杜珂磊

（成都理工大學地球科學學院四川成都610059）

基于GIS青神縣城市空間擴展生態(tài)性研究

杜珂磊

（成都理工大學地球科學學院四川成都610059）

近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市規(guī)模也相應的不斷擴大，大片農(nóng)田被開墾，造成城市對生態(tài)環(huán)境的沖擊愈來愈嚴重，使得城市發(fā)展和環(huán)境間的矛盾日益激烈。因此充分認識到環(huán)境生態(tài)因子對協(xié)調(diào)城市擴展的重要性，近而緩解城市發(fā)展面臨的生態(tài)資源壓力。提出以眉山市青神縣為例，通過監(jiān)督分類提取遙感圖像的有用訊息，在ArcGIS的支撐下，創(chuàng)立城市生態(tài)控制線發(fā)展模型，獲得生態(tài)約束下城市發(fā)展的相關數(shù)據(jù)，為城市的規(guī)劃和促進城市的健康均衡發(fā)展供應科學依據(jù)。

生態(tài)控制線模型；監(jiān)督分類；城市發(fā)展；ArcGIS

城市是人類經(jīng)濟、政治和社會活動聚合在一起的地理實體，伴隨著人口快速增長聚集，經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，城市化進程的不斷加快，進而帶動了日益明顯的城市外延式擴展，必然會造成大量優(yōu)質(zhì)的耕地、林地、水塘等資源被侵占，會給都市的環(huán)境生態(tài)帶來必然的負面影響。為防止城市毫無規(guī)律的擴張，保護城市的生態(tài)格局，實現(xiàn)城市的科學可持續(xù)發(fā)展，對城市擴展進行生態(tài)性研究，設置城市發(fā)展生態(tài)性控制線，能有效地把控城市擴展對土地資源的利用情況，了解在生態(tài)控制線約束下違規(guī)用地情況，有利于指導今后的開發(fā)治理規(guī)劃。作者通過鉆研大量的關于生態(tài)都市建設、城市空間擴展和生態(tài)控制線劃定等基本理論學問，進一步探討了制定都市生態(tài)控制線對城市擴展的重要性和必要性，并以眉山市青神縣為研究區(qū)域，通過對該區(qū)域遙感影像進行預處理和分類處理手段，提取有用用地信息，在ArcGIS平臺下探討了基本生態(tài)控制線的劃定路線和方法，建立起城市生態(tài)控制線模型，為城市創(chuàng)新探索新的健康發(fā)展道路提供強有力的理論支撐。

1　研究區(qū)域概況

1.1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

研究區(qū)為青神縣，附屬于四川省眉山市。位于成都平原西南部，地處東經(jīng)103°41ˊ～103°59ˊ，北緯29°42ˊ30"～29° 55ˊ33"之間。北鄰東坡區(qū)，南接樂山，西與峨眉交界，地理位置優(yōu)越?，F(xiàn)青神縣總面積386km 2，常住人口197029人，境內(nèi)氣候溫和，雨量充足，四序分明。

所使用的數(shù)據(jù)為2014年8月13日成像的云量為3.74%的LANDSAT 8遙感影像和青神縣行政界線等GIS數(shù)據(jù)。在該時間段影像云量少，為城市及其他地類的提取提供了有利條件。

1.2生態(tài)控制線的劃定依據(jù)

城市基礎生態(tài)控制線的制定主要依據(jù)相關法令、律例和規(guī)范中明確規(guī)定被保護的土地，以及已經(jīng)采納的城市規(guī)劃和海內(nèi)外有關生態(tài)都市的建設標準。

法令律例方面，主要包含土地管理法、環(huán)境保護法、森林法、水法、基本農(nóng)田保護條例、規(guī)劃法等環(huán)境保護準則。城市規(guī)劃方面，主要是參考深圳市1996-2010年做的城市總體規(guī)劃、1997-2010年土地利用規(guī)劃以及2003-2005年經(jīng)濟建設規(guī)劃和綠地系統(tǒng)規(guī)劃等。建設標準方面，主要依據(jù)聯(lián)合國相關組織和《深圳市城市規(guī)劃標準與準則》等提出的生態(tài)都市的建設指標。

1.3生態(tài)控制線的劃定范圍

生態(tài)控制線內(nèi)土地具體由以下幾類土地疊合而成：一級水源保護區(qū)、風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)、集中成片的基本農(nóng)田保護區(qū)、森林及郊野公園；坡度大于25%的山地以及特區(qū)內(nèi)海拔超過50m、特區(qū)外海拔超過80m的高地；主干河流、水庫及濕地；維護生態(tài)完整性的生態(tài)廊道和綠地；島嶼和具有生態(tài)保護價值的海濱陸域；其他需要進行生態(tài)控制的區(qū)域［2］。

2　技術方法

基于GIS平臺下青神縣生態(tài)控制下城市擴展模型的建立技術方法路線：（1）對LANDSAT 8遙感影像進行預處理，主要包括數(shù)據(jù)的波段融合、幾何校正、圖像增強等處理，然后對其進行監(jiān)督分類，明確各類別所代表的地類。（2）對分類后的圖像導入ArcGIS中，運用軟件空間分析工具中的屬性提取工具提取歸并各因子。（3）運用緩沖區(qū)分析建立生態(tài)控制線模型。（4）總體模型的建立。技術路線圖如圖1所示。

圖1　技術流程

3　生態(tài)控制模型的建立

3.1遙感影像處理

本文對遙感圖像的處理采取的是ENVI5.0軟件，通過波段融合處理提高影像空間分辨率達到15m，再通過543多波段組合，對影像進行幾何校正和圖像增強處理，然后通過行政界線裁剪得到研究區(qū)圖像。最后進行監(jiān)督分類和人工目視解譯調(diào)整的步驟獲得分類后圖像，分類精度達到93.86%，Kappa系數(shù)為0.916，其分類圖如圖2所示。

圖2　研究區(qū)分類結果圖

3.2生態(tài)控制線下城市擴展模型建立過程

3.2.1因子提取

城市基本生態(tài)控制線模型約束下的土地類型主要由國內(nèi)相關的法令，律例和規(guī)范中明文規(guī)定必須保護的土地構成，其余小部分則是由城市規(guī)劃中確定的為維持城市結構完整性和布局合理性的需求加以控制的土地構成。本文以監(jiān)督分類后的青神縣城市用地分布圖為數(shù)據(jù)源，利用ArcGIS軟件中空間數(shù)據(jù)處理與分析工具擴展模塊中的數(shù)據(jù)提取工具，進行因子的提取。按照實際需要選擇提取工具中的屬性提取工具，并對各個字段進行歸并處理以及寫出提取的SQL表達式，提取出各個因子。在ArcGIS中構建因子提取模型的流程圖如圖3所示。

圖3　因子提取模型

3.2.2生態(tài)控制線劃定模型建立

根據(jù)有關法律法規(guī)青神縣地區(qū)的生態(tài)因子主要是耕地、水域、林地以及交通建設用地、灘涂構成的其他用地類型。本文中對這4類生態(tài)因子采用緩沖區(qū)分析，其后將分析后的圖層聚合得到生態(tài)控制線內(nèi)的地域。同時在對這4類生態(tài)因子進行緩沖區(qū)分析之前，需要對屬性提取出的生態(tài)因子柵格數(shù)據(jù)的邊界進行平滑處理，如此可以有效地除去數(shù)據(jù)中的少許椒鹽噪音；然后用轉(zhuǎn)換工具將這些柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量多邊形數(shù)據(jù)。具體的生態(tài)控制線制定模型建立流程圖如圖4所示。

（1）緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析是包含對點、線、面這一類或一組的地圖要素根據(jù)設置的距離條件，環(huán)繞其要素組成的具有一定緩沖區(qū)的多邊形實體，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在二維空間得以擴展的信息分析方法。緩沖區(qū)是能影響范圍或者服務范圍在尺度上表示的一種地理空間指標。以數(shù)學的眼光來看，緩沖區(qū)是對指定的空間目標或者集合后來獲取它們的領域，鄰域的半徑或緩沖區(qū)創(chuàng)立條件決定了鄰域的大小，所以對待要進行研究的對象A，它的緩沖區(qū)可以定義為：

式中：d通常是指歐式距離，還可以指其他的距離，r代表的是領域的半徑或者緩沖區(qū)創(chuàng)立的條件。

本文通過大量深入的研究，設計確定的各生態(tài)因子的緩沖區(qū)距離分別是：耕地緩沖區(qū)的距離為4m，林地的緩沖區(qū)距離為5m，水體的緩沖區(qū)距離是5m，其他用地的緩沖區(qū)距離為7m。緩沖區(qū)距離確定后，通過ArcGIS軟件中的空間分析工具下的距離分析工具實現(xiàn)歐氏距離的計算。

（2）圖層合并。對緩沖區(qū)分析后輸出的4類要素進行圖層間的合并，來保持自輸入地圖和疊加地圖的全部地圖要素。在ArcGIS軟件中該操作是通過分析工具下疊加分析中的Uni on工具，及聯(lián)合工具來實現(xiàn)圖層的合并。得到生態(tài)控制線下區(qū)域模型圖，如圖5所示。

圖4　生態(tài)控制線劃定模型建立過程流程圖

3.2.3總體模型的建立

總體模型是在以上子模型基礎上創(chuàng)立，具體由因子模型提取獲得城市因子和4個生態(tài)因子，再由生態(tài)因子的生態(tài)控制線劃定模型獲得生態(tài)控制線約束下的地域和城市因子得到的無生態(tài)約束下的城市擴展；然后通過擦除工具得到總體模型，即是生態(tài)控制線約束內(nèi)的城市擴展模型。具體操作過程是在Arctoolbox工具欄里的Overlay工具下的Erase（擦除）工具來實現(xiàn)，將無生態(tài)控制下的城市擴展模型設置為輸入要素，生態(tài)控制線內(nèi)的地域設為擦除要素，運行Erase分析工具得到生態(tài)控制線內(nèi)的城市擴展模型。該總體模型還能得到無生態(tài)約束下的被占用生態(tài)區(qū)域圖，同時可以進行生態(tài)約束下和無生態(tài)約束下城市擴展情況對比研究，計算出2014年青神縣無生態(tài)約束下城市擴展面積為20.51km2，生態(tài)控制下的城市擴展面積為16.46km2，破壞的生態(tài)區(qū)域面積為4.05km2。無生態(tài)控制線下的城市擴展圖如圖6所示，總體模型的結果圖如圖7所示，被占用生態(tài)區(qū)域如圖8所示。

圖5　生態(tài)控制線下區(qū)域劃定模型結果圖

圖6　無生態(tài)約束下的城市擴展示意圖圖

圖7　生態(tài)控制線下的城市擴展圖

4　結語

本文詳細的論述了在ArcGIS軟件支持下，對青神縣生態(tài)控制線約束內(nèi)城市擴展模型的建模過程，通過該模型的確立獲得了無生態(tài)控制線下的城市擴展圖、生態(tài)控制線下的城市擴展圖、生態(tài)控制線內(nèi)地域圖、生態(tài)控制線下占用地域圖以及相關數(shù)據(jù)，在一定程度上達到了預期效果，為青神縣進一步的深入研究和城市規(guī)劃建設提供支撐和服務。參考文獻

圖8　生態(tài)控制線下的被占用區(qū)域圖

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杜珂磊（1991－），男，四川眉山人，成都理工大學在讀研究生，研究方向地圖學與地理信息系統(tǒng)。