數(shù)字化技術(shù)在城市舊居住區(qū)綠化普查中的應(yīng)用研究

朱志欣 李 勝 白洪靖 王 喆

（1.麗水學(xué)院中國(guó)青瓷學(xué)院，麗水 323000；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，杭州 311300；3.麗水市觀(guān)云園林有限公司，麗水 323000；4.麗水學(xué)院工學(xué)院，麗水 323000）

對(duì)城市舊居住區(qū)綠化的養(yǎng)護(hù)與優(yōu)化是城市生態(tài)文明建設(shè)的重要議題，而數(shù)字技術(shù)的更新給園林綠化調(diào)查與管理帶來(lái)了新的機(jī)遇和要求?；诟叻侄?hào)遙感解譯結(jié)合數(shù)據(jù)空間分析調(diào)整實(shí)地調(diào)查工作安排，以麗水城區(qū)城中村與開(kāi)放式小區(qū)綠化為調(diào)查對(duì)象，通過(guò)分析優(yōu)化了人力和時(shí)間分配，高效構(gòu)建了精細(xì)化數(shù)據(jù)成果與可視化綠化指標(biāo)圖。實(shí)踐證實(shí)信息技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)地面調(diào)研是構(gòu)建城市園林綠地?cái)?shù)字化的有效途徑，能靈活根據(jù)具體項(xiàng)目需求對(duì)項(xiàng)目前期分析和中后期維護(hù)提供有效參考依據(jù)。

園林綠化；信息化調(diào)查；城市綠化；舊居住區(qū)；麗水市

中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)指出，在城市建成區(qū)范圍內(nèi)建成使用20年以上，或環(huán)境質(zhì)量差、配套設(shè)施不足、建筑功能不完善、結(jié)構(gòu)安全存在隱患、能耗水耗過(guò)高、建筑設(shè)備老舊破損的居住生活聚居地為城市舊居住區(qū)[1]。麗水市蓮都區(qū)內(nèi)的開(kāi)放式小區(qū)和城中村多為早期城市建設(shè)的產(chǎn)物，在使用年限和人居環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)上均屬于城市舊居住區(qū)范疇。高速城市化建設(shè)背景下新舊矛盾日益明顯，人們的審美意識(shí)覺(jué)醒對(duì)人居環(huán)境的要求逐漸提高，使舊居住區(qū)內(nèi)的綠化質(zhì)量與環(huán)境問(wèn)題逐漸暴露在公眾的視野當(dāng)中。

麗水作為綠色發(fā)展城市和國(guó)家首批生態(tài)文明示范區(qū)，積極響應(yīng)國(guó)家和省文件對(duì)舊居住小區(qū)改造工作的號(hào)召，優(yōu)先對(duì)以開(kāi)放式小區(qū)和城中村類(lèi)型的舊居住區(qū)開(kāi)展綠化環(huán)境調(diào)查、補(bǔ)植和改造工作，針對(duì)市區(qū)舊居住區(qū)內(nèi)綠化分布零散、存量大且數(shù)據(jù)滯后等問(wèn)題，提出結(jié)合數(shù)字化的精細(xì)綠化普查和管理要求[2]。數(shù)字化綠化管理是現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)將遙感影像解譯下的地理信息和普查調(diào)研產(chǎn)生的綜合信息以計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)，并融合3S技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以數(shù)據(jù)可視化形式得以向使用者展示。文章旨在探討通過(guò)結(jié)合3S技術(shù)分析優(yōu)化調(diào)查工作，完成最新城市舊居住區(qū)綠化圖形要素和普查信息的數(shù)字化采集與數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，并在此基礎(chǔ)上形成綠化現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，提出養(yǎng)護(hù)管理和景觀(guān)改造的建議。

1 研究概況

近年來(lái)信息技術(shù)與園林綠化管理協(xié)同工作的關(guān)注度不斷提高，從發(fā)展智慧城市到數(shù)字城市概念都持續(xù)推動(dòng)著對(duì)精細(xì)化綠化數(shù)據(jù)產(chǎn)品構(gòu)建的要求，國(guó)家發(fā)布的相關(guān)文件中也明確指出信息技術(shù)作為基本指標(biāo)在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和園林城市申報(bào)工作上的重要性[3]。在早期相關(guān)研究工作中，高分遙感產(chǎn)品憑借其豐富的波段信息優(yōu)勢(shì)和相對(duì)較高的分辨率，結(jié)合植被指數(shù)能夠快速完成植被分割和定量分析[4-5]，成為宏觀(guān)城市園林綠地調(diào)查與評(píng)價(jià)的熱門(mén)解譯和調(diào)查應(yīng)用手段。除高分辨率衛(wèi)星遙感影像外，結(jié)合無(wú)人機(jī)航拍的近地遙感影像則在成像分辨率上為更高，在目視區(qū)分綠地與其他地物類(lèi)更精準(zhǔn)[6]，但在城市大范圍綠地普查工作中將產(chǎn)生極大的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和管理負(fù)擔(dān)[7]，并在數(shù)據(jù)鑲嵌和圖像分割的工作量和技術(shù)上有更高的要求和硬件需求[8]，相比遙感產(chǎn)品更適合布置在后期數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)錄入[9]。但需要指出的是，衛(wèi)星遙感產(chǎn)品多為正射影像，對(duì)植被的解譯和識(shí)別容易受植被冠層和其他地表高層建筑遮擋，并產(chǎn)生大量陰影干擾[10-11]，識(shí)別結(jié)果的覆蓋面積與城市綠化的實(shí)際邊界面積有較大的誤差，同時(shí)也丟失了中下層植被信息[12]。在針對(duì)城市尺度綠化普查上，特別是在面對(duì)舊居住區(qū)綠化調(diào)查時(shí)，存在綠化區(qū)塊個(gè)體尺度小、分布零散和綠化特征消失等情況，目前遙感類(lèi)產(chǎn)品尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化數(shù)據(jù)的提取和測(cè)量[13-14]，缺乏對(duì)綠化邊界和植被種類(lèi)信息提取的有效手段，不能直接代替該尺度下的綠化普查識(shí)別。面對(duì)舊居住區(qū)綠化空間分布形態(tài)與綠化信息尺度特征的特殊性，研究認(rèn)為可充分利用遙感定量分析的優(yōu)勢(shì)獲取綠化分布體量特征，采取結(jié)合信息化調(diào)查評(píng)價(jià)手段優(yōu)先規(guī)劃作業(yè)人員配置，再結(jié)合實(shí)地調(diào)研工作進(jìn)行有目的性和針對(duì)性的修正和補(bǔ)充，以達(dá)到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全方位詳細(xì)信息的記錄[15]。

2 材料與方法

2.1 研究對(duì)象與范圍

依山傍水的北城區(qū)為麗水市蓮都區(qū)的中心城區(qū)，是該城市發(fā)展更新最頻繁的區(qū)塊。在近10年的發(fā)展中，市中心面積已擴(kuò)張至原來(lái)城市區(qū)域的10倍（圖1），逐步囊括城郊村落，加上早期小區(qū)，形成了如今現(xiàn)代化城市中散布著舊居住區(qū)的格局。本研究以麗水市蓮都區(qū)主城區(qū)為研究對(duì)象，分別對(duì)白云街道、紫金街道、萬(wàn)象街道、巖泉街道各個(gè)社區(qū)內(nèi)的主要開(kāi)放式老小區(qū)和城中村開(kāi)展調(diào)查研究。調(diào)查研究?jī)?nèi)容主要包括對(duì)綠化的空間定位和地面面積的測(cè)量，統(tǒng)計(jì)調(diào)查范圍內(nèi)綠化基本情況，包括補(bǔ)植的具體位置、現(xiàn)狀特點(diǎn)描述、分塊面積以及影像記錄；明確所調(diào)查園林綠化在街道、社區(qū)、小區(qū)的相關(guān)行政歸屬，聯(lián)系綠化責(zé)任方，建立綜合信息數(shù)據(jù)；結(jié)合遙感影像與勘測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)蓮都區(qū)開(kāi)放式小區(qū)和城中村展開(kāi)信息統(tǒng)計(jì)與分析，研究現(xiàn)狀園林綠化分級(jí)，提出養(yǎng)護(hù)方案和景觀(guān)提升建議。

圖1 麗水市蓮都區(qū)舊居住區(qū)綠化普查范圍Fig. 1 Scope of greening survey in old residential areas of Liandu, Lishui City

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

遙感影像采用高分二號(hào)影像產(chǎn)品，在ENVI軟件中完成圖像大氣校正和輻射標(biāo)定，并計(jì)算歸一化植被指數(shù)[16]，參考計(jì)算植被覆蓋度的像元二分模型[17]對(duì)NDVImin進(jìn)行判斷，并結(jié)合NDVImin的取值構(gòu)建決策樹(shù)分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果設(shè)定為植被區(qū)域與非植被區(qū)域，并完成數(shù)據(jù)的矢量轉(zhuǎn)換。其他相關(guān)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由城區(qū)建設(shè)管理所提供，主要包括文獻(xiàn)資料，街道、社區(qū)行政邊界，城市舊居住區(qū)附屬綠地范圍以及部分早期勘測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，研究對(duì)該類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，并基于其特征屬性和邊界形態(tài)完成對(duì)數(shù)據(jù)的賦值和坐標(biāo)連接。

2.3 調(diào)查方法設(shè)計(jì)

（1）信息初步調(diào)查。以高分二號(hào)影像為基礎(chǔ)完成植被指數(shù)遙感解譯[18-19]（圖2），對(duì)植被影像分割的結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)綠化斑塊數(shù)量和密度初步統(tǒng)計(jì)綠化分布情況，形成綠化斑塊熱力圖（圖3），并基于熱力分布情況建立目標(biāo)綠化重點(diǎn)排查區(qū)域，決定地面調(diào)查人力分配與流轉(zhuǎn)形式（圖4），作為下一步傳統(tǒng)地面調(diào)研工作的基礎(chǔ)。

圖2 城區(qū)植被覆蓋Fig. 2 Research area vegetation coverage extraction based on GF-2

圖3 舊居住區(qū)植被斑塊熱力Fig. 3 Thermal analysis of greening patches in old residential area

圖4 調(diào)研作業(yè)人力分配計(jì)劃Fig. 4 The manpower allocation plan of greening investigation

（2）傳統(tǒng)地面調(diào)查。通過(guò)實(shí)地走訪(fǎng)開(kāi)展各小區(qū)調(diào)查，采用南方測(cè)繪用RTK記錄綠化區(qū)塊中心坐標(biāo)，結(jié)合無(wú)人機(jī)記錄綠化正射影像，完成面積測(cè)量和形狀記錄，以文本形式描述現(xiàn)狀綠化基本情況。實(shí)地調(diào)研記錄的內(nèi)容將結(jié)合ArcGIS數(shù)據(jù)表構(gòu)成，每一塊單獨(dú)綠化都獨(dú)立成為一個(gè)數(shù)據(jù)條目，通過(guò)條目號(hào)可與外部數(shù)據(jù)表的其他綜合信息進(jìn)行連接，其數(shù)據(jù)表構(gòu)建形式如表1。

表1 調(diào)研數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)Tab. 1 Investigation data design

（3）專(zhuān)題會(huì)議。召集城建、街道、社區(qū)等部門(mén)及權(quán)屬相關(guān)單位和居民代表開(kāi)展專(zhuān)題會(huì)議，對(duì)工作主題、調(diào)研問(wèn)題和綠化改造進(jìn)行探討，征詢(xún)意見(jiàn)和建議。

3 結(jié)果與分析

3.1 調(diào)研數(shù)據(jù)成果

調(diào)查全面走訪(fǎng)了白云街道、紫金街道、萬(wàn)象街道、巖泉街道下轄的各個(gè)社區(qū)內(nèi)的開(kāi)放式小區(qū)與城中村，摸清了綠化現(xiàn)狀信息，基于苗木類(lèi)型統(tǒng)計(jì)了補(bǔ)植面積。通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)矢量化和空間定位信息，結(jié)合ArcGIS軟件平臺(tái)完成與高分二號(hào)影像的疊加（圖5），基于街道和社區(qū)形成綠化分布可視化圖，并在矢量綠化區(qū)塊上構(gòu)建信息表，包括所屬街道、所屬社區(qū)、小區(qū)/城中村名稱(chēng)、綠化具體位置、面積、綠化分級(jí)、責(zé)任方以及現(xiàn)狀照片。

圖5 麗水市蓮都區(qū)舊居住區(qū)綠化分布統(tǒng)計(jì)調(diào)研成果Fig. 5 Survey results of greening distribution statistics in old residential areas of Liandu, Lishui City

3.2 綠化現(xiàn)狀分析

本次調(diào)研共涉及4個(gè)街道內(nèi)轄的20個(gè)社區(qū)，共統(tǒng)計(jì)走訪(fǎng)綠化區(qū)帶塊1 307個(gè)，總面積約141 435.68 m2。在綠化走訪(fǎng)調(diào)研的過(guò)程中，除明確綠地面積數(shù)據(jù)外，還從植物層次、生長(zhǎng)狀況、現(xiàn)狀特征等基本情況來(lái)綜合判斷綠化分級(jí)[20]，研究結(jié)合麗水城市舊居住區(qū)現(xiàn)狀，建議將其分為三個(gè)梯度等級(jí)：第一級(jí)為保持改進(jìn)；第二級(jí)為養(yǎng)護(hù)補(bǔ)植；第三級(jí)為整改重塑。結(jié)合分級(jí)以閉合綠化幾何區(qū)塊為單位進(jìn)行空間賦值，首先初步觀(guān)察判斷植物結(jié)構(gòu)層次和景觀(guān)性；再綜合考察區(qū)域內(nèi)植物群落的生長(zhǎng)狀況，并根據(jù)綠化用地是否被人為破壞、侵占、挪用作進(jìn)一步判斷；最后展開(kāi)專(zhuān)項(xiàng)研討會(huì)，結(jié)合前期構(gòu)建的初步分級(jí)影像作進(jìn)一步討論，調(diào)整并修正評(píng)價(jià)分級(jí)（表2）。

表2 舊居住區(qū)綠化分級(jí)擬評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2 Grading quasi-evaluation standard for greening of old residential areas

調(diào)研分級(jí)工作同時(shí)對(duì)綠化區(qū)缺株、缺苗、社區(qū)綠地空檔區(qū)，以及人為破壞挪用等情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，4個(gè)街區(qū)共篩選出需要補(bǔ)植的區(qū)塊有702塊，綠化區(qū)域面積共計(jì)12 960.8 m2。綠化信息數(shù)據(jù)的建立可幫助提取綠化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較，推進(jìn)工作安排優(yōu)化管理需要，由表3可見(jiàn)紫金街道綠化補(bǔ)植面積、區(qū)塊數(shù)量以及補(bǔ)植面積與數(shù)量占比最高，同時(shí)綠地三級(jí)評(píng)價(jià)斑塊數(shù)量最高，是養(yǎng)護(hù)工作的重點(diǎn)區(qū)域。白云街道三級(jí)評(píng)價(jià)占比最高，反映出該街道綠化存在較大的日常管理養(yǎng)護(hù)問(wèn)題，僅做基礎(chǔ)補(bǔ)植并不能達(dá)到對(duì)綠化的改進(jìn)效果，需安排植物景觀(guān)提升計(jì)劃。除此外，結(jié)合空間統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)那些低補(bǔ)植區(qū)塊數(shù)和少量面積的街道或社區(qū)可進(jìn)行優(yōu)先安排工作，減少養(yǎng)護(hù)人力物力的移動(dòng)成本，提高養(yǎng)護(hù)完成度。

表3 舊住宅區(qū)綠化統(tǒng)計(jì)概況Tab. 3 General situation of greening statistics of old residential areas

4 綠化區(qū)域補(bǔ)植與改造

4.1 補(bǔ)植改造原則

（1）區(qū)域整體性原則。為保證社區(qū)間的協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展，避免出現(xiàn)相鄰老舊居住區(qū)的綠化景觀(guān)改造出現(xiàn)較大的景觀(guān)層次差異，在補(bǔ)植和改造上需要統(tǒng)籌臨近社區(qū)在相同面積下所投入的養(yǎng)護(hù)人力、工程量、資金量的平衡，避免居住區(qū)公眾盲目比較和滋生不滿(mǎn)情緒[21]。在與周邊環(huán)境，包括新建區(qū)域的綠化對(duì)比上，需從老舊居住區(qū)自身特點(diǎn)出發(fā)，形成獨(dú)特的居住區(qū)綠化景觀(guān)特色。

（2）功能性原則。舊居住區(qū)是早期城市建設(shè)的產(chǎn)物，在小區(qū)內(nèi)部功能上也保留了早期建設(shè)產(chǎn)生的居民個(gè)人院落或社區(qū)商業(yè)娛樂(lè)附屬空間，其公共空間尺度已滿(mǎn)足不了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展下的功能需求，在面對(duì)日益增長(zhǎng)的附屬設(shè)施、居住設(shè)備和交通設(shè)備時(shí)，人們對(duì)有限空間的利用需求進(jìn)一步增加，并在潛移默化下促發(fā)形成局部綠化挪用的不良結(jié)果。鑒于此，在綠化改造充分需尊重原住區(qū)居民對(duì)空間的使用需求，需從植被的三維空間形態(tài)出發(fā)，一味盲目追求堆砌植物景觀(guān)豐度和厚度會(huì)打破目前空間平衡，優(yōu)先保障居民合理空間的基本使用需求，對(duì)居民生活習(xí)慣的影響降至最低。在面對(duì)具體綠化個(gè)人挪用時(shí)，要優(yōu)先溝通，及時(shí)清理，落實(shí)養(yǎng)護(hù)和監(jiān)督責(zé)任[22]。

4.2 植物選擇與搭配

草坪的補(bǔ)植在原有類(lèi)別上進(jìn)行，以麥冬（Ophiopogon japonicus）和黑麥草（Lolium perenne）為主，易打理且有利于綠化區(qū)域衛(wèi)生維護(hù)，其形態(tài)上也能高效覆蓋裸露巖土，較好區(qū)分綠化邊界，提升綠化完整度。在補(bǔ)植草坪的基礎(chǔ)上重點(diǎn)關(guān)注綠化轉(zhuǎn)角、邊界、條帶處適當(dāng)以單植地被或混植地被點(diǎn)綴補(bǔ)植，在植物的選擇上結(jié)合光照強(qiáng)度進(jìn)行區(qū)分，喜陽(yáng)植物主要選擇細(xì)裂美女櫻（Verbena tenera）、藍(lán)雪花（Ceratostigma plumbaginoides）、柳葉馬鞭草（Verbena bonariensis）、佛甲草（Sedum lineare）、金葉苔草（Carex ‘Evergold’）等，耐陰植物主要選擇大吳風(fēng)草（Farfugium japonicum）、大花萱草（Hemerocallis middendor fii）、玉簪（Hosta plantaginea）、灑金珊瑚（Aucuba japonica）等。在地被植物組合上考慮色相搭配，向陽(yáng)處以清新淡雅色系為主，突出清爽宜人的質(zhì)感。耐陰處則適當(dāng)點(diǎn)綴具有高明度或高純度特點(diǎn)的觀(guān)葉或觀(guān)花植物，提升陰蔽處植物的活躍感。在對(duì)中層的植物選擇上，應(yīng)優(yōu)先補(bǔ)植原有植被，在隔斷或重要邊界處選擇色彩、層次明快，整齊美觀(guān)，易于修剪的整形植物；適當(dāng)補(bǔ)植具備景觀(guān)性，豐富中層植被的形態(tài)和色彩，如選擇木本花卉五色梅（Lantana camara）、金焰繡線(xiàn)菊（Spiraea xbumalda cv. Cold fiame）、紫荊（Cercis chinensis）、 杜鵑（Rhododendron simsii）、梔子花（Gardenia jasminoides）、雞爪槭（Acer palmatum）、山茶（Camellia japonica）等。從中層喬灌木的三維形態(tài)來(lái)看，其空間位置和延伸形態(tài)是壓縮公共空間的使用率主要原因。因此，除必要隔斷需求外，在舊居住區(qū)可不建議中層植被種植于臨近綠化邊界區(qū)域。喬木由于移植難度和老舊居住空間高度限制，一般不建議進(jìn)行重新種植，原有喬木多為香樟（Cinnamomum camphora）、廣玉蘭（Magnolia grandi flora）、 杜英（Elaeocarpus decipiens）、銀杏（Ginkgo biloba）和無(wú)花果（Ficus carica）等，是常見(jiàn)且優(yōu)秀的園林樹(shù)種，可在此基礎(chǔ)上提升養(yǎng)護(hù)管理。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化綠化普查在面對(duì)數(shù)據(jù)缺失或長(zhǎng)久未更新的區(qū)域時(shí)，遙感影像解譯只能獲得模糊數(shù)值，數(shù)據(jù)達(dá)不到相應(yīng)綠化管理和操作的應(yīng)用需求。因此，在面對(duì)城市舊居住區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，可利用遙感高效全局解譯信息作為前期宏觀(guān)分析手段，并基于信息技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)成的視角布置了精細(xì)化數(shù)據(jù)采集的要求，結(jié)合傳統(tǒng)地面調(diào)研高效且有序獲取詳細(xì)的尺寸信息和豐富的屬性數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的錄入與融合。相比早期研究中僅依靠遙感數(shù)據(jù)獲取的綠量信息，本次數(shù)字化綠化普查全面記錄了麗水城市舊居住區(qū)中零碎的綠化區(qū)塊綜合信息，并對(duì)每一處綠化完成了除經(jīng)緯度外更本土化的位置描述，聯(lián)系和落實(shí)了責(zé)任方推進(jìn)綠化補(bǔ)植和改造工作。

注：文中圖表均由作者繪制。