石燕湖森林資源的景觀特征評價

陳鵬++陳亮明　李倫

摘要：指出了森林景觀資源是科學規劃森林旅游發展的基礎，石燕湖有著得天獨厚的森林資源優勢，對其森林景觀資源特征的長遠發展和科學研究很有必要。深入調查了該區域森林景觀資源的類型、特點、結構、潛力等基本情況，采取元胞自動機原理的分析方法，對石燕湖森林景觀資源特征進行了定量和定性分析，構建了森林景觀資源特征指標體系，為進一步開發和利用提供依據。

關鍵詞：森林景觀；元胞自動機；指標體系

收稿日期：20131202

作者簡介：陳鵬（1985—），男，湖南益陽人，中南林業科技大學林學院碩士研究生。

作者簡介：陳亮明（1963—），男，湖南衡陽人，博士，教授，碩士生導師，主要從事景觀規劃設計等各項研究工作。中圖分類號：S7文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）01003803

1森林景觀資源特征評價原則和方法

石燕湖作為湖南長株潭城市群的“綠心”地帶，有著豐富的森林景觀資源，其生態旅游開發潛力巨大。因此，對該公園森林景觀資源特征進行分析，有十分重要的現實意義。

1.1基本原則

（1）理論性原則。評價指標應符合客觀標準，對其森林景觀資源做系統性、科學性研究，要充分運用各類理論知識，結合園林景觀、藝術原理、自然地理、人文美學等，科學有效地做出分析和評價。

（2）整體性原則。對森林景觀資源特征分析評價指標應立足整體，逐步剖析研究，研究體系要能客觀真實反映森林景觀資源特征和價值的各個方面，確保系統完備有效。

（3）實用性原則。研究方法應便于實際操作，評價分析方法以利于景觀設計者掌握和運用，劃分等級標準清晰明確。

（4）動態性原則。研究評價指標體系應隨時保持獨立、動態，互不干擾，同時注重各部分、各指標、各體系的隨機動態結合，體系自然生態系統的隨機性。

1.2基本方法

本研究運用的工具是三維元胞自動機模型，模擬分析石燕湖森林景觀資源特征及其動態運行規律，總結分析其森林景觀資源所具有的典型特征和不同之處。具體方法是：在一個三維的表面網格空間上，把森林景觀資源的運動特征固定在其上，采用鄰居定義的形式，使每個元胞有相鄰的8個元胞相互支撐和影響，鄰近每個元胞分別代表不同景觀狀態，以時間和空間的演繹模式動態運行。元胞景觀的運動特征初步分為7種特性，并分別用數字對其定義。自然性=0；多樣性=1；地域性=2；交叉性=3；永續性=4；脆弱性=5；增智性=6，對7種特性分別從時間和空間的角度賦予景觀動態：rt1，rt2，rt3，rt4，rt5，rt6。具體演繹規則示例如下：若景觀元胞所賦予的景觀因素動態變化，其與之鄰近的元胞狀態變為0，且經計算得出該景觀多樣性的變化概率大于0.5，則在下一步的計算中，該景觀元胞的狀態就變成參數1，反之則依然是參數0；當景觀元胞狀態為參數1，若影響景觀因素的時間大于rt1，則密切聯系景觀元胞參數為0的當即狀態，轉變成為參數2，反之則一直處于原來的狀態，景觀多樣性狀態保持不動，維持現狀。以此類推。具體景觀元胞運行規則如圖1。

圖1景觀元胞運行規劃

2石燕湖森林景觀資源特征元胞分析示例

2.1森林景觀資源動態變化概率

根據石燕湖公園森林景觀資源實際，5種特別所具有的因素是本模型需要重點考慮研究的。分別是生物、水文、天象、地文、人文資源狀態，用英文字母：Q、S、W、N、H分別代表。

考慮到這幾個因子最能反映森林景觀資源特征的發展變化規律和體系概率特征，在此基礎上，運用元胞自動機分析模型，分析計算每一個相鄰元胞因子對本元胞景觀因子的概率Pi=f（Ni，Si，Qi，Wi，Hi），B表示常量因子，K1、K2、K3、K4分別表示相對的參數。具體計算公式如下：

Pi=Ki×Qi×（B+K2×Si+K3×Wi+K4×Hi），ifNi=LandscapeChange

0，otherwise（i=1，2，3，…8）。

研究中，對整個系統當前的森林景觀資源特征元胞來說，其所表現出來的景觀特征變化規律和價值特點就相當于元胞自動機系統中，各個彼此鄰近的元胞動態變化的概率之和。即：

P=∑ni=1 Pi。

再通過運用森林景觀資源特征研究的層次分析方法，得出石燕湖Pi的5個基本數據，密切結合Ki各個參數因子，總結計算得出各個彼此相鄰的元胞景觀因子動態變化的概率之和為0.87。即表示石燕湖生態公園里這5種森林景觀資源對整體景觀的系統性影響較大，得出要科學規劃和組合好這5種自然景觀資源，才能發揮其公園森林景觀效益的最大優勢，凸顯生態和經濟綜合效益。

2.2森林景觀斑塊因子分析研究

森林景觀資源特征與元胞因子是密切相關、彼此協同的，通過其所代表的景觀因子及其動態變化特征規律，對因子運行的時間和空間結構特征進行比對研究，就可以得出各個景觀元胞因子之間相互影響的概率，模擬運行如圖2。

圖2模擬運行圖

具體計算和描述方法如下：景觀元胞的運行角度是多樣的和動態的，本研究中采用字母S代表這個三維模擬空間的一個基點，與其各個相鄰的景觀因子元胞用大寫字母R代表其相互優勢度，元胞景觀模擬研究系統是一個三元斜面立體空間，采用四定點固定模式，分別用字母Z表示，4個定點的參數分別設置為：（1，1）、（0，l）、（1，0）、Z（0，0）；研究計算中，牽涉到景觀資源特征因子的空間結構，其空間結構點可以采用￠函數作為代表，其時間和空間的結構分量，可以用￠X、￠Y來表示，用以輔助函數的形式，來計算景觀元胞空間運行動態概率。景觀資源各項特征在運行中，涉及到其在空間中的橫向和縱向斑塊投影，所體現的方差間距分別用△X、△Y來表示。計算函數如下：

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景觀斑塊模擬研究計算中，采取的方式是對該系統中景觀元胞和其相鄰的景觀元胞相互作用、相互影響，而構建的一個三維立體動態計算模擬模型，立體空間中兩個平面之間的夾角大小表示其優勢度。森林景觀資源特征指數之間的動態關系，可以采取結合型和離散型表示，具體組合的效果用積極和消極來評價，為此，采用大寫字母R表示，C表示景觀元胞，N表示與之相鄰的其他景觀元胞。通過對以上函數的計算、分析、比照，可以把森林景觀特征資源的類型分為三類，類型一是可持續性的森林景觀資源特征優等類系統組合；類型二是基本符合森林資源科學開發的良等類系統組合；類型三是基本不符合森林景觀資源開發規律的差等類系統組合。在森林景觀資源五種類型的綜合動態運行中，斑塊對它們的影響概率，可以用以下函數來分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在計算結果中，出現S≥0.45，則表示該公園的森林景觀資源特征顯示為緊密結合型，符合可持續發展規律；若出現S=4/（Si×3），則表示其森林景觀資源特征顯示為離散破碎型，需要采取措施進一步改進、調整和完善。

本文前期研究中，充分運用了SWOT、3S技術、層次分析法等方法歸納提煉出了影響森林景觀資源特征的各類動態變化因子，在此基礎上，再運用元胞自動機的數學原理對影響森林景觀特征的各因子賦予數學函數，立體化全方位進行模擬分析，得出各模擬因子之間的相互影響變化規律的隨機概率。通過采用3D景觀元胞自動機模擬測評工具，以石燕湖森林景觀資源五大類型為評價對象，建立綜合評價的相對隸屬矩陣，進行系統計算和比照，再結合對其數據的綜合、整理、分析、檢驗等程序，得出石燕湖公園森林景觀資源的綜合評價結果。詳細計算矩陣為：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系統評價級別為：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通過數據比對，可以發現石燕湖森林景觀資源斑塊特征指數為46018，大于S所賦予的標準指數值045，即石燕湖公園森林景觀資源的特征顯示為緊密結合型，符合森林景觀資源的可持續發展規律。

3基本結論

該公園森林資源類型豐富，特征結合緊密。通過研究，發現該公園共有5種特色景觀資源，即地文、水文、人文、生物、天象資源，且相對于其他公園而言，特征優勢明顯。其所體現的因子耦合度和優化度獨一無二，自然性、永續性、多樣性、地域性得到較好結合。

該公園森林景觀質量優良，達到良等類水平。以該公園時間和空間的布局角度出發，采取森林景觀特征表現形式的三大研究要素，即景觀斑塊、景觀破碎度、景觀連接度，用3D景觀元胞自動機的模擬評價方法，構建系統指標體系，得出石燕湖森林景觀資源協調性好、景觀因子動態聯系水平得到優化組合，綜合得出石燕湖森林景觀資源特征屬于Ⅱ級水平即良等類森林景觀資源特征。

參考文獻：

[1] 吳章文.森林旅游區環境資源評價研究[M].北京：中國環境科學出版社，2003.

[2]林越英.旅游環境保護概論[M].北京：旅游教育出版社，2001.

[3]袁紹榮.中國旅游經濟地理[M].廣州：華南理工大學出版社，1999.

[4]陳端呂，李際平，林輝.森林景觀研究的3S技術應用[J].長江大學學報：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景觀斑塊模擬研究計算中，采取的方式是對該系統中景觀元胞和其相鄰的景觀元胞相互作用、相互影響，而構建的一個三維立體動態計算模擬模型，立體空間中兩個平面之間的夾角大小表示其優勢度。森林景觀資源特征指數之間的動態關系，可以采取結合型和離散型表示，具體組合的效果用積極和消極來評價，為此，采用大寫字母R表示，C表示景觀元胞，N表示與之相鄰的其他景觀元胞。通過對以上函數的計算、分析、比照，可以把森林景觀特征資源的類型分為三類，類型一是可持續性的森林景觀資源特征優等類系統組合；類型二是基本符合森林資源科學開發的良等類系統組合；類型三是基本不符合森林景觀資源開發規律的差等類系統組合。在森林景觀資源五種類型的綜合動態運行中，斑塊對它們的影響概率，可以用以下函數來分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在計算結果中，出現S≥0.45，則表示該公園的森林景觀資源特征顯示為緊密結合型，符合可持續發展規律；若出現S=4/（Si×3），則表示其森林景觀資源特征顯示為離散破碎型，需要采取措施進一步改進、調整和完善。

本文前期研究中，充分運用了SWOT、3S技術、層次分析法等方法歸納提煉出了影響森林景觀資源特征的各類動態變化因子，在此基礎上，再運用元胞自動機的數學原理對影響森林景觀特征的各因子賦予數學函數，立體化全方位進行模擬分析，得出各模擬因子之間的相互影響變化規律的隨機概率。通過采用3D景觀元胞自動機模擬測評工具，以石燕湖森林景觀資源五大類型為評價對象，建立綜合評價的相對隸屬矩陣，進行系統計算和比照，再結合對其數據的綜合、整理、分析、檢驗等程序，得出石燕湖公園森林景觀資源的綜合評價結果。詳細計算矩陣為：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系統評價級別為：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通過數據比對，可以發現石燕湖森林景觀資源斑塊特征指數為46018，大于S所賦予的標準指數值045，即石燕湖公園森林景觀資源的特征顯示為緊密結合型，符合森林景觀資源的可持續發展規律。

3基本結論

該公園森林資源類型豐富，特征結合緊密。通過研究，發現該公園共有5種特色景觀資源，即地文、水文、人文、生物、天象資源，且相對于其他公園而言，特征優勢明顯。其所體現的因子耦合度和優化度獨一無二，自然性、永續性、多樣性、地域性得到較好結合。

該公園森林景觀質量優良，達到良等類水平。以該公園時間和空間的布局角度出發，采取森林景觀特征表現形式的三大研究要素，即景觀斑塊、景觀破碎度、景觀連接度，用3D景觀元胞自動機的模擬評價方法，構建系統指標體系，得出石燕湖森林景觀資源協調性好、景觀因子動態聯系水平得到優化組合，綜合得出石燕湖森林景觀資源特征屬于Ⅱ級水平即良等類森林景觀資源特征。

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[4]陳端呂，李際平，林輝.森林景觀研究的3S技術應用[J].長江大學學報：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景觀斑塊模擬研究計算中，采取的方式是對該系統中景觀元胞和其相鄰的景觀元胞相互作用、相互影響，而構建的一個三維立體動態計算模擬模型，立體空間中兩個平面之間的夾角大小表示其優勢度。森林景觀資源特征指數之間的動態關系，可以采取結合型和離散型表示，具體組合的效果用積極和消極來評價，為此，采用大寫字母R表示，C表示景觀元胞，N表示與之相鄰的其他景觀元胞。通過對以上函數的計算、分析、比照，可以把森林景觀特征資源的類型分為三類，類型一是可持續性的森林景觀資源特征優等類系統組合；類型二是基本符合森林資源科學開發的良等類系統組合；類型三是基本不符合森林景觀資源開發規律的差等類系統組合。在森林景觀資源五種類型的綜合動態運行中，斑塊對它們的影響概率，可以用以下函數來分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在計算結果中，出現S≥0.45，則表示該公園的森林景觀資源特征顯示為緊密結合型，符合可持續發展規律；若出現S=4/（Si×3），則表示其森林景觀資源特征顯示為離散破碎型，需要采取措施進一步改進、調整和完善。

本文前期研究中，充分運用了SWOT、3S技術、層次分析法等方法歸納提煉出了影響森林景觀資源特征的各類動態變化因子，在此基礎上，再運用元胞自動機的數學原理對影響森林景觀特征的各因子賦予數學函數，立體化全方位進行模擬分析，得出各模擬因子之間的相互影響變化規律的隨機概率。通過采用3D景觀元胞自動機模擬測評工具，以石燕湖森林景觀資源五大類型為評價對象，建立綜合評價的相對隸屬矩陣，進行系統計算和比照，再結合對其數據的綜合、整理、分析、檢驗等程序，得出石燕湖公園森林景觀資源的綜合評價結果。詳細計算矩陣為：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系統評價級別為：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通過數據比對，可以發現石燕湖森林景觀資源斑塊特征指數為46018，大于S所賦予的標準指數值045，即石燕湖公園森林景觀資源的特征顯示為緊密結合型，符合森林景觀資源的可持續發展規律。

3基本結論

該公園森林資源類型豐富，特征結合緊密。通過研究，發現該公園共有5種特色景觀資源，即地文、水文、人文、生物、天象資源，且相對于其他公園而言，特征優勢明顯。其所體現的因子耦合度和優化度獨一無二，自然性、永續性、多樣性、地域性得到較好結合。

該公園森林景觀質量優良，達到良等類水平。以該公園時間和空間的布局角度出發，采取森林景觀特征表現形式的三大研究要素，即景觀斑塊、景觀破碎度、景觀連接度，用3D景觀元胞自動機的模擬評價方法，構建系統指標體系，得出石燕湖森林景觀資源協調性好、景觀因子動態聯系水平得到優化組合，綜合得出石燕湖森林景觀資源特征屬于Ⅱ級水平即良等類森林景觀資源特征。

參考文獻：

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[2]林越英.旅游環境保護概論[M].北京：旅游教育出版社，2001.

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[4]陳端呂，李際平，林輝.森林景觀研究的3S技術應用[J].長江大學學報：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.