（园林植物与观赏园艺专业论文）GIS在植物园规划中的应用.pdf

摘要 g 工s 在植物园规划中的应用 园林植物与观赏园艺专业硕士研究生罗英 指导教师秦华教授 摘要 在2 1 世纪，随着经济的增长和信息化程度的不断提高，植物园迎来了它前所未有的发展 机遇和挑战。近年来，我国各地恢复、创建并正在筹建不少植物园。植物园在科研和科普工 作方面取得不少成绩，为社会主义建设事业做出了贡献。植物同是植物丰富多彩、风光明媚、 既有科学内容又具园林外貌的公共绿地，同时，万紫千红、景色宜人的植物园也是大量游人 和宾客向往的游览胜地。 我国大多数植物园都是山地植物园，随着经济的发展，植物园的发展速度也越来越快， 而部分植物园的规划却过分追求图面效果，存在着设计者主观意图、专家决策等问题，对其 内在分析很少。新技术、新方法( 如地理信息系统) 应用于城市规划是一种必然趋势，其从 理性的角度、定量的分析入手，可以使规划决策更加科学、合理。 g i s 地理信息系统具有强大的空间分析与数据管理能力，可以应用于植物园规划的各个方 面，现阶段g i s 技术在植物园管理方面已经有一定的应用，但是在规划上还利用得很少。本 文试图运用g i s 技术的空间分析功能对植物园进行坡度、坡向、高程、水域、可视性等方面 的分析，提出在有一定地形基础的植物园土地利用规划具体原则和技术指标，并且制定出相 应的步骤与方法。 作者希望籍此为今后植物园的规划提供参考，并引发更多的讨论，以及对现代科技手段 在规划中更广泛运用的关注。 关键词：g i s 植物园规划空间分析土地适宜性 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fg i si nt h ep l a n n i n go fb o t a n i cg a r d e n m a j o r ：l a n d s c a p ep l a n ta n do m a m e n t a lh o r t i c u l t u r e c a n d i d a t e ：l u oy i n g s u p e r y i s o r ：q i nh u a ( p i 。o f e s s o r ) a bs t r a c t i nt h e21s tc e n t u 】啊a l o n gw i t he c o n o m i cg r o 、玑ha n dt h ed e g r e eo fi n f o r m a t i o nt h ec o m i n u o u s i i i l p r o v e m e n t ，i tu s h e r e di 1 1 t h eb o t a n i cg a r d e nu n p r e c e d e n t e dd e v e l o p m e n to p p o r n m i t i e s 觚d c h a l l e n g e s i nr e c e n ty e a r s ，a 1 1o v e rt h ec o u n 仃yr e s t o r e d ，a n di sp l a l l n i n gt oc r e a t em a i l yb o t a n i c a l g a r d e n s b o t a n i c a lg a r d e ni 1 1p o p u l a rs c i e n c ea 1 1 ds c i e n t i f i cr e s e a r c hw o r km a d em a n ya c m e v e m e n t s f o rt h ec a u s eo fb u i l d i n gs o c i a l i s mh a l sm a d ec o n t r i b u t i o i l s b o t a n i c a lg a r d e ni sr i c ha n dv a r i e d ， s c e n i cb e a u 吼b o t hs c i e n t i f i cc o n t e n ta i l d 印p e 猢c eo fap u b l i cg r e e ng a r d e i l ，a tt h es a r n et i m e ，廿1 e p l e a s a i l ts c e n e 夥o fm eb 0 t a i l i c a lg a r d e ni sa l s oal 鹕en 啪b e r0 fv i s i t o r s 柚dg u e s t sl o n g i n gf o rt h e t o u s ta 心a c 矗o n s b o t a n i c a lg a r d e na r et h em 勾o r i t ) ro fo u rm o u n t a i nb o t a n i c a lg a r d e n a l o n gw i t he c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，t h eb o t a n i c a lg a r d e ni sa l s og e t t i n gf 瓠t e ra 1 1 df 如t e rp a c eo fd e v e l o p m e n t ，a i l ds o m eo f t h eb o t a n i c a lg a r d e ni sp l 锄i n go v e rt h ep u r s u i to fd r a w m g se 丘e c t ，t h e r ei sas u b j e c t i v ei n t e n t i o n o ft h ed e s i 印e r s ，p o l i c ye x p e r t s 锄do t h e ri s s u e s ，i t si n h e r e n ta n a l y s i so fv e 巧f e w n e wt e c h n o l o 鼢 n e wm e t h o d s ( s u c ha sg e o 黟印h i c a li n f o 肌a t i o ns y s t e m ) u s e di nu r b a np l a n n i n gi sa i li n e v i 诅b l e t r e n d ，f r o mar a t i o n a ip o i n to fv i e w ，s t a r t i n gw i t hq u a n t i t a t i v ea j l a l y s i s ，p l a n n i n gc a nm a k ed e c i s i o n s n l o r es c i e n t i f i ca n dr a t i o n a l g i sg e o 黟a p h i ci n f 0 肌a t i o ns y s t e mh a sp o w e 咖ls p a t i a la 1 1 a l y s i sa n dd a t am a n a g e m e m c 印a b i l i t i e s c a j lb e 印p l i e dt oa l la s p e c t so fg a r d e np l a n n i n 昌a tt h i ss t a g em a n a g e m e n to fg i s t e c l l n o l o g yi nt h eb o t a n i c a lg a r d e nh a sac e r t a i n 印p l i c a t i o i l ，b u ta l s oi nt h ep l a n n i n go fv e d rl i t t l e u s e t h i sp 印e r 甜e m 幽t ou s eg l st e c h n o l o g yi ns p a c ea n a l y s i so fab o t a n i c a lg a r d e ns l 叩e ，a s p e c t ， e l e v a t i o n w a t e r ，v i s i b i l i 吼a i l do t h e ra s p e c t so ft h ea i l a l y s i s ，i n ac e r t a i n t e r r a i nb a s e do nt h e b o t a n i c a lg a r d e nl a n d u s ep l a n n i n gp r i n c i p l e sa n ds p e c i f i ct e c h n i c a l n d i c a t o r s ，a 1 1 df o n n u l a t e c o 玎e s p o n d i n g 也es t e p sa n dm 甜l o d s t h ea u t h o rw o u l d1 i k e 绌et h j sb o t a n i c a lg a r d e np l 锄i n gf o rt h ef 讥r er e f e r e n c e ，a 1 1 d 仃i g g e r t t i 两南大学硕+ 学位论文 m o r ed i s c u s s i o n sa 1 1 dt h em e a n so fm o d e mt e c h n 0 1 0 9 yi nt h ep l a n n i n go fm o r ee x t e n s i v eu s eo f c o n c e m 1 ( e yw o r d s ： g i sb o t a n j c a lg a r d e np 锄i n g s p a t i a la n a l y s i s l a n ds u i t a b i l i t y 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中己加 了特别标注。 学位论文作者： 黟笑 签字日期：弦驴擘年s 月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：叼不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：写莫导师签名：场彳 签字日期：沙占年歹月2 占日 签字日期：& 刀n 影年莎月午日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 植物园是伴随着人类社会文明而产生和发展起来的。很多现代植物园已经发展成为集科 学研究、种质保存、科普教育和观光旅游为一体的机构，是一个城市文明发展程度的标志之 一，常被列为公共园林中最美的游览胜地。植物园的建设对一个国家、一个民族来说是至关 重要的。 随着城市化的高速发展，生态环境的日益恶化，“回归自然，返璞归真”越来越成为人们 普遍的心愿。植物园除能作为学术研究之外，人们还可借助其完善的解说系统学习植物知识， 揭开自然界中千姿百态的植物奥秘。这种寓教于乐的方式既符合市民的愿望，也是发展旅游 的新动向、新趋势。当今全世界都号召可持续发展、人与自然共存、保护我们唯一的地球。 中国被颂为“世界园林之母”，所以中国理应更加重视植物园的建设与发展，使之在环境保护 与生物多样性维护方面发挥更大的作用【l 】 【2 1 。 1 1 相关概念 1 1 1 植物园 植物园的产生和发展已经有5 0 0 年的历史了，随着时间的推移和社会的发展，植物园的 含义和内涵也在不断发展着。如陈植教授在造园学概论中称：植物园乃胪列各种植物聚 植一处，以供学术上之研究及考证者也；日本上原敬二博士在所编造园大辞典中称：植 物园是专门以教育为主的造园；大英百科全书第1 5 版( 1 9 8 6 年中译本，简明本) 第九卷 称植物园是“种植活植物以供观赏和展示分类关系的园地”；中国大百科全书的建筑、园 林、城市规划卷( 1 9 8 8 年版) 对植物园的解释是“从事植物物种资源的收集、比较、保存和 育种等科学研究的园地，还作为传播植物学知识，并以种类丰富的植物构成美好的园景供观 赏游憩之用【2 卜1 4 1 。 全世界迄今为止已有2 0 0 0 多个各类植物园，其中意大利帕多瓦( p a d u a ) 药用植物园建于 1 5 4 5 年，距今已有4 0 0 多年的历史，是世界上现存最古老的植物园。我国由于受西方国家的 影响，直到2 0 世纪初才开始陆续发展植物园事业，与西方国家植物园发展水平还有一定的差 距。传统植物园功能单一，以科学研究为主要服务内容。随着时代的进步，现代植物园的发 展趋势是功能的综合性、自身特点的鲜明性以及强调以人为本的参与性设计【2 卜【4 】。 1 1 2 植物园规划 植物园以科研为主，又是科普的园地。从植物园发展的历史看来，其规划设计是从简单 的整形式到比较复杂的自然式，从着重于实用和科学研究发展到需要满足科普与游览要求。 近代的植物园，多以日益丰富的园景供群众参观休息。因此，植物园的规划设计与公园有许 两南大学硕j ：学位论文 多共同之处，但在科学性方面的要求比公园更高，规划中更多地涉及到植物分类、植物生态 学、植物地理学等方面的知测。 要建设好一个植物园，并取得理想的艺术效果，必须先有一个理想的总体规划和一定的 技术设计。植物园的规划工作是一项内容复杂、涉及面广泛的综合性工程，不但要反映现代 植物科学的最新成就和发展的趋势，把科学研究、科学教育、科学生产三者之间的科学内容 体现出来，又要结合植物科学的要求，应用园林艺术手段，处理好植物园的地形、建筑布局、 景观等的问题，使植物园的总体规划达到植物科学的内容与园林艺术的布局紧密地结合在一 起，创造出景色优美、供开展科研、游览、科普、生产活动的园地。因此，规划设计工作， 对植物同的建设具有极为重要的意义。 植物园的建设是一项长期的工作，植物园的规划设计工作与建园工作是密切联系的，在 整个建园过程中，都贯穿着规划设计工作。由于植物是活的个体，更需要规划设计中运用多 种分析方法，提供适宜植物生长的环境，因此要投入更多的科学的设计的理念和技术制定出 理想的方案，并且规划方案应该具有预见性，能随着科学的发展而留有发展的余地。规划方 案通过后就应遵照执行，基本骨架不应随意更动，这样才能保证建园工作顺利进行【4 】 【5 】o 1 1 3 土地适宜性 土地适宜性是土地评价的核心，土地适宜性评价多以相对适宜性来确定土地质量，是针 对一定土地利用方式而言，土地利用方式大而言之如适宜于农业、牧业、城建、军事等，小 而言之如适宜于小麦、柑橘、衫木等。 土地适宜性评价的对象不是单纯的根据土地的综合质量对土地进行质量高低和好坏的划 分。一般来说，同一土地往往适合几种利用方式，土地质量越好适宜范围越广。土地适宜性 评价是进行土地利用总体规划以实现土地资源可持续利用的一项基本工作和重要内容，长期 以来备受关注。土地适宜性评价涉及的土地性质，不仅包括热量、水分、坡度、土层厚度等 自然地理要素，也包括区位、交通以及与土地开发利用管理有关的社会经济属性【2 7 】。 1 1 4 地理信息系统( g i s ) g i s 是英文g e o 黟a p h i cl n f o 丌n a t i o ns y s t e m 的缩写，中文翻译为地理信息系统。在英文文 献中，也有用s p a t i a l i n f o 啪a t j o ns y s t e m ( 空间信息系统) 来表达同样的意思。地理信息系统 通常泛指用于获取、存储、查询、综合、处理、分析和显示与地球表面位置相关的数据的计 算机系统。地理信息系统由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形 用户界面及系统人员组成【8 】 f 1 0 1 。 地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的， 它是一项以计算机为基础的技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、 第1 章文献综述 边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间 数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关 系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形 或数据的形式表示处理的结果。g i s 虽是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学， 基本技术是数据库、地图可视化及空间分析，因此，吴信才曾这样定义：g i s 是处理地理数据 的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。它的主要特征有两点：一方面， 从计算机实现的技术角度看，地理信息系统是用于对地理数据进行采集、管理、查询、计算、 分析与可视化表现的计算机系统。另一方面，它处理的数据是与地球表面位置相关的，是建 立在统一地理坐标基础上的空间信息系统，它利用地学模型来分析空间数据，对地理环境与 自然资源的信息进行管理，并对其动态变化进行预测和预报，从而实现为工农业生产的管理 和规划以及国防、军事提供服务的目的【8 】【9 】。 1 2 国内外应用研究现状 1 2 1g i s 技术在国内外的发展 地理信息系统( g e o 矿印h i ch l f o m a t i o ns y s t e m ) ，也称作土地资源信息系统( l a l l d r e s o u r c e s1 1 1 f o 珊a t i o ns y s t e m ) ，最早始于地理学领域，是地理学与计算机技术相结合的产物， 主要利用计算机技术处理与地理坐标相关的问题，是为解决资源与环境等全球性问题发展起 来的【9 】。 以计算机为核心的信息处理技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一。在信息的 诸多类型中，与空间相关的信息是十分重要的一类。存在于三维空间中的万物无不与空间位 置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统产生和发展的原动力【8 】。 目前世界上常用的g i s 软件己达4 0 0 多种。它们形式各异，国外较著名的有a r c n 虾o ， a r c e w ，g e n a m a p ，m g e 等；国内较著名的有m a pg i s ，g e o s t a r 和c i t y s t a r 等。 虽然g i s 起步晚，但它发展快，目前己成功地应用到一百多个领域。近年来，计算机技术飞 速发展，特别是软件的发展，促进g l s 技术发生了很大的变化。g i s 软件的发展也从早期的功 能处理模块，逐渐发展到组件式的g i s ，这已经成为许多大型g i s 公司产品的开发方向。组件 g i s 最大的好处是使g i s 功能能够嵌入其它软件，或将其它软件功能引入到g i s 中来。另一 个发展趋势主要体现在与其他信息技术的结合上，我们常说的“3 s ”( 即r s ，g p s ，g i s 统称为 3 s 技术) 就是技术综合的体现。现在，它已经与c a d 、多媒体、数据通信技术、i n t e m e t 、办 公自动化、虚拟现实等多种技术结合，形成了综合的信息技术。g i s 发展的下一个阶段也许是 地理信息造型语言( g e o g r a p h i ci n f 0 肿a t i o nm o d e l i n gl a n g u a g e ) 。超文本标记语言和虚拟现实 造型语言，能够在i n t e m e t 上很好地描述和表达文字、多媒体和图形，预计将对g i s 产生巨大 的影响【8 】【9 】【1 3 】。 3 两南大学硕士学位论文 ( 1 ) 国外研究现状 在英国等欧洲国家，城市规划是最先使用g i s 技术的领域之一。如果说1 0 年前在规划中 g i s 是否为一门适宜的技术还是一个议题的话，今天在这些国家g i s 的应用已经深入到规划与 管理的方方面面。自从美国前副总统戈尔在“数字地球认识2 1 世纪我们这颗星球”的演 讲中提出“数字地球”这一概念后，在全球就引发了一场“数字化”的热潮【”】【1 6 】。国际上g i s 应用得到了非常高的重视，应用面不断扩大。在美国及发达国家，地理信息系统的应用遍及 环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域。第六届 世界大城市首脑会议北京宣言( 2 0 0 0 年9 月2 9 日) ，在展望2 1 世纪城市发展的美好前景时指 出：正视“数字地球”时代的到来，并将其作为城市和居民相互沟通并从中受益的有效资源， 对广泛的信息资源进行统一的组织和有效的管理，使这些信息得到更好的利用，这也预示着 地理信息系统的发展将会有更广阔的前剥12 1 。 ( 2 ) 国内研究现状 我国g i s 的起步较晚，到7 0 年代末才提出开展g i s 研究的倡议。进入8 0 年代后迅速发 展，在理论探索、规范探讨、实验技术、软件开发、系统建立、人才培养和区域性试验等方 面都取得了突破和进展。8 0 年代末，武汉测绘科技大学在摄影测量与遥感专业的基础上建立 了信息工程专业，使我国g i s 基本人才的培养纳入了正轨。1 9 9 4 年4 月，我国专门成立了“中 国g i s 协会”，此后又成立了“中国g i s 技术应用协会”，加强了国内各种g i s 学术交流，研 制推出了g e o s t a r 、c i t y s t a r 、m a p g i s 等具有自主版权的g i s 软件【1 9 1 。 g i s 是现代信息技术的一个重要组成部分，由于其自身的功能特点，它在许多学科的应用 范围越米越广泛。它由原来的只限于管理方面的应用，逐步进入控制阶段。从现阶段的我国 应用g l s 的情况来看，总体水平是比较高的，同时存在着巨大的应用潜力，对g i s 的需求也 不断增加。我国g i s 的应用，首先是在科研部门和测绘及资源环境等领域，现在已经开始逐 步向土地管理、设施管理、军事和商业领域扩展。可以说，土地管理、设施管理和规划管理 近几年是应用的热点【1 1 】【1 3 j ，而植物园、风景区、森林公园等方面也在逐渐应用g i s 进行各种 评价分析，以便更科学、客观的进行规划设计和管理。 1 2 2g i s 在植物园规划中应用的状况 植物园规划本身需要收集、处理、分析、展示大量的与规划区地表空间位置相关的空间 和属性信息，历史上就与信息系统和地图密不可分；因此，随着g i s 在8 0 年代以来的推广使 用，g i s 也越来越多地应用到城市规划、风景区规划、森林公园规划、植物园规划及其它规划 领域，从政府规划管理向教学科研及规划设计扩散，特别是近1 0 年来，在国外取得了很大的 进展。 4 第1 章文献综述 虽然g l s 本身不能完成规划和解决社会经济发展问题，可是它的确是植物园规划工作中 非常有用和重要的工具。g i s 有着十分强大的管理空间信息的功能，并且可以把社会、经济、 人口等属性信息与地表空间位置相连，以组成完整的规划信息数据库，方便查询、管理、分 析、调用和显示。同时g i s 也提供了许多地理空间分析功能，如图层叠加、缓冲区、最佳路 径等。因此，g i s 在植物园规划中不仅是数据库，而且还是功能强大的“工具箱”【1 4 】。 现今，美国等一些西方国家规划领域应用现代化技术手段和方式非常先进，从资料搜集、 数据共享、信息交流、信息提取、景观评价、景观表达、景观分析、景观设计等诸多方面都 可以得到验证。美国马萨诸塞大学风景和区域规划教授j f a b o s 认为，从宏观发展的趋势看， 风景与土地规划领域的计算机化在全世界都是必然的，他将此归纳为5 个方面的力量推动的 结果：( 1 ) 资料获取和计算机技术迅速发展；( 2 ) 地理信息系统( g l s ) 的产生；( 3 ) 政府机 构和城市的分散化；( 4 ) 从代理人制度到群众参与决策的转变；( 5 ) 科学发展带来的信息量 的猛增【1 4 】。 在当前阶段，国内外g i s 在植物园规划中的应用正处于进一步发展阶段。在国外g i s 的 应用相对于国内较早，但由于g i s 的应用是一个新兴的研究领域，国内外的差距并不明显， 其主要应用于规划设计的数据采集，景观环境因子的评价，景观设计的实时可视，以及基于 i n t e 时姬t 的信息交互系统。而其中尤其以数据采集和景观环境因子评价是规划的基础性问 题【2 0 1 。虽然，国内外的研究应用多集中于此，但由于这些研究多是从方法论的角度去探讨， 因此本课题将着重于对g i s 在植物园规划中的实际应用进行研究。 1 3 现阶段g i s 在植物园规划应用中的问题 目前，g i s 真正应用于规划设计分析( 区别于规划管理) 还较少，植物园管理上也已经开 始使用植物园综合信息管理系统( g i s 和m i 相结合) ，大部分仅仅局限于科学研究。我国不少 的规划设计部门在计算机应用方面还仅仅是画图，而根本没有用到g i s 强大的空间分析功能， 以辅助规划决策。造成这种状况的原因涉及到许多技术和非技术因素，现分析如下 1 】【9 】【1 4 】： ( 1 ) g i s 应用很大程度上取决于适当的分析数据的取得及合理的数据组织。应用g i s 进行 各种规划是一个复杂的过程，其涉及自然环境、城市社会的方方面面，信息量极大，且城市 和自然环境每天都在更新、变化，信息是动态的、时刻变化的。城市地理信息系统的数据库 建设是信息系统的重点和难点，其数据库建设投资巨大，见效时间长，且需及时更新、维护， 才能真正充分发挥其功效。据估计在g i s 应用中8 0 的时间和投资都是花费在数据收集和整 理上。目前，我国的规划设计单位大部分没有为自己服务的信息中心，即没有数据库的建设， 一些城市已经建设的信息中心并没有和规划设计单位相联，所以规划设计单位数据的获取更 加困难，只能依靠手工收集、录入数据，规划人员的大部份精力用在数据收集、录入和处理 上，而非g i s 分析中，这更抑制了g i s 应用的发展。 5 两南大学硕十学伊论文 ( 2 ) 目前，我国大部分规划工作人员在传统的各种规划项目方面，知识、经验很丰富， 但对g i s 在城市规划中的应用了解很少，而g l s 专业性较强，缺少解决实际城市规划问题的 专业模地，缺乏友好的用户界面，不易掌握。而利用g l s 需要数据收集、处理、分析等，需 花费很多的时间，并且许多规划设计人员对g i s 不了解，对其有抵触倾向，这样，更加压制 了g i s 在规划设计中的应用。 ( 3 ) 植物园现在阶段的规划设计还是以传统的分类规划设计原则为主，多数植物园规划 的时候比较重视科研科普作用，较少考虑用地条件的分析。且植物园也有部分是在裸地上重 建，大部分规划设计人员觉得没有必要对植物园设计进行g l s 规划，只需要按照传统的规划 设计方法执行就行了，g l s 技术在植物园中也仅多用于建园后的管理。 6 第2 章引言 第2 章引言 2 1 选题研究的背景和意义 2 1 1 选题背景 从世界上现存的第一个科学意义上建立的植物园帕多瓦( p a d u a ) 植物园( 1 5 4 5 ) 到今天， 经过四百多年的发展，世界上植物园的数量已达两千四百余个，它们以收集、栽培、保存多 样化植物为其基本特征。通过植物学、园艺学、经济植物学等的科学研究和科普教育等，植 物园已为地区、国家、区域以至于全世界的经济、社会发展做出了历史性的贡献4 1 。二十世纪 中后期，由于地球上人口的快速增长、人类对自然资源的不合理开发和生态环境的迅速变化， 使人类赖以生存的生物多样性受到了极其严重的威胁，它们在地球上灭绝的速率竞比其自然 过程加速了约1 0 0 0 倍【1 6 】。所以二十世纪八十年代初期，国际上就提出了抢救植物就是拯救 人类本身”的行动纲领。 植物园的可持续发展需要科学合理的规划指导，随着计算机技术的迅猛发展，g i s 不仅涉 及到自然资源管理、城市规划与管理、国土监测等方面，而且还涉及到洪水淹没分析、区域 发展规划、环境保护、灾害预防、投资环境评价和决策分析等方面，成为规划、管理、决策 等不可缺少的现代化工具。 重庆市照母山植物园作为重庆市北部新区的绿色屏障，是城市公共绿化规划的重点项目 之一，是体现“南北浅围h 的重要组成部分，是“生物多样性保护中心乃，是一所定位为集 科学普及、休闲游憩、旅游观光、健身及文化体验为一体的具有现代气息的生态休闲场所。 所以在园区的规划上应该体现科学、生态的规划原则。在此基础上，本文将g i s 技术与重庆 市照母山植物园的实际规划相结合，对园区土地利用进行适宜性分析，并将分析结果应用在 规划成果中，确立植物园特色景观资源及其可持续利用，通过理论联系实践的方法，让规划 更科学合理。 2 1 2 选题的意义 随着现代信息技术的飞速发展，信息己成为全社会的重要资源，信息的占有量及信息处 理手段的先进程度已成为衡量一个行业现代化程度的重要标志。地理信息系统介入植物园规 划，是植物园林规划全面进入信息化的重要体现。现代的植物园规划是技术与艺术结合的产 物。技术主要是指工程技术，植物栽培及育种技术，建筑技术以及现代信息技术等，理性占 主要方面；艺术则指的是美学原则等，感性占主要方面。因此，植物园规划要求设计人员将 1 “南北浅围”：重庆市城市绿地系统规划要求主城区南北两端的绿化工程和东、西两面的山体构成“两山屏障、南北浅围”的环 主城生态绿地系统。 2 根据重庆市城市绿地系统规划要求，北部植物园即是植物分类、进化展示中心也将是重庆地区生物多样性保护的信息中心，和全 国植物多样性保护网络中的地区性节点。 7 两南大学硕十学位论文 使用技术与美学原则充分结合的方式，只有这样才能完成优秀的植物园规划作品。 本论文的研究目的就是通过对g i s 如何在植物园规划中应用的深入研究，探讨g i s 对于 植物园规划的作用，以及如何更加有效的利用这一技术来为植物园规划服务。希望通过自己 努力，为广大设计者提供一个切实有效的方法，为设计者在规划过程中提供客观、准确的关 于设计对象的基础数据，应用g i s 等现代信息手段作理性的分析与判断。它不但使植物园规 划从传统的感性规划设计步入到感性和理性相结合的设计轨道，而且使规划人员能够具有更 加宏观的眼光，全面系统地审视其所要进行规划的对象，并且进一步将规划人员从繁重而又 缺乏系统、精确的信息搜集及环境评价等工作中解放出来，使其能够全身心的投入到更具有 创造性的规划中去，从而为大众提供更加合理、舒适和富有创新性的环境设计作品。 2 2 论文研究的主要内容 论文研究的主要内容为： 1 地理信息系统的功能和特点； 2 g i s 空间分析技术； 3 g i s 在植物园规划中应用的技术方法； 4 利用g i s 技术对重庆照母山植物同进行空间分析和相关规划内容。 2 3 论文研究方法和技术路线 2 3 1 研究方法 本论文围绕上述的研究意义及研究目标，基于植物园规划的理论，借鉴g i s 技术在其它 领域成功应用的经验，以g i s 与植物园规划设计相结合为主要研究内容，总结、整理、并归 纳了g i s 在植物园规划各个方面的具体应用方法。并以重庆市照母山植物园规划为例，运用 a r c e w 软件对其相关的数据库进行构建( 主要包括：a r cv i e w 软件的介绍，基础资料的收集， 属性数据库的构建，空间数据库的合成等) 以及具体的为植物园规划提供技术支持的方法进 行研究和总结。初步探讨了地理信息系统在植物园规划过程中的应用，为在植物园规划工作 中更加合理、高效地应用地理信息系统，特别是对在规划景点建设适宜性和绿地建设适宜性 两方面提供技术支持开辟了一条道路。 2 3 2 技术路线图 ( 见下页) 8 第2 章引言 图2 1 技术路线图 f i 醇一lt h ep i c t u i eo ft e c l l i l i c a li 曲e 9 第3 章植物同规划的g t s 技术平台 第3 章植物园规划的g ls 技术平台 3 1g i s 的组成 g i s 运行环境包括计算机硬件系统、软件系统、网络、空间数据和管理与应用人员。其核 心部分是计算机软、硬件系统，空间数据反映了g i s 的地理内容，而管理人员和用户则决定 系统的工作方式和信息表示方式。 3 2g i s 的功能和特点 如今地理信息系统在各行各业中已经应用的相当广泛，主要是由于其具备强大的功能和 自身独有的特点。g i s 在实际应用中主要有以下的功能和特点。 3 2 1g i s 的功能 g i s 能够实现以下的基本功能【2 l 】： 1 数据采集、检验与编辑。主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内 容与空间上的完整性、数据值逻辑一致； 2 数据格式化、转换，即数据处理。由于g i s 数据来源的多样化，这就使得g i s 不得不 具各处理多种数据的能力，g i s 能够方便地帮助用户将一种数据格式转换到另一种数据格式。 3 数据的存储与组织。这是一个数据集成的过程，包括对商业数据库中空间数据的入库、 查询、更新、编辑等，也是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数 据的组织。栅格模型、矢量模型和栅格矢量混合模型是常用的空间数据组织方式。 4 数据管理。包括查询、检索、统计、计算等功能。地理信息系统作为一种信息管理， 同其他管理系统一样，具备有普通信息管理系统的管理能力。同时它又有其他信息系统所不 具备的对空间数据管理的能力。 5 空间分析。空间分析是地理信息系统的核心功能。也是地理信息系统与其他计算机系 统的根本区别。模型分析意指在地理信息系统支持下，分析和解决问题的方法体现，它是地 理信息系统应用深化的重要标志。 6 辅助决策。g i s 是一个帮助查询、分析和作出决策处理的图形数据处理工具。它辅助 决策的内容已经涉及到社会经济生活的多个方面。 7 显示。地理信息系统为用户提供了用于显示地理数据的工具，其表达形式既可以是计 算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其强调的是地理信息系统 的地图输出功能。 两南大学硕十学位论文 3 1 2g i s 的特点 与一般信息系统相比，地理信息系统具有如下的基本特征： 1 数据的空间定位特征：一般信息信息系统仅包括属性和时间特征，而空间位置特征是 地理数据所特有的，没有位置数据不能称为地理数据。地理信息系统要具有对空间数据管理、 操纵和表示的能力。 2 空间关系处理的复杂性：地理信息系统除要完成一般信息系统的工作外，还要处理与 之对应的空间位置和空间关系，以及与属性数据的一一对应。 3 海量数据管理能力：地理信息系统海量数据特征来自两个方面，一是地理数据，地理 数据是地理信息系统的管理对象，其本身就是海量数据；另外则来自空间分析，g i s 在执行空 间分析的过程中，不断地产生新的空间数据，这些数据也具备海量特征。 3 3g i s 的数据源 ( 1 ) 地图 各种类型的地图是g i s 的最主要的数据源，因为地图是地理数据的传统描述形式，是具 有共同参考坐标系统的点、线、面的二维平面形式的表示，内容丰富，图上实体间的空间关 系直观，而且实体的类别或属性可以用不同的符号加以识别和表示。但是，由于地图存在着 存储介质的缺陷( 多为纸质，因存放条件的不同，存在不同程度的变形) ，现实性较差( 地图 的更新需要周期长) 等原因，使用时需要注意。 ( 2 ) 遥感影像数据 遥感影象是g i s 的一个极其重要的信息源。通过遥感，可以快速准确地获得大面积、综 合性的各种专题信息。 ( 3 ) 统计数据 国民经济的各种统计数据也常常是g i s 的数据源，如人口数量、人口构成、国民生产总 值等等。 ( 4 ) 实测数据 各种实测数据特别是些g p s 点位数据常常是g i s 的很准确、很现实的资料。 ( 5 ) 数字数据 随着各种专题图件的制作和各种g i s 系统的建立，直接获取数字图形数据和属性数据的 可能性越来越大，数字数据也成为g i s 信息源中不可缺少的一部分，但对数字数据的采用需 1 2 第3 章植物罔规划的g i s 技术平台 要注意数据格式的转换和数据精度、可信度的问题。 ( 6 ) 各种文字报告和立法文件 各种文字报告和立法文件在一些管理类的g i s 系统中，有很大的应用，如在城市规划管 理信息系统中，各种城市管理法规及规划报告在规划管理工作起着很大的作用。 3 4g i s 的空间分析 3 4 1 空间分析的作用 空间分析是基于地理对象位置和形态的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间 信息( 特别是对空间隐含信息的提取和传输能力) ，解决人们所涉及到地理空间的实际问题， 以便进行辅助决策。空间分析是地理信息系统的主要特征。g i s 对地理空间数据的这种处理分 析功能，组成了地理信息系统的实际应用的主要方面，特别适合于为需要解决表面距离和其 他连续空间信息的问题i3 5 1 。例如对于进行植物园的适宜性分级时，通常就是利用g i s 软件的空 间分析功能，从各种己有的专题数据源的信息中获得有用的信息，再叠加专题数据并派生出 新的数据信息，其结果就直接用来作为适宜性分级的依据。 其实传统地图学中的地图应用就是一种空间分析。而在现代g i s 领域，空间分析是指利用 计算机分析、获取和传输空间信息。利用以计算机为载体的g i s 进行空间分析可以有效的提高 我们分析过程的效率，使分析结果更加精确，提高规划的科学性和合理性。 3 4 2g i s 常用的空间分析 下面以a r c g i s 软件为例介绍在众多的g i s 的空间分析功能中经常使用的几种【2 0 1 。 ( 1 ) 表面( s u r f 砬e ) 分析 g i s 提供的表面分析功能比较丰富，通过表面分析，我们可以生成新的数据集，通过这些 数据集我们可以更多的了解原始数据中所隐含的空间格局信息，例如等高线、坡度、坡向、 可视性，最陡路径、山体阴影、土方计算等，通过表面分析功能，可以轻松获得我们感兴趣 的数据。例如，通过现有的高程数据集或数字高程模型( d e m ) ，我们可以获得该区域的坡度、 坡向表面分析结果。 下面对数字地形模型和数字高程模型简单介绍一下。 数字地形模型( d i g i t a lt e n a i nm o d e l ，简称d t m ) ，是地形表面形态属性信息的数字表 达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字表达。通常定义为描述地面特征空间分布的 有序数值阵列，其坐标空间用x 、y 或经、纬度来定义。地形表面形态的属性信息一般包括高 程、坡度、坡向等。地面特征可以是地貌、土壤、土地利用、土地权属等等。 1 3 西南大学硕士学位论文 数字地形模型是对区域地理空间数据描述的基本形式和手段之一，是进行地理空间分析 的基础数据。 数字高程模型( d 心t a le l e v a t i o nm o d e l ，简称d e m ) ，将数字地形模型的地面特征用于描 述地面高程，这时的d 被称为“数字高程模型”，简称d e m 。 数字高程模型是建立各种数字地形模型的基础，通过d e m 可以方便地获得地表的各种特 征参数，其应用可遍及整个地! 学领域。可用于绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图、 立体景观图，并应用于制作正射影像图、立体景观片、立体地形模型及地图的修测。 t 烈( t r i a n g u l a t e di r r e g u l 盯n e 栅o r k ) 属于d e m ，是一种不规则三角网，它比栅格模型更 直观、精确地表现地形的起伏变化，利用t i n 格式还可以直接进行高程、坡度、坡向等计算。 ( 2 ) 空间查询分析 空间查询是地理信息系统的最基本的功能，从数据类别上可分图形查询属性、属性查询 图形、图形与属性混合查询。图形查询属性是根据图形的空间位置来查询有关属性信息：属性 查询图形是根据一定的属性条件来查询满足条件的空间实体的位置；图形与属性的混合查询 则是一种更复杂的查询，查询的条件则是属性与空间范围两者的综合。 ( 3 ) 缓冲区分析( b u 髓r ) i 蒸夏i 二登叠 图3 1 多边形叠加分析 f i 9 3 - lt h eo v e r l a yo fp o 】y g o n 1 4 是以某类图形元素( 点、线、面) 为基础拓展一定的宽 度而形成的区域。缓冲操作后形成一个或多个多边形区域， 单独的缓冲区操作并没有太大的实际意义，缓冲区功能必须 与其他空间分析一起使用才能发挥应有的作用。它是为达到 某种目的而进行的一系列空间分析中的一部分，其数据可能 来源于其他分析结果，其结果也能为进一步的分析提供数 据。 ( 4 ) 叠加分析 叠加分析是地理信息系统最常用的提取空间隐含信息 的手段之一。它是g i s 中一项非常重要的空间分析功能。大 部分g i s 软件是以分层的方式组织地理数据，将地理数据按 主题分层提取，同一地区的整个数据层集表达了该地区地理 景观的内容。每个主题层可以叫做一个数据层面。数据层面 既可以用矢量结构的点、线、面图层文件方式表达，也可以 用栅格结构的图层文件格式进行表达。 第3 章植物同规划的g t s 技术平台 空间叠加分析就是把同一地区的两幅或两幅以上的数据图层重叠在一起进行图形运算和 属性运算( 关系运算) 产生新的空间图形和属性的过程。它不同于通常所说的视觉信息复合， 这主要是因为叠置分析的结果不仅产生视觉效果，更主要的是形成新的目标，对空间数据的 区域进行了重新划分，属性数据中包含了参加叠置的多种数据项。叠加的每幅图层称为一个 叠置层，每个叠置层带有一个将用于综合运算的属性，一个叠置层反映了某一方面的专题信 息。 叠加分析的目的就是寻找和确定同时具有几种地理属性的地理要素的分布，或者按照确 定的地理指标，对叠置后产生的具有不同属性级的多边形进行重新分类或分级。地理信息系 统叠加分析可以分为以下几类：视觉信息叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形 叠加、栅格图层叠加。 ( 5 ) 网络分析 对地理网络进行地理分析和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。网络 分析是运筹学的一个基本模