基于GIS和RS技術(shù)的城市河流廊道對景觀格局的影響

張健,申浩

?

基于GIS和RS技術(shù)的城市河流廊道對景觀格局的影響

張健1,申浩2

1. 西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院, 四川 成都 610031 2. 西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院, 四川 成都 610031

本文基于GIS和RS技術(shù)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對成都市中心城區(qū)1984年、1996年、2009年、2015年的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建構(gòu)城市景觀格局的分析模型，以探索城市河流廊道自身因素對城市景觀格局的影響與機(jī)制。

河流廊道; 城市景觀; GIS; RS

一般城市主要有高大建筑，城內(nèi)河道，以及各種街道組成。城市中各種元素共同構(gòu)成特殊的“生態(tài)系統(tǒng)”，該生態(tài)系統(tǒng)主要作用是為滿足人類生活、生產(chǎn)的順利[1]，所有構(gòu)成城市景觀的板塊或元素在空間上的分布就是城市景觀格局[2]。城市河流廊道作為城市中重要的景觀組成元素，為城市整體面貌的構(gòu)成起到重要作用，這些基礎(chǔ)性的景觀元素直接為城市的景觀建設(shè)起到一定引導(dǎo)作用，且對城市景觀格局有重要影響[3]。深入探尋城市河流廊道對城市景觀格局影響的內(nèi)在機(jī)制，對于尋求提升城市景觀品質(zhì)與人居環(huán)境質(zhì)量的理論方法與實(shí)踐途徑具有深厚的學(xué)術(shù)價值與社會意義。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

作為四川省省會的成都市，現(xiàn)已被列為國家中心城市，地理位置坐落于四川中心，成都平原偏東方向。本文選取成都市核心區(qū)為研究對象，面積約為37 km2。成都市將于較少，氣候溫和，屬典型亞熱帶季風(fēng)氣候[4]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)取自國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺網(wǎng)站，從中提取出成都市1984年、1996年、2009年以及2015年的TM/ETM遙感影像，進(jìn)而基于ArcGIS9.3技術(shù)平臺，采用IDRISI15.0、ENVI4.7等遙感影像處理及分析軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像解譯與進(jìn)一步分析處理，形成研究區(qū)的1984年、1996年、2009年以及2015年景觀類型分布圖。

2 研究方法

城市生存基礎(chǔ)環(huán)境為河流廊道，因此河流廊道的形成與城市的發(fā)展密切相關(guān)，城市景觀格局主要有河流廊道來決定[5]。河流廊道對城市所起的作用主要依賴其自身構(gòu)成的物質(zhì)。城市景觀格局的形成前提是要滿足城市基礎(chǔ)功能，且還要變現(xiàn)出特定功能性特征與生態(tài)性特征的景觀系統(tǒng)[13]。

對河流廊道與城市格局形成關(guān)系分析中使用灰色關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)法，對城市景觀格局形成中的“因”與“果”進(jìn)行特定的關(guān)聯(lián)性分析，進(jìn)而構(gòu)建河流廊道與城市景觀格局二者的分析模型，進(jìn)而研究出二者之間存在的聯(lián)系。

2.1 研究視角

城市中河流廊道的長短不一，在本研究中選取較長河道，并對其進(jìn)行分段。將選取的河道研究對象分成0~1000 m、1000~2000 m、2000~3000 m三個子區(qū)域，分別對其進(jìn)行研究。

2.2 城市河流廊道形態(tài)指標(biāo)

在對其二者進(jìn)行研究的過程中，對成都市的河流廊道的情況進(jìn)行深入研究，并在查閱前人研究結(jié)果，對河流廊道的特征進(jìn)行探討，對研究中的無用因素給予排除。例如水體落差高度、河流廊道中水流速度等。把水面體積與河流長度，以及河流實(shí)際寬度和河流形態(tài)者四方面作為研究對象，利用上述四個指標(biāo)的研究結(jié)果分析影響城市河流廊道特征的物質(zhì)因素。

2.3 城市景觀格局指標(biāo)

組成城市景觀的因素眾多，但這些組成因素也從各個方面反映了城市功能，也就是各類景觀的詳細(xì)分布，仔細(xì)觀察城市中各種景觀的分布具有一定規(guī)律，且景觀與景觀分布的面積成一定比例。對成都市景觀分布進(jìn)行調(diào)查，可以知道其景觀分類主要為以下四種類型：（1）較常見的綠地景觀；（2）商業(yè)服務(wù)型景觀；（3）工業(yè)景觀；（4）居住景觀。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法

2.4.1 確定分析數(shù)列將該分析數(shù)列中參考數(shù)列設(shè)為：={()|=1,2,Λ,}；其中用于對比的比較數(shù)列設(shè)為：X={X()|=1,2,Λ,}，=1,2,Λ,。

2.4.2 變量的無量綱化

2.4.3 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)關(guān)聯(lián)系數(shù)0()與x()的計算方式如下：記作D()=|()-x()|，則?(0,￥)，分辨力與值成反比，為上述公式中的分辨系數(shù)，在實(shí)際計算中一般把設(shè)在0到1之間，但該取值規(guī)則并不固定，應(yīng)視具體情況具體分析。當(dāng)0.5463時，其分辨率處于最佳狀態(tài)，一般此時值為0.5。

2.4.4 計算關(guān)聯(lián)度在計算數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度是將每個時刻取得的值幾種在一起，通俗的說就是去這些值的平均值，將計算結(jié)果作為研究數(shù)列與參考數(shù)列的數(shù)量狀態(tài)。該分析過程使用的關(guān)聯(lián)度公式如下：

2.4.5 關(guān)聯(lián)度排序比較數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)度，主要依靠比較數(shù)據(jù)間的大小進(jìn)行排序，若得出的結(jié)果為1小于2，則兩列數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)程度較高，即相似度較高。

以上數(shù)列（參考數(shù)列；研究數(shù)列）的關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值，即可用來表示該數(shù)列的關(guān)聯(lián)度。

3 成都市河網(wǎng)周邊城市景觀格局特征分析

3.1 1984年河網(wǎng)周邊城市景觀格局特征分析

商業(yè)景觀一般居于臨河區(qū)域，居住景觀在從近河向遠(yuǎn)河擴(kuò)散的過程中居住景觀逐漸減少，所以有河道附近到距離河道較遠(yuǎn)處，商業(yè)用地的比例逐漸減少。者也就表明距離河道較近處的工業(yè)發(fā)展也較快速，距離河道越遠(yuǎn)，工業(yè)程度越低。該現(xiàn)象也說明距離河道較近的土地綠化程度較高，但距離河道較遠(yuǎn)之處，綠化面積較少。

3.2 1996年成都市河網(wǎng)周邊城市景觀格局特征分析

從臨河向市區(qū)腹地擴(kuò)張，居住景觀所占比例先迅速爬升再逐步下降。工業(yè)、商業(yè)服務(wù)、綠地等景觀類型則多集中于河邊，但距離河道較遠(yuǎn)處上述景觀占比逐漸減少。

3.3 2009年成都市河網(wǎng)周圍城市景觀格局特征分析

商業(yè)服務(wù)、居住景觀在由臨河地區(qū)向城市腹地擴(kuò)張的過程中其趨勢均為先增高再下降；在這一過程中，伴隨著的是工業(yè)景觀的占比逐步升高。反方向上，隨著用地逐步貼近河流，綠地景觀表現(xiàn)出對河流明顯的向心力，但外層陸地占比相對較低。

圖 4 1984、1996、2009、2015成都城市河網(wǎng)周邊用地性質(zhì)圖

3.4 2015年成都市河網(wǎng)周圍城市景觀格局特征分析

與2009年不同，從臨河區(qū)域延伸向城市腹地，居住、商業(yè)服務(wù)以及工業(yè)景觀均表現(xiàn)為先逐步降低，再逐級升高。綠地則由之前的集中于河邊，逐步開始向腹地擴(kuò)張。

4 成都市河流廊道對城市景觀格局影響的關(guān)聯(lián)分析

表5 景觀格局指數(shù)所選指標(biāo)與河網(wǎng)特征的灰色關(guān)聯(lián)矩陣

對上表進(jìn)行分析可知，在靠近成都河范圍，即距離其1000 m內(nèi)，對成都景觀產(chǎn)生一定影響的主要是以下幾種：（1）成都河流廊道的寬度、面積；（2）成都河流廊道形態(tài)指數(shù)的高低；（3）河流廊道的總長度。在距離成都河網(wǎng)1000~2000 m之間，上述四個方面依然是影響景觀格局的主要原因，只是對城市景觀影響的大小排列順序發(fā)生了變化，河流廊道面積影響最大，然后為河流長度、面積、寬度，最后為形態(tài)指數(shù)。在距離成都市河網(wǎng)2000~3000 m之間的區(qū)域，對其影響大小順序?yàn)楹恿骼鹊缹挾?、長度、面積、河流廊道形態(tài)指數(shù)。

5 結(jié)論與討論

河流廊道對城市景觀有一定影響，在1984年影響力最大，對各景觀的吸引力也最大。在這一改革開放初期城市快速發(fā)展的時間段里，居住、綠地、商業(yè)服務(wù)以及工業(yè)景觀均混布于臨河地段，城市發(fā)展呈現(xiàn)明顯的單圈層結(jié)構(gòu)。至1996年時，城市景觀越來越靠近城市河道，各類城市景觀的區(qū)域面積與其距離城市河道的距離成正比。到2009年，河流廊道對各景觀的吸引力在逐步下降，周邊區(qū)域的景觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，從之前的三圈層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱稳咏Y(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)主要以居住、商業(yè)、工業(yè)、綠地四方面為主，且其中居住城市景觀所占比例最高。單層景觀持續(xù)6年左右，也就是到2015年，城市河流區(qū)域間的城市景觀又發(fā)生較大變化，朝更復(fù)雜化發(fā)展，但城市景觀的主導(dǎo)者還為居住，商業(yè)、工業(yè)、綠地者三種景觀占次要地位。該時期經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿印?/p>

[1] 王如松.高效、和諧：城市生態(tài)調(diào)控原理與方法[M].長沙:湖南大學(xué)出版社,1998

[2] 楊馥.基于復(fù)雜性理論的城市生態(tài)系統(tǒng)評價與規(guī)劃[D].長沙:湖南大學(xué),2008

[3] Taaffe, EJ, Gauthier HL. Geography of Transportation[M]. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1973

[4] Lyon LJ. Road density models describing habitat effectiveness for elk[J]. Journal of Forestry, 1983,81(9):592-613

[5] Plantytabacchi AM, Tabacchi E, Naiman RJ,Invasibility of species-rich communities in riparian zones[J]. Conservation Biology, 1996,10(2):598-607

The Influence of Urban River Corridors on Landscape Pattern Based on GIS and RS Technology

ZHANG Jian1, SHEN Hao2

1.610031,2.610031,

This paper took Grey Correlation Analysis method to analyze the satellite image data in central areas of Chengdu City in 1984 a, 1996 a, 2009 a and 2015 a based on GIS and RS technology, and establish the model of urban landscape pattern in order to explore the effect and mechanism of urban river corridors on landscape pattern.

River corridor; urban landscape; GIS; RS

[TU984.11+5]

A

1000-2324(2018)05-0769-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.008

2017-10-12

2017-12-23

基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的城市河流廊道對城市景觀格局的影響機(jī)制研究(51608449)

張健(1987-),男,博士,講師,主要從事城市景觀與河流景觀教學(xué)與研究. E-mail:flopink@foxmail.com