摘 要：適宜性評價是低碳城市規(guī)劃前期工作中的重要內(nèi)容，可以為低碳城市規(guī)劃決策提供依據(jù)，但是現(xiàn)行方法評價與實(shí)際一致性系數(shù)較低，無法達(dá)到預(yù)期的評價效果，因此本文提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價。選取地形、生物和安全作為評價指標(biāo)，建立低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立低碳城市規(guī)劃虛擬模型，量化評價指標(biāo)，對指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，確定生態(tài)適宜度和適宜性等級，實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價。試驗(yàn)證明，本文設(shè)計(jì)方法的評價與實(shí)際一致性系數(shù)水平比較高，能夠進(jìn)行低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性精準(zhǔn)評價。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；低碳城市規(guī)劃；生態(tài)適宜性；評價指標(biāo)體系；虛擬模型

中圖分類號：S 731 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

全球氣候變化和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，低碳城市規(guī)劃已成為城市發(fā)展的重要趨勢。低碳城市是指通過減少碳排放、提高能源利用效率和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展來實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的城市。在低碳城市規(guī)劃中，生態(tài)適宜性評價是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可以幫助城市規(guī)劃者了解城市生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和潛力，為城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。目前，城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價問題受到研究領(lǐng)域的重視與關(guān)注，國內(nèi)一些學(xué)者提出了一些評價方法和思路，主要是利用層次分析法、主成分分析法等對其進(jìn)行適宜性評價。這些方法的應(yīng)用雖然在一定程度上提高了低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價工作效率，但是傳統(tǒng)的生態(tài)適宜性評價方法存在一些局限性，例如主觀性強(qiáng)、評價結(jié)果不夠客觀等，并且在實(shí)際應(yīng)用中評價與實(shí)際一致性系數(shù)較低，已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的生態(tài)適宜性評價逐漸成為研究熱點(diǎn)。該技術(shù)能夠構(gòu)建虛擬環(huán)境，模擬城市生態(tài)環(huán)境，為城市規(guī)劃者提供更真實(shí)、客觀的評價結(jié)果，因此本文提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價。

1 低碳城市理念與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 低碳城市理念

低碳城市（Low-carbon City）主要是指以低碳經(jīng)濟(jì)為發(fā)展模式與方向、市民以低碳生活為理念與行為特征、政府公務(wù)管理層以低碳社會為建設(shè)標(biāo)本與藍(lán)圖的城市。低碳城市的理念主要體現(xiàn)在2個方面。其一，在現(xiàn)代城市規(guī)劃和建設(shè)中，減少碳排放是設(shè)計(jì)的主題與目的，基于城市空間發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，落實(shí)綠色交通與建筑的現(xiàn)代城市發(fā)展理念。其二，利用市民消費(fèi)觀念的改變與低碳技術(shù)的創(chuàng)新，最大化降低溫室氣體的排放。綜上所述，低碳城市融合了城市空間、設(shè)計(jì)道路交通設(shè)計(jì)以及綠色景觀設(shè)計(jì)。在低碳城市的規(guī)劃與發(fā)展中，應(yīng)該利用有針對性的技術(shù)，構(gòu)建低能耗、低排放和高循環(huán)的城市運(yùn)行模式，加深居民對低碳城市的認(rèn)識。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）屬于集成技術(shù)領(lǐng)域，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、傳感與測量技術(shù)以及仿真技術(shù)，囊括了人工智能、信息網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科。在虛擬仿真技術(shù)中，環(huán)境建模技術(shù)具有重要作用。該技術(shù)能夠呈現(xiàn)極為詳細(xì)的3D環(huán)境數(shù)據(jù)，并結(jié)合具體的應(yīng)用需求及其各項(xiàng)數(shù)據(jù)來建立環(huán)境模型。

與早期的模擬技術(shù)相比，VR技術(shù)能夠創(chuàng)設(shè)更生動、形象而具體的虛擬環(huán)境，具有比較強(qiáng)大的交互性特征。在低碳城市生態(tài)性規(guī)劃設(shè)計(jì)中，科學(xué)合理地引入VR技術(shù)能夠使受眾群體與仿真環(huán)境有機(jī)融合，從而發(fā)揮交互性作用。設(shè)計(jì)人員能夠結(jié)合本身的感知力與認(rèn)知力，從虛擬城市生態(tài)環(huán)境中獲取設(shè)計(jì)思路，進(jìn)而借助虛擬環(huán)境中的空間與邏輯信息進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。VR技術(shù)具有3個基本特征，即沉浸感、交互性和想象力。1） 沉浸感。使用者能夠以本人的視角處在虛擬環(huán)境中，感知環(huán)境的真實(shí)程度即為沉浸感。如果具有較強(qiáng)的沉浸感，那么表明所創(chuàng)建的場景具有較高真實(shí)度，最佳的虛擬環(huán)境會使用戶無法辨別真假。所創(chuàng)建的虛擬場景能夠隨用戶視角改變而進(jìn)行改變，疊加照明與音響的混合作用，可以獲得最佳的體驗(yàn)效果。2） 交互性。交互性主要是指使用者對虛擬環(huán)境中物體的可操作性和從環(huán)境中獲取反饋的自然程度。例如，虛擬環(huán)境中的使用者如果直接觸碰物體，那么手反饋的觸感、物體的質(zhì)感均會隨觸碰力度而產(chǎn)生變化。3） 想象力。使用者處在多維空間中，利用自身的感知力與認(rèn)知力得到大量信息后，調(diào)動潛在的思維能力，根據(jù)所處的時空環(huán)境形成現(xiàn)實(shí)環(huán)境的構(gòu)想，從而積極主動地去想象。

2 低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系的建立

低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性主要與規(guī)劃區(qū)域地形、生物和安全這3個因素有關(guān)[1]。其中地形方面主要包括高程、坡度，生物方面主要包括植被覆蓋率，安全方面主要包括地質(zhì)安全程度、水域覆蓋率等。因此本文將以上因素作為低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價指標(biāo)，并建立指標(biāo)體系，如公式（1）所示。

K={X1（a1，a2），X2（b），X3（c1，c2）} （1）

式中：K表示低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系；X1、X2和X3分別表示一級指標(biāo)層中的地形因素、生物因素和安全因素；a1、a2分別表示高程、坡度二級指標(biāo)；b表示植被覆蓋率二級指標(biāo)；c1、c2分別表示地質(zhì)安全程度、水域覆蓋率二級指標(biāo)。

在生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系中還應(yīng)該設(shè)置目標(biāo)層，使其配合一級指標(biāo)層與二級指標(biāo)層的落實(shí)。其中，一級指標(biāo)層涉及地形因素、生物因素與安全因素，即需要綜合考慮城市生態(tài)環(huán)境資源、城市空間資源以及城市社會資源。二級指標(biāo)涉及高程與坡度、植被覆蓋率、地質(zhì)安全程度與水域覆蓋率等因素，即需要綜合考慮城市碳排放程度、土地利用等方面的情況。目標(biāo)層就是低碳城市的生態(tài)適宜性。本文涉及多項(xiàng)二級評價指標(biāo)，這樣能夠更好地進(jìn)行量化分析，并且構(gòu)建的低碳城市生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系可以應(yīng)用在各種類型的低碳城市規(guī)劃評價中。結(jié)合城市對應(yīng)的類型，將目標(biāo)、一級指標(biāo)和二級指標(biāo)有機(jī)結(jié)合，可以使評價指標(biāo)體系的實(shí)用性更強(qiáng)。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的評價指標(biāo)量化

為了進(jìn)行低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價，需要收集評價區(qū)域的地形、地貌和水文等數(shù)據(jù)[2]，這些數(shù)據(jù)可以從各種地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）軟件中獲取[3]。收集完數(shù)據(jù)后，使用AutoCAD軟件進(jìn)行地形等高線繪制，并以此為基礎(chǔ)完成低碳城市規(guī)劃區(qū)域的輪廓提取。此外，還需要利用AutoCAD對規(guī)劃區(qū)域的植被分布進(jìn)行定位，以便為后續(xù)的生態(tài)適宜性評價提供依據(jù)[4]。完成初步的地形和植被定位后，使用Sketchup軟件進(jìn)一步細(xì)化規(guī)劃區(qū)域的虛擬場景。Sketchup軟件提供了豐富的材質(zhì)庫和繪圖工具，可以根據(jù)實(shí)際地形、植被和水域信息進(jìn)行顏色填充和垂直布局。還可以使用Sketchup調(diào)整空間大小和比例，保證虛擬場景與實(shí)際場景的一致性。

完成低碳城市規(guī)劃生態(tài)虛擬場景的初步構(gòu)建后，使用Lumion軟件進(jìn)行植物的種植調(diào)整、虛擬場景的渲染和VR全景的渲染[5]。Lumion軟件具有強(qiáng)大的渲染引擎和逼真的植物庫，能夠根據(jù)實(shí)際地形和植被分布情況，為虛擬場景添加適當(dāng)?shù)闹参铮χ参镞M(jìn)行位置、高度和形態(tài)等方面的調(diào)整[6]。此外，Lumion還支持VR全景渲染，使評價者能夠身臨其境地感受虛擬場景中的生態(tài)環(huán)境。利用上述軟件生成虛擬場景，逼真地呈現(xiàn)出光影關(guān)系、空間體量和地形特點(diǎn)，以此構(gòu)建低碳城市規(guī)劃生態(tài)虛擬模型。進(jìn)而利用構(gòu)建的虛擬模型對指標(biāo)體系中的指標(biāo)進(jìn)行量化處理，將虛擬模型中節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)作為該點(diǎn)的高程，根據(jù)圖形中的勾股定理確定規(guī)劃區(qū)域坡度，并根據(jù)虛擬模型中植被所占面積計(jì)算出規(guī)劃區(qū)域植被覆蓋率，如公式（2）所示。

b=s/e （2）

式中：s表示虛擬模型中植被面積；e表示虛擬模型總面積。

根據(jù)虛擬模型中地質(zhì)災(zāi)害所占面積，計(jì)算出規(guī)劃區(qū)域地質(zhì)安全程度，如公式（3）所示。

c1=v/e （3）

式中：c1表示地質(zhì)安全程度；v表示虛擬模型中地質(zhì)災(zāi)害面積[7]；e表示虛擬模型的總面積。

同理，計(jì)算出水域覆蓋率，如公式（4）所示。

c2=r/e （4）

式中：c2表示水域覆蓋率；r表示虛擬模型中水域面積；e表示虛擬模型的總面積。

考慮各項(xiàng)指標(biāo)單位不同、數(shù)據(jù)來源不同，為了保證低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價的精度，對量化的指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，如公式（5）所示。

（5）

式中：xi表示標(biāo)準(zhǔn)化處理后的第i個適宜性評價指標(biāo)；maxXi、minXi分別表示第i個指標(biāo)的最大值和最小值；Xi表示第i個指標(biāo)的原始值。

對評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使指標(biāo)值處于0～1，消除指標(biāo)數(shù)據(jù)量綱，完成評價指標(biāo)的量化處理。

4 低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價

利用綜合分析法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價，計(jì)算出低碳城市規(guī)劃生態(tài)適應(yīng)度?？紤]每個指標(biāo)對低碳城市規(guī)劃生態(tài)適應(yīng)性的影響程度不同，根據(jù)標(biāo)度值，為每個指標(biāo)賦權(quán)。從指標(biāo)體系中隨機(jī)選取2個指標(biāo)n1、n2，比較二者的重要程度。如果指標(biāo)n1相對指標(biāo)n2的重要程度為非常重要，那么將n1標(biāo)度值取值為1，n2標(biāo)度值取值為9；如果為明顯重要，那么將n1標(biāo)度值取值為3，n2標(biāo)度值取值為7；如果為同等重要，那么將n1標(biāo)度值取值為5，n2標(biāo)度值也取值為5。根據(jù)上述規(guī)則確定每個指標(biāo)的標(biāo)度值，計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重，如公式（6）所示。

?i=εi×μi （6）

式中：?i表示第i個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；εi表示第i個指標(biāo)的標(biāo)度值；μi表示第i個指標(biāo)的專家評分值。

利用評價函數(shù)計(jì)算出城市規(guī)劃生態(tài)適宜度，如公式（7）所示。

（7）

式中：h表示低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜度。

根據(jù)計(jì)算所得城市規(guī)劃生態(tài)適宜度，確定適宜性等級。根據(jù)需求，將此次設(shè)計(jì)適宜性分為非常低、比較低、一般、比較高和非常高5個等級。如果適宜度在0.0～0.2，那么生態(tài)適宜性等級為非常低；如果適宜度在0.2～0.4，那么生態(tài)適宜性等級為比較低；如果適宜度在0.4～0.6，那么生態(tài)適宜性等級為一般；如果適宜度在0.6～0.8，那么生態(tài)適宜性等級為比較高；如果適宜度在0.8～1.0，那么生態(tài)適宜性等級為非常高。根據(jù)生態(tài)適宜度所屬區(qū)間確定等級，以此實(shí)現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價。

5 試驗(yàn)論證

5.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證本文方法在低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價方面的性能，選取7個城市，收集城市規(guī)劃數(shù)據(jù)信息，利用該方法對7個低碳城市規(guī)劃的生態(tài)適宜性進(jìn)行評價。

在生態(tài)適宜性評價過程中，每個生態(tài)性指標(biāo)均需要根據(jù)權(quán)重分析來確定，權(quán)重決定生態(tài)性指標(biāo)的適宜性程度。本次試驗(yàn)中的生態(tài)性指標(biāo)涉及一定的生態(tài)敏感性因子，其權(quán)重確定采用取大原則，以反映城市生態(tài)環(huán)境對城市中人員活動的敏感性。根據(jù)其重要程度，將敏感性級別劃分為5個級別，一是超高生態(tài)敏感區(qū)，二是高生態(tài)敏感區(qū)，三是中度生態(tài)敏感區(qū)，四是低生態(tài)敏感區(qū)，五是非生態(tài)敏感區(qū)，依次對這些敏感區(qū)級別進(jìn)行賦值（見表1）。

根據(jù)7個城市生態(tài)敏感區(qū)級別與賦值情況，將生態(tài)適宜性分為5個等級，分別為非常高適宜、比較高適宜、一般適宜、比較低適宜以及非常低適宜。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)適宜性評價，具體評價結(jié)果見表2。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)的目的是測評本文方法的性能，為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定說明性，將本文方法與基于層次分析法的評價方法和基于主成分分析法的評價方法進(jìn)行比較。低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價對精度要求比較高，因此將評價與實(shí)際一致性系數(shù)作為方法性能測評指標(biāo)。一致性系數(shù)是指評價值與實(shí)際值的相符程度，如公式（8）所示。

（8）

式中：δ表示低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價與實(shí)際一致性系數(shù)；c表示適宜性實(shí)際值；c0表示適宜性評價值。

將從7個城市中收集與計(jì)算獲取的數(shù)值代入公式（8），可以獲得每個城市的適宜性評價與實(shí)際一致性系數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表3。

比較表3中的數(shù)據(jù)，本文設(shè)計(jì)方法的評價與實(shí)際一致性系數(shù)為0.96～0.99，是基于層次分析法的評價方法的1.25倍，是基于主成分分析法的評價方法的1.16倍，遠(yuǎn)高于這2種主流方法。因此本文設(shè)計(jì)方法可以真實(shí)反映出低碳城市規(guī)劃的生態(tài)適宜性，具有良好的可行性與可靠性。

6 結(jié)語

本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用起到了推動和促進(jìn)作用，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了有益參考和借鑒。除了上文提到的應(yīng)用價值外，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的低碳城市規(guī)劃生態(tài)適宜性評價還具有廣泛的研究前景。例如，該方法可以進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和算法，提高評價的準(zhǔn)確性和可靠性；可以結(jié)合GIS技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，進(jìn)行更全面、系統(tǒng)的生態(tài)適宜性評價；還可以擴(kuò)展到其他類型的城市規(guī)劃項(xiàng)目，例如交通規(guī)劃、景觀規(guī)劃等，為城市規(guī)劃的各個領(lǐng)域提供技術(shù)支持。

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