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2018年11月21日  
数字园林
GIS在园林绿地应用
日期:05/17/2012        浏览次数:1067    
GIS在城市园林绿地系统中的应用

GIS在城市园林绿地系统中的应用

一、城市园林绿地综述

城市园林和绿地作为人工与自然耦合的城市景观之一,是城市中保持着自然景观,或是自然景观得到恢复的地域,也是城市中唯一接近自然的生态系统,它对改善城市生态环境,满足居民游憩和锻炼等需求具有不可替代的功能。随着我国城市建设的飞速发展和城市人民生活水平的提高,城市绿地的生态、社会效益越来越受到人们的重视,城市绿地也成为现代城市文明程度的一个标志。

城市绿化是以绿色植物向城市输入自然因素,并形成一定的规模和系统,以平衡城市范围内人工化和城市化的发展。具体说来主要表现在以下几个方面:

1、  调节二氧化碳和氧气平衡

城市人口密度高,使用各种燃料的机会也多。人体会永不停止地吸入氧气、排出二氧化碳,燃料燃烧时也会消耗氧气、排出大量的二氧化碳。而树木却正是二氧化碳的消耗者、氧气的天然制造厂。绿色植物通过光合作用而吸收二氧化碳、释放氧气,为地球上的所有动物提供生命所必须的营养物质。

2、  调节小气候

由于绿地,特别是树木有庇荫、降低风速和蒸腾能力,城市绿化地带表现出良好的调节气温和增加空气湿度的作用。据测算绿化能使局部气温降低3℃~5℃,最大可降低12℃,增加相对湿度3%~12%,最大可增加33%。由于绿地,特别是树木有庇荫、降低风速和蒸腾能力,城市绿化地带表现出良好的调节气温和增加空气湿度的作用。据测算绿化能使局部气温降低3℃~5℃,最大可降低12℃,增加相对湿度3%~12%,最大可增加33.

3、  净化空气

由于工业和交通的集中,城市大气中的有毒物质含量较高,而很多植物都具有吸收有毒气体的能力,吸收了有毒气体以后,植物自身的生理现象会发生一些变化:如瘦小、枯黄、甚至死去。人们正是利用这些现象来判断地区的污染状况、监测环境。利用某些植物分泌出的杀菌素,杀死病源细菌,净化空气。除受有害气体污染外,灰尘和粉尘是大气污染的重要因素之一。工厂排出的烟尘中有烟、碳粒和铅、汞、镉等金属粉尘以及尘埃等,污染空气,影响人类身体健康。有些植物叶片表面多皱纹,如榆树;有的叶片表面有绒毛,如沙枣;有的树木能分泌油脂,如松树等。这些特征都有利于阻挡、吸收和粘着粉尘。植物对灰尘和粉尘有明显的阻挡、过滤、和吸收作用,从而能减轻大气的污染。草本植物在表土中形成的草根层,与土壤紧密固结,具有良好的防止土壤侵蚀的作用,还可以固定地面的尘土。草皮植物的茎叶和树叶一样,具有吸附空气中灰尘的作用

4、  降低噪声

绿色植物都有降低噪声的作用,尤其是枝叶繁茂的大型乔灌木效果更明显。据测定,40m宽的林带可以降低噪音1015db30m宽的林带可吸收68db的噪音,城镇公园中成片树木可把噪音降低2643db。因此,道路两侧的林木对消除城市交通噪声,减轻噪声对居民的危害意义重大。

二、城市园林绿地系统

城市绿地系统,可以定义为:由各类质与量的绿地相互联系、相互作用而形成的绿色有机整体,也就是城市中不同类型、不同性质和规模的各类绿地(包括城市规划用地平衡表中直接反映和不直接反映的)共同组合而成的一个稳定持久的城市绿色环境体系。通常由三大部分组成, 即“城市建设用地”中的城区绿地系统、“城市规划区”中的城郊园林系统和“城市辖区”中的市域风景系统。

城市绿地系统构成,包含有功能构成、分级构成和形态构成等多方面内容:

(1)              城市绿地的功能构成:城市绿地可以有多样的功能绿地进行系统的组合,也可以有不同的功能绿地子系统合成总体的功能系统。后者如生态绿地子系统,旅游休闲绿地系统;娱乐、运动绿地子系统;景观绿地子系统以及防护绿地子系统等。由于绿地往往能发挥多种功能,所以绿地系统也具有功能的兼容性。

(2)              绿地系统的分级构成:按照城市的用地结构所行程不同规模的服务范围,城市某些功能绿地可以对应的进行分级配置。如在居住地区可有宅旁绿地,住宅组团绿地、居住小区公园、居住区公园、以至于更大范围的居住地区公园等。

(3)              绿地系统的形态构成:城市绿地以多种形态要素,结合城市布局和城市发展的需要,呈现多样的形态构成特征。绿地形态要素主要有:1、点状绿地:是指集中成块的绿地,如大小不同规模的公园或块状绿地,或是一个绿化广场、一个儿童游戏绿地等;2、带状绿地:是城市沿河岸、街道、景观通道等的绿色地带,也包括有在城市外缘、或工业区侧扁的防护林带等。3、楔形绿地:是以自然的绿色空间楔入城区,以便居民接近自然,同时有利于城市与自然环境的融合,提高生态质量。楔形绿地最主要的特征是,在一些城市由中心城区沿对外交通干线向外放射发展,亦即是城市用地沿多根发展轴铺展,而在轴与轴之间保留大片的自然空间,形成楔形绿地插入城区的布局形态。4、环状绿地:在城市内部或城市的外缘布置成环状的绿岛或绿带,用以连接沿线的公园绿地,或是以宽阔的绿环限制城市向外近一步蔓延和扩展等。

三、地理信息系统简介

地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS )作为信息处理技术的一种,是以计算机技术为依托.以具有空间内涵的地理数据为处理时象.运用系统工程学和信息科学的理论,采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息的计算机系统.为规划、管理和决策提供信息来源和技术支持。简单地说,GIS就是研究如何利用计算机技术来管理和应用地球表面的空间信息.它是由机算机硬件、软件、地理数据和人员组成的有机体,用于高效地采集、存储、更新、处型、分析和显示各种类型的地理信息。

GIS是横断计算机科学、信息学、遥感科学、测量学、地图学、地理学、资源学、环境学等学科的一门新兴边缘学科。其核心是计算机科学,基本技术是数据库、地图可视化及空间分析技术,与其他信息系统相比,具有以下特点:

1GIS的处理对象是地理数据。地理数据包括属性数据和空间数据。利用中间坐标来表达实体的空间位置是GIS数据管理的基本思想。GIS采用数据库的一些基本技术,如数据模型、数据存储、数据检索等,与GIS地理数据的特征相结合,发展形成GIS空间数据库技术.用来实现地理数据的数据库管理。审问数据库技术是GIS技术的核心。

2GIS提供了一系列的工具。基于空间数据库技术,GIS提供了地理数据采集、存储、显示、操作、分析、建模、输出等工具,利用这些工具可以实现一些其他信息系统无法实现的功能,如空间位置的表达、工业选址、最佳路径选择、趋势分析、工程影响预测等。

3GIS实现了地图实体与其属性数据库的关联。通过建立地图文体与属性数据库的关联关系,可以实现图形数据与属性数据的向步查询、统计和分析,这是GIS与其他图形系统的主要区别之—。

三、GIS在城市园林绿地系统中的应用

1GIS在城市园林绿地规划设计中的应用

GIS具有强大的空间分析功能,是建立宏观景区园林规划的理想工具。它从各个方面对规划师通过视觉感受得到的感性认识加以量化,从而使景观规划者能够更加准确地了解和把握自然景观状态。应用GIS软件对地形地貌进行高程、坡度、坡向、视域等因素的分析,根据分析结果可以了解各类形态及特征,从而辅助决策。

利用GIS绘制地形分析图,并结合更直观的数字高程模型三维透视图,地形分析将会变得很容易。在GIS地形分析图的基础上,依据地形、地貌与建筑功能性的关系,把适于表现山地形态特征的植物、园林小品布置在地势较高的地带,其他一些建筑密度和体量较大且人流量大的用地安排在较平缓的地带。

利用GIS进行坡度分析,绘制坡度分析图,能为某一地区不同坡度的土地利用方式提供依据。例如,就园林建筑来说,其分析应按如下步骤进行:0%~1%斜坡,太平坦不利于排水;1%~5%斜坡,是理想的地形条件,只需要最小程度的挖方;5%~10%斜坡,需要一定程度的工程量;10%~15%斜坡,需成错层状,并与等高线相平行,以减少挖土方量,同时还需建造挡土墙;大于15%的斜坡,需采用特殊的建筑方式进行修建,如支撑式工程。

利用GIS进行坡向分析,将坡面的朝向用不同的色调表示,可分为平坦、东、西、南、北,或平坦、东、西、南、北、东北、西北、东南、西南等不同的等级。坡向影响建筑的通风、采光。如在热带地区.住宅适合建立在面对主导风向背对阳光的地方,而寒冷地区则希望背对主导风向,面对阳光。在园林绿化中,不同的植物对光强的要求不同,根据这种差异性把园林植物分为阳性植物(如悬铃木、雪松、刺槐、黄连木)和阴性植物(如枇杷、云杉)两大类。阳性植物宜种植在向阳地带,阴性植物可种植在光线不足和背荫地带。利用GIS坡向分析可为园林植物的种类选择提供依据。也可以分析出既满足坡度又满足坡向的综合查询。

利用GIS可对闭合空间进行视觉感受分析,由此可分析出闭合度的大小,即可进一步分析欣赏者的感受。利用GIS数字高程模型,可以检验某点相对于周围区域的可视性,即分析出可视区域与不可视区域。

2GIS在城市园林绿地系统管理中的应用

在城市园林绿地系统管理中,GIS技术往往与遥感( RS)、全球卫星定位系统技术( GPS)技术综合运用。RS GPS的发展为城市园林绿地系统研究提供了良好的信息源,GIS的发展则为绿地系统管理与分析提供了技术平台。

要对城市园林绿地系统使用GIS进行管理,首先要建立相应的空间数据库。背景图像主要来源是经过处理的遥感影像和航拍图片,也是进行矢量化的基础。矢量数据的采集一方面靠对影像数据的矢量化,在统一的采集方案下,通过提取绿地轮廓线,进行质量检测,构建拓扑等流程,生成城市绿地系统现状矢量数据库;另一方面要充分利用设计中的CAD 矢量数据,按照GIS 数据规范加工,CAD 数据转换为GIS数据,利用此类数据,不但可以提高采集效率,而且也便于数据更新。绿地系统的专业化属性数据采集,伴随着大量的外业调查。实践表明,将属性数据分为基础地理信息属性、园林专业信息属性两类,有利于提高空间数据库的建库效率。基础地理信息属性包括:面积、长度、权属、高程、土壤、降水等字段;园林专业信息属性包括:生长状态的各类指标、生物多样性的各类指标、绿地功能指标,以及其它使用者感兴趣的指标。它需要结合地面调查,录入生物多样性、植物长势与健康状况等,以及自然、社会、经济等人文属性信息,以便最大程度地丰富城市园林绿地系统属性数据库的信息量。

城市园林绿地系统空间数据库建设完成之后,根据其使用层次可以分为以下三个层面:

1 公众参与式的空间数据浏览应用目前,公众越来越关注城市园林绿地系统的规划与管理,体现了公众对城市园林绿地系统的参与能力不断增强。有效地应用地理信息系统技术为公众参与提供便利,是城市园林绿地系统数字化管理的一个重要目标。

2 园林绿地管理者与设计师的数据挖掘应用。地理信息系统能够辅助城市园林绿地的规划与管理,这主要是依赖GIS 所特有的空间分析功能,以及其与CAD 数据良好的交换能力。首先,它能为园林绿地系统规划提供定量分析结果、技术指标与参数,进行辅助规划,同时提供图件与统计报表,为园林管理部门提供决策支持信息;其次,实施绿地管理与绿地施工监测,包括绿地养护与管理分析,对绿化工程的措施制定、苗木调运、施工线路、树种配置、检查验收等,提供优质高效的管理和决策支持。

3 城市生态环境研究人员的空间分析应用。由于近年城市化速度的加快,研究人员希望通过对城市生态系统的空间格局进行分析,以达到保护城市生态环境,优化资源配置的目的。例如,城市生物多样性对城市生态系统的安全性、稳定性、服务功能的最大化都有着重要的作用,研究人员通过对调查的绿地属性数据(尤其是物种多样性指标) 进行分析,计算不同地区的生物多样性指数,形成对生物多样性富集区的空间格局认识,为决策者提供了城市生物多样性保护的决策支持。总的说来,城市生态环境研究人员对空间数据库有以下三个层面的需求:首先是基本空间信息的量算需求,如绿地位置、面积、周长、质心、形状系数;其次是景观格局的指数计算需求,如破碎度、分维数、多样性指数等;最后是应用空间数据库进行缓冲区、绿地功能服务、热岛效应、污染源扩散等空间分析,以及其它复杂生态过程的研究与分析。

四、结语

GIS可以广泛应用于城市园林绿地的规划、设计和管理中,以GIS为基础建立城市绿地管理信息系统, 能够实现对绿地信息的数字化管理和科学规划, 为城市绿地日常管理工作和相关部门的辅助决策提供有力支持, 对于城市的可持续发展有重要意义, 是实现数字园林、数字城市的必然要求和发展趋势。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献:

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[2] 陈永贵,郝红科,李鹏飞. GIS在园林规划设计中的应用[J]. 西北林学院学报200520(4)174176.

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[4] 李满春,任健武,陈刚,周炎坤. GIS设计与实现[M]. 北京:科学出版社.2003

[5] 刘琳,舒文,张正勇. 基于GIS的城市绿地管理信息系统设计研究[J]. 测绘与空间地理信息.2009,32(2):16-18.

[6] 董仁才,赵景柱,邓红兵,严岩. 3S 技术在城市绿地系统中的应用探讨[J]. 林业资源管理.2006(4):83-87.

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