3S技术在城市绿地系统规划中的应用-以岳阳为例

3S3S 技术在城市绿地系统规划中的应用技术在城市绿地系统规划中的应用 以岳阳市为例以岳阳市为例 杨帆 杨帆 xxxxxx xxxxxx 中南大学 长沙 摘摘 要要 为了推动 3S 技术在城市绿地系统规划过程中全面 系统的 应用 本文在介绍 3S 技术应用基本情况的基础上 对 3S 技术在城 市绿地系统规划中的研究应用及其主要功能做了简要分析 同时提 出了城市绿地系统规划引入 3S 等新技术和新理论的必要性和可行性 以此为基础提出了 3S 技术支持下的城市绿地系统规划理论与方法体 系 并在岳阳市绿地系统规划编制中进行了应用实践 研究表明 3S 技术及其相关理论在城市绿地系统规划中的应用 合理有效 实 用性较强 弥补了传统城市绿地系统规划理论与方法的不足 探索 了一种新的规划途径 最后提出 3S 技术在城市绿地系统规划应用 中还存在如下问题 1 3S 技术在城市绿地系统规划中存在理论 方法和技术不完善 不系统的情况 2 缺乏 3S 技术与国家法定 的城市绿地系统规划规范 标准和内容的对接性研究 3 3S 技 术与其他相关理论的结合研究较少 关键词关键词 3S 技术 城市绿地系统规划 空间分析 岳阳市 中图分类号 中图分类号 文献标识码 文献标识码 文章编号 文章编号 Abstract Abstract in order to apply in the city green space system planning process promote the comprehensive system of 3S technology based on the introduction of the basicsituation of the application of 3S technology the application of 3S technology in thecity green space system planning and its main functions are briefly analyzed at the same time the city green space system planning and the introduction of newtechnologies such as 3S and the new theory of the necessity and feasibility puts forward the city green space system planning theory and method system supported by 3S technology has been applied in the planning of green space system in Yueyang city Research shows that application 3S technology and its related theory in the city green space system planning in rational and effective strong practicability make up for the deficiency of the traditional theories and methods of city green space system planning to explore a new way of planning Finally 3S technology also has the following problem in the city green space system planning applications 1 the 3Stechnology theory method and technique is not perfect no system in the city green space system planning in the case of 2 lack of docking study of 3S technology anda statutory city green space system planning norms standards and content 3 based on the less 3S technology and other related theory KeywordsKeywords 3S city green space system planning spatial analysis Yueyang City 随着城市化进程的加快 一方面城市环境问题日益突出 在有 限的城市空间环境中拓展绿地范围 改善城市人居环境 已成为一 项关系到城市可持续发展的迫切任务 城市绿地系统作为城市景观 的主要类型 在维持和改善城市的生态环境中起着极为重要的作用 另一方面加强新技术和新理论在城市绿地系统规划中的应用研究 既是城市人居环境建设的需要也是城市绿地系统规划学科发展的需 要 为此 本文针对当前我国城市绿地系统规划编制中存在的主要 缺陷 从提高规划的合理性和科学性出发 对以 3S 技术为代表的 新技术新理论在城市绿地系统规划中的应用进行了探讨 试图丰富 和完善在 3S 技术支持下的具有普遍指导意义的城市绿地系统规划 理论与方法利用 3S 技术结合景观生态学基础理论通过对城市绿地系 统的景观格局 城市生态环境及其与各景观要素之间的相互联系进 行了相应的绿地系统规划 以达到城市绿地率提高 保证城市居住 质量 使城市绿地系统建设速度与城市发展相匹配 1 1 3S3S 技术简介技术简介 1 1 1 1 3S3S 技术的组成技术的组成 1 遥感 r emote sensing RS 是指使用某种遥感器 不直接 接触被研究的目标 感测目标的特征信息 一般是电磁波的反射辐 射或发射辐射 经过传输 处理 从中提取人们所需的研究信息 的过程 1 遥感可分为航空遥感 航天遥感等 遥感技术具有探 测范围大 资料新颖 成图迅速 收集资料不受地形限制等特点 是获取批量数据快速 高效的现代技术手段 2 地理信息系统 geog raphic informat ion sys tem GIS 是在计算机硬 软件系统支持下 对整个或部分地表层 包括在大 气层 空间中的有关地理分布数据进行采集 存储 查询 管理 运算 分析 显示和描述的技术系统 2 它将空间位置概念引入 使原来抽象 枯燥的数据变得生动 直观和易于理解 作为一种综 合 优秀的数据采集 分析处理技术 GIS 现已广泛运用于测绘 国土 环保 交通及城市规划等许多领域 3 全球定位系统 glo bal posit ioning sy stem GPS 如图 1 是建立在无线电定位系统基础之上的空间导航系统 由空间卫星 地面控制站 用户设备三部分组成 利用卫星信号来准确测定待定 点的位置 具有全球性 全天候的连续定时定位能力 主要用于实 时 快速地提供目标的空间位置 为所获取的空间及属性信息提供 准时或准实时的空间定位及地面高程模式 3 图 1 GPS 空间示意图 1 21 2 3S3S 技术的结合技术的结合 利用 RS 获取影像 通过影像处理输入 GIS GIS 实现对数据的 有效管理 GPS 获取准确的定位 3S 技术作为一个有机整体 利用 RS 和 GPS 为 GIS 提供高质量的空间数据 而 GIS 是综合处理数据 的理想平台 反过来提升 RS 与 GPS 获取信息的能力 所以将三者 统一运用 能够大大提高成果精度和工作效率 同时节约大量人力 物力和时间 4 2 2 3S3S 技术在城市绿地系统规划中的引入技术在城市绿地系统规划中的引入 2 12 1 3S3S 技术在城市绿地系统规划中的应用分析技术在城市绿地系统规划中的应用分析 在国外以计算机为支撑的 3S RS GIS GPS 技术 在城市 绿地系统等相关景观规划领域有着广泛的应用 5 随着国内外交 流的深入 我国的专家学者也对 3S 技术在城市绿地系统规划的应 用进行了大量的探索 其作用也越来越得到更多专业人士的认可 1 1 资料收集 数据共享与信息交流 资料收集 数据共享与信息交流 在城市绿地系统规划中 基础资料特别是城市绿地数据资料的 实时性 准确性是规划编制成功的关键所在 利用 3S 技术 可以 获取卫星影像图 航测图 GPS 定位数据等最新 最准确的地面数 据信息 6 例如 人们可以站在地球上的任何一个位置从仪器上精 确地读出所在的经度 纬度和高程 并且随着位置的移动 还可以 自动绘制出移动的轨迹 这对基地信息的实时准确收集工作由此将 变得更为轻松 2 2 信息提取与空间分析 信息提取与空间分析 地理信息系统 GIS 为风景园林专业人员提供了直观而理性的空 间分析工具 通过 GIS 对遥感技术 RS 全球定位系统 GPS 等收集来的各种资料进行绿地 相关的各种信息进行提 取分析 可以在绿地评价和规划中建立所需的空间数据库 并可以 对各种信息进行查询 将反映基地的各种绿地要素信息进行统计 以及对各种地图要素进行操作 编辑和输出等 运用 GIS 图层叠加 功能 可以得到城市绿地系统具有多重属性的新层 这种技术在城 市绿地系统规划过程中 可以通过对用地不同属性的分解与统计 形成专题图层 再根据不同的专题图层进行用地开发的适宜性评价 从而为规划提供依据 另外 缓冲区分析 数字地形模型分析 网 络分析等 GIS 所具有的强大分析功能 使城市绿地系统规划能在复 杂的数据集合中提取有用的信息用于绿地的选址 规划范围的划定 休闲设施的布点等规划设计过程 并绘制各种分析图件 7 利用 RS 技术和 GIS 技术还可准确测定绿地范围 面积 树种结构 种 类 甚至树种的生长状况 例如 根据遥感图像的色调 纹理 形 状 可以分析出哪些图像表示绿地 哪些图像表示不同的树种 甚 至 利用 GIS 并根据专家的识别经验编制相应的计算机程序可用于 遥感图像中树种的比较 分析与识别等 3 3 规划效果模拟与评价 规划效果模拟与评价 运用 3S 等多种技术 可将规划的山 水 树 路 建筑等要 素置于基地场景中 并通过视线的分析 光线的变化 气象模拟 植物生长模拟等手段 方便地分析出规划的不足 并及时作出调整 在强调大众参与决策的今天 这种方式更为理性 用 RS GPS 获取 的地形 地势 植被 水体 地质等数据通过 GIS 空间分析 可评 价城市绿地植被景观质量 自动做出评价 8 4 4 动态监测与规划 动态监测与规划 利用不同时期的遥感图像 通过 GIS 软件的叠加分析 可以对 区域绿地变迁 城市绿地发展 园林绿地建设进行动态监测 对于 各种类地类型 综合运用 3S 技术 还可以建立城市绿地管理系 统 9 以便对城市绿地系统进行高效 动态的监测和管理 5 5 虚拟园林绿地技术 虚拟园林绿地技术 如今 3S 融入多媒体动画的虚拟现实技术已开始渗入城市规划相关 领域 运用这种技术 人们带上特制的头盔 或眼镜 与数据手套等 传感器 就可以置身于虚拟的场景之中进行各种操作 以达到学习 知识 训练技能等目的 在城市绿地规划领域 同样可以通过建立 虚拟园林绿地来表达规划成果或满足虚拟模拟的要求 目前这种技 术在风景园林领域尚处于探索阶段 10 6 6 远程管理与施工 远程管理与施工 通过计算机网络及相关技术 园林设计师可以方便地进行千里 之外的基地设计 施工与管理 在信息技术的支持下 通过异地的 合作者 可方便地通过 GPS 或 RS 系统进行异地测量 并将测得的 电子数据借助于网络技术导入本地的 CAD 系统或者 GI 系统 这个 过程用传统的方式费时又费力 而应用这种技术可以在短期内完成 8 设计完成后 可以将在 CAD 中设计的图纸调入 GPS 系统 相 应的远程控制系统将自动地进行小品 道路 树木等景观元素放线 工作 在施工过程中 可以随时了解施工进展情况 以便动态的完 善设计以及提出管理意见 特别是对于那些敏感的文物古迹或古树 名木等 11 3 33S3S 技术支持下的城市绿地系统规划理论与方法体系技术支持下的城市绿地系统规划理论与方法体系 城市绿地系统规划编制纲要 试行 明确指出了城市绿地系统 规划的主要任务是在深入调查研究的基础上 根据 城市总体规划 中的城市性质 发展目标 用地布局等规定 科学制定各类城市绿 地的发展指标 合理安排城市各类园林绿地建设和市域大环境绿化 的空间布局 达到保护和改善城市生态环境 优化城市人居环境 促进城市可持续发展的目的 而且详细列出了城市绿地系统规划的 主要内容 因此 3S 技术支持下的城市绿地系统规划必须与 城市 绿地系统规划编制纲要 试行 相对接 编制出具有可操作性的城 市绿地系统规划成果 本研究才具有现实意义 城市绿地系统规划 的编制主要通过四个步骤来完成 资料的调查与整理 调查结果的 分析与评价 绿地系统规划目标与指标的确定和空间布局以及规划 成果的完成 文本 图件 规划说明书和资料汇编等 城市绿地系 统规划的重点和难点主要是有 对城市绿地现状信息的调查和分 析 城市绿地现状信息的准确与否关系到规划目标和指标的科学性 能否最大可能的提高公园绿地的使用公平和效率是公园绿地体系 规划成功与否的前提 把绿地系统布局到城市最需要 最合适的 用地上是城市绿地系统规划合理与否的关键 基于上述原因 本文 提出了以 3S 技术为支撑 以城市绿地分类标准 可达性理论和适 宜性评价理论为指导的城市绿地系统规划理论与方法体系 1 首先进行基础资料的收集和整理 利用 GPS 选择控制点和在 ERDAS 等遥感软件中通过地形图对城市遥感影像数据进行配准 校 正 增强和解译 然后根据城市用地分类与规划建设用地标准 GBJ137 90 等建立城市土地分类空间数据库 与此同时利用 ArcGIS 对自然生态资料 社会人文资料进行归类和标准化处理 建 立 GIS 影响因子评价数据库 2 根据城市绿地分类标准 CJJ 785 2002 国家园林城市相关标 准 城市绿地系统规划编制纲等城市绿地分类标准和方法 运用 ArcGIS 建立城市绿地现状数据库 解译得到城市绿地类型图 在野 外调查数据修正的基础上对城市绿地现状信息进行提取 统计和指 标计算与评价 3 利用 1 和 2 所建立的城市土地分类空间数据库和城市绿 地现状数据库 分别解译得到城市道路体系 河湖水系和城市公园 绿地空间分布图 从公园绿地社会服务功能的公平性和效率出发 利用可达性理论与方法 使用 ArcGIS 中网络分析模块 NetworkAnalysis 基于城市道路网络和城市水系网络 对城市公 园绿地的可达性进行分析 以此来评价城市公园的空间分布和服务 情况 为城市公园绿地布局提供新思路和新方法 并为城市公园绿 地的空间格局优化提供依据 4 同样利用 1 和 2 建立的城市绿地现状数据库和影响因子 评价数据库 依据可操作性 独立性 主导性和代表性原则选取植 物 动物 水系 土壤 大气 地形 污染 热岛 农业 道路 游憩 居住 工业 文物古迹 古树名木等自然生态和社会人文影 响要素作为城市绿地系统布局的适宜性评价因子 运用绿地适宜性 理论和 GIS 的空间分析功能分别计算出每个影响因子的绿地适宜性 评价结果 在 ArcGIS 的空间分析模块下的 convert features to Raster 工具转换为 50m 50m 的栅格数据 利用其空间分析 SpatialAnalysis 模块按照改进后的绿地适宜性评价模型及相应影 响因子分值和权重值进行叠加分析 找出城市绿地系统布局适宜的 空间分布 然后再和城市总体规划 城市土地利用规划进行对接 得出城市绿地系统空间布局合理方案 5 根据城市绿地现状分析 城市公园绿地可达性和城市绿地系统 的适宜性评价的结 果 对新一轮的城市绿地系统的进行优化与调整 并提出合理的对 策 建议和规划方案 使研究的成果成为城市绿地系统规划的重要内容 4 4 研究区域选择研究区域选择 以岳阳市为例以岳阳市为例 4 14 1 岳阳市概况岳阳市概况 岳阳古称巴陵 岳州 是一座有 2500 多年悠久历史的文化名城 位于江南洞庭湖之滨 依长江 纳三湘四水 江湖交汇 是一个富 资源丰富 优 区位优越 美 风景优美 的地方 不仅是中 国南北东西交通要道 国务院首批沿江开放之重地 且是长江中游 重要的区域中心城市 湖南首位门户城市 岳阳综合经济实力稳居 全省第二 仅次于省会长沙 是湖南唯一的国际贸易口岸城市 岳 阳集名山 名水 名楼 名人 名文于一体 是中华文化重要的始 源地之一 亦是海内外闻名的旅游胜地 赋有 先忧后乐 团结求 索 崇高精神的岳阳 特别是环洞庭湖生态经济圈的建设 进一步 推动着岳阳引领湖南乃至长江中游地区向更美好富强的城市前进 12 4 24 2 岳阳市自然资源概况岳阳市自然资源概况 岳阳市位于湖南省东北部 号称湖南省北大门 居长江与京 广铁路 京珠高速公路 南北107 国道 东西306 省道交汇处 江 泽民题词 洞庭湖大桥 横跨江湖出口 水路 陆路贯穿南北与东 西 交通十分便利 岳阳市为雪峰山麓的一部分 属于湿润的北亚 热带季风气候 又属常绿阔叶林带植被区 其植物种类丰富 可选 作中心城区绿地建设的植物品种繁多 岳阳市城区所辖岳阳楼 云 溪 君山3 个区 面积1 345 km2 中心城区56 km2 人口91 万 非农业人口44 万 市东 南 北为起伏丘陵 城内5 大内湖棋布 湖港交叉纵横 自然地貌具有极其丰富的平面和空间景观 自然和 人文景观多 11 岳阳楼 君山 洞庭湖等名楼 名山 名水相映成 趣 驰名中外 岳阳市是国务院公布的首批对外开放城市 第3 批 国家历史文化名城和国家造林绿化十佳城市 又是龙舟文化的发祥 地 岳阳连续十年荣获省卫生城市称号 1998 年获全国优秀旅游城 市称号 1999 年荣获全国创文明城市工作先进单位称号 2003 年 评为全国卫生城市 2005 年评为国家园林城市 目前 岳阳市城市 绿化发展迅速 其绿化率为38 3 绿地率为36 9 人均公共绿 地面积8 5 m2 4 34 3 基于基于3S3S下的岳阳市绿地系统规划技术方法下的岳阳市绿地系统规划技术方法 根据前文研究所述的3S 技术支持下的城市绿地系统规划理论 与方法体系 结合岳阳市的具体环境状况 本文研究得出基于3S技 术下的岳阳市绿地系统规划技术路线 如图2所示 图 2 基于 3S 技术下的岳阳市绿地系统规划技术路线 5 5 存在问题及应用前景存在问题及应用前景 5 5 1 1 存在问题存在问题 通过以上分析不难看出 3S 技术在城市绿地规划建设中应用的 领域广泛 前景广阔 特别是在绿地系统的信息采集 分析和评价 等具有独特优势 但是由于 3S 技术在城市绿地系统规划建设中引 入的时间不长 研究不够深入 因此 存在的问题也比较明显 第一 存在的首要问题是 3S 技术在城市绿地系统规划中的应用研 究仍处于理论 方法和技术的探讨阶段 缺乏系统全面的成果 尚 未形成完整 规范的理论与方法体系 这大大降低了 3S 技术在城 市绿地系统规划中的应用前景 第二 缺乏 3S 技术与国家法定的城市绿地系统规划规范 标准和 内容的对接性研究 导致研究的成果缺乏针对性 指导性差 造成 了为研究而研究的现象 降低了 3S 技术在城市绿地系统规划领域 的实际应用价值 第三 3S 技术与其他相关理论的结合研究较少 大部分的研究都是 针对城市绿地规划建设中的某一个问题 如城市绿地现状调查 城 市绿地景观格局分析 热岛效应分析等 而且缺少指导性和借鉴意 义 特别是在提供城市绿地系统规划所需的最优化选择方面并不多 见 5 5 2 2 应用