基于RS和GIS的北京城市副中心綠地系統(tǒng)分析

賈 堃,趙 群

(北京農(nóng)學(xué)院 園林學(xué)院，北京 102206)

綠地在城市中扮演著改善小氣候條件、提高城市景觀效果、生態(tài)功能等重要作用，當(dāng)城市中的綠地形成一個有機(jī)的整體時，才能為人類提供更好的生存條件。北京副中心正處于建設(shè)階段,是調(diào)整優(yōu)化北京空間格局的重要舉措，力求在2035年打造“沒有城市病”人居環(huán)境，因此對現(xiàn)狀綠地的分析具有必要性和現(xiàn)實需求。目前關(guān)于《北京城市副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃(街區(qū)層面)(2016—2035年)》已經(jīng)發(fā)布，但是關(guān)于副中心綠地現(xiàn)狀方面的分析研究還很少，因此借助RS和GIS進(jìn)行研究對北京副中心后續(xù)建設(shè)具有現(xiàn)實參考意義。

目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些學(xué)者利用GIS和RS對城市綠地進(jìn)行了研究，例如王雪等[1]借助RS技術(shù)對深圳市地形圖進(jìn)行幾何校正和增強(qiáng)處理，應(yīng)用ArcGIS9.0進(jìn)行矢量化和相關(guān)統(tǒng)計分析，對深圳地區(qū)的城市綠地景觀進(jìn)行研究。Jerry 等[2]運用 RS、GIS等在美國德克薩斯州對城市綠地景觀進(jìn)行了景觀格局的研究并進(jìn)行相關(guān)指數(shù)計算，分析了景觀結(jié)構(gòu)動態(tài)變化。薛晶[3]利用高分一號衛(wèi)星影像對景觀格局進(jìn)行了研究，并以景觀格局和建立的模型為依據(jù)對南昌市東湖區(qū)和西湖區(qū)提出規(guī)劃管理建議。在GIS中通過對不同時間段的綠地信息的分層顯示，對綠地分布、綠地覆蓋率等的對比分析，可以獲知城市綠地的變化情況。例如張國成等[4]依據(jù)ETM 和 SPOT 數(shù)據(jù)，分析了南京綠地現(xiàn)狀情況。在城市綠地功能分析中，以城市綠地空間信息作為研究對象選取合理的評價因子[5]，使用GIS建立影響因子空間屬性信息數(shù)據(jù)庫，然后利用ArcGIS軟件的空間分析和計算功能可以定量的分析評價城市綠地。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

北京副中心總建設(shè)面積約155 km2，外部控制區(qū)為整個通州區(qū)。本次選取北京副中心中的一部分作為研究區(qū)，具體范圍為北邊以通燕高速為界，南到萬盛南街，西以怡樂南街為界，東到東六環(huán)。包含了通惠河、運潮減河、北運河三條河的局部,總面積46.273 km2。研究區(qū)大致的經(jīng)緯度范圍為39.86N～39.92N，116.62E～116.70E。所選研究區(qū)與北京副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃(街區(qū)層面)中的建筑高度分區(qū)規(guī)劃示意圖中的新老建筑高度協(xié)調(diào)區(qū)范圍基本重合。研究數(shù)據(jù)源自高分二號衛(wèi)星，以兩景2018年9月5日獲取的GF2-PMS1數(shù)據(jù)和一景2015年9月2日獲取的GF2-PMS2數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。獲取數(shù)據(jù)后需要對影像進(jìn)行預(yù)處理，并對研究區(qū)進(jìn)行裁剪。

2 GF-2影像的研究區(qū)土地利用信息

利用監(jiān)督分類對研究區(qū)的植被、水體、道路、建筑和場地、拆遷土地(裸地)進(jìn)行提取并對錯誤斑塊進(jìn)行處理。用地情況見表1。由表中可知道路、建筑和廣場用地面積幾乎占用研究區(qū)一半的面積，建筑道路密度相對較高。區(qū)域內(nèi)水域面積少，存在拆遷還未建設(shè)土地，還有一些其他用地和綠地共24.00 9km2，占整個研究區(qū)面積比為51.8%。

3 研究區(qū)綠地信息數(shù)據(jù)庫的建立

根據(jù)對遙感圖像的目視解譯和對場地的現(xiàn)狀調(diào)研，對提取的綠地信息進(jìn)行分類，將有相同功能或形狀紋理信息相似的綠地分為一類。根據(jù)《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》CJJ/T85-2017(中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))將城市綠地分為公園綠地、防護(hù)綠地、廣場綠地、附屬綠地、區(qū)域綠地。依據(jù)研究區(qū)場地實際情況將研究區(qū)內(nèi)綠地分為公園綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地、區(qū)域綠地和其他綠地。

表1 2018年研究區(qū)用地情況統(tǒng)計表Tab.1 Statistical Table of Land Use in the Research Area in 2018

在ArcGIS中對不同類別的綠地斑塊進(jìn)行編輯分類,再將其歸屬到分類對應(yīng)類別中，形成圖像數(shù)據(jù)和圖像信息屬性數(shù)據(jù)庫[6]。建立好各類綠地的屬性信息[7]后，利用ArcGIS將綠地信息數(shù)據(jù)分層,再借助景觀生態(tài)學(xué)軟件Fragstats 4.2計算相關(guān)指數(shù)，并繪制2018年城市綠地系統(tǒng)斑塊水平景觀指數(shù)數(shù)據(jù)表(表2)。

表2 研究區(qū)2018年綠地系統(tǒng)斑塊水平景觀指數(shù)Tab.2 Study area patch landscape index of green space system in 2018

4 研究區(qū)綠地系統(tǒng)分析及布局

4.1 城市綠地系統(tǒng)定量指標(biāo)分析

根據(jù)研究區(qū)用地情況圖繪制2015年和2018年綠地指標(biāo)對比表見表3。根據(jù)表格可知2015年研究區(qū)綠地面積為16.585 km2，2018年研究區(qū)綠地面積為16.97 2 km2，2018年綠地面積比2015年綠地面積增加了0.387 km2，綠化覆蓋率增長了0.84%，增加的這部分主要為附屬綠地，說明研究區(qū)雖然處于“拆舊迎新”的建設(shè)階段，但是在一些場地建設(shè)的同時也在完善、增加綠地，但是受現(xiàn)狀建筑、基礎(chǔ)設(shè)施等布局限制，少有大型公共綠地建設(shè)。再依據(jù)表2從定量指標(biāo)分析可知，研究區(qū)內(nèi)公園綠地面積極少，防護(hù)綠地和附屬綠地占地面積較大。區(qū)域綠地是新發(fā)布的《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》中重新定義的綠地類型，它包含了2002年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中大部分其他綠地中的類型和生產(chǎn)綠地，但是不包含耕地，區(qū)域綠地在研究區(qū)中占比較小，本研究主要將濕地、苗木基地和風(fēng)景名勝區(qū)歸為此類別。研究區(qū)中除了上述四種綠地外，還有一些現(xiàn)狀為臨時草坪或者樹木很少的疏林草地這些臨時草場劃分為其他綠地。對比北京副中心控制性詳細(xì)規(guī)劃圖中的用地功能規(guī)劃示意圖發(fā)現(xiàn)，其他綠地中的多個大面積草場和疏林草地區(qū)域為滿足居民生活所需將陸續(xù)建設(shè)成居住用地、產(chǎn)業(yè)用地、基礎(chǔ)設(shè)施用地、教育醫(yī)療用地等。因此研究區(qū)建筑密度在未來會不斷增加，基本沒有可以建設(shè)綜合性公園的空間，只能隨著醫(yī)療機(jī)構(gòu)、學(xué)校等建成，配套建設(shè)相應(yīng)的附屬綠地。

表3 2015年和2018年研究區(qū)綠地指標(biāo)對比表Tab.3 Comparison table of green space indicators in the study area in 2015 and 2018

4.2 城市綠地系統(tǒng)景觀指標(biāo)分析

從景觀指標(biāo)層面分析可知研究區(qū)景觀很大程度上受到人為改造且景觀分布不均勻。景觀形狀指數(shù)反映人類對景觀干擾強(qiáng)度的大小[8]，景觀形狀指數(shù)越大，表明人工建設(shè)行為對景觀的干預(yù)程度越大。由表2可以發(fā)現(xiàn)附屬綠地和防護(hù)綠地的形狀指數(shù)為55.4%和27.4%，因為附屬綠地受場地內(nèi)建筑、廣場、道路等分布的干擾，防護(hù)綠地受道路系統(tǒng)的干擾，其他三種綠地地塊比較完整，數(shù)值相對也較小。

景觀多樣性反映景觀的豐富和復(fù)雜程度[9]，景觀多樣性數(shù)值越大表明各類型綠地分布越均勻，少有類型綠地信息對整體景觀影響越小。研究區(qū)內(nèi)綠地景觀多樣性(SHDI)為1.103 1，表明研究區(qū)內(nèi)各類型綠地分布比較不均勻；景觀均勻度顧名思義反映不同類型景觀分布是否均勻，指數(shù)越大表明各類景觀分布的越均勻,當(dāng)均勻度指數(shù)趨近于1時，說明各類景觀接近均勻分布，研究區(qū)內(nèi)景觀水平的均勻度(SHEI)為0.685 4，結(jié)合景觀多樣性指數(shù)可知本文各類型綠地分布不均勻。

景觀聚集度指數(shù)反應(yīng)景觀中不同類型斑塊的聚散程度[9]，景觀聚集度指數(shù)越高(以1作為標(biāo)準(zhǔn)值)說明景觀內(nèi)的斑塊以大斑塊為主，反之由小斑塊組成，本研究區(qū)的景觀聚集度指數(shù)(AI)為60.081 3，表示研究區(qū)內(nèi)大斑塊景觀數(shù)量不多；綠地景觀破碎度在一定程度上體現(xiàn)著人類的建設(shè)活動對城市的改造程度，景觀破碎度越大表明城市綠地抗干擾能力越低，不利于保護(hù)生物多樣性；綠地破碎度為城市綠地總斑塊數(shù)量與綠地斑塊總面積的比值(NP/TA)，研究區(qū)的綠地景觀破碎度為0.998 7，表示研究區(qū)內(nèi)綠地景觀被人為改造程度比較嚴(yán)重。整體上講，研究區(qū)綠地景觀分布不均且受人為改造嚴(yán)重。

4.3 研究區(qū)綠地布局分析

研究區(qū)現(xiàn)狀綠地布局為網(wǎng)狀和點狀綠地布局相結(jié)合，可以稱之為“綠廊相連，綠塊鑲嵌”。上文提到研究區(qū)內(nèi)一些場地在未來要修建基礎(chǔ)設(shè)施、文教醫(yī)療等機(jī)構(gòu)設(shè)施，有的地區(qū)需要戰(zhàn)略留白，基本沒有空間用來建設(shè)較大型的公園綠地，而且現(xiàn)狀居住區(qū)和村落分布緊湊，即使一些村落拆遷修建居住區(qū)，為滿足現(xiàn)狀人口和未來居住人口的生活需要，修建文教醫(yī)療等設(shè)施是必然的。因此未來建筑密集程度不會下降相反會有所提高，地塊被分割程度也會加大。故而在建筑密集程度較高的區(qū)域，通過建設(shè)大型公園來增加城市綠地率并不現(xiàn)實，應(yīng)該建設(shè)小微綠地或在可以增綠的地方“見縫插綠”，如利用居住區(qū)或公用設(shè)施外圍狹長或塊狀空間增建小型帶狀公園綠地，或者在荷載承重足夠的建筑頂面、在不影響駕駛員視線的高速公路外側(cè)等地方考慮屋頂花園和立體綠化。屋頂花園和立體綠化都是可以在較小空間內(nèi)創(chuàng)造高質(zhì)量綠化的方式，立體綠化由于自身垂直的特點，使它占地面積小而綠化覆蓋面積大，不但增加了綠化率，而且節(jié)約土地資源，軟化建筑生硬的輪廓并與城市綠化融為一體，而且立體綠化還是一種良好的增加豎向景觀層次效果的方式[10]同時可以提高建筑圍護(hù)的使用壽命。屋頂花園還可以折算成綠化覆蓋率，1 m2屋頂綠化可以折算1 m2綠化覆蓋率，5 m2屋頂綠化可以折算1 m2綠地率，對城市綠化建設(shè)有所助益。在綠地景觀指數(shù)方面，提升城市總綠地覆蓋率可以減小綠地景觀破碎度。

綜上所述，研究區(qū)內(nèi)的綠地系統(tǒng)布局可以歸納為“綠廊相連，綠塊鑲嵌，綠點結(jié)合”。綠廊主要是指沿道路兩側(cè)的防護(hù)綠地、防風(fēng)林帶等；綠塊主要是指面積大于0.1 hm2的城市綠地等；綠點是指建設(shè)過程中可以增加的或現(xiàn)狀存在的小微綠地。

5 結(jié) 論

本研究利用ENVI5.3對GF-2號衛(wèi)星影像進(jìn)行預(yù)處理，對預(yù)處理后的2018年遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類并建立研究區(qū)綠地系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)庫。其中：防護(hù)綠地占城市綠地系統(tǒng)總面積的16.46%，景觀形狀指數(shù)為27.471 1，說明防護(hù)綠地主要以中大型綠地為主，斑塊密度為25.336 0，表示防護(hù)綠地在整個研究區(qū)中比較分散；附屬綠地占城市綠地系統(tǒng)總面積的61.52%，在整個城市綠地系統(tǒng)中附屬綠地占有優(yōu)勢地位，斑塊密度為72.060 2，說明附屬綠地分布比較緊湊，景觀形狀指數(shù)為55.390 6，說明附屬綠地以中小型斑塊為主且形狀較不規(guī)則，景觀破碎程度比較高；公園綠地占比最小，其景觀形狀指數(shù)為7.487 2，說明公園綠地雖然數(shù)量少，但是以中大型斑塊為主并且形狀比較規(guī)則；區(qū)域綠地占城市綠地系統(tǒng)總面積的5.13%，景觀形狀指數(shù)為5.897，表明區(qū)域綠地中大都是大型斑塊且比較規(guī)整；其他綠地斑塊個數(shù)19個，斑塊面積為258.41 hm2，占城市綠地系統(tǒng)總面積的15.22%。

結(jié)合研究區(qū)現(xiàn)狀并對比2035年的規(guī)劃圖紙，除了規(guī)劃圖紙上已經(jīng)規(guī)劃確定好位置的公園綠地外，針對建筑密度較高的研究區(qū)范圍提出在現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上增加小微綠地的建議，形成“綠廊相連，綠塊鑲嵌，綠點結(jié)合”的規(guī)劃方案，還可以考慮垂直綠化、屋頂綠化，為研究區(qū)的綠地系統(tǒng)完善提供參考意見。