基于RS和GIS的?？谑芯G地景觀空間結構分析

付暉　付廣　許先升

摘 要 在GIS技術支持下，運用景觀生態學的原理和方法，選取斑塊類型水平、景觀水平的指數和廊道密度指數對?？谑谐菂^綠地的空間結構進行了研究和分析。結果表明研究區綠地景觀結構不夠合理，附屬綠地面積和數量比重最高，缺乏公共綠地和廊道綠地；綠地景觀類型較豐富，但空間布局不均衡，綠地斑塊破碎度高，綠地廊道密度指數低，造成綠地系統結構失調，不能形成完整的綠色空間網絡。針對海口城區綠地景觀空間結構存在的問題，提出了優化建議。

關鍵詞 城市綠地；空間結構；RS；GIS；?？谑?/p>

中圖分類號 Q149 文獻標識碼 A

Spatial Structure of Urban Greenbelt Landscape in

Haikou City Based on RS and GIS

FU Hui1，2， FU Guang2， XU Xiansheng1 *

1 College of Horticulture and Landscape Architecture of Hainan University， Haikou， Hainan 5702228， China

2 College of Applied Science and Technology of Hainan University， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract With the help of GIS technology， patch class， landscape indices and greenbelt corridor density index were selected to analyze the spatial structure of urban greenbelt landscape in Haikou city， based on the principles and methods of landscape ecology. Results show that the structure of green space landscape in study area is not reasonable， the appertain greenbelt occupy utterly predominance， public green space and corridor green space are obviously insufficient； the distribution of greenbelt was uneven， fragmentation was higher， greenbelt corridor density index was low， leading to the imbalance of green space system structure， and can't form intact green space network. Some proposals for the optimization are offered aiming at these problems of the spatial structure of urban greenbelt landscape in Haikou city.

Key words Urban greenbelt； Spatial structure； RS； GIS； Haikou

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.034

城市綠地是城市系統中能夠執行“吐故納新”負反饋調節機制的一種特殊生態系統[1]，對于改善城市生態環境和維持城市生態平衡具有不可替代的作用。同時能夠為城市居民提供良好的生活環境、游憩的場所，促進人與自然的和諧共生。

從景觀生態學的角度，每一個綠地可被視為具有一定結構和功能的相對獨立的斑塊，不同大小、不同形狀的綠地斑塊的空間分布即可構成綠地景觀格局，城市諸多因素長期作用形成現在的城市綠地景觀格局，不同的景觀格局發揮的作用差別很大[2]。

在快速城市化進程中，城市用地供應緊張，城市綠地面臨被蠶食的危險，城市中可供綠化的空間越來越少，如何在有限的空間內合理規劃布局城市的綠地系統，優化城市綠地的空間結構和布局，顯得尤為重要。

隨著遙感技術和ARCGIS的廣泛應用，3S技術因其收集和處理數據速度快、空間分析能力強、可視化程度高等優點，成為學術界進行綠地研究的重要技術手段。一些學者運用GIS手段，對城市綠地的結構和布局等進行了實地的研究，取得了可人的成績。但相關研究多見于特大型或大型城市如北京、深圳、上海、廣州、南京、徐州、沈陽等[3-10]，針對中小城市的研究較少，而?？谑性摲矫嫜芯课匆娪袌蟮?。本文以海口市中心城區為研究對象，以景觀生態學原理為指導，以ARCGIS、patch analyst等為技術手段，研究綠地在斑塊類型水平和景觀水平上的空間結構特征，以及廊道的景觀組成和結構分析，總結出海口市城市綠地結構與景觀格局的現狀問題所在，并提出建議和對策，以期為?？谑泻推渌行〕鞘械木G地規劃和建設提供參考。

1 研究區概況

?？谑惺呛Ｄ鲜∈呛Ｄ贤ㄍ箨懙闹饕煌ㄩT戶。東接文昌市，西鄰澄邁縣，北與雷州半島的徐聞縣海安鎮隔海相望。南渡江自南向北穿越市域，在新埠島東側出海，海口市陸域面積2 304.8 km2。屬熱帶島嶼氣候，歷年未見霜雪，冬春多霧多旱，夏秋多雷暴雨，并有臺風。年平均氣溫23.8 ℃，年均降水量為1 639 mm[11]。本文研究范圍為?？谑兄行某菂^，東靠南渡江，南接椰海大道，西至港澳大道、創業路，北鄰瓊州海峽，區域總面積達119.6 km2。中心城區綠地建設有悠久的歷史和完整的體系，在城市綠地系統中具有典型特征和代表性。

2 研究方法

2.1 數據來源

2010年海口市SPOT衛星影像（全色2.5 m與多光譜10 m融合）、海口市城市綠地系統規劃（2011～2020）、海口市總體規劃（2011～2020）、?？谑械匦螆D（2008年）、?？谑薪y計年鑒及?？谑薪陙韴@林綠化統計資料。

2.2 綠地信息提取與分類

在ENVI4.8中對校正融合后的SPOT影像進行多次非監督分類處理[12]，得到初步的綠地信息；通過實地調查驗證，修正被錯分的綠地斑塊，導出城區綠地矢量圖。根據《城市綠地分類標準（CJJ/T 85-2002）》及?？谑械膶嶋H情況，將城市綠地分為公共綠地、居住區綠地、單位附屬綠地、農林植被、自然植被和廊道綠地（道路綠地和河流兩岸綠地）。結合高分辨率Google地圖和實地調查，在ARCGIS中采用人機交互式解譯方法完成各類型綠地圖斑的繪制，并賦值屬性，最終完成?？谑兄行某菂^綠地景觀分類圖。

2.3 景觀格局指數選取

本研究選用在FRAGSTATS基礎上發展而來的Patch Analyst軟件進行景觀格局指數計算，該軟件可接受SHAPE和GRID數據[13]，其數據輸出為2個層次：Class Metrics，Landscape Metrics，代表斑塊類型尺度和景觀尺度，這些指數能比較全面地反映被研究對象的空間結構，但許多指數之間具有高度的相關性，參考趙紅霞[14]、張亞男[15]等的研究，選取以下相關性較小且能反映景觀全局和各類型變化的指數進行景觀結構分析。

斑塊類型水平指數--斑塊類型面積（CA）、斑塊數目（NP）、斑塊面積比例（PLAND）、斑塊密度（PD）、平均斑塊分維數（MPFD）、平均斑塊面積（MPS）、分離度指數（F）。

景觀水平指數--香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度指數（SHEI）、優勢度（D）、景觀破碎度指數（C）、廊道密度指數（T）[13，16]。

在進行景觀格局指數分析時，過小的粒度產生的大量細節信息和龐大的數據量會增加分析的難度，且難以把握景觀的空間分布規律，而粒度過大則會模糊景觀的空間異質性[17-19]。參照龔建周等[20]、岳文澤等[21]、孟陳等[22]的研究，結合本研究使用的數據源和研究區特點，在ARCGIS中將矢量數據轉換為10 m粒度的柵格數據，進行景觀格局指數計算。其中分離度指數、廊道密度指數和景觀破碎度指數不能直接由Patch Analyst軟件得出，依據以下公式計算。

（1）分離度指數：表示某一景觀類型中斑塊個體分布的分離程度。分離度越大，表明景觀在地域分布上越分散，破碎化程度也越高；反之分布越集中[23]。

計算公式：Fi=×，Fi為綠地景觀類型i的分離度，Ni表示第i類景觀類型斑塊的個數，Ai為第i類景觀類型的面積，A為研究區景觀總面積，S為研究區域總面積。

（2）廊道密度指數：單位面積內的綠色廊道長度，表明綠地之間可能的連接性的好壞，同時也從一個側面反映了綠地格局的合理程度[1]。

計算公式：T=L/A，T為景觀廊道密度指數，L為總廊道長度，A為研究區域總面積。

（3）景觀破碎度指數：表征景觀被分割的破碎程度，反映景觀空間結構的復雜性。它是由于自然或人為干擾所導致的景觀由單一、均質和連續的整體趨向復雜、異質和不連續的斑塊鑲嵌體的過程[24]。

計算公式：Ci=，Ci為景觀i的破碎度，∑Ni為景觀i的斑塊數，Ai為景觀i的總面積。

3 結果與分析

3.1 城市綠地景觀構成分析

研究范圍為?？谑兄行某菂^，面積11 960 hm2，綠地面積共計3 461.45 hm2，其中居住區綠地和單位附屬綠地面積1 432.36 hm2，占綠地總面積的41.38%，表明?？谑兄行某菂^整體綠化基礎較好；其次是自然植被和農林植被，面積為1 141.3 hm2，占32.97%（表1）；說明在?？谑谐鞘谢l展過程中，形成很多以城市待用地形式存在的自然植被，雖然自然植被占地面積大，但是因為多為群落類型較為單一的草本和小灌木，其生態效益較低，而且景觀性差，在城市綠地規劃中場地的選擇時可優先考慮這些區域。在海口市郊和一些城中村周邊存在大量農業用地，在農業區向城市化轉變過程中，如何合理保留和轉換這些農林植被，有待于深入研究。公共綠地的面積比例為15.21%，僅略高于農林植被，覆蓋率不高，表明?？谑谐菂^公共綠地較為缺乏。廊道綠地包括道路綠地和河流堤岸綠地，是城市綠地斑塊的聯結紐帶，但所占比重最低。這主要是因為除了濱海大道、南海大道、龍昆北路等城市主干道外，大多數城市道路綠地率低，綠化覆蓋率低，在遙感影像中反映的信息為混合像元，難以提取，盡管據統計資料，?？谑兄鞒菂^道路綠化普及率已達96.5%，但主要以單一行道樹為主，造成植物多樣性不足，生態效益低。

3.2 斑塊類型水平分析

斑塊密度PD反映景觀的破碎度，其值越大，綠地被分割破碎的程度越強，空間異質性程度越大。由表2可知，?？诔菂^居住區綠地類型斑塊密度值最大，景觀破碎度高，這是因為海口城區居住區綠地在整個綠地景觀中分布廣而分散，呈現鑲嵌分布，故異質性高。農林植被PD值最低，其分布主要集中于城區邊緣，且連片分布，故破碎化程度低。

在景觀生態學中，平均斑塊分維數的取值范圍為：1

?？诔菂^居住區綠地斑塊數目最多，但平均斑塊面積最小，僅為0.17，表明海口城區居住區綠地破碎化程度高。居住區綠地是和人類生活最密切相關的綠地類型，與公共綠地相較利用率更高，但是?？诶铣菂^建筑密度高，綠地斑塊少且面積小，生態效益十分有限，而且無法滿足人們游憩需求。1992年前后?？谙破鸱康禺a熱，集中于現在的金貿片區新建了大量的居住區，但由于開發商大多為追求經濟利益，居住區建筑密集，綠地率低。正是因為缺乏較集中的居住區小游園，無法滿足人們日常的游憩需求，導致公園人滿為患，超負荷運行已成為?？诠珗@綠地建設中存在的主要問題[25]。農林植被多成片分布，故斑塊數量少，且平均斑塊面積大，趨于團聚分布。自然植被主要是由城市待用地形成的，斑塊面積相對附屬綠地斑塊大，為公共綠地的規劃建設提供了機會。

分離度指數指示景觀中斑塊分布情況，分離度越大，代表該景觀類型在地域分布上越分散。分離度最大的綠地類型為農林植被，其次為公共綠地、自然植被、單位附屬綠地、居住區綠地和廊道綠地。農林植被由于斑塊少，在城郊和城中村中都有分布，故分布最離散。公共綠地分離度僅次于農林植被，表明公共綠地數量少且分散，所以在未來的綠地建設中，除了考慮增加公共綠地面積和數量外，還要降低分離度，以提高斑塊間的連通性。居住區綠地和單位附屬綠地斑塊數量多且呈密集分布，故分離度小。廊道綠地是連續分布的斑塊組成的，且部分道路綠地相互連接形成網絡，故分離度最小。

3.3 景觀水平分析

研究區范圍內，破碎度指數以居住區綠地值最高，為5.74，其他依次為廊道綠地、單位附屬綠地、自然植被和公共綠地，農林植被最低。這是由于居住區綠地大多分布于宅前屋后，鑲嵌于建筑和道路之間，斑塊分散而破碎。尤其是在老城區，如龍華區的博愛路和大同路、瓊山區的府城，以及在城市化過程中形成的城中村，建筑密度高，綠地斑塊多為“見縫插綠”，面積小，破碎化程度更為突出。單位附屬綠地包括公用事業、商貿、文教衛生等單位內的綠地和城區北部工業區工廠內的綠地。這類綠地一方面被建筑和道路切割，另一方面單位用于綠化的面積較小，且各單位分布零散，故破碎化程度也較高。公共綠地斑塊一般面積較大，破碎化程度小。廊道綠地包括道路綠地和河流綠地，雖然整體呈帶狀或線狀連續分布，但在影像中反映出來的是連續的斑塊，且單元斑塊面積小，故破碎度較高。農林植被多為城區外緣的成片分布的農田，斑塊面積大，分布集中，故破碎度最低。整體破碎度指數為2.50，接近單位附屬綠地破碎度值，說明海口城區綠地景觀破碎化較嚴重（表3）。

多樣性指數與景觀類型的數量和各景觀類型之間的面積分配比例有關，海口市中心城區城市綠地香農多樣性指數為1.75，表明綠地景觀類型較齊全，且各類型面積比重較均衡；優勢度指數為0.04，表明無明顯優勢綠地類型，各類型綠地景觀面積較為均勻；均勻度指數與優勢度指數負相關，進一步驗證?？诔菂^綠地面積比例均勻。根據本研究綠地分類，說明海口城區內農林植被和自然植被面積比例與其他綠地類型相當，在城市綠地規劃中可優先考慮城市待用地自然植被區域。

3.4 綠地廊道密度分析

?？谑欣鹊谰G地主要由道路綠地和河流兩岸綠地組成。城區主干道由濱海大道--長堤路、海盛路--海秀西（東）路、南海大道、椰海大道、國興大道、紅城湖路、海府路、港澳大道、秀英大道、丘海大道、海墾路、南沙路、龍昆南（北）路、和平南（北）路、白龍南（北）路、新大洲大道及海甸島的海甸五西（東）路、海甸六西（東）路、人民大道、和平大道等主干道形成一個綠色的網絡。城區水系主要有海甸河、鴨嘴溪、龍昆溝、美舍河和五源河，景觀較完整的是美舍河，現已建成美舍河帶狀公園。其他河流兩岸主要為自然植被。

經計算研究區內的廊道綠地總長度為158.79 km，廊道密度指數為1.33 km/km2。其中道路廊道密度指數為1.12 km/km2，相對于類似城市綠地廊道密度偏低[26-27]。一方面，?？谑兄肪G化以“一條路、兩排樹”的綠化模式為主，且很多道路行道樹為冠幅小的棕櫚科植物，綠量低，導致某些道路綠地斑塊與相鄰地物組成混合像元，難以被解譯出來。故由影像提取的廊道綠地信息計算所得密度值偏低。另一方面，雖然海口市城市道路已形成“三縱三橫”的主干網絡系統，但次干道系統和支路系統并未建立起來，道路系統缺乏層次。幾大干線之間的連線少、密度小，導致城市干道網密度不足，干道間距過大。綠色道路廊道便無法形成完善的網絡體系，連接度低，致使綠地格局缺乏連續性。

?？谑兴地S富，城區有南渡江水系、美舍河水系和五源河水系，但河流廊道密度指數為僅0.14 km/km2。這主要是因為城市化過程中，市區城市建設侵占水體，水系生態破壞嚴重，河流的使用功能大多從它們的自然功能轉變為水上交通和與工業有關的其他功能，導致河道變窄。另一方面，由于城市污水處理力度不夠，排污分流未能解決，市區水體污染嚴重，形成淤積和堵塞，使原本流暢的水系變得分散破碎，連通性差。市區已整治的河流中片面考慮防洪要求，高大生硬的防堤影響了濱水景觀，隔斷了水生生態系統與兩岸陸生生態系統，使河流失去了其應有的自然屬性，破壞了河流生物多樣性和自然生境。如龍昆溝和鴨嘴溪。

4 討論與結論

通過以上分析，認為海口城區綠地景觀結構和格局存在以下問題：

（1）景觀結構不合理，斑塊破碎化程度較高。?？诔菂^綠地景觀以居住區綠地等附屬綠地為優勢類型，占綠地景觀總面積的41.38%，公共綠地僅占總綠地面積的15.21%，自然植被占20.15%，表明海口城區公共綠地缺乏，而大量城市待用地閑置；居住區綠地等附屬綠地和廊道綠地的PD和C值最高，斑塊數量多而平均斑塊面積最小，破碎度嚴重。

（2）綠地網絡系統不完善。?？诔菂^廊道密度指數為1.33 km/km2，綠色道路廊道連接度低；公共綠地分離度高，分布分散；綠地構成以點為主，線性廊道連通性不足，缺乏面的綠地支撐，沒有形成完整的綠色網絡結構，影響城市綜合生態效應。

綜上分析，提出以下優化建議：

（1）增加公共綠地覆蓋率，實現公共綠地均衡布局。從?？诰G地分布圖中可發現，自然植被多分散分布于城市外圍區和舊城改造區，在城市外圍區可優先考慮這些自然植被，規劃建設公共綠地，以避免建筑無序擴張，步老城區的后塵。目前?？诔菂^大型公共綠地主要集中于核心城區，7個市區級綜合公園有4個位于核心城區龍華區，另外3個分別屬于美蘭區、瓊山區和秀英區。合理使用和轉換城市外圍區的自然植被，可以緩解城市外圍區域極度缺乏綜合公園的狀態，促進公共綠地均衡分布。在城市空間高密度和高容積率的發展態勢下，城區核心區域可新開辟的大型綠地空間非常有限，在舊城改造中形成的自然植被可結合實際可能性辟為公共綠地，以提高老城區的生態環境質量。

（2）降低綠地破碎度，提高綠地生態效益。?？谑懈黝愋途G地中，附屬綠地斑塊數量多、面積小且分布廣，破碎度高，發揮的生態效益較差。建議通過道路綠地、街旁綠地、帶狀綠地等綠色廊道將附屬綠地與道路綠地連接成片，以增強城市綠地的生態效益。

（3）加強各類型綠地間的聯系，促進綠地系統網絡化。從現狀情況來看，?？诔菂^公共綠地布局分散，綠地建設缺乏層次。綠地斑塊與廊道缺乏有機聯系，尚未形成完善的系統，沒有充分發揮綠地、水系等生態要素的功能和作用。綠地系統網絡包括綠色道路廊道與綠色河流廊道、附屬綠地斑塊與公共綠地斑塊、綠色道路廊道與附屬綠地斑塊等之間的聯結。建議以城區現有水系平面形態為基礎，進行河道整治疏浚，連接溝通分散的河溝湖庫，采用多樣化生態護岸形式與周邊道路綠地或公共綠地連通，形成以綠色廊道為紐帶，以公共綠地、附屬綠地等為點的綠色網絡，從而最大化地發揮綠地的生態效益。

參考文獻

[1] 車生泉， 周武忠. 城市綠地景觀結構分析與生態規劃： 以上海市為例[M]. 南京： 東南大學出版社， 2003.

[2] 郭 佳， 謝軍飛， 李 薇. 北京城市公共綠地景觀格局研究[J]. 科學技術與工程， 2010， 10（35）： 8 914-8 918.

[3] 高 峻， 楊明靜， 陶康華. 上海城市綠地景觀的分析與研究[J].中國園林， 2000， 16（67）： 53-56.

[4] 烏日汗， 溫小榮， 趙海霞. 基于RS和GIS的深圳特區綠地景觀動態分析及預測[J]. 北京林業大學學報， 2010， 32（6）： 42-47.

[5] 王 娟， 馬履一， 王新杰， 等. 北京城區公園綠地景觀格局研究[J]. 西北林學院學報， 2010， 25（4）： 195-199.

[6] 譚 麗， 何興元， 陳 瑋， 等. 基于Quickbird衛星影像的沈陽市城市綠地景觀格局[J]. 生態學雜志， 2008， 27（4）： 545-550.

[7] 車生泉， 宋永昌. 上海城市公園綠地景觀格局分析[J]. 上海交通大學學報（農業科學版）， 2002， 20（4）： 322-327.

[8] 胡 勇， 趙 媛. 南京城市綠地景觀格局之初步分析[J]. 中國園林， 2004（11）： 34-36.

[9] 顧勝男， 溫小榮， 佘光輝. 基于RS與GIS的徐州市區綠地景觀格局分析[J]. 西南林業大學學報， 2012， 32（5）： 71-77.

[10] 郭 濼， 夏北成， 劉蔚秋， 等. 城市化進程中廣州市景觀格局的時空變化與梯度分析[J]. 應用生態學報， 2006， 17（4）： 1 671-1 676.

[11] 海口市統計局. ?？诮y計年鑒（2012）[M]. 北京： 中國統計出版社， 2012.

[12] 鄧書斌. ENVI遙感圖像處理方法[M]. 北京： 科學出版社， 2010.

[13] 鄭新奇， 謝梅臣. 景觀格局空間分析技術及其應用[M]. 北京： 科學出版社， 2010.

[14] 趙紅霞. 聊城市城市綠地空間結構及功能研究[D]. 南京： 南京林業大學， 2007.

[15] 張亞男. 長沙市城市綠地景觀格局與連通性研究[D]. 長沙： 中南林業科技大學， 2009.

[16] 鄔建國. 景觀生態學-格局、 過程、 尺度與等級（第二版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2007.

[17] 談文琦， 徐建華， 岳文澤， 等. 城市景觀空間自相關與自相似的尺度特征研究[J]. 生態學雜志， 2005， 24（6）： 627-630.

[18] 趙文武， 傅伯杰， 陳利頂. 尺度推繹研究中的幾點基本問題[J].地球科學進展， 2002， 17（6）： 905-911.

[19] 趙曉燕. 基于GIS的西安市城市景觀格局分析及其優化對策[D]. 西安： 西北大學， 2007.

[20] 龔建周， 夏北成， 李 楠， 等. 快速城市化地區土地覆蓋景觀特征的粒度效應[J]. 生態學報， 2006， 26（7）： 2 198-2 206.

[21] 岳文澤， 徐建華， 徐麗華， 等. 不同尺度下城市景觀綜合指數的空間變異特征[J]. 應用生態學報， 2005， 16（11）： 2 053-2 059.

[22] 孟 陳， 李俊祥， 朱 穎， 等. 粒度變化對上海市景觀格局分析的影像[J]. 生態學雜志， 2007， 26（7）： 1 138-1 142.

[23] 周廷剛， 郭達志. 基于GIS的城市綠地景觀空間結構研究-以寧波市為例[J]. 生態學報， 2003， 23（5）： 901-906.

[24] 高 峻， 楊明靜， 陶康華. 上海城市綠地景觀格局的分析研究[J]. 中國園林， 2000， 16（67）： 53-56.

[25] 侯則紅. 熱帶濱海城市綠色空間系統景觀生態規劃-以海口市為例[D]. ?？冢?華南熱帶農業大學， 2007.

[26] 俞 兵. 基于RS和GIS的南京城市綠地景觀格局研究[D]. 南京： 河海大學， 2006.

[27] 宋秀華. 城市公園綠地社會服務功能評價研究[D]. 泰安： 山東農業大學， 2011.