（地图学与地理信息系统专业论文）基于rs和gis的北京市生态环境评价研究.pdf

摘要 本文基于“北京市2 0 0 0 年到2 0 0 5 年和2 0 0 6 年生态环境评价项目 ，运用r s 和g i s 技术进行北京市生态环境评价研究。 对相关领域国内外相关研究的分析发现，传统生态环境评价工作的方式和方法存在弊 端。传统的生态环境评价工作费时、费力且精度有限，使得评价周期相对较长，从而在效 率与质量上不能够满足环境状况评价高效率、周期短、精度准等要求。针对这个问题，本 研究提出了基于遥感和地理信息系统的生态环境信息提取技术，并应用在实际的评价工作 中，提高了信息提取的效率、缩短了信息获取的周期、提高了数据的精度。 另外，现行的生念环境评价工作存在诸多问题。由于生态环境是一个自然、社会、经 济的复合系统，受到多种因素的影响，表现出复杂性和不确定性。生态环境评价存在诸多 问题，如数据的获取、评价指标体系和模型的选取等。研究中根据国家环境保护总局发布 的生态环境评价规范，采用生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数 和环境质量指数加权计算对北京市及各个区县2 0 0 0 年到2 0 0 6 年的生态环境状况进行了评 价和分析。计算得到2 0 0 0 和2 0 0 6 年北京市生态环境状况指数分布在“良”和“一般两 个等级，全市分别为5 9 8 0 0 和5 9 7 0 7 ，未见明显变化，生态环境状况为“良 ，即植被覆 盖度较高，生态多样性较丰富。各个区县中，生态状况最好的是位于北部山区的密云县， 最差的是位于城市建设发展快速的北京市市区，生态环境状况属于“一般 。为北京市生 态环境改善和未来发展规划提供依据。 北京市缺乏大的空间尺度上的生态环境评价工作。根据中共北京市委北京市人民政 府关于区县功能定位及评价指标的指导意见，把全市从总体上划分为首都功能核心区、 城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区。以往的北京市生态环境评价是在区县 级基础上进行的，对新的功能区划未来生态环境工作的指导性不强。针对这种情况，研究 中对新的功能分区后的2 0 0 5 年和2 0 0 6 年生态环境状况进行了评价。评价结果和基于区县 的评价基本吻合。 针对传统评价工作费时、费力且精度不高的缺点，结合目前的生态环境评价的现实需 求，利用g i s 空间信息技术、r s 遥感数据获取手段，深入研究目前生态环境质量评价流程， 在此基础上利用v i s u a ls t u d i o2 0 0 3 集成丌发环境和a r c e n g i n e 组件技术，建立了基于 g i s 和r s 的生态环境质量评价系统，将数据存储、数据处理、数据计算、环境评价分析、 报表制作进行有效整合，嵌入到统一的评价系统中。以北京为例做示范应用，取得了不错 的效果。本系统的建立改善了传统的评价手段，提高了评价的精度，缩短了评价周期，具 有一定的应用价值。 关键字：遥感( r s ) ，地理信息系统( g i s ) ，生态环境评价，生态环境状况指数( e i ) a b s t r a c t t h i sl e c t u r ei sf o c u s e do nt h er e s e a r c ho fe c o - e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tu s i n gr sa n dg i s t e c h n o l o g y , w h o s er e s e a r c hb a c k g r o u n di st h ep r o j e c to f “b e i j i n ge c o - e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t d u r i n g2 0 0 0t o2 0 0 5a n d2 0 0 6 ” t h ew o r k i n gw a y sa n dm e a n so ft r a d i t i o n a le c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n te x i s td e f e c t st h a t a r et a k i n gt i m ea n de n e r g y , w h i c hm a k e st h ep e r i o do ft h ea s s e s s m e n tl o n g e ra n dm o r ed i f f i c u l t t og u a r a n t e et h er e l i a b i l i t ya n du n i f o r m i t yo fs t a t i s t i c a ld a t aa n da s s e s s m e n tq u a l i t y s o ，i tc a n n o t s a t i s f yt h er e q u e s to fe n v i r o n m e n ta s p e c ti nh i 曲e f f i c i e n c y , s h o r tp e r i o da n dp r e c i s i o n i nv i e w o ft h i s q u e s t i o n ，t h i sr e s e a r c hp r o p o s e d t h ee x t r a c t i o n t e c h n o l o g yo fe c o e n v i r o n m e n t i n f o r m a t i o nb a s e do nt h er sa n dg i s ，a n du s i n gi ti nt h ea c t u a la s s e s s m e n tw o r k ，w h i c h e n h a n c e dt h ei n f o r m a t i o ne x t r a c t i o ne f f i c i e n c y , r e d u c e dt h ei n f o r m a t i o na c q u i s i t i o np e r i o d ， i n c r e a s e dt h ed a t ap r e c i s i o n m o r e o v e r , b e c a u s et h ee c o e n v i r o n m e n ti sam u l t i p l e x e ds y s t e mo fn a t u r ea n ds o c i a l ，w h i c h i sa f f e c t e db ym a n yk i n d so ff a c t o r s ，d i s p l a y e dt h ec o m p l e x i t ya nu n c e r t a i n t y , t h e r ea r em a n y p r o b l e m si nt h ep r e s e n te c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tw o r k w h i c hm a d et h ee c o e n v i r o n m e n t a s s e s s m e n te x i s tm a n yp r o b l e m s ，s u c ha st h ea c q u i s i t i o no fd a t a , t h es e l e c t i o no fa p p r a i s a lt a r g e t s y s t e ma n dm o d e i nt h i sr e s e a r c h a c c o r d i n gt ot h ee c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n ts t a n d a r di s s u e d b yt h ec o u n t r ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a u ，u s e dt h eb i o l o g i c a la b u n d a n c ei n d e x ，t h e v e g e t a t i o nc o v e ri n d e x t h ei n d e xo fn e t w o r ko f r i v e r sa n d1 a k e sd e n s i t y , t h el a n dd e g e n e r a t i o n i n d e xa n dt h ee n v i r o n m e n tq u a l i t yi n d e xw e i g h t e dt oc a l c u l a t et h ee c o l o g i c a li n d e xo fb e i j i n g a n de a c hc o u n t y , t h e nm a d ea s s e s s m e n ta n da n a l y s i so ft h ec o n d i t i o no fe o o e n v i r o n m e n tf r o m 2 0 0 0t o2 0 0 6 t h er e s u l td i s t r i b u t e di nt w or a n k so f ”g o o d ”a n d ”g e n e r a l ”t h ei n d e xo fw h o l e c i t yi s5 9 8 0 0a n d5 9 7 0 7r e s p e c t i v e l y , w h i c hi n d i c a t e st h ec o n d i t i o no fe c o - e n v i r o n m e n ti s ”g o o d ”，a n dt h e r ei sn oo b v i o u sc h a n g e ，n a m e l yt h ec o v e r a g eo fv e g e t a t i o ni sw e l l ，t h ee c o l o g y m u l t i p l i c i t yi sr i c h e r , a n db a s i c a l l ys u i t st h eh u m a ns u r v i v a l t h eb e s te c o l o g yc o n d i t i o ni s l o c a t e di nm o u n t a i n o u sa r e ao fm i y u nc o u n t y , a n dw o r s ti sl o c a t e di nt h ef a s td e v e l o p e da r e ao f b e i j i n gu r b a nd i s t r i c t w h o s ee c o e n v i r o n m e n tc o n d i t i o ni so r d i n a r yi nc o u n t i e s b e i j i n gl a c k st h el a r g es c a l ee c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t a c c o r d i n gt ot h e i n s t r u c t i o n o p i n i o n ”，t h ew h o l ec i t y i sd i v i d e di n t ot h ec a p i t a lf u n c t i o nc o r ea r e a , t h ec i t yf u n c t i o n d e v e l o p m e n ta r e a ，t h en e w l yd e v e l o p e du r b a na r e aa n dt h ee c o l o g ys e l f - r e s t r a i n td e v e l o p m e n t a r e a t h ef o r m e rb e i j i n ge c o - e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n ti sc a r r i e so u to nt h ec o u n t yl e v e l w h i c hi s l i t t l ei n s t r u c t i o nt ot h et h ef u t u r ee c o e n v i r o n m e n tw o r ko ft h en e we n e r g yr e g i o n i nv i e wo ft h i s k i n do fs i t u a t i o n ，t h i sl e c t u r er e s e a r c h e dt h et h ee c o e n v i r o n m e n tc o n d i t i o ni n2 0 0 5a n d2 0 0 6 b a s e do nt h en e w l yd i v i d e dr e g i o n 1 1 1 ea s s e s s m e n tr e s u l ti si na c c o r d a n c ew i t ht h eo n eg o to n t h ec o u n t yb a s i s i nv i e wo ft h ed e f e c t so ft a k i n gt i m ea n de n e r g yo ft r a d i t i o n a la s s e s s m e n tw o r k ，c o n s i d e r i n g t h ep r e s e n td e m a n do fe c o - e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t ，u s i n gt h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e ra n dg i s ， w et h o r o u g h l ys t u d i e dt h ef l o wo ft h ep r e s e n te c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t u s i n gt h ei n t e g r a t e d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fv s n e ta n dt h ea r c e n g i n em o d u l e ，d e v e l o pt h es y s t e mo f e c o e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tb a s e do nr sa n dg i s ，w h i c hd e s i g n e da n dr e a l i z e dt h ef u n c t i o no f u s e rm a n a g e m e n t , m a pl a y e rm a n a g e m e n ta n dv i e wt o o l ，a s s e s s m e n tm o d e lb a s e do np r o j e c t , p r o d u c tm a n u f a c t u r e ，i no r d e rt or e a l i z e st h eo p e r a t i o n a lc o m p u t a t i o na n dm a n a g e m e n to ft h e e c o 。e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n tw o r k ，a n dp r o v i d e sf a s ta n da c c u r a t es c i e n t i f i cm e t h o da n db a s i sf o r t h ed e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dm o n i t o r u s i n gt h i ss y s t e r ng o tag o o dr e s u r t a k i n gb e i j i n ga ss t u d ya r e a t h i ss y s t e mi m p r o v e dt h et r a d i t i o n a la p p r a i s a lm e t h o d i n e a s e d t h ea s s e s s m e n tp r e c i s i o n ，r e d u c e dt h ea s s e s s m e n tc y c l e ，a n dh a sc e r t a i na p p l i c a t i o nv a l u e k e yw o r d s ：r e m o t es e n s i n g ( r s ) ，g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( o i s ) ，e c o e n v i r o n m e n t a s s e s s m e n t , e c o l o g i c a li n d e x ( e o i i l 首都师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识剑本声明的法律结果由本 人承担。 学位论文作者虢函垆摄日期a ，惦岁月弓口日 首都师范大学学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范人学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管 部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利i ；t 的的少量复制并允许论文 进入学校图1 5 馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘 要汇编出版。保密的学位论文在解密后适h j 本规定。 学位论文作者舭言。p 投日期：w 年岁月弘日 首都师范人学硕上学位论文基于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 第一章绪论 生态环境退化是目前全球面临的最主要问题之一，它不仅使自然资源日益枯竭，生物多 样性不断减少，而且严重阻碍社会经济的持续发展，进而威胁人类的生存。生态环境评价 是一项系统性研究工作【l 】，是环境质量评价的重要组成部分，评价生态系统结构和功能的 动态变化而形成的生态环境质量的优劣程度，是资源开发利用、制定经济社会可持续发展 规划和生态环境保护对策的重要依据。生态环境质量的监测与评价是当今世界的一项重要 研究课趔2 1 。对生态环境质量进行全面的监测和合理评价，可以客观地认识一个区域的生 态环境质量状况及存在的主要问题，才能有效遏制生态环境的退化，对政府部门合理制订 区域规划和经济发展方针，协调经济、社会和环境的可持续发展都具有十分重要的现实意 义。 随着我国经济的发展和城市化水平的增高，城市面貌和人民生活质量有了相当程度的 提高。与此同时，环境意识深入人心，人们对优良生活环境的需求愈来愈强烈。为了改善 环境质量，加快城市建设，从1 9 8 9 年起，我国政府在全国推行城市环境综合整治定量考核 制度，国家和省级政府分别对3 7 个重点城市和3 3 0 多个城市进行定量考核。从1 9 9 3 年起， 国家环保总局先后评定了张家港等6 个国家环境模范城市【3 】。城市生态环境的优劣反映出 城市整体环境水平，目前，城市生态环境的评价工作主要包含两方面的内容：一是城市生 态环境现状评价；二是城市发展对生态环境的综合影响评价。而这两方面都必须要求准确 地掌握城市生态特征，这包括城市规模、人口密度、工业与民用用地分布及其结构、经济 结构、城市绿地分布、绿化发展等。现有的评价指标主要以污染环境为主，不能对作为人 类栖息地的城市的生态环境进行全面考察，不能体现环境保护“以人为本”的宗旨。现有 的监测手段主要以地面监测、点源监测为主，缺乏动态性、全局性以及信息的完备性，在 这方面表现出来的劣势是明显的，带来的结果是使得定量考核方法( 运算模型) 的设计受到 限制，影响到考核的科学性，其突出的问题在于指标量的获取困难重重，以及监测周期过 长，说服力不强。因此，如何改进监测方法，建立起相对完备的城市生态环境时空动态监测 技术体系和评价体系，乃是我国城市环境管理和可持续发展中的重要科技问题【4 】。遥感技 术，特别是利用高分辨率遥感技术的出现，为城市生态环境的监测方法和评价指标的改进提 供了有力的支持【5 】。 北京位于我国华北大平原的北部。北部和西部分别与内蒙古高原、山西高原接壤，东 部和南部分别与松辽平原和黄淮平原相连，总面积约1 6 8 0 0 平方公里，其中山地约占6 2 、 平原约占3 8 ，年降水量六七百毫米，属于半干旱地区。北京面临着严重的缺水、沙尘暴、 空气污染等生态环境问题。随着机动车数量的增加，尾气排放已经成为空气污染的又一污 染源【6 1 。 本文以遥感和地理信息系统技术为支撑，针对原有的评价指标体系是针对全国县级以 首都师范大学硕上学位论文基于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 上区域的，具有一般性，但忽略区域差异具有局限性，不能完全反映研究区域的实际情况， 结合各个分区的功能定位，对其进行生态环境评价工作【7 】【8 】；同时针对传统评价工作费时、 费力和精度不高的特点，设计实现北京市生态环境评价业务系统，并进行示范应用，取得 了不错的成果。本论文研究成果不仅可为北京地区生态环境恢复和重建提供科学依据，而 且对该区生态环境的改善、土地荒漠化的科学治理、提高土地的利用效益、促进该区的经 济可持续发展具有深远意义。 1 1 研究背景 1 1 1 生态环境评价定义和分类 生态环境是指在一定的空间范围内，生物和非生物成分通过物质的循环和能量流动， 相互作用、相互依赖所形成的一个生态功能单位。它是一个复杂的巨系统。生念环境评价 就是要针对某一个生态环境系统的优劣、做出定性或者定量的描述。它的本质在于从环境 质量这一基本概念出发，探讨环境质量同人类社会行为之间的关系，评价人类活动对环境 质量的影响，以及环境质量变化对人类社会的生存与发展的影响【9 】。 从生态环境评价的研究进程和对象来看，总体上可以分成2 类：一是对生态环境所处的 状态( 生态环境质量) 进行评价，二是对生态环境的服务功能( 生态环境的价值) 进行评价【l o 】。 本论文的生态环境评价指的是对生态环境质量的综合性评价。 1 1 2 生态环境评价的重要性 科学技术的突飞猛进，使人类创造了前所未有的物质文明，同时使人类消耗资源的速 度和强度大大超出了地球的负载能力，给人类自身的生存和发展的生态环境带来了巨大的 威胁，加剧了人与自然的矛盾，制约着人类的发展。据( ( 2 0 0 4 年地球生态报告显示，人 类现在消耗自然资源的速度超出了地球能够再生资源能力的2 0 ，在1 9 7 0 - - 2 0 0 0 年间陆地、 淡水和海洋物种减少了4 0 。 随着北京城市化的快速发展，北京的城市生态环境面临着严重的缺水、沙尘暴、空气 污染等生态环境问题。随着机动车数量的增加，尾气排放已经成为空气污染的又一污染源 f 6 】。这些生态环境问题的出现破坏了北京市的生态系统，造成城市环境被污染，城市绿色 植物迅速减少，微生物活动受到抑制，城市自然生态坏境功能衰退，城市生态环境质量下 降；而且由于人口高度密集，工业集中，各项政治、文化活动频繁，能源和资源的消耗增加， 环境污染严重。废水、废气、废渣和噪声的污染已大大超出人体健康承受的标准，致使城 市生态系统失调，可持续发展能力下降。 环境问题的实质是人类不适当地干预周围环境引起生态系统的失调，生态系统效应体 现了各种环境效应的积累，是各种环境因子变化所造成影响的综合效果。生态环境评价是 对人类开发建设活动可能导致的生态环境影响进行的分析、预测和评估，并提出减少影响 2 首都师范人学硕l ：学位论文基于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 或改善生态环境的对策和措施，是预防生态环境问题、资源合理开发利用、制定经济社会 可持续发展规划和生态环境保护对策的重要依据。因此，加强生态环境监测与评价工作， 科学地评价人类活动对生态系统的影响，对增强生态环境保护与管理工作和区域可持续发 展战略决策都具重要的现实意义。同时，为了促进北京市的可持续发展，保护北京市的生 态环境，探索北京市生态环境评价的指标体系和方法，对北京市生态环境进行合理的评价 是十分必要和迫切的。 1 1 3 生态环境评价中存在的问题 从6 0 年代到现在对生态环境评价的探讨一直存在，由于生态环境是一个自然、社会、 经济的复合系统，受到多种因素的影响，表现出复杂性和不确定性。因此，对生态环境的 评价应是综合评价【，也给评价工作带来了很多问题： ( 1 ) 国内外以往的生态环境研究中，经常混淆环境评价方法和生态环境评价方法，或者 把不同种类、不同使用范围和具有不同理论基础的方法机械组合称为生态环境评价方法。 这样使得生态环境评价方法难以得到发展和提高，多而不精，不能形成系统，并且经常是 不同的人使用不同的评价方法，评价同一对象会得到不同的评价结果，从而在一定程度上 降低了生念环境评价的可信度，影响了可持续发展战略的实施。 ( 2 ) 生态环境评价指标体系要进一步完善，不同尺度评价单元应有不同的评价指标体 系。生态环境评价不能离开评价的指标体系，而不同的研究者或在不同生态环境的研究中， 由于研究人员对生念环境的理解或研究目的的不同，在指标体系的选择或同一指标的权重 分配上存在很大的差异，从而有可能导致不同研究者对同一系统评价结果的差异，特别是 不同生态环境的评价结果无法进行直接比较。 ( 3 ) 生态环境定量评价模型有待进一步发展。现有的生态环境评价模型都是基于静态的 评价模型，侧重于对生态环境的结构、功能、状态的研究，对生态过程变化的评价研究方 法极少，而生态环境的管理又必然是对生态过程的调控，因此，动态的生态过程评价模型 的建立是今后必须要丌展的工作之一。 ( 4 ) 生态环境评价手段要进一步提高。随着生态环境评价从生态环境结构、功能、状态 的评价向生态过程评价的发展，面对的问题趋于复杂化和综合化，并且随着研究对象的时 空尺度趋于长期化和全球化，研究方法趋于定量化，研究目的转向生态环境管理，传统的 统计手段无法完成这项工作，迫切需要一些新的技术手段来支撑生态环境评价。 ( 5 ) 数据获取方法亟待改进。以往的评价中，有些指标分因子数据是通过将研究区总数 据按照面积平均来获取的，使得数据的真实有效性降低，从而影响评价结果。 ( 6 ) 北京市没有基于功能分区的生态环境评价工作。伴随着北京市城市经济、社会的发 展，为了充分发挥各区县在全市总体发展中的积极性，2 0 0 5 年5 月3 0 同中共北京市委北京 市人民政府发布了中共北京市委北京市人民政府关于区县功能定位及评价指标的指导意 3 首都师范人学硕1 ：学位论文基于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 见，该指导意见依照北京城市总体规划关于“两轴一两带一多中心 和城市次区域 划分的设想，遵循“优化城区、强化郊区 的原则，把全市从总体上划分为首都功能核心 区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区四类区域。而以往的生态环境评价 是以各个区县为单位进行的，对未来四大功能区在生态环境方面的发展指导性不是很强。 1 1 4 生态环境评价方法和技术概述 ( 一) 生态环境评价方法 目前，国内外对生态环境评价体系的研究虽然不是很完善，但是方法很多，主要分为 单项评价方法和综合评价方法。在具体应用中，要根据不同的研究对象、工作目的、数据 资料和显示条件选用适宜的评价方法，也可以不同的评价方法相结合。常用的生态环境评 价方法有： ( 1 ) 加权综合指数法 根据实测值和评价标准求取指数，然后由分指数及其权重计算总指数 ( 2 ) 层次分析法 层次分析法( 简称a h p ) 是美国运筹学家t l s a a t y 于2 0 世纪7 0 年代提出的一种定性分 析与定量分析相结合的多目标决策分析方法。它将较为复杂、较为模糊的决策问题使用定 性与定量分析相结合的手段做出决策。层次分析法又是一种将定性分析和定量分析相结合 的系统工程方法，它根据各类指标及各类指标诸因子在环境中的相对重要性，经过建立层 次结构、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序、一致性检验等步骤，分别计算出指标 之间的相对重要性。 ( 3 ) 模糊动态聚类 生态环境影响因素的量化有很大的模糊性，模糊动态聚类是以清晰的入值表征对象在 什么程度上相对地属于某一类，在什么程度上相对地属于另一类。所以模糊动态聚类分析 能够较好地用来对空间离散点进行分区分类。 ( 4 ) 因子分析法 因子分析法是把一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个无关的新的综合因子 的一种多变量统计分析方法。其基本思想是根据相关性大小对变量进行分组，使得同组内 的变量之间相关性较高，不同组的变量相关性较低。 ( 5 ) 生态足迹法 生态足迹法( 简称e f ，e c o l o g i c a lf o o t p r i n t ) 是由加拿大生态学家、斩l l i 锄r e e s a - 骞t 1 2 1 在 1 9 9 2 年提出并于1 9 9 6 年由w a c k e r n a g e l 完善的一种衡量人类对自然资源利用程度的方法。有 4 首都师范大学硕士学位论文摹于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 关国家和地区生态足迹的研究已有不少案例。a l a nf r i c k e r l l 3 】对新西兰，d p v u r r e n 等【1 4 】对 不丹、荷兰等国家和地区生态足迹进行了分析。 ( - - ) 生态环境评价新技术 由于生态环境系统本身就是一个随时变化的复杂巨系统，而对生态环境评价的时效性 要求又比较高。传统的生态环境评价技术单单在数据获取上就要花费相当的时间和精力， 还要进行大量的计算才能最终得到生态环境评价的结果。这远远不能满足生态环境评价对 时效性的需求。随着计算机技术以及空间技术的发展，为这一难题提供了解决方案。 近年来，遥感技术发展迅速，提供了更多分辨率、多光谱、多波段、多时相和多平台 的信息数据，使得遥感数据成为生态环境研究中的重要技术手段之一。目前，遥感技术在 生态环境监测和地物覆盖信息提取等领域丌展了应用，是当前最主要生态环境信息来源。 同时，遥感资料与其它的辅助自然、历史资料是相辅相成的，将它们有效的结合使用能给 生态环境景观动态研究带来更客观更丰富的信息。 利用g i s 、r s 技术与传统工作方法相结合，对评价所用到各个区县的影像数据做处理， 提取评价需要的各个指标数据，大大节省了数据收集整理的时间和精力，同时在多源信息 综合评价过程中采用科学的计算方法，降低计算量的同时保证了计算结果的正确性和准确 性，大大提高评价结果的时效性，为生态环境评价工作提供了技术上的支持。国内外很多 专家学者也基于g i s 、r s 技术对生态环境评价进行了新的探索，取得了不错的成果。 生态环境评价正处于蓬勃发展时期，因此新的方法将不断出现，但是不管采取什么样 的方法，其评价的可靠性最终取决于对生态环境的全面认识和深刻理解。获取可靠的资料 和数据，仔细分析生态环境的特点、本质和各要素之间的内在联系，是评价成功的关键。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 生态环境评价始于2 0 世纪6 0 年代中期。随着人口的增长和社会工业化程度的提高，人 类活动的范围和强度空前扩大，自然界越来越多地打上人类活动的烙印，人口、资源与环 境的矛盾日益尖锐，荒漠化、水土流失等生态环境问题更加突出。为了解决这些问题，人类 需要更深入地理解生态环境结构、功能和过程，因而逐步在全球范围内开展了生态环境评 价研究【9 】。 从生态环境评价的研究进程和对象来看，总体可分成2 类，一是对生态环境所处的状态 ( 生态环境质量) 进行评价，二是对生态环境的服务功能( 生态环境的价值) 进行评价。但两者 界线并不绝对，而是模糊的，研究初期主要是开展生态环境质量的评价较多，主要包括环 境质量评价、生态安全评价、生态风险评价、生态退化评价、生态环境的脆弱性评价、生 5 首都师范大学硕1 ：学位论文基于r s ，g i s 的北京市生态环境评价研究 物多样性评价、工程影响评价和生态健康评价等【1 5 3 0 1 。生态环境的价值评价直到d a i l y 主 编 3 1 1 的大自然的贡献：社会依赖于自然生态系统( n 舭e ss e r v i c e s ：s o c i e t a ld e p e n d e n c eo n n a t u r ee c o s y s t e m s ) - - 书的出版以及c o l l s t a n z a 等【3 2 】的文章地球生态系统服务和自然资本的 价值( 1 1 1 ev a l u eo ft h ew o r l d se c o s y s t e ms e r v i c e sa n dn a t u r a lc a p i t a l ) 在n a t u r e 杂志上的发表 才真正成为当前生态学研究的热点内容。 在国外，生态环境评价也没有一个规范的评价体系，多是从某一角度对生态环境某一 方面进行评价。文献【3 3 】以意大幂l j c r e m o n a 省为例，采用非点源农业危险指数( n p s a h i ) ，利 用g i s 技术，采用分级的方法评价了农业行为对生态环境的影响。文献【3 4 】利用改进的生态 足迹法对城市生态系统进行评价，把人类生态足迹模型和生态系统过程模型结合起来，识 别生态系统发展的限制因素，并对美国主要的2 0 个大城市利用生态足迹法进行了比较评 价。文献p 5 】通过一个“输入一输出”的系统模型对城市的经济和社会系统进行了评价。文 献【3 6 j 从环境和资源的角度进行评价，将遥感技术与g i s 技术和城市水文分布模型的研究联 系起来，并以中国珠江三角洲为例，对城市高度扩张过程中导致的生态资源的变化进行了评 价。文献【37 】从经济学的角度对生态资源进行了评价，采取了可能价值法、旅行费用法和价 格损失法等进行评价文献【3 8 1 。此外，还有一些研究侧重于某一局部地区的评价，如采用 b z i e f 模型，建立以标准为基础的得分体系，对河岸缓冲带进行评价。在同本，生态环境 评价主要用于农林规划方面，侧重于对生态系统的各种环境保护功能的评价【3 9 。在印度， 主要侧重于对城市的社会系统进行评价，如a n u a 对孟买市的各项影响城市发展的因素进 行了评价，并采用d e l p h i 方法确定各因素的权重值【删。 1 2 2 国内研究现状 我国政府十分重视生态环境影响评价，9 8 年，国家环保总局颁布了非污染生态评价技 术指导规则，为我国生态评价的丌展开创了新的局面【4 。在理论研究上，生态环境评价方 法和评价指标体系比较多，但0 6 年以前没有一个统一评价方法和指标体系，都是根据实际 需要并在一定的原则指导下进行有关工作。如刘庄等在“提高区域生态环境质量综合评价 水平的新思路- - g i s 与层析分析法的结合 【4 2 】中选择了4 大类，1 6 个小类，共2 9 项指标来建 立江苏省生态环境评价指标体系，然后利用层次分析法来分别确定各个指标的分权重，最 终得到江苏省生态环境评价结果。 在以上的评价过程中，评价指标的选择及其权重的确定都存在这样或者那样的问题， 使得评价方法和结果有一定的区域局限性。鉴于此，也为加强生态环境保护，充分发挥环 保部门统一监督管理的职能，综合评价我国生态环境状况及变化趋势，国家环保总局在0 6 年制定了生态环境状况评价技术规范( 试行) 【4 3 】( h j t 1 9 2 - - 2 0 0 6 ) ，并于3 月发布，5 月l 同起实施。根据此规范，杜锁军等1 4 4 对张家港市进行了生态环境评价研究；郑洪萍等【4 5 】 也对福建省生态环境质量做了评价和动态变化分析。 随着r s 和g i s 技术的发展，生态环境评价也越来越多地应用到这方面的技术。2 0 0 1 年， 6 首都师范人学硕十学位论文 娃于r s g i s 的北京市生态环境评价研究 马荣华【倒以海南岛为例进行了基于r s 和g i s 的自然生态环境评价，文中以1 9 8 7 年海南植被 类型分布图，1 9 8 8 年海南省土壤侵蚀图和1 9 9 8 年的t m 遥感资料为信息源，综合g i s 参与监 督分类及目视判读的方法，以g i s 为工具提取生态因子信息并按景观生态类型进行了评价； 2 0 0 3 年，张秀英等【4 7 】借助a r c i n f o 的主成分分析方法，由下到上，逐级细化，进行了基于 g i s 的陇中黄土高原潜在生态环境评价研究；2 0 0 4 年，江振蓝掣4 8 j 借助e n v i 软件的支持， 利用t m 卫星遥感数据提取福州市生态环境评价因子，利用l ：1 0 力地形数据，在g i s 环境 下生成高程和坡度( 由等高线生成) 栅格数据，并通过e r d a s 转换成e n v i 可读的数据格式， 经过投影转换，使之与提取的环境因子进行复合，生成综合影像，通过线性回归方法确定 植被、水分、热容量、土壤及地形等因子的权重，建立福州市生态环境遥感评价模型，并 利用该模型对福州市的生态环境进行评价；2 0 0 6 年，秦子晗等【4 9 】利用g i s 的计算和输出优 势开展了基于g i s 的四川省生态环境评价，将评价结果形象地展示出来；同年，陈涛等p u j 也做了基于r s 和g i s 的四川生态环境质量评价，利用r s 和g i s 技术及相关理论，建立区域生 态环境综合评价指标体系，构建四川省生态环境本底数据库，然后利用主成分分析法确定 评价指标的权重系数，建立区域生态环境评价模型，通过模型的空问叠加分析得到综合评 价结果，根据评价结果将四川生态环境分为5 级。 另外，很多学者还利用g i s 技术，在基于g i s 的生态环境评价系统方面做了研究。2 0 0 5 年田雨、卢秀山【5 l 】等针对矿区环境质量利用a r c v i e w 软件开展了系统的设计与功能实现。 丁珂、张诚【5 2 】( 2 0 0 7 年) 等在m a p i n f o 基础上，采用m a p b a s i c 开发语言并实现了地下水领 域的水环境质量评价系统。田红、刘志斌【5 3 】同样基于m a p i n f o 软件平台在v b 6 o 语言平台上 设计实现了辽宁阜新地区地下水水质质量评价系统，并采用有限元法对环境评价进行拟合 计算，取得了一定效果。成筠、徐泮林等【5 4 】结合城市生态环境质量现状，在m a p o b j e c t s 语 言下设计实现了城市生态环境质量评价系统。 7 首都师范大学硕：l ：学位论文基十r s g i s 的北京市生态环境评价研究 第二章研究目标和研究内容 2 1 研究区概况 2 1 1 自然环境概况 北京市位于华北平原西北边缘，其地理坐标，南起北纬3 9 。2 3 t ( 大兴县榆堡镇南) ，北 到北纬4 l 。0 5 ( 怀柔县石洞子以北) ，西自东经1 1 5 。2 0 - ( f - j 头沟区东灵山) ，东至东经1 1 7 。3 2 ( 密云县大角峪东) 。南北直线距离1 7 0 公里，东西直线距离1 6 0 公里。地势西北高， 东南低，海拔高度最高处2 3 0 3 米，最低地方仅为1 0 米。西部山地属太行山脉；北部山地 属燕山山脉，北部与内蒙古高原相连；东南面向华北平原，距渤海仅约1 5 0 千米，形成“左 环沧海，右拥太行，北枕居庸，南襟河济”的地理形势，是联系中原地区与西北、东北地 区交通枢纽。 北京市土地总面积1 6 4 力平方公里，人口( 常住) 1 5 3 8 万( 截至0 5 年1 2 月份统计 数据) 。全市划分为1 8 个区县：东城、西城、崇文、宣武四区习称城区。朝阳、海淀、丰 台、石景山四个区称近郊区。门头沟、房山区和大兴、通县、顺义、怀柔、平谷、密云、 昌平、延庆十个区县为远郊。城区位于北纬4 0 。、东经l1 6 。交点附近。除东南部部分地 段与天津市接壤外，周边均与河北省为邻。 2 1 2 社会经济概况 一、人口概况 “十五 期间，北京市人口继续保持增长。根据北京市统计资料，2 0 0 5 年全市总人 口1 5 3 8 万人，比2 0 0 0 年增加2 6 0 力人，增长2 0 3 。其中，常住人口增长7 3 2 万人，增 幅6 6 ；暂住人口增加1 8 6 9 万人，增幅1 0 9 7 。 同时，人口分布在缓慢发生变化，“十五 期间城区入口逐渐减少，郊区人口稳步增 加。 全市常住人口中，居住在城镇的人口1 2 8 4 万人，占常住人口的8 3 6 2 ；居住在乡村 的人口2 5 2 万人，占常住人口的1 6 3 8 。与第五次全国人口普查相比，城镇人口占常住人 口的比重上升6 0 7 个百分点【5 5 1 。 二、经济概况 “十五”期间，北京市继续保持快速的经济增长速度。2 0 0 5 年地区生产总值为6 8 1 4 5 亿元，比“九五末期的2 0 0 0 年增加了4 3 2 5 7 亿元，年增长1 1 9 ，高于“九五”时期 年平均增