宜居城市绿化信息管理与评价系统研究.doc

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摘要城市绿色生态环境是城市环境最核心的组成部分，城市园林绿化在宜居城市的建设当中扮演着至关重要的角色，她能反映一个城市的文明程度，创造出广泛而深远的生态、社会和经济效益。从城市绿化管理的角度出发，对城市绿化信息的管理以及绿化建设情况的评价都需要信息技术的支持。本文首先对城市绿化所涉及的城市绿地、城市森林、森林游憩等理论知识进行了综述，阐述了城市绿化在城市居民日常生活和休闲游憩当中的重要意义。通过对现有城市绿化评价指标的研究，使用灰色统计法得出新的北京市城市绿化评价指标体系并确定其指标权重。以该指标体系为依托，在调研城市园林绿化信息管理需求的基础上，设计了城市绿化信息管理与评价系统的总体框架;设计了城市绿化信息的属性数据库和空间数据库及信息管理与评价系统的详细功能结构;通过对指标数据特点的分析，设计了各指标打分的计算方法。根据系统的详细设计，最终实现了系统的基础地图模块、属性数据维护模块、空间数据库模块、报表输出模块及评价指标计算模块的各项功能。系统给管理者以直观的城市绿化评价信息和基本数据信息，实现了对属性数据库和空间数据库的管理和维护，将城市园林绿化信息、特别是各种游憩资源空间信息系统地组织和管理起来，并将指标计算方法融入信息管理系统中进行指标得分的自动计算。系统对城市园林绿化的信息化管理有着积极的促进作用。关键词:城市绿地，城市森林，评价指标，信息管理，地理信息系统 ResearchonLivableCityGreenInformationManagementandEvaluationSystem ResearchonLivableCityGreenInformationManagementand EvaluationSystem MSSterCandidate:、VuHaibo 伊orestryManagement) DireetedbyProfessor、VuBaoguo ABSTRACT Uthangreenenvironment15thecoreofUrbanenviroment，UthanLandscapingPlaysanessential roleintheeonstructionofEasyLivingcity.lteanrefleettheeivilizationofaeity，aswellasereate extensiveandfar一reaehingeffeetiveoneeology，societyandeeonomy.FromthePersPectiveofuthan geenmanagement，boththeuthanGreeninformationmanagementandgreenbuildingassessmentneed thesuPPortofinformationteelmology. Thisartieleelaboratesthetheoretical灿owledgeofuthangreensPaee，urbanforestandforest recreationinvolvedofurbangreeningfirstly，Pointingoutthesignifieaneeofurbangreeningintheurban lifeandleisure.Aeeordingtothestudyofexistingevaluationofexistinguthangreening，reaehanew evaluationindexsystemofBeijinguthangreeninganddetenninesitsindexwdghtbyGreystatisties. Relysontheindexsystemandonthebasisofresearehingneedsoftheurbanlandscapeinformation management，designsgeneralframeworkofGreenInformationManagementandEvaluationsystem， proPertyandsPaeedatabaseofurbanlandseaPeinformationanddetailedfunetionalstmetureof informationsystem.Aeeoulingtotheanalysisofeharaeteristiesofindieatordata，thesystemalso designedcaleulationofratingforindieators.Onthebaseofthedetaildesignofthesystem，realizes modulesofbasiemaP，aegisofProPertydatabase，sPaeedatabase，rePortoutPutandindexealculation finally.FunetionsofsystemstatistiesandProvidemanagerswithintuitiveuthangreenevaluation informationandbasicdata.ThesystemrealizesmanagementandmaintenanceofProPertyandsPaee database，organizingandmanaginguthanlandseaPeinformation，esPeeiallyallkindsofreereational resourcessPatialinformationsystematically.Thesystemalsodesignsealeulationofratingforindieators andrealizedindexseoreealeulatingautomatieallybyfusingtheealeulationintoinformation managementsystemaeeordingtheanalysisofcharacteristicsofindicatordata.Theinformationsystem ResearehonLivableCityGreenInformationManagementandEvaluationSystem PlaysaPositiveroleinPromotinguthanlandseaPeofinformationmanagement. Keywords:UthanGreen，UthanForest，Evaluationhidex，hiformationMan GeograPhicInformationSystem 宜居城市绿化信息管理与评价系统研究目录摘要........................……，.........................................……工 ABSTRACT.....................……，......................................……Hl 1绪论...............……，.……，...........……，......................……1 1.1研究的目的及意义........................................................……1 1.2宜居城市及城市绿化评价指标的研究现状....................................……2 1.2.1宜居城市评价指标的研究................................................……2 1.2.2城市绿化评价指标的研究.............................................……，二2 1.3GIS技术在国内外绿化规划管理中的应用.....................................……3 1.3.1国外应用情况.................................................·...·..··……3 1.3.2国内应用情况.........................................·················……4 1.4研究内容及技术路线......................................................……6 1.4.1研究内容.…，................................................·········……6 1.4.2技术路线.....................................……，..……，....·····……6 1.5研究区域概况........................................·.··················……7 2研究的相关基本理论及关键技术概述..........................................……9 2.1宜居城市与城市绿化......................................................……9 2.1.1宜居城市的含义......……，...........................................……9 2.1.2城市绿地与城市森林..................................……，..........……10 2.1.3宜居城市建设中的城市绿化.……，...................................……，.13 2.2游憩与森林生态游.......................................................……13 2.2.1城市绿化的游憩效益................................................……，二13 2.2.2郊区森林生态游.......................................................……14 2.3宜居城市绿化信息管理与评价系统开发涉及的关键技术.......................……15 2.3.1GIS技术...........................................……，..·········……巧 2.3.2数据库技术............……，.................·······，···············……17 2.3.3系统开发平台.........................................................……18 2.4小结.....................................................……，.......……19 3城市绿化资源评价指标研究.................................................……20 3.1城市绿地评价指标.......................................................……20 3.1.1传统城市绿地评价指标..............……，............................……20 3.1.2景观生态学上的城市绿地...............................................……21 3.1.3城市绿地评价指标体系.................................................……23 3.2城市森林评价指标.......................................................……26 宜居城市绿化信息管理与评价系统研究 3.2.1森林资源评价思想的发展..............................................……26 3.2.2城市森林评价指标体系....................................……，.....……27 3.3北京宜居城市绿化评价指标体系...........................................……28 3.3.1评价指标体系的建立原则..............................................……28 3.3.2指标的筛选............................................……，....···……29 3.3.3指标权重的确定......................................................……33 3.4小结...........................................................……，二，.…37 4城市绿化信息管理与评价系统的结构与功能设计...............................……38 4.1系统需求分析..............................................·············……38 4.2系统总体设计.........................……，....................，······……39 4.2.1系统设计原则........................................................……39 4.2.2系统开发环境设计....................................................……40 4.2.3系统体系架构........................................................……40 4.2.4系统功能结构........................................................……41 4.3系统数据的组织与管理...................................................……43 4.3.1属性数据的组织管理…，................……，.......................……43 4.3.2空间数据的组织管理..................................................……47 4.4系统详细设计............................……，二，·.···················……49 4.4.1基础地图模块...................……，..............................……49 4.4.2属性数据维护模块........................……，.....................……50 4.4.3空间数据维护模块....................................................……52 4.4.4报表输出模块........................................................……55 4.4.5评价指标计算模块..........……，...................................……56 4.5小结....……，........................................................……62 5系统运行实例............................................················……63 5.1基础地图模块......................................................·..··……63 5.2数据维护模块...................................................·.····，·……67 5.3空间数据维护模块.......................................................……69 5.4报表输出模块............................................···············……71 5.5评价指标计算模块.......................................................……72 6结论与展望....................................................·····.·，··……76 6.1结论..........................................……，....……，.......……76 6.2展望...................................................................……77 参考文献......……，.....................................................……78 附件l宜居城市绿化评价指标专家意见调查表..............……，..............……83 宜居城市绿化信息管理与评价系统研究附件2宜居城市绿化指标权重专家调查表......................................……85 个人简介.....……，.......................................................……88 导师简介...................................................................……89 获得成果目录清单..……，..................................................……90 致谢.......................................................................……91 1绪论 1绪论 1.1研究的目的及意义改革开放30年来，在经济迅猛发展，工业化、城市化进程加速的同时，也给我国城市环境带来了巨大压力。城市绿地及郊区森林系统，作为城市系统的重要组成部分，对于改善生态，创造适宜居住的生存环境，实现可持续发展起着重要作用，而城市绿地及郊区森林的效应能否得到充分发挥，科学合理的城市绿化系统管理与规划是关键所在。宜居城市是指经济、社会、文化、环境协调发展，人居环境良好，能够满足居民物质和精神生活需求，适宜人类工作、生活和居住的城市。宜居城市包括经济持续繁荣、社会和谐稳定、文化丰富厚重、生活舒适便捷、景观优美怡人、公共秩序安全这六个方面的内涵(李丽萍，郭宝华，2006)。《北京城市总体规划(2004年一2020年)》将北京定位为“国家首都、国际城市、文化名城和宜居城市”，这是国内首次明确提出将“宜居城市”作为城市发展定位。城市的园林绿化是宜居城市建设的重要组成部分，因此，充分发挥园林绿化在北京宜居城市建设中的作用，构建北京市生态休闲游憩宜居绿化体系，使北京的绿化宜居度处于全国城市前列是北京市园林绿化业发展的重要任务。那么，如何更好的对城市现有绿化资源进行管理，更好的对城市绿化进行进一步的规划与控制，使城市绿化的空间布局更加合理也就成了摆在城市建设者们面前的一大问题。数字化城市是当前以及未来城市建设的一大趋势，那么，地理信息系统作为数字化的核心技术自然要在城市数字化的进程中扮演重要角色。城市绿化数字化是城市数字化的重要组成部分。城市绿化数字化是绿化系统建设的目标，更是绿化系统建设的方法和手段，它以森林生态学、景观生态学、园林规划设计、计算机等相关科学知识为基础，运用系统模拟方法和3S技术，重点突破和研究GIS系统工具和城市绿化系统模型的集成。本研究以北京科技计划课题(公益应用类)“北京宜居城市绿化体系功能与布局研究”(200060660000701)课题为支撑，旨在将信息技术，特别是GIS技术应用到城市绿化管理与规划决策当中，结合科学合理的绿化评价指标与方法，建立宜居城市绿化信息管理与评价系统，促进城市绿化的信息化管理，借助信息技术使得城市绿化信息管理更加简单高效，绿化规划建设更加科学合理，对于城市健康发展、改善人居环境、推进宜居城市建设等方面都有着积极的意义。宜居城市绿化信息管理与评价系统研究 .2宜居城市及城市绿化评价指标的研究现状 1.2.1宜居城市评价指标的研究对于到底怎样的城市才算得上是宜居的，目前还没有一个统一的标准。程前昌 (2007)提出宜居城市评价指标体系的一般模式(宜居城市判定标准的框架)。应用层次分析法将宜居城市评价指标体系划分为四个层次，将宜居度指标分为经济宜居度、社会宜居度、环境宜居度三大方面。三大方面再分为经济发展水平、经济竞争力、城市人口质量、社会稳定性、生活质量、环境质量等12个部分并最终划分为118个指标元素。朱鹏等(2006)提出了基于人的“需求层次”理论的“宜居城市”评价指标。从马斯洛的“需求层次”理论出发，把“宜居城市”分成5个不同的需求层次，然后分别列出与其相对应的一系列系列属性指标。这五个需求层次依次递进，分别为生理需求层次、安全需求层次、社交需求层次、尊重需求层次、自我实现需求层次。张文忠(2007)将宜居城市的评价指标按照客观评价指标和主观评价指标两大类进行划分，其中客观评价指标包括安全性、健康性、方便性、便捷性、舒适性五大方面，主观评价指标又包括安全满意度、环境满意度、设施满意度、出行满意度、舒适满意度五大方面。宜居城市的评价标准是无法作到完全统一的，需要因时因地进行变化调整。李丽萍、吴祥裕(2007)从经济、社会、文化、生活、景观、安全六个方面入手，探讨了宜居城市评价指标的选择。给出了从经济发展度、社会和谐度、文化丰厚度、生活舒适度、景观怡人度、公共安全度六个方面的宜居城市评价指标。徐惠民等(2008) 基于对滨海城市环境特征和滨海宜居内涵的认识，结合国内宜居城市评价指标研究的成果，依据海陆统筹、以人为本、人类有序活动、稳定性和动态性、可操作性五条原则，分别从环境、生活、经济、社会文明、公共安全五个角度选取了具有滨海城市特色的宜居评价指标，构建了综合评价指标体系。从目前已有的宜居城市评价指标来看，均没有制定对于改善人居环境有着至关重要作用的城市绿化方面的系统的评价指标。 1.2.2城市绿化评价指标的研究城市绿化系统的概念框架不断完善，城市绿化指标体系也在不断的变化调整。联合国在1996年提出市区公园绿地定额为60m2/人.而实际上很多城市都超过了这一指标，如瑞典城市斯德哥尔摩仅公园面积人均就超过SOmZ/人，澳大利亚首都堪培拉人均公园面积也超过了70m2/人，美国华盛顿人均公园面积也近50m2/人，日本虽受地理条件等限制，但在阪神大地震后，认识到城市园林绿地在避难方面的作用，将城市公园绿地标准从人均10mZ/人，提高到20mZ/人(刘晓丹，2001)上世纪20年代，德国植物生理学家沃尔德首先研究得出:城市居民需要30一40mZ绿地，才能保持空气中的碳氧平衡，保证人类生存所需的绿色环境。因此，德国制定的城市公园人均绿地面积应达到40mZ以上，近年又提出新城镇人均公园绿地而积应达到68mZ的新标准。70 1绪论年代联合国生物圈生态与环境组织提出了首都城市人均公园面积60m，为最佳居住环境(李景奇，秦小平，1999)。1980年我国基本建设委员会颁布了《城市规划定额指标暂行规定》，确定城市绿地定额近期3一5mZ/人，远期7一11mZ/人(胡长龙，1993)。 1987年江苏省颁发了《江苏省城市绿地系统编制纲要》，纲要规定了江苏省城市绿地系统的指标人均公共绿地近期为4一6mZ/人，远期为8一12mZ/人，人均绿地面积)9 m，/人，风景游览城市和绿化条件较好的城市，人均公共绿地率应大于510k等，并确立了江苏省城市绿地系统规划的程序。1993年11月，国家建设部颁步《城市绿化规划建设指标的规定》提出了按人均城市用地面积的不同标准确定城市绿化规划指标，丰富指标体系结构;2001年，“全国城市绿化工作会议”上提出的国务院关于加强城市绿化建设的通知讨论稿中，对城市绿化指标进行具体规定，完善了城市绿地建设指标。景观格局指标是景观生态学界广泛使用的一种定量研究方法，可定量反映景观格局和尺度的变化。随着GIS技术的推广应用，以及FRAGSTATS、APACK等软件包的不断升级，人们可以很容易地对一幅或多幅景观类型图进行处理，获得大量多种多样的格局指标数据(李秀珍等，2004)。目前的景观格局指标繁多，其生态学意义并不明确，很少有学者去探究所使用的景观格局指标是否能够代表真正的景观格局(肖笃宁，李秀珍，2003)。 1.3GIS技术在国内外绿化规划管理中的应用 1.3.1国外应用情况随着生态学的发展，人们对自身环境要求的提高，运用生态学理论指导城市绿地规划已成为一种趋势。如景观生态学中格局与功能的关系、城市绿地开敞空间规划、城市廊道效益、生物多样性理论等都已经渗入到城市绿地规划的工作中(宋力，王宏， 2002)。城市热岛效益评估。高强度的城市化、工业化导致了城市的热岛效应。运用3S 技术进行城市热岛效益分析时，一般是将卫星影像热红外数据(如TM6)在遥感处理软件中进行几何纠正及灰度等级划分和归类，寻找出城市热岛效益强度不同等级的域，或进行地面温度反演技术提取地表热场分布特征信息，然后有针对性地进行绿地布局 (Hirana&Kaya，1998)。景观可达性的确定。在对某一公园选址时、或进行城市绿地的具体布局时，就要考虑到绿地景观的可达性。可达性反映了某种水平运动过程中的景观阻力，主要用来表示物种穿越异质景观时的难易程度(Forman，2995)。HeZreleanddzwedema(2003) 发展了一套完整的指标对佛兰德(Flemish)四个城市的绿地的可达性和吸引性进行了评价。Pau1eit等(2003)提出了ACCeSSibleNaturalGeenspaCeStandardModel 来刺激城镇和城市的自然绿色空间的发展，并设计了一个决定支持模式来保证其实宜居城市绿化信息管理与评价系统研究施。城市物种多样性规划。3S技术在物种多样性保护上应用较广，如可以用它进行物种分布数据库的建立、迁移的研究、柄息地的评估、保护、设立以及管理、通道的设计及进行GAP分析等(David，2000)。根据“群落生物多样性导致群落稳定性”的原理，要使城市绿地系统结构稳定、协调发展、维持城市的生态平衡，必须增加城市绿地系统的生物多样性。城市绿地系统的生物多样性是城市可持续发展的基础，主要体现在植物和动物两部分，已有的城市绿地系统规划中对生物多样性的问题考虑较少，特别是几乎没有考虑动物(动物园除外)的多样性，而景观规划设计在生物多样性保护中起着决定性的作用。从目前的研究看，多集中于绿地景观结构对鸟类的种类、分布的影响、绿地廊道与野生动物保护的关系、绿地物种组成与人类活动干扰的关系等。 1.3.2国内应用情况城市绿化信息调查。绿化覆盖调查方法(人工普查法)和数学统计分析是传统的获取城市绿地覆盖信息的主要手段，新的以RS和GIS手段为支持的城市绿地信息调查更加适应新时代的需求。吴志峰、程炯等(2004)采用基于遥感和GIS相结合的方法，以深圳市为例，进行了城市绿地特征提取方法的研究和应用分析。河南大学李立 (2004)，借助遥感(RS)和地理信息系统(GIS)方法，基于法国SPOTS号卫星的遥感数据和开封市1:10000地图等数据，调查了开封市建成区(不包括杏花营和边村组团)2003年10月的绿地现状。结果表明，开封市绿地面积共1659.3而2，比目前开封市政府部门所掌握的数据高17.43%。其空间分布为:建成区周边地区比中心地区绿地多，西部比东部绿地多;老城区城墙外比城墙内绿地多。北部地区比南部地区绿地多。该结果为开封市未来绿化规划提供了新的依据。张红、魏振荣(2005)对GIS 和RS技术在绿地规划和应用方向和模式及应用过程和流程进行了探讨，清楚体现了在城市绿地规划建设的过程中，GIS和RS技术的结合运用可以提供及时准确的信息，使数据利用度高、处理效率高等种种好处，从而使绿地的规划更加客观。袁士聪，安裕伦等(2008)以六盘水市中心城绿地系统调查与测试为例，利用QuickBird卫星高分辩率遥感影像，采用GIS和RS相结合的方法获取城市绿地信息，以ArCG工S软件平台为基础进行数据分析，结合GIS空间分析方法，为绿地规划人员提供了有效的辅助手段。国家海洋局陈洁等利用航空遥感图像获取了青岛市绿地分布与统计信息，然后利用G工S系统进行深入的空间分析，得到了绿地面积分布特征、绿地分布的缓冲区状况以及两者之间的关系等信息，从而进一步分析了青岛市绿地分布结构的合理性问题，为城市绿地状况的评价与规划提供了可靠的依据。城市绿地景观评价。武汉大学刘萍(2007)利用QuiekBird数据，采用eCognition 面向对象技术，采用景观格局分析方法，选用多样性指数、最大多样性指数、优势度 1绪论指数、均匀度指数、斑块密度指数、绿地廊道密度指数、最小距离指数、分维数指数等对乌鲁木齐市绿地景观进行分析评价。周延刚，郭达志(2004)应用GIS技术，对城市绿地景观进行了研究，将物理学中“场”的相关理论引入城市绿地景观研究中，提出了绿地景观引力场的概念及评价方法。绿地景观引力场是城市绿地系统为城市居民提供服务能力的大小或潜力，其主要影响因素有绿地景观本身的质量、城市人口分布状况、城市土地利用现状、城市主要交通设施等。在研究中建立了城市阻力的空间分布模型、城市人口的空间分布模型、城市公共绿地的空间分布模型、城市绿地景观引力场的空间分布评价模型等多个评价模型。研究得出:(1)景观引力场用于城市绿地系统的评价，能够更好地反映城市绿地的空间分布格局;(2)丰富了城市绿地系统评价的指标内容和评价方法;(3)该方法从景观设计上提供了一个可供决策参考的依据; (4)景观引力场还可用于城市其它服务设施的合理性与有效性的评价与研究。孙青丽，姚崇怀(2007)运用地理信息系统软件对武汉经济技术开发区绿地从水体、绿地斑块、联系程度、可使用性、生态敏感性等5个方面进行单因子评价，然后将其叠加，进行叠加分析，在此基础上，进行绿地景观生态规划，形成了景观安全格局。绿地专题GIS。绿地专题GIS建设相对还比较滞后，大多还停留于绿地信息的管理和显示，并不能提供城市绿地景观规划所需的最优化选择、决策分析等。王霓虹，岳同海(2006)以哈尔滨市为例，开发了城市绿地生态环境规划决策支持系统，该系统使用组件式开发方式，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。何瑞珍，李若凝等(2006)基于ComGIS和WebGIS最新发展技术，提出了建立城市绿地信息系统的基本框架体系。ComGIS和WebGIS分别为组件式G工S和网络Gls，COMG工S的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能.WebGIS是在工nternet信息发布、数据共享、交流协作基础上实现GIS 在线查询和业务处理等功能，WEB分布式交互操作是工作的核心。GIS在绿地管理中应用的特点。徐雁南、英德平(2007)利用MICroS。ft公司的Visua1C#.netZOos和 ESRI公司ArcEngineg.2开发出江苏省某市的绿地规划管理系统。该系统在对不同的模块进行查询和分析时，用的是不同的因子，如在绿地建设中对灌溉设备布置时考虑的因子有城市降水和水循环规律、绿地类型、植被种类和灌溉设备等;在植被选择时要考虑的因子有植被特性、土壤类型、当地气候和绿地类型等。系统实现了绿地位置的选择功能，在城市绿地系统规划工作中，绿地位置的选择是非常重要的一步，位置的合适与否，直接关系到绿地系统的功能发挥。袁涛，周伟等(2007)运用G工S组件式开发技术，根据城市园林绿化管理部门需求采用VISua1BasiC通用开发语言结合 ESRI公司的ArcG工SEngineGIS组件产品开发出城市绿化管理信息系统。就我国目前的城市绿地信息化发展来看，还处在相对初级的阶段。首先，大型 G工S软件功能复杂、操作繁琐，对使用者的要求相对较高，不利于普及推广;其次，宜居城市绿化信息管理与评价系统研究已有的绿地GIS二次开发系统多停留在数据管理功能上，对于规划决策、预报预警能方面功能相对薄弱;再次，少数决策支持系统多针对单方面因子进行评价分析，分析结果所反映的问题也难免不够全面。但是，已有研究中的软件框架、结构及使用的评价分析方法等都很值得学习借鉴。从目前的研究情况来看，从宜居城市建设角度对城市绿化进行深入研究的还非常少，对城市绿化体系的研究也多限于对城市绿地系统的研究，同样也缺少对包括城市绿地及郊区森林所共同构成的城市绿化体系的系统评价指标;以宜居城市建设、特别是城市绿化游憩资源为背景的城市绿化信息管理系统及绿化评价系统也很少见。 1.4研究内容及技术路线 1.4.1研究内容本研究的主要研究内容如下: (1)宜居城市的基本理论与相关的信息技术的分析对本研究所涉及到的宜居城市、城市绿地、城市森林、绿地管理规划及研究所需的GIS基本技术、空间数据管理、绿化评价方法等基本理论知识与技术技巧进行定义与分析。 (2)宜居城市绿化评价指标体系的研究城市绿化评价指标体系庞杂多样，要在众多的评价指标中选择出够充分反应城市绿地建设情况的指标，形成指标体系。这些指标即要能够获得相应的数据同时又可以进行量化计算。 (3)城市绿化信息管理与评价系统功能设计与实现对城市绿化信息管理与评价系统基础架构及功能进行详细的分析与设计，将宜居城市绿化指标体系与GIS系统融合，设计指标数据库等，借由GIS系统，实现可视化的宜居城市绿化评价

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