基于小生境遺傳算法的生態景觀格局空間結構優化

朱江

摘 ?要： 為了提高傳統建筑景觀的直觀性，提高居民的滿意度，并且實現綠色環保的設計，提出基于小生境遺傳算法的生態景觀格局空間結構優化，優化目的主要包括建筑成本、綠化帶等公共設備。對景觀格局優化的目標進行分析，主要包括提高生物多樣性、維持能量、物質的流通、維持景觀格局的穩定性、提高生活環境品質;實現景觀規劃的優化，包括確定生態廊道、不同高度城市風速模擬、不同高度城市溫度場空間擴散模擬;實現基于小生境遺傳算法的優化，并且對優化結果進行測試。測試結果表明，人們對于大部分建筑景觀評價因子都表示比較滿意，說明人們對景觀優化之后的空間布局認可，證明所提算法能夠優化建筑景觀空間，提高居民滿意度。

關鍵詞： 小生境遺傳算法; 生態景觀; 空間結構; 結構優化; 景觀格局優化; 優化結果測試

中圖分類號： TN99?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）19?0086?04

Abstract： In order to improve the intuitiveness of traditional architectural landscape， enhance the satisfaction of residents， and realize the design of green environmental protection， the objectives of landscape pattern optimization are analyzed， including improvement of biodiversity， maintenance of energy and material circulation， maintenance of landscape pattern stability， and improvement of living environment quality. After that， the optimization of landscape planning is realized， including determination of ecological corridors， simulation of urban wind speed at different heights， and spatial diffusion simulation of urban temperature field at different heights. And then the optimization of the niche genetic algorithm is realized， and the optimization result is tested. The test result， that the people′s satisfaction for most of the building landscape evaluation factors is expressed， shows that the space layout of the landscape optimization is accepted， so the proposed algorithm can optimize the building landscape space and improve the residents′ satisfaction degree.

Keywords： niche genetic algorithm; ecological landscape; spatial structure; structural optimization; landscape pattern optimization; optimization result test

0 ?引 ?言

景觀功能指的是不同單元結構間產生的復雜關系，每個結構單元均具有發生特殊情況的背景、存在價值、優勢等。與傳統景觀網絡進行對比，景觀功能網絡對功能之間的相互銜接較為重視[1]。景觀功能網絡概念是基于景觀生態學格局進行的假設，重點是加強景觀結構之間的聯系，從而提高景觀功能。比如，動植物的生長與繁殖不僅要具備足夠數量生境，棲息地斑塊也需具備連續性。大部分的生態學過程都會受到斑塊距離及排列格局影響，城市內部還要求內部經濟活動運行、交通網和密集建成區對其開展支持[2]。本文通過考慮多方面因素，對現代生態景觀格局空間結構進行優化。

1 ?景觀格局優化的目標

景觀的形成、空間分布與類型差異和自然環境地域分布具有密切關系。相關研究表明，生態景觀空間結構形態和城市地貌格局吻合，半自然和近自然的景觀斑塊大部分都是在山丘區分布，自然林帶類型沿江河地區分布。但是在人類活動強烈干擾中，城市森林景觀斑塊數量不斷增加，面積不斷縮小，內部生境逐漸減少，隔離度不斷提高，降低了城市生態環境質量的功能，對于維護城市生物多樣性功能影響比較明顯，景觀斑塊功能越來越單一[3]。

基于景觀生態學的景觀格局連通度和景觀功能連續程度進行假設，對于現代城市所出現的對生態功能聯系造成影響的問題，結合生態學原理及規劃理論，利用強化生態功能空間目標相互連接，優化景觀格局。主要目標就是保證景觀格局的穩定性，使生物多樣性得到提高，維持物質來源，實現能量流通，提高生活環境品質等。同時，在空間實際優化的過程中，要充分考慮到景觀類型作用和景觀功能的沖突范圍。景觀格局優化的目標、方法和指針如表1所示。

2 ?景觀規劃的優化過程

通過以上分析可以看出，優化方案和原本的景觀構成相互對應關系，表明優化方案中的物品設置合理。在綠地系統規劃過程中，要以綠地優化方案數值模擬分析結構，使用相應量化分析方法，基于不同尺度的優化方案實現調整，從而構成系統性的城市綠地生態網絡，將景觀的最大生態效能充分發揮出來。

2.1 ?不同高度城市風速模擬

圖1，圖2為不同垂直高度中的城市風速擴散分析結構，在高度不斷增加的過程中，城市風速也在不斷增加，城市最大風速覆蓋區持續擴大，但是空間擴散范圍增加的趨勢并不明顯，城市通風情況良好。底部風速場為1.5 m時，城市內部空間風速為0～0.375 m/s，面積比率為15.87%，2.625～3 m/s風速的面積比例為32.06%。如果建筑在被封面，那么城市風速比較低，城市建筑物對于風速擴散過程具有空間阻力[4]。

2.2 ?不同高度城市溫度場空間擴散模擬

圖3，圖4為不同垂直高度中城市溫度場擴散分析結構，在高度不斷增加的過程中，溫度也在持續降低，在城市風速不斷增加的過程中，擴散能力不斷提高。底部溫度場為1.5 m時，因為受到風速影響，高溫情況能夠擴散到城市外圍，不會影響到城市。渾河、綠地和周邊綠地都能夠實現城市調溫，其對城市熱島效應緩解非常有利。在城市范圍中，最高溫度為42.75～46 ℃，面積比率為0.56%。中部溫度場為50 m時，城市最高溫度為39.5～42.75 ℃，面積比率為4.72%。在頂部溫度場為100 m時，城市溫度為39.5～42.75 ℃，面積比率為2.07%。在此方案中，雖然城市高度不斷提高，最低溫度面積比率也得到了提高，并且降低了城市整體溫度，城市熱環境的運行效果良好[5]。

2.3 ?確定生態廊道

在景觀結構中，廊道屬于較為特殊的元素，具有聯系及分割的功能。廊道有無斷開是確定屏障功能及通道效果的主要因素，因此根據連通性對廊道功能強度進行測定，廊道效應其實就是根據廊道一定范圍中具有的效益梯度場，從中心逐漸對外衰減，滿足距離衰減率需求。

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