3S技术助力城市绿地生态研究

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：对某一公园选址，或进行城市绿地的具体布局时，要考虑到绿地景观的可达性。景观可达性可作为衡量城市绿地系统功能的一项指标。

1.城市绿地覆盖率调查

过去的城市绿地资源调查方法一般采用人工普查结合数学统计分析的方法，不仅要求很大的人力、物力、财力投入，而且调查的准确性低，也不便于综合分析评价。随着以多传感器、高分辨率和多时相为特征的现代遥感技术的发展，尤其是1999年9月24日美国空间影像公司（Space Imaging）发射的IKONOS卫星影像具有1 m的空间分辨率，为城市绿地调查提供了准确详实的数据。

利用遥感技术测算绿地资源时，一般分以下步骤：收集资料（航片、卫星影像、地形图等）→影像处理（几何校正、影像融合、加强等）→选取判读标志→计算机分类（监督分类、非监督分类）→外业调查、目视解译、人机交互纠正→绿地信息提取→统计计算。

解译绿地景观时，一般有两种方法：一种为目视解译方法，即依据光谱规律、地学规律和解译者经验，从遥感图像的颜色、纹理、结构、位置等各种特征中解译出各种绿地景观类型；另一种是计算机图像分类法，通过选择分类特征、识别模型，确定每一像元的类型。目前，目视解译在实践中应用较多，但工作量大，调查速度较慢，人为干扰因素较大，造成实时性差，不够准确。而计算机分类方法调查速度快，并可以识别出像元的每一级灰阶差异，但其缺点是会造成一定量的类别误判。因此，必须在分类过程中将二者结合起来，进行较多的人机交互。

2.城市园林植物生态质量监测

植物生态质量受到诸多因素的影响，如虫害、火灾、大气污染以及人为的破坏等。对城市园林植物生态质量进行监测，并及时采取有效防护补救措施，是城市绿化部门生态管理过程中面临的一项重要任务。

在彩红外像片上，树木的色调与叶片叶绿素含量关系密切，叶绿素含量越多，在像片上所显示的色调就越红，饱和度越高。当植物受害时，植物叶绿素会受到破坏，致使光学活性下降，光合作用衰退，甚至造成细胞质壁分离，从而导致叶片出现失绿、枯黄或坏死等症状。这种现象在彩红外像片上利用目视判读可以轻易识别，健康的树木色调红而明亮，但受害树木则色调灰暗，或者失去红色而显黄色等。利用彩红外像片还能预测尚未显示出来的灾害。在受害初期，植物绿色还没什么变化，人的肉眼尚无法分辨时，近红外光谱区就能敏感地反映这一变化，表现出反射率开始降低，当受害不断加深时，叶子就发黄，近红外反射率大大下降。例如，SO2对植物造成损害时，四天后才能被人们察觉，而彩红外像片在一天后就能显示出受害情况。

3.城市绿地三维量的估算

城市绿化的生态效益不仅取决于绿化覆盖面积，还取决于绿化的空间结构和绿地类型，以及构成绿地的植物种类。所谓绿化三维量，就是指绿色植物茎叶所占据的空间体积，是依据植物空间占据的体积来反映绿化结构形态的生态作用。相对于平面量（如绿化覆盖率）而言，三维量能更好地反映城市绿化在空间结构方面的差异。在植物三维量模拟估算上，曾有人应用遥感技术与实测回归调查估测森林蓄积量。然而，由于城市绿地具有结构类型复杂、树种多样、种植不规则和分布零散等特点，无法使用该方法。周一凡等提出了在彩红外航片上分树种逐株测算绿量的方法，该法是在航空像片上判读和测定树种、覆盖面积、株数、结构类型等特征数据和平面量，实测植物冠径、冠高、冠下高等样本数据，再由计算机模拟冠径、冠高，进而求出绿量，这样就将复杂的立体测量问题简化到平面上来解决。

4.城市绿地景观格局分析及其变化研究

城市绿地景观生态的研究主要集中在城市生态绿地的尺度、城市绿地破碎化分析、城市绿色廊道研究、城市绿色网格、绿地景观异质性研究及城市绿地景观格局分析等方面。研究城市绿地空间格局的方法通常是首先选定一定的评价指标体系，如多样性指数、优势度指数、均匀度指数、最小距离指数、连接度指数、绿色廊道密度等，再以研究地点的遥感影像、地形图等为基本资料，提取各种绿地信息，在GIS软件环境中可以方便地计算出评价指标，从而进行相应的空间格局分析。(www.chuimin.cn)

景观的生态稳定性取决于其空间结构的多样性、总生物量或潜在生物量、恢复与再生能力以及抗干扰水平，而干扰对于景观演变具有决定性的意义。研究城市绿地景观格局的变化，有利于了解人类活动对城市绿地的影响以及绿地对此的反应，寻找其中的规律，为绿地建设和管理提供科学依据。

借助于其他领域的研究成果，城市绿地景观格局变化通常采用的研究方法是：利用不同地段的遥感图像与地形图，在地理信息系统软件的支持下通过几何校正和影像拼接等处理，结合外业调查进行计算机监督分类，提取绿地信息。然后选用几种景观格局指标，对不同地段的绿地景观加以比较，将不同时段的绿地斑块进行叠加获取转换矩阵，分析出各个阶段绿地结构特征、空间分布的差异、动态演变过程以及相关的影响因素等。

5.城市绿地适宜度分析

适宜度理论是基于生物与环境相互关系提出来的，适宜度分析是指土地资源对某种特殊利用适宜程度的确定过程。适宜度分析研究主要集中在城市用地、农业用地、经济林种植、草地环境等方面的评价上，针对城市绿地适宜度分析较少。况平率先利用GIS工具研究了北海市区园林绿地系统用地适宜度，其基本思路是：采用植被、景观、坡度、生态敏感区和土壤价值为绿地用地适宜性分析因素并确定各自的权重，按园林绿地用地生态决定因素适宜性评价及权重在GIS环境中形成单因素图层，每个因素分为三个适宜性等级以表明适宜性高低，利用GIS空间叠加功能计算出加权多因素值，从而确定城市绿地用地适宜度。

6.城市绿地景观规划

运用3S技术进行城市绿地景观规划主要集中在以下几个方面。

（1）城市热岛效应评估。高强度的城市化、工业化导致了城市热岛效应，运用3S技术进行城市热岛效应分析时，一般是将卫星影像中热红外数据（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，寻找出城市热岛效应强度不同等级的区域，或利用地面温度反演技术提取不同等级的区域，然后有针对性地进行绿地布局。

（2）景观可达性的确定。对某一公园选址，或进行城市绿地的具体布局时，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。景观可达性可作为衡量城市绿地系统功能的一项指标。在具体分析中，利用GIS工具中的缓冲区分析和最短路径分析等功能来评价城市绿地分布的合理性和有效性。

（3）城市物种多样性规划。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。从目前的研究来看，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。多种空间战略被认为有利于生物多样性的保护，包括保护核心栖息地、建立缓冲区、构筑廊道等。而GIS强大的空间数据查询、管理及分析能力，在生物多样性保护的景观规划中将发挥重要作用。

3S技术助力城市绿地生态研究

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