài)保護地、特殊保育區(qū)、特別保護地等與生態(tài)紅線含義類似的概念。[2-6]我國首次提出生態(tài)紅線并得到實際應用是2005年廣東省頒布實施的《珠江三角洲環(huán)境保護規(guī)劃綱要（2004-2020）》，[1]2011年開始，國家先后通過黨的代表會議精神、法律法規(guī)、行政規(guī)章、政策文件、技術標準等形式，將生態(tài)紅線劃定與管理提升為國家戰(zhàn)略。[7-9]

關于生態(tài)紅線劃定的方法與技術，2015年環(huán)境保護部印發(fā)《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》（環(huán)發(fā)[2015]56號），提出了依據生態(tài)功能重要性評估與分級結果劃定生態(tài)紅線的方法。[10]當前我國生態(tài)紅線劃定主要依據該技術指南，基于GIS和RS技術，采用“重要生態(tài)保護范圍識別→生態(tài)環(huán)境評估→生態(tài)保護紅線劃定”的方法，[9-18]部分采用基于相關規(guī)劃成果劃定紅線方法[7]和自上而下紅線指標分解方法。[19]現(xiàn)有生態(tài)紅線劃定方法和技術已進行了大量實踐應用，但依然存在以下問題：一是紅線劃定以生態(tài)環(huán)境定量評價結果為依據，缺少定性分析和多類型信息綜合影響分析；二是紅線劃定強調區(qū)域自然屬性，忽視人的作用和影響；三是紅線方案缺少實時評估評價機制，實施操作存在困難。

地理設計（GeoDesign）是近年來由規(guī)劃設計和自然科學領域學者共同提出的新概念，[20]強調集成項目范圍內各類自然與社會要素信息層、突出設計過程中的地理分析，最終目標是實現(xiàn)設計方案的實時、動態(tài)評價。[21]本文通過提煉地理設計核心思想和理念，并結合當前我國生態(tài)紅線劃定中存在的問題，探索將地理設計應用于生態(tài)紅線劃定的思路和方法，旨在為后續(xù)相關研究提供參考。

一、地理設計核心理念分析

地理設計概念于2008年提出，相關含義、方法、技術等內容目前還處于討論之中，但近年來地理設計的研究十分熱門，大量研究成果和應用案例不斷出現(xiàn)。通過查閱相關文獻，進行分析歸納，結合現(xiàn)有研究成果和實踐經驗，將地理設計核心理念總結歸納如下：

（一）二三維一體化虛擬地域模型建設

以測繪、國土調查、遙感、無人機攝影測量、三維建模等作為數(shù)據來源，經過統(tǒng)一數(shù)據結構和坐標系、建立元數(shù)據等標準化處理，建設包括二維平面數(shù)據和三維模型數(shù)據的空間數(shù)據庫，在GIS平臺中進行集中存儲和分層管理。疊加二維數(shù)據和三維數(shù)據，在計算機中進行數(shù)據可視化、二三維瀏覽和空間分析，建立模擬研究區(qū)真實狀況的虛擬模型。

（二）信息綜合集成，定性分析與定量評價結合

在空間數(shù)據庫中存儲自然地理、生態(tài)環(huán)境、社會經濟、歷史文化等數(shù)據，在GIS平臺中集成數(shù)據。數(shù)據類型包括矢量、柵格、文本、影像，數(shù)據具有相同的空間坐標系，文本和影像數(shù)據通過屬性字段關聯(lián)空間對象。以現(xiàn)有數(shù)據資料為基礎，綜合運用分析和綜合、比較與分類、歸納和演繹等邏輯方法，進行定性分析。基于二三維空間數(shù)據，采用空間數(shù)學建模方法，進行定量評價。綜合定性分析與定量評價結果，形成分析結論，為方案決策提供參考。

（三）方案集成研討與動態(tài)評估

在公共網絡中發(fā)布設計方案，提供專家、領導、設計師、社會公眾在線討論平臺，篩選收集合理建議和意見，改進設計方案。在GIS平臺中構建地理設計實時評價模型庫，模型庫集成經濟、社會、環(huán)境等評價模型，通過輸入基礎數(shù)據圖層和方案圖層，實時計算輸出分析結果。分析評價結果與標準、規(guī)范、目標、問題等的符合情況，以及不同方案評價結果的對比情況，調整或確認設計方案。

二、基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定整體框架

基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定是一項復雜的系統(tǒng)工程，面向生態(tài)紅線全生命周期，總體上包括前期準備、方案構思、方案研討、實施管理4個階段，各階段共享相同數(shù)據，執(zhí)行相同標準，采用相同平臺。生態(tài)紅線的決策是一個循環(huán)反復的過程，決策中需要不斷進行方案編制和方案評估，需要不斷增加定性分析條件和定量評價類型，直至通過方案評審，形成最終成果。

圖1 基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定整體框架

采用現(xiàn)場踏勘、部門調研、座談、訪問、問卷調查等方式，收集研究區(qū)基礎地理數(shù)據、專業(yè)行業(yè)數(shù)據、三維模型數(shù)據、規(guī)劃數(shù)據等。建立數(shù)據標準，對數(shù)據格式、字段信息、坐標系統(tǒng)等內容進行限定。依據標準，對收集數(shù)據進行編輯處理并入庫。

根據現(xiàn)有研究成果，選擇合適的定量評價模型、方法，進行生態(tài)環(huán)境評價，在數(shù)據庫中存儲評價結果。綜合標準規(guī)范、工程師知識經驗、領導意愿、已有規(guī)劃等定性內容和定量評價結果，在GIS平臺中形成生態(tài)紅線初步方案。

在公共平臺中發(fā)布生態(tài)紅線初步方案，利用方案實時評價模型，選擇景觀、生態(tài)、環(huán)境、社會經濟等類型指標，評價初步方案，根據評價結果調整方案。邀請行業(yè)專家、相關領導、社會公眾在線研討方案，聽取建議，收集意見。綜合分析建議、意見，確定最終方案。

在GIS平臺中存儲、管理紅線范圍成果，檢查新編制規(guī)劃、新建設工程等是否符合生態(tài)紅線保護，利用衛(wèi)片、航空影像等普查紅線保護情況，利用移動設備對保護范圍內違規(guī)建設現(xiàn)場取證。

三、信息平臺建設

基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定信息平臺包括空間數(shù)據庫、GIS平臺、公共研討平臺、生態(tài)紅線管理平臺（見圖2）?？臻g數(shù)據庫是數(shù)據中心，存儲前期研究、生態(tài)紅線劃定、生態(tài)紅線管理的全部數(shù)據。GIS平臺管理空間數(shù)據，包括數(shù)據編輯、坐標系變換、專題圖生成、疊加分析等基礎功能，以及生態(tài)紅線方案勾繪、修改、輸出等功能。通過GIS二次開發(fā)，形成生態(tài)環(huán)境定量評價模型和生態(tài)紅線方案實時評價模型，集成至GIS平臺中。公共研討平臺用于在網絡中發(fā)布紅線方案，組織多人在線研討，收集建議意見。生態(tài)紅線管理平臺以紅線范圍為底圖，通過航空影像比對、空間坐標疊加、結果報表輸出等功能，實現(xiàn)紅線保護動態(tài)監(jiān)測和項目審批。

圖2 基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定信息平臺結構

四、地理設計理念應用于生態(tài)紅線劃定

地理設計指導下的生態(tài)紅線劃定總體框架是理論基礎，信息平臺建設是技術基礎，以此為指導，需要重點探討地理設計在生態(tài)紅線劃定中的具體應用。地理設計可應用于生態(tài)紅線劃定與管理全過程，其中前期分析、方案編制、方案評估是重點應用階段。

（一）生態(tài)紅線劃定中的信息綜合集成

生態(tài)紅線劃定信息涵蓋廣泛，數(shù)據龐雜，根據數(shù)據特征、來源、結構等可將數(shù)據分為社會經濟數(shù)據、基礎地理數(shù)據、行業(yè)數(shù)據、規(guī)劃數(shù)據、新數(shù)據等類型。1）社會經濟數(shù)據：如人口、GDP、建設規(guī)模、居民收入、能源消耗、投資等；2）基礎地理數(shù)據：如地形、水文、氣候、行政、交通等；3）行業(yè)數(shù)據：如土地、水利、地質、林業(yè)、市政、環(huán)保等；4）規(guī)劃數(shù)據：如國民經濟與社會發(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境保護規(guī)劃等；5）新數(shù)據：如網絡大數(shù)據、空間大數(shù)據、物聯(lián)網大數(shù)據等。

通過調研、收集、采集、生產等方式，獲取生態(tài)紅線劃定空間和屬性數(shù)據。將收集的數(shù)據進行整理、篩選和標準化處理，形成統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據格式、邏輯關系、字段結構、坐標系統(tǒng)、元數(shù)據等。將文本型屬性數(shù)據存儲在關系數(shù)據庫中，利用空間數(shù)據引擎（SDE）技術解決空間數(shù)據不能在關系數(shù)據庫直接存儲的問題，實現(xiàn)屬性數(shù)據和空間數(shù)據的一體化集中存儲。在GIS平臺中對數(shù)據進行分層組織，利用GIS平臺的數(shù)據編輯、查詢、導入導出等功能對數(shù)據進行管理和更新，通過專題圖、三維場景等對數(shù)據進行二三維可視化表達。

通過上述數(shù)據收集、標準化處理、入庫、管理、可視化等步驟，形成“數(shù)據庫+GIS平臺”的生態(tài)紅線數(shù)據中心，實現(xiàn)不同來源、不同類型、海量的信息集成，以及研究區(qū)域自然地理環(huán)境和社會經濟狀況在計算機中的虛擬化表達。

（二）定性分析與定量評價

1. 定性分析

利用土地調查、林業(yè)調查、測繪、遙感影像等數(shù)據，提取研究區(qū)植被、水、濕地、農田等生態(tài)資源，分析其優(yōu)勢和不足。根據研究區(qū)社會經濟外部發(fā)展環(huán)境和內部發(fā)展條件，分析其人口、經濟、資源消耗、污染物排放等趨勢。將重要生態(tài)資源區(qū)、生態(tài)調節(jié)區(qū)（生態(tài)功能區(qū)劃）、綠線和藍線（城市規(guī)劃六線控制）以及其他生態(tài)保護區(qū)域進行空間整合，劃定生態(tài)紅線基礎層。

2. 定量評價

采用數(shù)理模型、GIS空間分析等技術，進行以下定量評價：

1）生態(tài)敏感性評價：根據研究區(qū)自然環(huán)境特點和人類活動特征，篩選評價因子，進行單因子評價，并進一步加權疊加單因子評價結果，生成綜合性生態(tài)敏感區(qū)，提取極敏感區(qū)和高敏感區(qū)。

2）生態(tài)脆弱性評價：脆弱性是敏感性與自我恢復能力的綜合，評價方法與敏感性評價相似，區(qū)別在于生態(tài)系統(tǒng)自我恢復能力因子的選取。脆弱性評價生成脆弱區(qū)，提取極脆弱區(qū)和重脆弱區(qū)。

3）生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價：選取生物多樣性、土壤保持、水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能進行單因子重要性評價，通過單因子疊加，生成生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性綜合分區(qū)，提取極重要區(qū)和高度重要區(qū)。

4）生態(tài)適宜性評價：重點進行建設用地適宜性評價和生態(tài)用地適宜性評價，評價方法為基于單因子評價的多因子綜合法，生成建設用地極適宜區(qū)和生態(tài)用地極適宜區(qū)。

5）生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析：將研究區(qū)社會經濟發(fā)展數(shù)據代入相關數(shù)理公式計算生態(tài)足跡，根據研究區(qū)土地利用類型和土地生物生產能力情況，計算生態(tài)承載力。

在GIS平臺中將定量評價結果進行空間疊加，將重點生態(tài)保護區(qū)進行空間求和運算，形成重點生態(tài)保護區(qū)范圍?？鄢ㄔO用地極適宜區(qū)，劃定生態(tài)紅線疊加層。

3. 定性分析與定量評價結合

將生態(tài)紅線基礎層和疊加層進行空間相加運算，生成生態(tài)紅線初步方案。根據定性分析中的社會經濟發(fā)展趨勢預測、定量評價中的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算結果、以及其他相關影響因素（如區(qū)域性重大戰(zhàn)略調整、重大基礎工程建設等），對初步方案進行優(yōu)化。

（三）方案實時評估與集成研討

方案實時評估貫穿于初步方案構思、方案研討、方案修改、方案決策的全過程。利用GIS二次開發(fā)技術開發(fā)方案評估模型，并集成至GIS平臺中。方案評估模型主要功能包括：

1）自動生成生態(tài)紅線類型、面積、比例等數(shù)據，生成與相關規(guī)范、標準、導則中指標的相符情況；

2）自動檢查生態(tài)敏感區(qū)、脆弱區(qū)、生態(tài)服務功能重要區(qū)等重要生態(tài)保護區(qū)的遺漏情況；

3）自動分析生態(tài)紅線與城市規(guī)劃建設區(qū)、區(qū)域重大基礎工程建設區(qū)等的沖突情況；

4）自動分析生態(tài)紅線與生態(tài)承載力的相符情況。方案評估模型根據實時紅線范圍在后臺自動計算并輸出計算結果，為生成最優(yōu)方案提供支持。

利用WebGIS、互聯(lián)網等技術，開發(fā)B/S模式的方案集成研討平臺。在平臺中發(fā)布生態(tài)紅線方案成果，供領導、專家、公眾查閱，并收集其建議和意見。設計師根據建議和意見修改方案，對于難以決策的重大問題，可在平臺中采用視頻會議等形式實時在線研討。方案評審通過后，利用平臺向社會公眾公示。

（四）生態(tài)紅線信息化管理

建立生態(tài)紅線管理信息系統(tǒng)，將生態(tài)紅線成果進行集中存儲和管理。生態(tài)紅線成果具有標準化空間坐標信息和空間數(shù)據結構，方便與其他空間數(shù)據集成。管理系統(tǒng)提供方便的生態(tài)紅線查詢服務及查詢結果報表服務，提供工程建設項目與生態(tài)紅線沖突檢查接口，根據檢查結果出具相關證明文件。

五、結論與討論

生態(tài)紅線是生態(tài)環(huán)境保護的空間依據，雖然國家出臺了《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》，但是隨著新方法、新技術的出現(xiàn)，需要不斷探討其在生態(tài)紅線劃定中的應用。本文基于地理設計理念，探討了生態(tài)紅線劃定的新思路，形成了以下結論：

1）基于地理設計理念的生態(tài)紅線劃定框架融入了地理設計核心思想，對生態(tài)紅線劃定具有理論指導作用。

2）基于空間數(shù)據庫和GIS系統(tǒng)的信息平臺是生態(tài)紅線劃定的基礎。

3）信息綜合集成、定性與定量結合、方案實時評估、方案集成研討等地理設計方法應用于生態(tài)紅線劃定，能較好地提高成果的全面性、科學性和工作效率。

本文偏重理論層面的頂層設計與討論，相關GIS定量評價模型、實時評估模型、管理系統(tǒng)等的開發(fā)及成果實踐應用是進一步研究的內容。

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（責任編校：彭 萍）

Research of Ecological Red Line Delineation Based on Geodesign Idea

LI Zhixue1, 2, ZHOU Songlin1, 2, Xiao Min1, 2

（1. Urban Planning Architectural Design Institute of Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. Urban and Rural Ecological Planning and Rehabilitation Engineering Technology Research Center of Hunan Province, Yiyang, Hunan 413000, China）

The system of the ecological red line protection is an important system in China introduced to deal with the increasingly serious ecological environment issues, and it is of great significance to the construction of the ecological civilization in China and the realization of the regional sustainable development. The methods and technologies for demarcating the ecological red line are still at the stage of exploration and there are many problems in terms of science and operability. In this context, the concept of the geographical design introduced into the red line delineation. Geographical design claims to pay attention to natural-economic-social complex impact, emphasizing the construction of regional virtual space environment, emphasing on program results in real-time evaluation. Finally, the overall process framework and information platform have been established. The results show that the concept of geographical design can provide a reference for the demarcation of ecological red line.

geodesign; ecological red line; information integration; integration of qualitative and quantitative; scheme real-time evaluation

2017-09-28

湖南省重點研發(fā)計劃（2016WK2024）；湖南省教育廳科研項目（14K017）

李志學（1979-），男，湖南衡陽人，高級工程師，主要從事生態(tài)規(guī)劃與城市規(guī)劃方面的研究；周松林（1985-），男，湖南常德人，軟件設計師，城市規(guī)劃師，主要從事GIS和城市規(guī)劃信息化方面的研究；肖敏（1985-），男，湖南岳陽人，軟件設計師，主要從事GIS系統(tǒng)開發(fā)與應用研究。

TU 984/ X 321

A

10.3969/j. issn. 2096-059X.2017.06.012

2096-059X(2017)06–0064–05