（计算机应用技术专业论文）基于gis、rs的哈尔滨市绿地生态信息评价系统的研建.pdf

摘要 城市生态环境的日益恶化，使得城市绿地系统的作用显得尤为重要。为了更好的研 究城市绿地的生态效益，本课题以哈尔滨市为例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，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。 论文首先基于3 s 技术建立了城市绿地信息空间数据库。研究了利用卫星象片提取 城市绿地和热力场专题信息的方法、利用航空象片提取城市绿地信息的方法，借助于 g e o m e d i a 组件采用关系型数据库a c c e s s 实现了图形数据和属性数据的一体化管理。采 用g i s 特有的区域框架和图层相结合的方式组织数据，经过数据源的选择、数据坐标转 换、格式转换、空间配准等数据预处理，最终形成了包含哈尔滨市城市绿地信息专题数 据、城市热岛效应专题数据、2 6 个图层的城市综合数据、6 个矢量化提取的城市绿地相 关数据，5 0 个绿化树种的详细信息的空间数据库。 随后，基于景观生态学、植物学等多学科的研究成果，建立了绿地信息评价模型 库，包括传统的绿地结构评价模型；基于景观生态学的绿地多样性、一致性等指标的评 价模型；绿地吸收二氧化碳、降温等方面的绿地功能评价模型；绿化树种选择模型。 最后，以g e o m e d i a 组件为基础采用自定义二次开发的方式形成了城市绿地生态信 息评价系统软件，可实现对不同数据源的地理数据的显示、编辑、查询、空间分析、可 视化窗体定制、属性数据管理等桌面地理信息系统常用功能，还可以模拟哈尔滨市生态 环境、查询和评价绿地空间结构、查询城市温度进行熟岛效应的分析，分析和评价城市 局域绿地的吸收二氧化碳、固碳、降温等方面的作用，按照绿化类型对绿化树木进行选 择。 论文综合运用g i s 技术、r s 技术、组件式开发技术、数据库技术，将景观生态 学、植物学等多学科的知识通过计算机予以实现，拓宽了现有技术的应用领域，对指导 城市绿化、城市规划有着深远的意义。 关键词g i s ：r s ；城市绿地；组件式开发 a b s t r a c t w i t ht h ed e t e r i o r a t i o no ft h eu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n td a yb yd a y , t h ef u n c t i o no ft h e u r b a ng r e e n b e l ts y s t e mb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i no r d e rt or e s e a r c ht h ee c o l o g i c a l b e n e f i t so fg r e e n b e l tb e t t e r , w et a k eh a r b i na sa l le x a m p l ea n ds e tu pa nu r b a ng r e e n b e l t e n t i r o n m e n ts p a c ei n f o r m a t i o ns y s t e mu n d e rm o d e mh i g h n e wt e c h n i c a ls u p p o r t i n g ，t oi m i t a t e a n de x p r e s st h ed i s t r i b u t i o na n ds t r u c t u r eo fu r b a ng r e e n b e l ts y s t e m ，t h et h e r m o d y n a m i cf i e l d p a t t e mo ft h ec i t y , t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r e e n b e l ta n d u r b a nh e a ti s l a n de f f e c t ，t ok n o wt h e c u r r e n ts i t u a t i o no fu r b a ng r e e ne n t i r o n m e n tb e t t e r , t h e no f f e re s s e n t i a lm e s s a g et ot h ep e o p l e o fu r b a ng r e e ne c o s y s t e m b u i l d i n ga n dp l a nd e c i s i o n a tf i r s t ，t h et h e s i ss e tu pa s p a t i a ld a t a b a s ea b o u tu r b a ng r e e n b e l ti n f o r m a t i o nb a s e d o n3 s r e s e a r c ht h em e t h o dt od r a wg r e e n b e l ti n f o r m a t i o na n dt h e r m o d y n a m i cf i e l di n f o r m a t i o n t h r o u g hs a t e l l i t ep h o t oa n da v i a t i o np h o t o w i t ht h ea i do fg e o m e d i ac o m p o n e n t ，w er e a l i z e t h eu n i f i e dm a n a g e m e n to ff i g u r ed a t aa n da t t r i b u t ed a t a ，a d o p t i n gg i sp e c u l i a rm e t h o do f r e 舀o n a lf r a m ec o m b i n el a y e rt oo r g a n i z et h ed a t a ，w ef o r m e dt h es p a t i a ld a t a b a s et h r o u g ht h e c h o i c eo ft h ed a t as o u r c e ，d a t ac o o r d i n a t et r a n s l a t i o n ，d a t af o r m a tt r a n s l a t i o n ，s p a t i a ld a t a r e g i s t e r , e t c t h ed a t a b a s ei n c l u d et h ef o l l o w i n gc o n t e n t ：t h e m a t i cd a t ao ft h eu r b a ng r e e n b e l t i n f o r m a t i o n ，t h e m a t i cd a t ao ft h eu r b a nh e a ti s l a n de f f e c t ，t h eu r b a ni n t e g r a t e dd a t ao f2 6l a y e r ， v e c t o rd a t ao f6l a y e r ，5 0i r sd e t a i l e di n f o r m a t i o n a f t e r w a r d s ，o nt h eb a s i so fm u l t i d i s c i p l i n a r yr e s e a r c hr e s u l t s ，s u c ha sl a n d s c a p ee c o l o g y , b o t a n y , e t c w es e tu pa p p r a i s a lm o d e l sd a t a b a s ea b o u tg r e e n b e l ti n f o r m a t i o n a p p r a i s a lm o d e l s i n c l u d i n gt h et r a d i t i o n a lg r e e n b e l ts t r u c t u r e ，a p p r a i s a lm o d e lo nt h eb a s i so fl a n d s c a p ee c o l o g y , s u c ha sl a n d s c a p ed i v e r s i t ym o d e l ，l a n d s c a p ec o n s i s t e n c ym o d e l ，e t c g r e e n b e l tf u n c t i o n a lm o d e l ， s u c ha sa b s o r b i n gc a r b o nd i o x i d em o d e l ，l o w e r i n gt h et e m p e r a t u r em o d e l ，e t c v i r e s c e n c et r e e s c h o i c em o d e l 。 f i n a l l y , w ea d o p t e ds e l f - d e f i n i n gs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tm e t h o dt of o r mt h es o f t w a r eo f u r b a ng r e e n b e l te c o l o g i c a li n f o r m a t i o na p p r a i s a ls y s t e mb a s e do ng e o m e d i ac o m p o n e n t w i t h i tu s e rc a nr e a l i z et h eo r d i n a r yf u n c t i o no fd e s k t o pg i ss o f t w a r e ，s u c ha s d i s p l a yt h e g e o g r a p h i c a l d a t a o fd i f f e r e n td a t as o u r c e ，d a t ae d i t ，q u e r y , s p a t i a la n a l y s i n g ，v i s u a l i z e d c u s t o m i z i n gw i n d o w , a t t r i b u t ed a t am a n a g e m e n t ，e t c i tc a na l s oi m i t a t eh a r b i ne c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t ，q u e r ya n da p p r a i s eg r e e n b e l ts p a c es t r u c t u r e ，q u e r yu r b a nt e m p e r a t u r ei no r d e rt o a n a l y s eu r b a n h e a ti s l a n de f f e c t ，a n a l y s ea n da p p r a i s eu r b a ng r e e n b e l tf u n c t i o na b o u ta b s o r b i n g c a r b o nd i o x i d e ，l o w e r i n gt e m p e r a t u r e ，e t c c h o o s ev i r e s c e n c ef l e e sb a s e do nv i r e s c e n c et y p e t h et h e s i ss y n t h e t i c a l l yu s e dg i st e c h n o l o g y , r st e c h n o l o g y , s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g y , d a t a b a s et e c h n o l o g y t h r o u g hc o m p u t e rt or e a l i z em u l t i d i s c i p l i n a r yk n o w l e d g e s u c ha sl a n d s c a p ee c o l o g y , b o t a n y , e t c t h i sw i d e nt h ea p p l i c a t i o no fe x i s t i n gt e c h n o l o g y , h a v e s i g n i f i c a n tm e a n i n gt og u i d ec i t yv i r e s c e n c ea n du r b a np l a n n i n g k e y w o r d sg i s ；r s ；u r b a ng r e e n b e l t ；c o m p o n e n tb a s e dd e v e l o p m e n t i i 1 1 引言 1 绪论 “在区城范围内保持一个绿化环境，这对城市文化来说是极其重要的，一旦这个环 境被损坏、被掠夺、被消灭，那么城市也随之衰退，因为这两者的关系是共存共亡的。 重新占领这片绿色环境，使其重新美化、充满生机并使之成为一个平衡的生活的重要源 泉，这是城市更新的重要条件之一” ( l e w i sm u m f o r d ，t h ec u l t u r eo f c i t i e s ，1 9 3 8 ) 城市作为特殊的地理景观，是以人为主体的生态系统。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。所有 的这一切使人们认识到如果再不重视环境建设，人类将用自己的“文明”埋葬自己，因 此必须把环境保护和城市生态系统建设列入城市化进程，作为不可分割的一个组成部 分。 解决上述环境问题的出路只有两条：一是消除污染源( 绝对消除是不可能的) ；二是 在这个被破坏的平衡中加入新的”砝码”来达到新的平衡。由于植物在城市生态系统中是 最活跃、最富有生命力的组成部分，因此城市绿地被认为是唯一可取的以自然更新方式 来解决环境问题的最好途径。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，是城市结构中的自然生产力主体对改善城市生态环境，调节城市化进程带来的负 面影响有着巨大的作用，城市绿地系统能够调节小气候、吸收环境中的有毒有害物质、 衰减噪声、改善环境质量、减灾防灾、调节与维护城市生态平衡、进行能量转换、固定 碳元素、缓解城市“热岛效应”，等等。 由于城市绿地受到越来越多的关注，诸多学者开展了对绿地效益的研究，并采用多 种方式对城市绿地效益进行评价【l - 4 。本研究以哈尔滨市为例，通过将g i s 、r s 技术以 及计算机技术相结合，构建一个绿地生态信息评价系统，以更好的了解和掌握绿色生态 环境的现状，为城市规划决策者提供更科学更有力的依据。 东北林业大学硕士学位论文 1 2 城市绿地的发展 1 。2 。1城市绿地与城市绿地系统的含义 “绿建”在辞海中释义为“配合环境戗造自然条件，适合种植乔木、灌木和革 本植物而形成一定范围的绿化地面或区域”，或指“凡是生长植物的土地，不论是自然 植被或人工栽培的，包括农林牧生产用地及园林用地”。可见，绿地有三层含义：植 物所形成的绿色地块，如森林、花园、草地等；植物生长占大部分的地块，如城市公 园、自然风景区等；农业生产用地。城市绿地可理解为城市范围的绿地。我国城市绿 地规划赋予城市绿地的含义多是前两方面，即狭义城市绿地，也就是一些专家提出的 “城市绿化用地”或“城市园林绿地”i s - t l 。 城市绿地系统组成因国家不同而各有差异，但总的来说，其基本内容是一致的，即 包括城市中所有园林植物种植地块。而作为一个系统，城市绿地系统组成应该全面和完 整，包括城市范围内对改善城市生态环境和生活具有直接影响的所有绿地。我国城市绿 地系统多指园林绿地系统，一般由城市公园、花园、道路交通绿地、单位附属绿地、居 住区绿地、园林圃地、经济林、防护林、生态林及城郊风景名胜区绿地组成。 1 2 2 国外城市绿地的发展 城市绿地是在城市园林基础上发展起来的，经历了自然萌生、人工创意、公共绿地 及生态绿地阶段。自然萌生阶段指狩猎围牧的园圃。人工创意阶段指满足达官贵人及宗 教需求的宫苑和寺院，多为私家园林和皇家园林。1 9 世纪以后，城市绿地进入公共绿地 阶段，发展分为七个阶段：公共绿地( 1 8 1 0 t 8 4 2 ) 。欧溯各国皇家园林开始定期或经常 向公众开放，开辟了近代公共绿地先河。公园运动( 1 8 4 3 1 8 7 9 ) 。1 9 世纪中下叶，欧美 掀起城市公园建设的第一次高潮，即“公园运动( p a r km o v e m e n 0 ”。公园体系【1 8 8 0 1 8 9 8 】。1 8 8 0 年，“美国造园之父”e l o l m s t e d 提出公园体系理论，逐渐发展为世界城 市绿地规划的主要原则。重塑城市( 1 8 9 8 1 9 4 5 ) 。此时期城市绿地从局部调整转向重塑 城市。战后大发n ( 1 9 4 5 1 9 7 0 ) 。二战后，欧亚各国大规模重建城市，城市绿地迈入第 二次高潮。生物圈意识( 1 9 7 0 - 2 0 0 0 ) 。7 0 年代初，生态学作为设计理论引入绿地规划， 城市绿地开始了以改善城市环境及满足景观要求的生态绿地阶段。1 9 7 1 年，联合国召开 人与生物圈计划( m a b ) i n 际协调会后，国外城市绿地建设呈现重视生物圈的新特点。8 0 年代以来，世界城市绿地建设进入生态园林的理论与实践阶段，出现了许多“世界花园 城市”和“世界最适宜人居的城市”。区域生态( 2 0 0 0 今) 。2 1 世纪城市绿地重视区域 生态特征，建立城市与周围环境融为一体的区域生态系统，追求人与自然和谐，生态、 经济及社会功能最佳的城市区域绿色生态网络【8 】。 1 9 9 2 年6 月，世界一百多个国家首脑参加了联合国环境发展大会，并签署了三项国 际公约。2 0 世纪末，信息产业与知识经济的发展将使城市格局再一次产生深刻的变化， 城市绿地系统也将有新的发展。2 1 世纪城市绿地系统的发展将呈现三大趋势【9 】： 第一，城市绿地系统的要素趋向多元化。 城市绿地系统规划、建设与管理的对象正从土地、植物两大要素扩展到山、水、植 物、建筑四要素，城市绿地系统将走向要素多元化。 第二，城市绿地系统的结构趋向网络化。 城市绿地系统由集中到分散，由分散到联系，由联系到融合，呈现出逐步走向网络 连接、城郊融合的发展趋势。城市中的人与自然的关系在日趋密切的同时，城市中生物 与环境的关系渠道也将日趋畅通或逐步恢复。概言之，城市绿地系统的结构在总体上将 趋于网络化。 第三，城市绿地系统的功能趋近生态合理化。 以生物与环境的良性关系为基础，以人与自然环境的良性关系为目的，城市绿地系 统的功能在2 1 世纪将走向生态合理化。 人类走出森林向城市集聚，与逃避城市回归自然，是一种双向的历史趋势。2 1 世纪 世界各国家、各城市都将趋近于同一个大目标，即：城市绿地系统将更有力地支持城市 物流、能流、信息流，使之更为通畅，它与城市各组成部分之间的功能组合关系将更为 细密，生态合理的城市绿地系统将使城市系统运行更加高效和谐【“”】。 1 2 3 我国城市绿地的发展 我国的绿地系统最早产生于园林活动中，是伴随着园林的发展壮大而逐步形成和完 善的，从空间尺度角度可以把它分为三个层次： 第一层次，基于传统园林学，主要表现为较小尺度的绿地营造，如城市公园； 第二层次，基于城市绿化范围，表现为城市建成区绿地系统的布局、游憩的安排及 景观格局的渗透； 第三层次，即吴良镛教授所言：“园林在当代己不仅仅是传统上的公园等等的概 念，在区域城市化的今天，它应走向宏观尺度，向大地景观、郊野景观和人类学领域扩 展。”绿地系统的发展领域是城乡一体化区域，甚至是大地化、国土化的范围。 由于历史的原因，我国绿地系统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。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居环境的建设，城市绿地系统规划的指标 也在不断调整，根据建设部的要求( 1 9 9 1 年) 人均城市绿地不低于9m 2 。城市绿地率 在新建城区中应不小于3 0 ，老城区应不小于2 5 。据有关专家论证，经济达到发达 水平，人均6 1 0m 2 的公共绿地才能满足城市居民游憩的需要。而我国人均公共绿地 目前为5 5 4m 2 只接近于下限值，仅为发达国家的1 1 0 。认识到问题的严重性，我国各 城市相继开展建设花园城市、园林城市、生态城市的活动，从特大城市到中小城市都在 不断完善城市绿地系统规划。 目前我国各城市的绿地建设主要集中在以下几个方面： 1 ) 各个城市分析本身的自然生态环境特征，结合绿地系统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、均匀度指数等景观生态学 东北林业大学硕士学位论文 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、人均公共绿地面积，等等。 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，如环境带、防护林 带等等。 4 ) 地理信息系统也逐渐应用到城市绿地系统规划方面，如广州、佛山等。 1 3 城市绿地生态功能的评价及研究进展 城市绿地效益是城市生态环境建设的一个重要组成部分，它与城市居民的生活质 量，城市日常的生产活动密切相关。进行城市绿地生态效益评价与预测是城市绿地生态 环境规划的一个重要的依据，通过城市绿地生态效益评价与预测模型可以将城市绿地生 态效益定量化，大大加强城市绿地建设的科学性和可靠性，对生态城市的建设具有重要 意义1 1 3 1 国外城市绿地生态功能的评价及研究进展 城市绿地效益是生态、社会及经济效益的统一。目前，国外城市绿地效益评价处在 定性与半定量阶段，除了对生态功能定量测定外，还在生态、经济、社会、游憩、审美 等方面进行定性与半定量研究。国外根据城市森林经济效益与城市树木培植、管护费用 关系，确定适宜的栽培树种和管理措施，用边缘分析、权衡分析、效益成本分析等方法 进行城市森林决策、经营方案及综合效益研究。c e c i l 认为，城市森林规划和发展应满 足城市社会及利益需要。而绿地社会效益是其对社会所作的贡献，包括改善城市结构和 形象，提高生活质量等。r ，w - c o l e s 等人研究了英国城市森林景观的社会价值，m a r i n a 等研究了城市绿地结构与城市可持续发展的关系。 国外用于城市绿地生态效益的评价系统已初见成效。1 9 9 6 年美国林学家协会 ( a m e r i c a nf 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 hi 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，目前该系统已升级到 c i t y g r e e n5 0 舨本，还在不断更颓。c i t y g r e e n 是一个用于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进行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、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针对不同 的发展和规划目标构造模型【1 4 】。 1 3 2 我国城市绿地生态功能的评价及研究进展 1 3 2 1 传统绿地评价方法及其不足 传统的城市绿地评价建立在人工普查的基础上。人工普查城市绿化覆盖率是指成片 绿化区域以及树冠垂直投影覆盖的区域。城市绿化覆盖率是城市绿化规划建设的重要指 1 绪论 标之一。城市绿地根据其存在的形态分为两大类，即成片绿地和散状树。传统的人工普 查方法往往采用以下统计公式：s o o v e ，= f 缸m ，公式中k i 是面积系数，是指某一类绿化 留 覆盖统计对象每株树冠的平均面积，n i 表示某一类绿化覆盖统计对象的数量总和。对 于散状分布的绿化覆盖，人工普查主要是根据k i 的定义确定每株树木的类别和统计树木 的数量。对于成片绿地来说，如果绿化区域是规则的，例如矩形、圆形等，实地量算其 面积是很容易的；如果绿化区域的形状是任意的，那么实测其面积就要复杂一些。绿化 覆盖调查方法( 人工普查方法) 和数学统计分析是传统的对城市绿地覆盖信息进行获取、 分析、评价的主要手段，但存在以下几方面问题【1 5 】： 1 ) 多为手工作业，资金和人力投入大； 2 ) 数据量大，统计量算任务重，周期长； 3 ) 统计过程中人为因素影响大，数据准确性低： 4 ) 多为统计分析，空间分析能力弱； 5 ) 调查、统计结果多为表格或测绘图件，可视化程度低，不便于综合分析评价。 1 3 2 2g i s 、r s 技术在绿地评价中的作用 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，则是个集空间数据采集、储存、管理和空间分析为一体的现代化的空间信息管 理技术。将两种技术有机结合起来，充分利用遥感所获取的大量空间信息，结合各种统 计资料，在g i s 环境下提取绿地信息，然后实现包括遥感信息在内的多种数据的多种复 合，最后基于g i s 的空间分析功能进行绿地空间分布的模型分析，这样不仅可以加速信 息提取和数据处理速度，而且能提高其空间统计分析能力和空间决策能力 1 6 18 】。 1 4 本课题解决的问题及研究意义 1 4 1 解决的问题 通过在系统中引入r s 技术，解决了城市绿地信息数据源的获取问题，可以高效的 获取需要的信息，并定期更新，免去了以往用于普查的大量人力物力，节约了时间和资 本；g i s 技术的引入，使得对于绿地信息的空间分析成为可能，为决策者提供了方便快 捷的方式，不仅可以对绿地信息整体有更清晰的了解，而且可以对感兴趣的区域进行查 询、分析、计算；生态评价模型的引入，减少了人工测试的复杂过程。本系统以遥感为 城市绿地信息载体，以地理信息系统为分析和管理技术，以景观生态学和生态系统生态 学为评价手段，将有助于进一步促进城市绿地的研究，促进我国城市的可持续发展和生 态城市的建设。 东北林业大学硕士学位论文 1 4 2 研究意义 城市绿地的生态效益是城市绿地系统结构与功能的反映。通过建立城市绿地生态效 益评价指标体系，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；利用建模手段合理地综合各项指标，以此评价城市绿地 现状：同时，在当前基础上，制定发展目标，并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；利用城市绿地生态效益评价指标进行国内外城市之间对比 分析，为全国各城市的绿地生态效益评价研究提供范例。 本项目涉及计算机应用与其它学科的交叉理论研究，具有创新性。其理论和技术可 以扩展到其它学科的研究领域。本项目结合三种主要的技术应用到城市绿地的评价中， 拓宽了现有技术的应甩领域，具有较高而广泛的理论和实践价值。不仅提高了城市绿地 的研究水平，也为城市绿化规划、管理和建设提供了科学依据。 2 1r s 技术概述 2 研究方法概述 r s ( r e m o t es e n s i n g ) 即遥感，是在高空或远距离处，利用传感器接受物体辐射的 电磁波信息，经加工处理成可识别的图像或电子计算机用的记录磁带，揭示被测物体的 性质、形状和变化动态。遥感技术包括传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和 应用技术，目标信息特征的分柝与测量技术等。遥感技术可应用于气象、地质、地理、 农业、林业、陆地水文、海洋、测绘、污染监测及军事侦察等领域。 遥感通常按其承载传感器的平台不同分为航天遥感、航空遥感、地面遥感。根据获 取的电磁波波段不同，可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感。遥感具有 可获取大范围资料、信息量大、快速、周期短和受限制少等特点，日前遥感技术正经历 着从定性向定量、从静态向动态的发展变化。遥感所提供的遥感信息作为自然资源与环 境的载体，已广泛应用于土地、农业、森林、海洋、气象、水、地矿、城市等各个领 域，成为资源与环境研究领域中不可缺少的信息来源。 2 。2g 擅s 技术概述 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 即地理信息系统，是以地理空间数据库为基 础，在计算机软硬件的支持下，用于空间和地理有关的数据的采集、存储、提取、检 索、分析、显示、制图，实现综合管理和分析应用的技术系统。可应用于测绘、勘探、 管线、水利、环保、军事、资源利用、城市规划和管理、土地利用与管理、自然灾害预 测、人口统计等领域。g i s 是空间数据的管理系统，是空间数据和属性数据的综合体。 它可以管理海量数据，浏览、查询、进行空间分析( 路径分析、包含分析、断面分析、 格潮分析、专业分析、生成数字模型、制图等) 。g i s 融合了多门学科成果，包括计算 机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息论、应用数学、管理科学 等。它的主要任务是空间分析，具有知识维、逻辑维、时间维三维结构。 g i s 始于6 0 年代的加拿大与美国，尔后各国相继投入了大量的研究工作。1 9 6 3 年， 加拿大学者e t o m l i n s o n 首先提出了地理信息系统这一概念，并开发出了世界上第一个 地理信息系统( g i s ) 。随着计算机软硬件和通讯技术的不断进步，地理信息系统的理论 和技术方法已得到了飞速的发展，其研究和应用已渗透到自然科学及应用技术的很多领 域，并日益受到各国政府和产业部门的重视。自8 0 年代末以来，地理信息的处理、分析 手段日趋先进，g i s 技术日臻成熟，已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、 交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评 价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。 东北林业大学硕士学位论文 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 i 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 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，从空间数据的采集、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 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 s 工具软件，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 r i 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 研究方法概述 2 3 2 组件式开发 组件式软件技术己经成为当今软件技术的潮流之一，为适应这种潮流，g i s 软件也 像其他软件一样，已经或正在发生着巨大的变化，即由过去厂家提供全部系统或者具有 二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来【”2 2 1 。组件式地理 信息系统是面向对象技术和组件式软件在地理信息系统软件开发中的具体应用，其技术 基础为组件式对象模型和a c t i v e x 控件。组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ， c o m ) 是o l e 和a c t i v e x 的基础。c o m 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之 间的链接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通 信。a c t i v e x 是一套基于c o m 的可以使软件组件在网络环境中进行互操作而不管该组 件是用何种语言创建的技术，作为a c t i v e x 技术的重要内容，a c t i v e x 控件是一种可编 程、可重用的基于c o m 的对象。a c t i v e x 控件通过属性、事件、方法等接口与应用程 序进行交互。组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控 件完成不同的功能。各个g i s 控件之间，以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间，可以 方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用系统。控件如同一堆 各式各样的积木，他们分别实现不同的功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ，根据需要把实现 各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统，它们可以实现高效、无缝的系统集成 【2 3 】一 2 3 3 组件式开发的特点 1 ) 小巧灵活、价格便宜 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。组件化的g i s 平台集中提供空间数据管理能力，至于其他非g i s 功能( 如关系数据库管理、统计图表 制作等) 则可以使用专业厂商提供的专门组件，并且能以灵活的方式与数据库系统连 接a 在保证功能的前提下，系统表现得小巧灵活，而其价格仅是传统g i s 开发工具的十 分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性价比获得或开发g i s 应用系统l ”】1 2 4 。 2 ) 语言无关性 组件的生产建立在严格的标准之上，因此，凡符合标准的组件都可在目前流行的各 种开发工具上使用。这样，v b ， v c ，d e l p h i ，p o w e r b u i l d e r ， n o t e s ，f o x p r o ，等 都可直接成为g i s 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统 g i s 专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3 ) 强大的g i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，可以直接调用，所以无论是管理大数据 的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的g i s 组件完全能提供拼接、 裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 4 ) 开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，管理信息系统、 开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可以自由选用熟悉的开发工具。 东北林业大学硕士学位论文 2 4 本章小结 本章主要介绍了论文中涉及到的技术方法，包括遥感技术、地理信息系统技术以及 二次开发技术。并对系统主要采用的开发方式一一组件式开发的概念及特点进行了较为 详细的介绍。 3 啥尔滨市城市绿地生态信息评价系统的构建 3 哈尔滨市城市绿地生态信息评价系统的构建 3 1 系统研究内容 3 1 1 哈尔滨市绿地生态信息评价系统结构研究 目前商品化的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 ) ，空间分析的能力还较 低，大多数是以数据采集、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功能，然而对于复杂的应用分析模型还具 有很大的局限性。为了构建哈尔滨市绿地生态信息评价系统，需要研究城市绿地系 统专题分析模型与g i s 系统工具的集成和g i s 应用系统的环境模式和系统构建的技术方 法。 3 1 2 城市绿地生态环境空间数据库的研究 研究哈尔滨市绿地生态评价系统空间数据库的组织和建立的方法以及城市绿地系统 信息采集方法。 1 ) 应用地理信息系统和遥感提取城市绿地及热力场专题信息的方法 应用航天遥感图象提取城市绿地及热力场空间分布信息的方法，主要包括选择遥感 图象、图象处理、图象解译等过程。目前卫星图象的分辨率有了很大的提高，除了美国 陆地资源卫星t m 图象和法国的s p o t 卫星图象外，目前还有i k o n o s 、q u i c k b i r d 等高分 辨率卫星图象。本论文主要研究利用多源化卫星图象提取城市绿地及热力场空间格局的 方法。 2 ) 应用地理信息系统从航空象片提取城市绿地系统专题信息的方法 由于航空遥感是相对低空摄影，分辨率较高，可以利用航片影像的形态信息对地物 直接判读( 辨认) 来提取绿地信息。研究两种从用航空象片提取绿地信息的方法。第一 种方法首先在航空象片上进行绿地专题的判读及编码，然后把判读数据加载到g i s 平台 上与其它地理信息一起进行空间数据处理与分析。在对城市绿地系统区域评价过程中应 用这种方法较为合适。第二种方法更适合于小地块的局域分析，这种方法首先对研究的 局域地块的航片图象进行扫描，然后把扫描图象的数据加载到g i s 平台上与其它空间数 据进行地理匹配，对航片专题进行绿地判读与区划以及空间数据分析。 ：型垫坚耋些篓丝圣一 3 ) 建立城市绿地生态评价系统的空间数据库 按城市区域框架和图层结构建立所研究城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。组建一个空间位置 和属性数据一体化结构的、多源数据，能够支持哈尔滨市绿地生态信息评价系统需 要的空间数据库。 3 1 3 哈尔滨市绿地生态信息评价系统评价模型的研究 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。具体如图3 1 所示： 图3 。1 绿地系统模型图 3 1 4 哈尔滨市绿化树种选择的人工智能方法研究 在植物学、生态学研究的基础上，建立哈尔滨市绿化树种信息库，研究各树种生态 环境效应及国内外城市绿地景观培植的范例，建立知识库和推理机制，实现城市绿地树 种选择的人工智能方法。 3 2 系统总体设计 3 2 1 系统设计原则 城市绿地生态信息评价系统是一项系统工程，为了保证系统的质量，必须遵循一定 的设计原则，尽可能提高系统的各项指标( 系统可变性、可靠性、工作质量、工作效率) 【矧