（计算机应用技术专业论文）城市绿地生态环境规划决策支持系统的研究与实现.pdf

摘要 随着城市化进程的加快，城市人口的增加，城市绿地对改善城市生态环境、促进城 市经济持续发展具有越来越重要的作用。城市绿地生态环境规划决策支持系统可以对城 市现有绿地的结构与功能进行定量分析，揭示绿地系统的组成与分布在城市生态系统中 的作用，利用建模手段合理的综合各项指标，以此评价城市绿地现状，而且为城市总体 绿地规划、城市各行政区绿化建设提出调控与管理对策。本文的主要内容为： ( 1 ) 简单介绍城市绿地在国内外的发展情况，目前国内针对城市绿地的研究虽然 较多，但是成型的城市绿地系统比较少；国外比较成功的城市绿地系统有美国的 c i t y g r e e n 。本系统将地理信息系统与计算机技术相结合，引入城市绿地局域评价和区域 评价指标，为城市绿地建设提供依据。 ( 2 ) 系统包括三个模块：基础模块、空间数据库模块和专题分析模块。基础模块 提供空间数据显示、查询等功能。空问数据库模块用于对空间数据的维护。专题分析模 块分为局域评价和区域评价，局域评价用于对小范围内的绿地信息进行评价，评价指标 包括绿地结构评价、绿地生态功能评价和景观生态学评价；区域评价提供可达性分析、 绿地合格率分析、温度查询、绿地率查询等功能。 ( 3 ) 详细介绍了系统的开发方式、空间数据库的建立、应用模型库的研建等核心 问题。系统采用g e o m e d i a 自定义应用程序进行开发；将空间数据标准化，建立坐标 系，并着重介绍空间数据配准的方法；系统主要使用的模型有传统绿地评价指标和以景 观生态学为基础的绿地系统评价指标。 本文涉及计算机科学、景观生态学和3 s 等多学科知识，成功的建立了城市绿地生 态规划决策支持系统，只需更换相关的空间数据，本系统就可以毫无困难的推广到其他 城市，因此经济效益和社会效益很大。 关键词城市绿地；专题分析；空间数据 a b s t r a c t a l o n gw i t h u r b a n i z e da d v a n c e m e n tq u i c k e n i n g , u r b a np o p u l a t i o ni n c r e a s e , u r b a n g r e e n b e l th a sm o r ea n dm o r ev i t a lr o l ei ni m p r o v i n gt h eu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n d p r o m o t i n gt h e u r b a ne c o n o m yt o d e v e l o pc o n t i n u a l l y u r b a ng r e e n b e l te n v i r o n m e n t p r o g r a m m i n ga n dd c = c i s i o n m a k i n gs u p p o r ts y s t e mv a nm a k eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i si nu r b a n e x i s t i n gg r e e n b e l t s t r u c t u r ea n df u n c t i o n , o p e no u tt h ef u n c t i o no fg r e e n b e l ts y s t e m c o m p o s i t i o na n dd i s t r i b u t i o ni nu r b a ne n v i r o n m e n ts y s t e m , s y n t h e s i z e se a c ht a r g e ti nr e a s o nb y m o d e l i n gm e t h o d , a p p r a i s e st h eu r b a ng r e e n b e l tp r e s e n ts i t u a t i o nb yt h i s , m o r e o v e rc 锄 p r o p o s et h er e g u l a t i o na n dt h em a n a g e m e n tc o u n t e r m c a s u r ef o ru r b a no v e r a l lg r e e n b e l tp l a n a n du r b a ne a c hd i s t r i c tv k e s c e n c eb u i l d t h cp r i m a r yc o v e r a g eo ft h i sa r t i c l ei s ： ( 1 ) i n t r o d u c eu r b a ng r e e n b e l td e v e l o p m e n ts i t u a t i o ni nd o m e s t i ca n df o r e i g ns i m p l y ，a t p r e s e n tu r b a ng r e e n b e l tr e s e a r c hi nd o m e s t i ca l t h o u g ht h e r ea l es o m e , b u tu r b a ng r e e n b e l t s y s t e mm o l d i n g a r eq u i t ef e w ；t h es u c c e s s f u lu r b a ng r e e n b e l ts y s t e mi nf o r e i g ni sc i t y g r e e ni n a m e r i c a 啦s y s t e mu n i f i e st h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h ec o m p u t e rt e e l m o l o s y , i n t r o d u c e st h el o c a le v a l u a t i o na n dr e g i o n a le v a l u a t i o nt a r g e to fu r b a ng r e e n b e l t , a n dp r o v i d e s t h eb a s i sf o rt h eu r b a ng r e e n b e l tc o n s t r u c t i o n ( 2 ) t h es y s t e mi n c l u d e st h r e em o d u l e s ：b a s em o d u l e , s p a t i a ld a t a b a s em o d u l ea n ds p e c i a l a n a l y s i sm o d u l e t h eb a s em o d u l ep r o v i d e ss p a t i a ld a t ad i s p l a yf u n c t i o n , q u e r yf u n c t i o na n d s o o n s p a t i a ld a t a b a s em o d u l e 锄m a i n t a i ns p a t i a ld a t a t h es p e c i a la n a l y s i sm o d u l ei sd i v i d e d i n t ot h el o c a le v a l u a t i o na n dl e g i o n a le v a l u a t i o n ；t h el o c a le v a l u a t i o nc a na p p r a i s eg r e e n b e l t i n f o r m a t i o ni ns m a l ls c o p e e v a l u a t i o nt a r g e ti n c l u d e sg r e e n b e l ts t r u c t u r ea p p r a i s a l ，g r e e n b e l t e c o l o g yf u n c t i o na p p r a i s a la n dl a n d s c a p ee c o l o g ya p p r a i s a l ；r e g i o n a le v a l u a t i o np r o v i d e s a c c e s s i b i l i t ya n a l y s i s , g r e e ns p a c eq u a l i f i e dr a t ea n a l y s i s , t e m p e r a t u r ei n q u i r y , g r e e na r a b s c o v e r a g er a t ei n q u i r y f u n c t i o na n ds oo n ( 3 ) i n t r o d u c es o m ec o r eq u e s t i o ni nd e t a i ls u c ha sd e v e l o p m e n tw a yo ft h es y s t e m ，t h e e s t a b l i s h m e n to fs p a t i a ld a t a b a s e ，t h er e s e a r c he s t a b l i s h m e n to fm o d e l t h es y s t e mu s e s g e o m e d i at oc a r r yo nt h ed e v e l o p m e n tb yt h ew a yo fd e f i n i t i o na p p l i c a t i o np r o c e d u r e ； s t a n d a r d i z e ss p a t i a ld a t a , e s t a b l i s h e sc o o r d i n a t es y s t e m ，a n di n t r o d u c e st h es p a t i a ld a t a m a t c h i n gm e t h o de m p h a t i c a l l y t h em o s t l yu s e dm o d e l so f t h es y s t e ma r et r a d i t i o n a lg r e e n b e l t a p p r a i s a lt a r g e ta n dg r e e n b e l ts y s t e ma p p r a i s a lt a r g e tw h i c h 切_ k e sl a n d s c a p ee c o l o g ya s f o u n d a t i o n t h i sa r t i c l ei n v o l v e sm u l t i - d i s c i p l i n a r yk n o w l e d g es n c ha st h ec o m p u t e rs c i e n c e t h e l a n d s c a p ee c o l o g ya n d3 sa n ds oo n e s t a b l i s hu r b a ng r e e n b e l te n v i r o n m e n tp r o g r a m m i n ga n d d e c i s i o n m a k i n gs u p p o r ts y s t e m ss u c c e s s f u l l y ，o n l yr e p l a c et h er e l a t e ds p a t i a ld a t a , t h es y s t e m 一， c a nb eg e n e r a l i z e dt oo t h e rc i t i e s e a s i l y , t h e r e f o r et h e e f f i c i e n c ya 9 0v e r yb i g k e y w o r d s u r b a ng r e e n b e l t ；s p e c i a la n a l y s e ；s p a t i a ld a t a u 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘i 堡盎些盘堂 或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：岛门澌 签字日期：似) 1 年6 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盎a 垦挂些盘堂有关保留、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。本人授权盔韭盎些盘堂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) 学位论文作者签名：锄同翩签名：澎钞，一 签字目期：卅年6 月了1 日 签字日期：久胡年6 月2 1 一日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 城市是人类开发、利用自然资源，改造自然环境最为彻底的地域之一，是人口和经 济高度密集的人类聚居地，是既具有自然地理属性也具有社会经济属性的复合生态系统 1 1 1 。城市绿化是城市重要的基础设施，是城市市政公用事业和环境建设事业的重要组成 部分，是现代化城市的象征和文明标志。城市绿化能达到以下几个目的：改善城市生态 环境，美化城市工作和生活环境，创造新的城市景观，提高城市规划的布局质量，保护 风景名胜和历史文化遗产，保护生物多样性，吸弓i 投资，促进旅游事业的发展。人们对 城市绿化的要求不仅仅局限于城市绿地的面积和数量，对城市绿地的质量及其所带来的 社会、经济、生态效益越来越关注。城市绿地改善城市生态环境的作用主要是通过园林 植物的物质循环和能量流动所产生的生态效益来实现的。生态效益的大小取决于绿量， 而绿量的大小则取决于园林植物总叶面积的大小。改善城市绿地的植物配置和空阃结 构，坚持以乔木为主体，乔灌草结构合理，提高绿地的空间利用率，增加城市的绿量， 使有限的城市绿地发挥最大的生态效益和景观效益。 随着城市人口的高度集中，城市现代化、工业化速度的加快，城市环境受到破坏和 威胁的趋势越来越明显，市区面积不断扩大，自然景观逐渐消失，人口密度和建筑物密 度及其高度也在不断地增加，污染源越来越多，二氧化碳、二氧化硫等有害气体排放量 的增大严重恶化了城市的空气。从而使城市及周围地区的环境问题每况愈下。与大气污 染、水资源匮乏、城市热岛现象、干岛现象相伴而来的是大量的自然景观，诸如沼泽、 湖泊、森林及天然河道等的消失，自然生物群落和生态系统的退化，景观多样性程度的 降低等一系列生态失衡现象。大多环境问题都与工业化、城市化和现代化过程相联系， 城市的可持续发展对我们提出了挑战1 2 j 。 解决这些问题的最好途径之一就是加强城市绿地系统的建设，不断改善城市绿地系 统的结构，充分发挥绿地系统的功能。以树木为主体的城市绿地系统是城市生态系统的 重要指标。对改善城市生态环境，调节城市化进程带来的负面作用有着巨大的作用，城 市绿地系统能够削减空气污染净化空气、进行能量转换、固定碳元素、缓解城市“热岛 效应”等等。为了实现城市可持续发展这一目标，应综合多个学科的理论，努力探索有 限的城市空间应有的绿地总量的合理规模、布置形式以及其信息提取方法，研究城市绿 地分布及结构，在遥感和地理信息系统技术的支持下对城市绿地进行提取，在景观生态 学理论下对城市绿地景观结构进行管理和评价，可以为城市绿地系统规划、改善城市环 境质量提供依据，从而为生态城市的建设提供有力的基础数据和决策支持 3 1 。 东北林业丈学硕士学位论文 1 2 城市绿地的含义 1 2 1 城市绿地 城市绿地是以自然植被和人工植被为主要存在形态的城市用地。它既包括城市建设 用地范围内用于绿化的土地，也包括城市建设用地范围之外对城市生态、景观和居民休 闲生活具有积极作用、绿化环境较好的区域。也有学者从景观生态学角度出发，认为城 市绿地是城市中保持着自然景观的地域，或自然景观得到恢复的地域，是城市自然景观 和人文景观的综合体现，是城市中最能体现生态性的生态空间，是构成城市景观的重要 组成部分。它包括各类公园绿地、附属绿地，生产绿地、防护绿地及其他包括风景名胜 区、水源保护区、郊野公园、森林公园、自然保护区、风景林地、城市绿化隔离带、野 生动植物园、湿地等对城市生态环境及景观有直接影响的绿地。城市绿地不仅可以起到 改善城市生态、保护环境，而且能为居民提供游憩场地和美化景观等功能作用。 1 2 - 2 城市绿地系统 所谓城市绿地系统，是城市生态系统的子系统，是由城市中不同类型、性质和规模 的各种绿地共同构成的一个稳定持久的城市绿色环境体系，是有一定质与量的各类绿地 相互联系，相互作用而形成的绿色有机体，也就是城市中的不同类型、不同性质和规模 的各种绿地，共同组合构建而成的一个持久稳定的城市绿色环境体系嗍。通常由三大部 分组成，即“城市建设用地”中的城区绿地系统、“城区规划区”中的城郊园林系统和 “城市辖区”中的市域风景系统。城市绿地系统的组成内容因国家不同而不同，但基本 内容都包括了城市中所有的园林植物种植地块和园林种植占大部分的用地。 1 3 国内外研究情况 世界上各国对城市生态环境的认识经历了漫长的过程，城市生态思想从城市形成之 初就有所体现，从日常的粗放的管理、经验型管理到科学管理。在工业革命以前的几千 年的城市发展过程中，人类社会和生物圈基本保持着平衡关系，城市的规模和形态受自 然生态平衡的制约，城市生态思想仍属在自然哲学范围的思考。工业革命引发了现代城 市化过程，并伴生一系列的城市环境问题。对这些问题的解决刺激了城市生态思想的发 展，应该说这也是当今世界城市绿化工作的共同趋势。 1 3 1 国外状况 7 0 年代初，主要围绕城市的能量、物质及废弃物循环展开研究，涉及城市及其腹地 的关系、城市绿地的功能作用等问题。这些研究考虑了人类生态、社会文化以及经济和 社会心理变量，以上各研究领域被视为人与生物圈城市研究的经典领域。城市生态环境 学是近3 0 年发展起来的- i 独立学科，系生态学、环境学、地理学等科学交叉的边缘 学科。 现代信息技术在城市绿地系统建设中的应用：在城市绿地与生态环境的研究与实践 中，引进以遥感和地理信息系统为核心的现代空间信息应用技术成为目前的一个趋势， 1 绪论 其中c i t y g r e e n 系统就是一个成功的例证。 1 9 9 6 年美国林学家协会( a m e f i 啪f o r e s t sm i s s i o n ) 推出了c i t y g r e e n 软件的第一 个版本，它是基于w i n d o w s 和a r c v i e w ( 美国e n v i r o n m e n t a ls y s t e m sr e s e a r c h i n s t i t u t e ，e s r i 公司的桌面地理信息系统软件) 在城市生态环境分析方面的应用，目前 该系统最新版是5 0 。c i t y g r e e n 是一个为城市生态空间分析和效益评价的崭新工具，它 可以使城市和保护组织来产生自己的局域生态效益研究。这些效益包括减缓暴雨径流和 空气污染、固碳、能量转换几为野生动物提供生境环境。软件的分析功能使用最新的科 学研究成果计算树木和植被的经济价值，分析现存的条件并能对不同的发展和规划目标 区域的影响构造模型。 c i t y g r e e n 提供两个单独的扩展模块一局域分析扩展模块和区域分析扩展模块， 加载在a r c v i e w 地理信息系统上。局域分析使用航空像片、地被信息和野外调查数据， 计算树木在减弱暴雨径流量、能量转换固碳和减少空气污染方面所起的作用而产生的经 济效益。为了估计一个城市、县或一个邻域范围内的生态系统总价值，把一个研究地上 计算出的树木生态经济效益乘上具有相似土地使用和相似植被类型的总土地面积。区域 分析过程包括：获得研究区域的数字化卫星图像数据，产生区域植被图，比较植被动态 变化，计算一个集水区内由于树木提供的环境效益1 5 胴。 1 3 2 国内状况 由于历史的原因，我国城市绿地规划的出现是在建国后，一般都是在城市规划后作 为补白式的填充，这种情况一直延续到7 0 年代。随着国际上环境科学研究的深入，才 开始重视绿地在环境保护中的作用并进行一系列的研究忉。当时的绿地系统规划一般遵 循着均匀布置各项公共绿地的原则，构成公共绿地的主体是各种类型的公园。进入8 0 年代后，随着人类越来越重视地球生态环境和人类居住环境的建设，城市绿地规划的指 标也在不断调整我国城市绿地系统的规划与建设是在解放以后，在沿用前苏联的绿地系 统规划理论的基础上发展起来的。改革开放前的城市绿化建设发展时快时慢，总是保持 一个不高的发展水平。直到改革开放以后城市绿地建设工作才真正的有了较大的发展， 城市绿化水平也有了较大的提高。但在改革开放初期的一段时间内，我国盲目追求绿地 定量指标，而忽视了定性指标的效率作用。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着对“宜人居生态城市”的呼声越来越大，我国城市绿 地系统建设进入了生态园林的理论与实践摸索阶段，我国的深圳、北京、合肥等城市都 在此方面进行了有益的探索。如合肥市利用自然条件和城市历史发展过程，形成环、楔 结合的绿地系统模式；深圳市因地就势地利用绿地资源的天然状况，形成并列于组团式 城市结构间的平行楔状绿地系统等等。后来对应于“绿色城市”规划思想的出现，著名 科学家钱学森提出了“山水城市”。这一设想是中外文化的有机结合，把我国传统园林 思想与整体城市结合起来，建设具有中国特色的“生态城市”。目前我国正处于快速发 展过程中，在多方面借鉴国外经验和总结国内建设经验的基础上，城市绿地系统规划理 东北林业大学硕士学位论文 论研究的拓展指导着实践建设工作进一步走向完善。城市的发展与生态环境的保护和建 设同步协调进行，不再是“先破坏再建设”了；城市绿地建设也不再是城市规划的补 充，不再是“见缝插绿”的局部低效率填空行动。而是在较完整的系统性理论指导下， 在注重结构整体性框架把握的基础上，科学合理地建造高效、协调发展并符合我国地方 特色的系统性现代化城市绿地1 8 j 。 我国各城市的绿地建设主要集中在以下几个方面1 9 1 ： ( 1 ) 各个城市分析自身的自然生态环境特征，结合绿地现状对绿地系统进行分 析、评价采用了不同的评价体系，如广州利用优势度指数、均匀度指数、绿地廊道密 度、最小距离指数等景观生态学指标。 ( 2 ) 各城市在规划前都根据自身条件确定了规划指导思想、规划原则及一些量化 指标，如绿地率、绿化覆盖率、人均公共绿地面积等。 ( 3 ) 提出了适合本地的城市绿地系统的结构、布局基本框架等，如环境绿化带、 防护林带、分隔城区的组团绿地等等。 ( 4 ) 某些城市也相应地提出实现的对策，如上海、广州、深圳等。地理信息系统 也逐渐应用到城市绿地系统规划方面，如佛山和上海浦东在这方面走在了前列。 目前国内外城市绿地系统规划的主要趋势是； ( 1 ) 组成城市绿地系统的要素趋于多元化。现代城市绿地系统规划建设和管理的 对象扩大到包括水文、大气、动物、细菌微生物、能源、城市废弃物等。 ( 2 ) 城市绿地系统结构趋于网络化。城市绿地系统结构由过去的集中发展为分 散，目前又趋向于由水、路、林的网络式的连接。 ( 3 ) 绿地系统的规划的区域化。由于城区产氧量不足于耗氧量的1 ，为了改善 城市空气质量，所以把城郊的森林、农田、果树、菜园、水体等生态绿地扩大到城市绿 地系统中。 ( 4 ) 绿地系统的结构和功能的有机的同一，力求将绿地系统与城市的功能、形态 布局实现有机的耦合，实现城市生态绿地总量的合理规模及优化的布局。 1 4 课蘧来源及主要研究内容 1 4 1 课题来源 项目名称：城市绿地生态环境规划决策支持系统的研建 项目来源：2 0 0 4 哈尔滨市科技攻关计划项目 项目编号：2 0 0 4 a a 9 c 5 1 9 3 1 4 。2 研究内容 在新的历史条件下，为了有效地研究、规划、保护和管理人类赖以生存的城市绿色 空间环境，需要高效地对绿地空间信息进行储存、查询、分析和表达。遥感技术是从空 间获得城市生态环境及其动态变化的有效手段，地理信息系统作为“数字城市”的重要 支柱，则是一个集空间数据采集、储存、管理和空间分析的现代化的空间信息系统。这 1 绪论 些高新技术是完成本研究的保障。 本研究的旨意是建立一个在现代高新技术支持下的城市绿地生态环境空间信息系 统，用来模拟和表达城市绿地系统的空间分布与结构、城市热力场空间格局、绿地系统 与热岛效应的空间关系，进而对城市绿色生态环境现状的内涵予以认识，对绿地系统的 功能进行局域和区域的评价，以此为城市绿色生态体系建设和规划决策提供所必要的信 息。 东北林业大学硕士学位论文 2 研究方法 2 1 g 冱s 开发技术背景 g i 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 地理信息系统1 和r s ( r e m o t es e n s i n g 遥 感) 是本项目采用的关键技术，因此选用合适的g i s 和r s 软件是十分重要的。我们在 立项前后，对当今国内外的g i s 和r s 软件作了较为仔细的研讨，最后决定以e s r i 公 司的a r c i n f o8 3 为地理数据的编辑、整理工具，以i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a5 0 用于 项目的二次开发，以e r d a s 公司的i m a g i n e8 6 作为遥感和航空像片的处理和分析软 件。 2 1 1 1g i s 软件的选择 e s r i 是美国的一家著名公司，也是国际上最早研究地理信息系统软件的公司之 一，其产品一直在国际市场上占有重要的地位和影响。a r c l n f o8 3 是一个完整的集成化 g i s 数据生产、更新、查询、制图和分析系统，主要由两个部分组成：a r c i n f od e s k t o p 和a r c l n f ow o r k s t a t i o n 。它包括了a r c v i e w 和a r c e d i t o r 的所有功能，还包括一个完整 的a r c t o o l b o x 应用程序，一个完整版本的a r c l n f ow o r k s t a t i o n 和全部的a r c g i sd e s k t , , p 扩展模块。如今绝大多数g i s 商品软件都与a r c l n f o 的数据格式相兼容，众多的商品矢 量化数据也是以a r c l n f o 的c o v e r a g e 格式为标准，a r c e d i t o r 和a r c t o o l b o x 提供了一整 套极为完善的数据编辑、数据转换、数据整理的工具软件包。 对于一个专题来说，其空间数据的来源往往是多方面的，如购买商品化的地理数 据，自行采集、绘制某些专题图，利用卫星和航空测量照片等等，这些图片的格式以及 地理坐标系统通常不尽相同，因此在使用前必需要进行大量的预处理，以便于应用程序 统一处理，采用a r c l n f o 来预处理各类空间数据是十分方便和理想的。 i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 于1 9 9 7 年推出，它完全是友好的视窗界面，其组件 g e o m e d i ao b j e c t s 更是有其独到之处，因此我们选择它为二次开发的平台和工具。 g e o m e d i a 不仅是一种g i s 产品，更代表了最新的g i s 技术思想，它具有多源数据的无 缝集成、先进的数据库管理方式、功能强大的二次开发环境、真正的企业级的g i s 以及 与数据库的集成等优势功能1 1 0 1 。g e o m e d i a 以数据库为中心的系统设计思想将其数据保 存在商业数据库中( o r a c l e 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 等1 ，保证了其系统的安全性及开放 性，实现从部门级到企业级可扩展的方案，为将来升级到企业数据仓库中的空间数据打 下基础1 1 1 】。目前g e o m e d i a 是世界上最接近o p e n g i s 标准的g i s 应用软件。g e o m e d i a 现已成为成熟的系列化g i s 产品。它由核心产品、扩展模块和第三方应用软件共同组 成，广泛应用于市政、规划、交通、电力、电信、土地、国防军事、石油、测绘、资源 与环境等领域。 2 1 2r s 软件的选择 e r d a s 公司的i m a g i n e8 6 作为遥感和航空像片的处理和分析软件。它以其先进的 图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服 务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的r s g i s ( 遥感图像处理和地理信息系 统) 集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工 具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势【1 2 1 。 其软件处理技术覆盖了图像数据的输入输出，图像增强、纠正、数据融合以及各 种变换、信息提取、空间分析建模以及专家分类、a r c l n f o 矢量数据更新、数字摄影测 量与3 维信息提取，硬拷贝地图输出( 在3 维景观的绘图输出更是达到了所见即所得的 清晰大数量的纸质图) 、雷达数据处理、3 维立体显示分析。其应用领域包括：科研、 环境监测、气象、石油矿产勘探、农业、军事、电讯、制图、林业、自然资源管理、水 利、海洋，测绘勘察和城市与区域规划等。 e r d a s 在与e s r i 盼g i s 的完整集成，向用户提供g i s 瓜s 一体化的解决方案。 e r d a si m a g i n e 系统已经内含了a r c l u f oc o v e r a g e 矢量数据模型，可以直接编辑 a r c i n f o 的数据，还可实现g i s 拓扑关系的建立、图形拼接、专题分类图与矢量二者相 互转换。解决了费时费力的数据转换工作，大大提高工作效率，使遥感定量化分析更完 掣廿1 。， 2 ，2 应用分析模型与g i s 系统工具的镶嵌模式 地理信息系统的价值在于它有空间分析的能力，随着g i s 的理论和应用的发展，人 们期待着g i s 能够满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面 的特有的能力。在目前通用的商品化g i s 系统中，多数系统是以数据采集、储存、管理 和一般的空间查询为主，尽管所有的g i s 系统都能通过宏语言或内部函数提供一定的空 间分析，然而对于复杂的应用分析模型还具有很大的局限性。一般采用的方法有以下三 种。 2 2 1 源代码编程方式 利用c 璐系统本身所带有的二次开发语言，或根据拟使用的g i s 载体所限定的其它 标准编程语言及数据结构，把应用问题所形成的空间分析模型编成程序，使其成为g i s 系统整体的一个组成部分。例如在e s r i 公司的a r c v i e w 系统中设有s c r i p t 窗体，可用 其本身所带有的a v a n u e 二次开发语言编写空间分析函数。然后用图标加到界面功能菜 单中，或作为一个功能插件，如美国的城市生态环境评价系统c i t y g r e e n 就是用源代码 编程方式把城市生态环境评价的应用分析模型集成到a r c v i e w 中。 2 2 2 可执行程序方式 事先把应用分析模型按一定的编程语言编成可执行的程序，这些可执行程序具有一 定的独立性，可外嵌于g i s 系统之外，也可以内嵌于g i s 系统之内。g l s 系统与应用模 东北林业大学碗t 学位论文 型的可执行程序之间可通过统一格式的中间数据文件作为数据交换的方式。 2 2 2 1 外嵌式可执行程序方式 这种方式是利用现有的商品化的地理信息系统空间数据处理功能对应用问题所需要 的空间数据进行初步的加工和分析，形成矢量及栅格格式的专题和相应的数据文件，然 后在g i s 系统工具中通过e x p o r t 把它们作为a s c i i 文件形式输出到指定的文件中，如 图2 1 所示： 鲞 簋 系 笙 具 矢量数据 册格数据 中 间 数 据 文 件 矢量数据 格数据 模应 | | | | 析 圈2 1 外嵌式可执行程序方法集成 例如在a r c v i e w 系统中对g r i d 格式的栅格数据输出，输出数据文件的数据头格式如 下例： n c o l s1 咖( 行数) r l o w s 9 6 3 ( 列数) x l l c o r n e r9 2 5 6 2 1 0 2 5( 左下角坐标) y l l c o r n e r 3 6 4 5 1 0 3( 右下角坐标) c e l l s i z e4 0 0( 每个栅格的地面分辨率) 在数据体中是每个栅格点的专题属性数据。 对于矢量数据，a r c v i e w 系统可以把任何一个s h p 文件变换成d x f 文件格式输出。 图形交换文件( d x f ) 是具有专门格式的a s c i i 码文件。它可以用文字编辑程序( 如 n o t e p a d 等) 进行编辑、修改；也可以用显示文本程序进行显示。一个d x f 文件是由若 干段组成的，利用d x f 文件实质就是用这种文件格式的数据可以不受限制的进出 a r c v i e w 系统，并且s h a p e s 文件和d x f 文件可以互相变换，所以对于把应用问题的分析 模型的可执行程序和a r c v i e w 系统进行集成来说，d x f 格式是一个很合适的中间数据文 件格式。 有了中间数据文件，剩下的问题就是应用问题系统分析模型的可执行程序如何使用 它们来完成既定的应用领域的问题。 2 2 2 2 内嵌式可执行程序方式 这种方式在本质上与外嵌式可执行程序是一致的，都要一个为解决应用问题分析模 型的可执行的程序系统，和进行交换数据的中间数据格式的文件集。所不同的是为了克 服外嵌式情形下的两个系统的不断切换，通过一个主控程序把它们亲和在一个操作环境 里，如图2 2 所示。 2 研究方法 图2 - 2 内嵌式豹可执行程序方式集成 j o n k o w s k i 等人( 1 9 9 6 ) 采用这种内嵌式可执行程序方式把非点源污染应用问题的 分析模型与a r c i n f og i s 进行了集成。 2 2 1 3 组件式应用模式的集成方式 这种集成方式是把应用问题的分析模型以组件方式存在。所谓组件是指那些具有某 种特定功能、但独立于应用程序，而又很容易把应用程序组装起来的、可以重复应用的 “零件”，即对象连接与嵌入技术。目前组件技术分为两大类，一是由m i c r o s o f t 推出 的a e t i v e x ，它是基于m i c r o s o f t 制定的组件对象模型( c o m ) 规范的一种组件开发技 术，是对象的链接与嵌入技术盼扩展，它独立于语言，但完全依赖与w i n d o w s 开发 a c t i v e x 组件( 包括其前身o l e 控件) 已被广泛地应用于w i n d o w s 应用程序开发。 e s r i 公司的软件产品m a p o b j e c t s 是基于a c t i v e x 的，提供给应用开发人员使用的制图 与g i s 组件，它包含了3 5 个可编程的a c t i v e x 对象，m a p o b j e c t s 可被直接插入到许多 标准开发环境，如v b 、d e l p h i 、v i s u a lc + + 、m i c r o s o f ta c c e s s 、v i s u a lf o x p r o 等。另 类组件技术为s u n 推出的j a v a b e a n ，它是基于j a v a 技术的，能够提供可以重用的对 象，但没有管理这些对象之间的相互作用的规则标准；它依赖j a v a 语言，但独立于平 台，可运行于任何支持j a v a 的平台上i m l 7 1 2 3 二次开发技术 2 3 - 1 开发方式 地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型g i s ，以某一专业、领 域或工作为主要内容，包括专题g l s 和区域综合g i s ：二是工具型g i s ，也就是g i s 工 具软件包，具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出的功能。随着g i s 应用领域的 扩展，应用型g i s 的开发工作日显重要。目前常用的开发方式有以下三种【1 s 】【1 9 】： 2 3 1 1 独立开发 独立开发指不依赖于任何g i s 工具软件，从空问数据的采集、编辑到数据的处理分 析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言( 如 东北林业大学硕士学位论文 v i s u a lb a s i c ，d e l p h i 等) ，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于： 无须依赖任何商业g i si 具软件，可减少开发成本。但对于大多数开发者来说，能力、 时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相比， 而且在g i s 工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代 价。 2 3 1 2 单纯二次开发 单纯二次开发指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s 砌公司的a r c v i e w 提供了 a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司研制的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等等。用 户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平台，开发出针对不同应用对象的应 用程序。这种方式虽省时省心，但进行二次开发的宏语言作为编程语言只能算是二流语 言，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意。 2 - 3 1 3 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件( 如g e o m e d i a ，a r c v i e w 等) ，实现 g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如：v i s u a lb a s i c ， d e l p h i 等为开发平台，进行二者的集成开发。 集成二次开发目前主要有以下两种开发方式： ( 1 ) o l e d d e ：采用o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，对象链接与嵌入) 自 动化技术或利用d d e 技术，用软件开发工具开发前台可执行应用程序，以o l e 自动化 方式或d d e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调( c a l l b a c k ) 技术动态获取其 返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。 ( 2 ) g i s 组件：利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能组件，在v i s u a lb a s i c 等编程工具编制的应用程序中，直接将g i s 功能嵌入其中， 实现地理信息系统的各种功能。 2 4 本章小结 本章主要介绍了系统开发所需要的g i s 软件和r s 软件，a r c l n f o 用来处理各种空间 数据，g e o m e d i a 用于二次开发，遥感方面用到了e r d a s 公司的i m a g i n e8 6 ；分别介 绍了g i s 开发三种方式和二次开发技术。 - l o 3 城市绿地生态环境规划系统的设计 3 城市绿地生态环境规划系统的设计 3 1 系统开发目标 按城市区域框架和图层结构建立哈尔滨市的地理空间数据库，包括城市绿地、地 貌、气象、水文、人口密度、建筑、道路、城市污染源等基本图层。组建一个空间和属 性数据一体化结构的数据库。 研究城市绿地生态环境的评价指标体系、绿地空间结构与功能模型，城市生态环境 控制及空间分布的优化的技术方法。建立用于城市绿地结构评价和功能评价的模型库。 建立城市绿地规划、管理工作的数字化系统城市绿地生态环境规划决策支持系 统，实现在市区范围内的绿地信息共享，大力提高城市绿地管理的现代化水平服务于数 字化的发展为城市各层次的有关主管部门的科学管理和决策提供准确、及时的信息服 务。 通过该项目系统的建设，改进传统的规划管理模式，推动技术进步，为哈尔滨市经 济、社会、环境的可持续发展服务 3 2 系统运行环境 3 2 1 硬件环境 普通微机。要求具有较高的配置，以满足大量图形数据处理和显示的需求。 3 - 2 2 软件环境 ( 1 ) 揉作系统：m i c r o s o f t 的w i n d o w s 2 0 0 0 或w i n d o w s x p ； ( 2 ) 数据库：m i c r o s o f t 的a e 辐； ( 3 ) 地理信息系统：e s r i 公司的a r c g i s 系列，用于基础数据的编辑、整理、