（地图学与地理信息系统专业论文）基于gis与rs的城市生态单元制图与保护规划研究.pdf

基于g i s 与r s 的城市生态单元制图与保护规划研究 张君 摘要：随着人类生态意识的增强，城市生态保护日益受到重视。了解城市生 态环境现状，发现其中存在的问题，提出有针对性的城市生态环境保护建议，改 善城市生态环境，提高城市环境质量，建设一个“绿色城市”、“生态城市”，是我 们的目标。城市生态单元制图即是以该目标为出发点的一个基础性工作，该工作 的首要内容是了解与掌握城市生态环境的第一手现状资料。城市生态单元制图是 对城市生态单元进行划分并记录其空间数据和属性数据的工作，因此，成为获取 第一手城市生态数据的有力手段。同时，利用地理信息系统( g i s ) 与遥感( r s ) 这两种现代技术手段，使城市生态单元制图的工作更加科学、有效。地理信息系 统有处理海量数据的强大功能，而遥感可快速获取地面影像信息，通过对遥感图 像的判读，可帮助城市生态单元信息的提取。本文便是基于g i s 与r s 的城市生 态单元制图与保护规划研究。 全文共分5 章： 第一章，绪论。介绍国内外城市生态单元制图研究的历史及现状，阐述本文 的研究意义、研究方法与技术支持。 第二章，城市生态单元的构成及其分类依据。首先阐明城市生态单元的几个 主要构成要素：土地利用、建筑物、植被、道路和水体；在此基础上，提出城市 生态单元的分类依据：土地利用方式及历史、建筑物和绿地格局。 。第三章，基于r s 和g i s 的研究区生态单元分类与制图。本章是全文的重点。 首先选定西安市南郊陕西师范大学附近的城乡交错带为研究区，对研究区进行遥 感影像的目视解译与野外实地调查，目视解译中建立研究区的解译标志，野外调 查中获得大量有关植被、建筑物和道路铺设等数据；再结合第二章中确定的城市 生态单元分类依据，建立研究区城市生态单元分类体系，并对每一类型进行大体 地描述；在分类的基础上，利用g i s 软件，对获取的城市生态单元数据进行存储、 管理与处理，绘制出城市生态单元类型图，并针对该图，做出一定的城市生态单 元构成分析。 第四章，城市生态单元保护价值评价。首先选择绿地率、建筑密度、植被类 型、乔木1 米高胸径和小结构作为评价要素；再确定相应的评价标准，对划分的 每一个城市生态单元类型进行单要素的生态保护价值评价，划分出不同的单要素 保护价值等级，并绘制出单要素的等级评价图。 第五章，城市生态单元链设计规划。以景观生态学斑一廊理论和异质种群理 论为依据，提出建立城市生态单元链的规划思想，以更好地进行城市生态保护。 以第四章的单要素等级评价图为基础，利用叠加分析，划分研究区生态保护综合 评价等级，在该等级的基础上，以保护价值等级较高的城市生态单元为中心，进 行城市生态单元链的规划设计，绘制出城市生态单元链规划图。 本文试图在以下方面有所创新： ( 1 ) 目前，国内的城市生态单元研究开展有限，仅在上海等东部地区有所涉 及，且研究深度不够：而西北这一重点的生态建设地区，还没有这方面的研究。 西安作为西北地区的一个有着重要地位的大城市，它的城市生态建设应受到足够 的重视，t 因此，本文以西安为例探讨城市生态单元的研究问题。 ( 2 ) 探讨地理信息系统和遥感在城市生态这一专题领域的制图应用研究。 ( 3 ) 将生态的概念引入到城市景观分类中，尝试建立有生态特征的城市生态 单元分类体系，并绘制以该分类体系为基础的城市生态单元类型图。 ( 4 ) 在对遥感影像的目视解译过程中，建立了西安市南郊城乡交错带研究区 针对s p o t 特殊产品的解译标志。 关键词：城市生态单元g i si t s 制图生态保护规划 王i r e s e a r c ho nu r b a n b i o t o p em a p p i n g a n dp r o t e c t i o n p l a nb a s e do ng i sa n dr s z h a n g j u n a b s t r a c t ：w i t ht h ee n h a n c e m e n to f e c o l o g i c a la w a r e n e s s ，t h e r ea r ei n c r e a s i n g l y i n t e r e s t sa n de f f o r t st op r o t e c tu r b a ne c o l o g y t h eo b j e c t i v eo ft h i st h e s i si n c l u d e s u n d e r s t a n d i n gu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，f i n d i n gi t se x i s t i n gp r o b l e m ，g i v i n gs o m e e f f e c t i v ea d v i c e so np r o t e c t i n gu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo f u r b a ne n v i r o n m e n t c o n s t r u c t i n ga “g r e e nc i t y o r “e c o l o g i c a lc i t y ”u r b a nb i o t o p e m a p p i n g ( u b m ) i s t h ef u n d a m e n t a lw o r kt ot h i sr e s e a r c hi s s u e t h ep r i m a r yw o r ki st o ：l e a r na n d a c q u i r et h ef i r s t - h a n dd a t ao f u r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，h o w e v e r , w h i c h r e l a t e st o p l o t t i n gu r b a nb i o t o p ea n dr e g i s t e r i n gi t ss p a t i a l d a t a a n dt h e m a t i cd a t a t h e r e f o r e u b mc a l lb ec o n s i d e r e da sa ne f f e c t i v ea p p r o a c ht oa c q u i r i n ga n dm a n a g i n g t h eu r b a nf i s t - h a n d e c o l o g i c a ld a t a m o r e o v e r ，r e s o r t i n g t og i sa n dr sr e l a t e d t e c h n i q u e s f a c i l i t a t e si t sf u n c t i o no n s p a t i a l d a t a m a n a g e m e n t ，a n a l y s i s a n d v i s u a l i z a t i o n g i sh a st h e s t r o n gc a p a b i l i t yo fp r o c e s s i n gm e g a - d a t a ，a n dr sc a n a c q u i r e t h eg r o u n di m a g ei n f o r m a t i o nq u i c k l y , a n di n t e r p r e t i n gt h er s i m a g eh e l p s t o d e r i v et h ei n f o r m a t i o no f u r b a n b i o t o p e t h i st h e s i si n c l u d e sf i v ec h a p t e r s ： t h ef i r s tc h a p t e ri st oi n t r o d u c et h es t a t eo ft h ea r to f u b m ，r e s e a r c hm o t i v a t i o n ， a n ds o m er e l a t e d t e c h n i q u e s t h es e c o n d c h a p t e r i st h eb a s i so fc o n s t r u c t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fu r b a n b i o t o p e f i r s t s e v e r a lc o n s t r u c t i o nf e a t u r e so fu r b a nb i o t o p ea r ed e m o n s t r a t e d ， i n c l u d i n g l a n d - u s e ，b u i l d i n g ，v e g e t a t i o n ，r o a da n dw a t c hs e c o n d l y , t h ec l a s s i f i c a t i o n c r i t e r i ao fu r b a nb i o t o p ea r ei n t r o d u c e d ：l a n d - u s er n a r m e r , t h eh i s t o r y , b u i l d i n ga n d g r e e n b e l tp a t t e r n t h et h i r dc h a p t e rc o n c e r n st h ec l a s s i f i c a t i o na n dm a p p i n go f b i o t o p ei nr e s e a r c h r e g i o nb a s e do nr sa n dg i s r e l a t e dt e c h n i q u e s f i r s to fa l l ，t h er e s e a r c hr e g i o ni st h e u r b a n r u r a le c o t o n en e a rs h a a n x i 。n o r m a lu n i v e r s i t y , i nt h es o u t ho u t s k i r to fx i a n c i t y , a n dt h eo p t i c a li n t e r p r e t a t i o no fr si m a g ea n df i e l ds u r v e ya r ec a r r i e di nt h e r e s e a r c hr e g i o n t h ei n t e r p r e t a t i o ns y m b o l so f t h er e s e a r c hr e g i o na r ec o n s t r u c t e d ，a n d b i gv o l u m ed a t ao ns p a t i a le n t i t i e si n c l u d i n gv e g e t a t i o n ，b u i l d i n ga n dr o a dp a v e ，e t c a r e a c q u i r e d i nt h ef i e l d s u r v e y s u b s e q u e n t l y , a c c o r d i n g t ot h ed e t e r m i n e d c l a s s i f i c a t i o nc r i t e r i ao fu r b a n b i o t o p e t oc o n s t r u c tt h ec l a s s i f i c a t i o ns y s t e mo f u r b a n i i i b i o t o p e a n d d e s c r i b ee a c hk i n do fs ! c a t i a le n t i t i e s i 。n g e n e r i c o n t h eb a s i so f c l a s s i f i c a t f o r l ，o nt h et o po fg i sp l a t f o r m ，t h ea c q u i r e dd a t a o fu r b a n b i o t o p e i ss t o r e d ， m a n a g e da n dp r o c e s s e d ，a n dt h ec l a s s i f i c a t i o nm a p so f u r b a nb i o t o p ea r ep l o t t e d f i n a l l y , t h ec o n s t r u c t i o no f u r b a nb i o t o p et os o m ed e g r e ei sa n a l y z e da c c o r d i n gt 。o t h e s e m a p s j t h ef o u r t hc h a p t e ri st h ee v a l u a t i o no fu r b a nb i o t o p ep r o t e c t i o n f i r s t l y , t h e v e g e t a t i o nr a t i o ，t h ec o n s t r u c t i o nd e n s i t y , t h ev e g e t a t i o nt y p e ，t h eb o s o m d i a m e t e ro f t h eo n e m e t e r - h i g ha r b o ra n dt h es m a l l - s c a l ep a t t e r n sr e l e v a n tt on a t u r ec o n s e r v a t i o n a r es e l e c t e da n dr e g a r d e da st h ee v a l u a t i o nf a c t o r s s e c o n d l y , t od e t e r m i n es o m e e v a l u a t i o nc r i t e r i a ，e v a l u a t et h ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o nf o re a c ht y p eo fu r b a nb i o t o p e ， c l a s s i f yt h ep r o t e c t i o ng r a d e so f t h e s ed i f f e r e n ts i n g l ef e a t u r e s ，p l o tt h eg r a d em a po f e a c he v a l u a t i o nf e a t u r e t h ef i f t h c h a p t e r i st h e d e s i g n a n dp l a no fu r b a n b i o t o p e s c h a i n w i t h c o n s i d e r a t i o n 。o fb o t ht h ep a t c h c o r r i d o rt h e o r ya n dm e t a - p o p u l a t i o nt h e o r yi nt h e l a n d s c a p e e c o l o g y , t ob u i l dt h eu r b a nb i o t o p e sc h a i n i ss u g g e s t e di no r d e rt op r o t e c t t h eu r b a ne c o l o g y o nt h eb a s i so ft h eg r a d em a po fs i n g l ef e a t u r ed e t e r m i n e di nt h e f o u r t h c h a p t e r , t h r o u g ho v e r l a ya n a l y s i s ，t h ec o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ng r a d e so f b i o p r o t e c t i o na r ec l a s s i f i e d a c c o r d i n gt o t h e s eg r a d e s ，w i t ht h eu r b a nb i o t o p eo f h i i g h e rp r o t e c t i o ne v a l u a t i o ng r a d e sa sr e s e a r c hc e n t e r , t h ep l a no f t h eu r b a nb i o t o p e s c h a i ni sp l o t t e d ，t h i st h e s i sr e l a t e st of o u rr e s e a r c hi n n o v a t i o n sa sf o l l o w s ： f i r s t ，n o w a d a y st h er e s e a r c ho n u r b a n b i o t o p e i sl i m i t e di nc h i n a , w i t h e x c e p t i o n o fs o m ew o r k si nt h ee a s to f s h a n g h a ic i t y , b u t s t i l ln o ts u f f i c i e n t n o r t h w e s t e r nc h i n a i st h em a i nr e g i o no f e c o l o g yc o n s t r u c t i o n ，a n dx i a l lc i t yi sr e g a r d e d a so n ei m p o r t a n t m e t r o p o l i s i nn o r t h w e s t e r na r e a ，a n di t sc o n s t r u c t i o n o fu r b a n e c o l o g y i s v e r ，y i m p o r t a n t t h i st h e s i sa d d r e s s e st h er e s e a r c h i s s u eo nu r b a n b i o t o p ew i t h x i a nc i t ya s a ni l l u s 仃a t i o n s e c o n d l y , t oe x p l o r ea p p l i c a t i o no f g i sa n dr sr e l a t e dt e c h n o l o g i e si nt h ea r e a o f t h eu r b a n e c o l o g y t h i r d l y , t h ec o n c e p t “e c o l o g y i si n 仃b d u c e d t oc l a s s i f yu r b a nl a n d s c a p e ，a n dt h e c l a s s i f i c a t i o ns y s t e mo fu r b a nb i o t o p ei sb u i l t ，a n db a s e do nt h a tt op l o tt h e m a t i cm a p f o re a c ht y p eo f u r b a nb i o t o p e f i n a l l y , i n t h ep r o c e s so f t h e o p t i c a li n t e r p r e t a t i o no f r si m a g e ，t h ei n t e r p r e t a t i o n s y m b o l sf o rs p o tp r o d u c t sa r ec o n s t r u c t e d i nu r b a n r u r a le c o t o n ei nt h es o u t ho u t s k i r t o f x i a i l c i t y k e y w o r d s ：u r b a n b i o t o p e g i sr s m a p p i n gb i o p r o t e c t i o np l a n v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名。日期： 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位屑陕西师范大 学。一本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它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目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；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。 作者签名z日期： 1 绪论 城市是人类生活、生产的重要场所，随着城市人口的增加与工业的快速发展， 城市的环境质量日益下降，这些环境问题的出现越来越影响到城市中人的身心健 康以及城市的可持续发展。2 0 世纪7 0 年代联合国教科文组织( l i n e s c o ) 开始 实施人与生物圈计划( m a b ) ，“生态城市”、“绿色城市”等新的城市建设概念相 继出现。这些新的城市建设概念的提出对于改善城市生态环境、提高城市人居质 量、保障城市居民身心健康、推进城市可持续发展都是有利的。 “生态城市”、“绿色城市”的建设，应该有一个从调查、评价到规划的过程。 即首先了解城市生态环境的基本状况，并进行相应的评价；再根据具体情况进行 有针对性的规划及建设。在这一过程中，地图的作用日益明显。地图作为描述、 研究人类生存环境信息的载体f l 】，有着形象、直观的特点。将城市生态环境以地 图的形式表示出来，是进行城市生态研究的主要手段之一。城市生态单元制图将 城市生态环境现状及未来的规划前景都落实在图上，使研究者有了更直观的认识。 对于城市这一复杂的研究对象，我们利用地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 软件进行研究。地理信息系统是以地理空间数据库为基础， 在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟 和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地 理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统【2 1 。它已日益深入地应用到 各个专题制图的领域。 遥感( r s ，r e m o t es e n s i n g ) ，即“遥远的感知”。它是一种远距离、不直接 接触物体而取得其信息的探测技术。遥感技术的出现，扩大了我们的观察视野， 使我们能够快速地获取地面信息，对地学的研究有突出的贡献。利用遥感影像， 我们可以研究更加宏观的地学规律、现象；同时，高分辨率的遥感影像提供分辨 率1 0 m 以内，甚至厘米级的地面信息，可以进行其细节变化的研究。城市区域较 自然区域地物特征复杂，要尽可能利用高分辨率的遥感影像对其进行研究。 基于g i s 与r s 的城市生态单元制图与保护规划研究即是基于上述内容而开 展的。首先对相关的几个基础概念进行简要的定义与说明： 生态单元( b i o t o p e ) ，根据1 9 0 8 年f d a l a i 给出的概念，即任何可以圈定的动 植物可以生存的空间【3 】。在有些地方，它亦被称为生境【4 1 。就城市而言，由城市 建筑物、构筑物、植被、人类活动等因素共同形成的，有植物、动物生存其间的 景观单元被称为城市生态单元。 城市生态单元制图即是对城市生态单元进行划分并记录其空间数据和属性数 据的工作。 生态单元制图最初是专门为自然保护和景观管理设计的，针对自然景观区域 中具有特殊自然保护价值的生存空间和具有潜在保护价值的生态单元进行区位、 组成和状态的研究，为受到危害的生存空间的保护规划和生态恢复服务。城市生 态单元制图的工作开始于2 0 世纪8 0 年代，它针对城市区域，在城市生态单元划 分的基础上，把各种城市生态单元类型落实在地图上，并建立城市生态信息数据 库。它为城市规划提供基础的生态数据，为城市环境保护、生态监测提供依据。 1 1 城市生态单元制图研究的历史及现状 i , i 1 国外研究历史及现状 城市生态单元制图是城市生态学的重要内容。城市生态学的思想最早出现在 美国城市社会学芝加哥学派的著作中，他们的研究重点在城市社会学方面。1 8 9 2 年，美国第一个社会学系在芝加哥大学建立，其后，大批社会学学者逐渐汇聚到 此，并形成了以罗伯特帕克教授为核心的教学、研究群体，就是今天的芝加哥 学派。2 0 世纪2 0 年代，一批生物学家开始从生物学角度研究城市，他们着重研 究的是城市环境影响下动植物区系的变化历史。二战结束后，工业迅速发展，城 市和工业区的环境污染随之加剧，城市作为人类的一种重要栖境，对它的综合研 究开始得到重视。2 0 世纪7 0 年代初，罗马俱乐部发表的第一篇研究报告增 长的极限，对世界工业化、城市化发展前景所作的估计，更加激发了人们从生态 学角度研究城市问题的兴趣。1 9 7 1 年在联合国教科文组织领导下，继“国际生物 学规划”( i b p ) 之后，开展了另一项国际性的研究计划人和生物圈( m a b ) 计划。该计划共有1 4 个研究项目，其中第1 1 项即为“城市和工业系统能量利用 的生态学前景”，明确提出城市生态学研究，并开始了国际间的协作。 5 】 城市生态单元制图作为城市生态学的重要组成部分，在西方国家已有相当程 度的发展。以下简要介绍英国和德国在城市生态单元制图方面的研究。 1 9 8 4 年在大伦敦议会( g l c ) 领导下开展了大伦敦地区野生生物生境的综合 调查。借助航空像片，对内域 o 5 h m 2 ，外域 1 h m ? 的所有地点做了调查，第次 2 提供了野生生物的生境范围、质量和分布的资料。在此基础上，评价了每一地点 的保护价值，绘制了l ：1 0 0 0 0 的不同生境的地图。并提出以下5 类地点或大区应 收到重视和保护：有都市保护意义的地点、有大区保护意义的地点、有地方保护 意义的地点、生物走廊和农村保护区域。1 6 】 德国自1 9 7 8 年开始人文聚落区生态单元制图的研究。人文聚落区生态单元制 图即包括乡村、县镇和城市生态单元制图。在同年，组建成立了德国联邦与各州 自然保护部门参加并联合协调的“人文聚落区生态单元制图工作组”。1 9 8 6 年， 工作组提出了德国人文聚落区生态单元制图基本方案，1 9 9 3 年完成基本方案修订 版。基本方案的目标是在全国范围建立标准制图方法，使获取的科学数据可以相 互比较。至2 0 0 0 年，德国在人文聚落区生态单元制图项目上的投资约合2 亿马克； 至2 0 0 1 年3 月，德国有2 2 3 个大中城市，2 0 0 0 多个小城市及乡村已经完成或正 在实施生态单元制图，人文聚落区生态单元制图已经成为德国各级政府生态规划 的基本工作内容。以城市生态学家s u k o p p 为代表的德国学者，对城市生态单元 理论作了系统的研究，提出了城市生态单元制图方法。德国人文聚落区生态单元 制图的工作分3 大步骤，1 1 项具体工作，其工作流程如第4 页图1 1 所示。生 态单元制图的成果可用于指导城市规划、城市自然保护、城市景观建设、城市绿 化等各个方面。目前这一方法已在国际上推广，1 9 9 7 年1 0 1 1 月，受联合国环 境署、联合国教科文组织和德国环保部资助，在德国德累斯登大学( d r e s d e n ) 举 办了有2 1 个国家人员参加的生态单元制图研讨班。1 7 。1 0 1 1 ：2 国内研究历史及现状 我国城市生态学研究起步较晚。2 0 世纪8 0 年代初，城市生态学介绍到我国， 7 1 起科学界的广泛兴趣，陆续开展相关研究并出版了一些相关专著。1 9 8 4 年1 2 月，首届全国城市生态科学讨论会在上海举行，会上着重讨论了城市生态学研究 的对象、目的、任务和方法，明确了城市生态学研究应密切结合城市发展建设中 的实际问题，为城市发展规划、环境保护和经济发展服务。1 9 8 6 年6 月在天津召 开的第二届城市生态科学讨论会，着重讨论了城市生态学理论研究及城市生态学 在城市规划、建设、管理中的实际问题。“六五”期间，部分地区，如京津地区、 上海地区、苏南城乡等地的城市生态学研究已经取得了显著的发展，在城市生态 学理论和研究方法上都有不少创新。1 9 9 6 年国家建设部制定了城市生物多样性 保护计划，国家风景园林科技“十五”计划及2 0 1 5 年发展规划中，则将城市生 物多样性的保护作为城市绿地建设的重要任务。这为我国城市生态学的研究，城 3 市规划建设及城市绿地建设提出了新的课题。1 9 9 7 年1 2 月，全国第三届城市生 态科学讨论会和“城乡可持续发展的生态学”专题研讨会相继在深圳和香港召开。 大会以“探索有中国特色的城镇可持续发展的生态学理论、方法与实践”为主题， 而城镇人居环境的生态设计、生态规划方法是其主要内容之一。1 5 】 由于我国城市生态学起步较晚，有关城市生态单元制图的研究也就相对滞后。 我国只有少数专家针对个别地区做了相关的研究，如高峻、宋永昌等以上海西南 城乡交错带1 9 8 4 、1 9 8 9 和1 9 9 4 年3 个时相的航空遥感图像为主耍数据源，对上 海做了上海西南地区城乡交错带景观演变的研究，将研究区划分出5 个一级景观 类型和1 2 个二级景观类型i u 】，并绘制了1 9 8 4 年上海市话南部城乡交错带生境类 型图。但这些研究从理论及实践范围上都与西方发达国家有一定的差距，在生态 单元制图成果的进一步应用方面也缺乏探讨。 图1 1 德国人文聚落区生态单元制图的工作流程 4 1 2 研究意义 1 2 1 城市生态单元制图弥补了传统景观分类的不足 城市生态单元制图是城市生态学研究的重要方面，它在方法上弥补了以往景 观分类的不足。 景观分类主要有两种方法：土地利用土地覆盖分类法，土地生态分类法。长 期以来，城市区域主要使用土地利用分类，按社会、经济因素将地表景观进行划 分。由于较少考虑生态因素的影响，这种方法不能满足城市生态评价、建设的需 要。生态单元分类注重生态要素的分类作用，其结果相当于非城市区域的土地生 态分类。【”1 1 2 2 城市生态单元制图是城市自然保护的基础 长期以来，我国自然保护主要集中于边远的保护区中，城市地区被排除在自 然保护区域之外，这使得城市地区相关的基础生态数据几乎为零，且没有系统的 研究方法，而城市生态单元制图的工作恰恰弥补了这一空白，是获取城市基础生 态数据的重要手段：它可为城市规划提供生态学的根据；可为鉴定各个地区生态 环境状况提供依据；可为制定城市环境保护战略奠定基础；可为建立城市自然保 护区提供依据：可为监测城市环境演变提供历史资料。e s ，2 0 世纪6 0 年代，人类开始反思工业文明所带来的高增长和自然破坏。7 0 年 代，联合国教科文组织( u n e s c o ) 开始实施人与生物圈计划( m a b ) ，“生态城 市”、“绿色城市”等新的城市建设概念相继出现，。这些概念显著的共同点在于都 倡导“自然融入城市”。2 0 世纪9 0 年代，“生物多样性公约”的签署以及里约峰 会“2 1 世纪议程”的产生，使得全球范围内城市自然保护受到广泛的关注。我国 的城市自然保护也日益受到重视。城市生态单元制图按照生态意义对城市区域进 行划分、规划，生态价值高的城市生态单元有利于城市居民亲近自然，应加以保 护，使城市居民有更多接触自然的机会。 1 2 3 城市生态单元制图是城市综合研究的条件 城市生态单元制图为城市提供了丰富的基础生态数据，包括城市土地利用状 况、产业分布状况、植被分布、结构、面积的情况，建筑物的情况以及地面铺设 状况等，这为多学科参与城市生态研究提供了可能，基于城市生态单元制图可开 展多项研究工作，如城市中的雨水管理，景观规划等。 城市地面多铺设为不透水层，雨水被作为废水经由地下管道排出，这使得城 市地区雨水径流系数增大，进而影响到城市附近河道的流量【l8 ”】，导致区域水循 环的破坏及洪涝灾害的增加。通过城市生态单元制图收集的基础生态数据，政府 可以开展城市雨水管理的工作，改善城市水环境。 城市景观规划是一个综合的课题，包括景观生态规划、景观美设计、文化景 观建筑等内容。城市生态单元制图为城市生态、美学规划、设计提供了依据，有 利于文化景观的保护与形成。人是一个城市中所有活动的主体，人的身心健康是 一个城市向前发展的推动力。如果城市规划始终以物质效益为出发点，单纯地盖 楼、修路，那么这个城市的发展前景是堪忧的。城市中不同生态单元之间的差异， 使人对不同生态单元的生理和心理反应也不同，通过城市生态单元研究，可为人 居环境建设提供指导。加入生态因素的城市规划，有利于城市中人的身心健康， 有利于城市的可持续发展。 1 3 研究方法及技术支持 本研究结合西安市的实例，拟在g i s 和r s 技术支持下，进行城市生态单元 制图研究；在此基础上，结合城市保护目标，进行城市生态单元的单要素及综合 评价，设计、规划城市生态保护体系，并提供相应的保护建议。采用室内机助制 图和野外实地考察相结合的方式开展研究工作。工作流程如第7 页图1 2 所示。 技术支持主要包括计算机硬件支持和软件支持； ( 1 ) 硬件支持 计算机主机：p e n t i u m i v 系列，2 5 6 m 的内存，3 2 m 的显卡和6 0 g 硬盘； 数据输入设备：扫描仪、键盘、鼠标； 数据存储设备；磁盘、可擦写光盘、可移动硬盘； 数据输出设备：图形终端显示设备、光盘刻录机、激光打印机、彩色喷墨 打印机。 ( 2 ) 软件支持 计算机系统软件：w i n d o w s2 0 0 0 操作系统； 地理信息系统软件和图像处理软件：a r c g i s9 0 ，a r c v i e wg i s3 3 。e r d a s 8 5 ： 6 其它支持软件；数字化软件r 2 v5 5 ，关系数据库管理系统软件v i s u a l f o x p r o6 0 。 图1 2 研究工作流程 7 2 城市生态单元的构成及其分类依据 2 1 城市生态单元的构成 城市生态单元即为城市建筑物、构筑物、植被、人类活动等因素共同作用形 成，有动、植物生存其间的景观单元。我们依据它的形成认为，在一般情况下， 城市生态单元构成包括5 个要素；土地利用、建筑物、植被、道路及水体。 2 1 1 土地利用 土地利用方式的不同，反映城市中人类活动形式的变化，从而导致城市生态 条件的变化，是城市生态单元构成的基础。 根据我国1 9 8 9 年颁布的城市用地分类与建设用地标准，城市用地按照土 地利用的主要性质及其特征可分为1 0 大类，4 7 中类和7 3 小类。1 0 个大类的主要 内容见表2 1 2 0 1 。 表2 1 城市用地分类表 代码用地名称内容说明 r居住用地住宅用地、公共服务用地、指居住小区、居住街坊、居住组团 道路用地、绿地和单位生活区等各种类型的成片或 零星的用地 分有一、二、三、四类居住用地 c公共设施行政办公用地、商业金融业指居住区及居住区级以上的行政、 用地用地、文化娱乐用地、体育用经济、文化、教育、卫生、体育以及 地、医疗卫生用地、教育科研科研设计等机构和设施用地，不包括 设计用地、文物古迹用地、其居住用地中的公共服务设施用地 它公共设施用地 m工业用地一类工业用地、二类工业用指工矿企业的生产车间、库房及其 地、三类工业用地附属设施等用地。包括专用的铁路、 码头和道路等用地。不包括露天矿用 地，该用地应归入水域和其它用地类 w仓储用地 普通仓库用地、危险品仓库指仓储企业的库房、堆场和包装加 用地、堆场用地工车间及其附属设施等用地 t对外交通铁路用地、公路用地、管道 指铁路、公路、管道运输、港1 ：3 和 用地运输用地、港口用地、机场用 机场等城市对外交通运输及其附属 地设施等用地 s道路广场 道路用地、广场用地、社会指市级、区级和居住区级的道路、 用地停车场库用地广场和停车场等用地 u市政公用 供应设施用地、交通设施用指市级、区级和居住区级的市政公 设施用地地、邮电设施用地、环境卫生 用设施用地，包括建筑物、构筑物及 设施用地、施工与维修设施用管道维修设施等用地 地、殡葬设施用地、其它市政 公用设施用地 g绿地 公共绿地、生产防护绿地指市级、区级和居住区级的公共绿 地及生产防护绿地，不包括专用绿 地、园地和林地 p特殊用地 军事用地、外事用地、保安指特殊性质的用地 用地 e水域和其 水域、农村用地、闲置地、指除以上九大类城市建设用地之外的 它用地露天矿用地、自然风景区用地 用地 2 1 2 建筑物 城市作为以人为主体的景观生态单元，建筑物构成了其主体【2 ”。这一构成主 体的建筑物对城市的生态环境有着重要的影响。它使城市气候的某些方面，如风 向、风速、局地气流、目照、温度、湿度等有别于非城市区域。 城市中无论单幢建筑或建筑群，一般呈现一定的排列规律，它必然对其一侧 的日照产生屏蔽作用。建筑物阴影处与空旷地带相比，一般气温较低，湿度较高， 蒸发降低。密集的建筑物，使城市的粗糙度加大，空气经过城市要比经过开阔平 坦的郊区受到更大的阻力。无论单幢建筑物及建筑群，对风向风速都有一定的影 响，一般的规律是建筑物背风区分速下降，在局部地区产生涡流，不利于气体的 扩散。特别是高层建筑、体形大的建筑物和构筑物，更容易造成气流在小范围内 产生涡流。涡流主要的不利在于：它阻碍了污染物质的迅速扩散排走，使其较长 时间地滞留在某一地段，加重了该地段的污染。 城市中密集的建筑物，使城市区域大部分成为不透水层，再加之路面的铺设， 更使得城市被大面积地覆盏，导致蒸发比郊区少得多，因此地面相对耗散少，大 部分以湍流热传给大气，使气温升高；同时，城市中生产、生活所产生的热量本 身相对较高，因此，形成了“城市热岛”的现象。 密集的建筑物产生涡流，涡流加重城市污染，大量污染物的产生，使得城市 空气能见度大为降低，也使得城市日照时数及太阳辐射强度比周围地区减少约2 0 ；而污染物中的细小尘埃是水汽的凝结核，故又使城市的雨量多于郊区。 2 2 , 2 3 综合上述内容可见，建筑物直接影响了城市小气候的形成。 建筑物的类型一般可以从以下几个不同的角度进行划分：【2 4 1 ( 1 ) 按建筑物使用性质分：居住建筑、商业建筑、公共建筑、工业建筑、对 外交通站场建筑、仓储建筑、市政设施建筑、特殊建筑和其它九大类。 ( 2 ) 按建筑物层数或总高度分，其中又有三种情况： 住宅：1 3 层为低层；4 , - - 7 层为多层：8 层以上为商层。 公共建筑及综合性建筑：总高度超过2 4 m 的为高层，低于2 4 m 的为多层。 超高层建筑：总高度超过l o o m 的不论是住宅还是公共建筑、综合性建筑， 均为超高层建筑。 ( 3 ) 按建筑结构分，主要的建筑结构有： 砖木结构：竖向承重构件采用砖墙或木柱，水平承重采用木楼板或木屋架。 般在3 层以下。 砖混结构：竖向承重构件采用砖墙或砖柱，水平承重构件采用钢筋混凝土 楼板、屋面板。一般在6 层以下，造价较低，抗震性能较差，开间、进深、层高 尺寸受限制。 钢筋混凝土结构：主要承重构件采用钢筋混凝土材料制作。适应性强，抗 震性能好，耐用年限较长，适用于多层、商层建筑。主要有：框架结构、杠架剪 力墙结构、剪力墙结构、简体结构等。 钢结构：主要承重构件采用钢材制作。重量轻，承载力高，建造成本较高， 适用于高分装配式。 2 1 3 植被 城市植被是城市生态系统的重要组成部分，它对促进城市生产的发展、丰富 o 居民生活和维持生态平衡有着不可替代的作用。城市绿色植物为城市居民提供必 要的副食品及绿色食品，提供文化、娱乐、休息场所，同时，城市植被是构成城 市物种生境的重要要素，为城市鸟类等动物提供食物、庇护场所和活动空间。城 市绿色植物还有减弱噪声，消纳、吸收、净化城市废弃物，供给新鲜空气的作用， 对城市生态环境系统内的物质循环、能量流动有重要意义。 氧是人类和一切需氧生物生存的必备条件，正是绿色植物的光合作用才保证 了地球上二氧化碳和氧气的平衡稳定，从而保证了人类和一切需氧生