楊 儼，沈敬偉，2，周廷剛，3

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715； 2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715； 3.重慶市地理空間信息工程技術(shù)研究中心，重慶 401147)

基于GIS的重慶城市公園綠地空間結(jié)構(gòu)演變研究

楊 儼1，沈敬偉1，2，周廷剛1，3

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715； 2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715； 3.重慶市地理空間信息工程技術(shù)研究中心，重慶 401147)

應(yīng)用衛(wèi)星遙感影像，在GIS支持下，計(jì)算覆蓋率、分布中心、離散度、分離度、分維度、破碎度、斑塊面積等指標(biāo)，對重慶市主城建成區(qū)2003年、2009年、2014年的城市公園綠地信息進(jìn)行量化，并對其空間分布及空間結(jié)構(gòu)演變規(guī)律進(jìn)行綜合分析與評價。結(jié)果表明：2003—2014年間，城市建成區(qū)面積擴(kuò)展2.49倍，城市公園綠地建設(shè)力度和規(guī)模均遠(yuǎn)超同期城市擴(kuò)展，達(dá)8倍之多；中小型公園綠地斑塊主要分布在城市都市功能核心區(qū)，大型斑塊主要分布在都市功能拓展區(qū)；公園綠地覆蓋率從0.61%增至2.00%，3個時段的離散度分別為6.70、9.57、10.02，公園空間分布更加廣泛、合理；隨著城市建設(shè)發(fā)展，建成區(qū)公園綠地重心由內(nèi)向外轉(zhuǎn)移非常明顯。

城市公園綠地；空間結(jié)構(gòu)；空間演變；遙感影像；GIS；重慶主城區(qū)

城市公園綠地系統(tǒng)集生態(tài)、美化、經(jīng)濟(jì)、游憩功能于一體[1]，隨著環(huán)境惡化、資源匱乏、霧霾等問題日益嚴(yán)重，完整、合理的城市公園綠地系統(tǒng)逐漸受到人們的重視。在城市綠地啟蒙階段，綠地主要依據(jù)設(shè)計(jì)者的喜好而定，缺乏科學(xué)依據(jù)。20世紀(jì)六七十年代，迫于環(huán)境壓力，國外許多城市先后開始重視城市公園綠地的整治并采用環(huán)狀、楔狀相結(jié)合的綠地系統(tǒng)布局模式[2]。進(jìn)入90年代以來，國內(nèi)許多學(xué)者對綠地的研究由定性的功能向定量的效益計(jì)量、價值評估轉(zhuǎn)化[3]，在城市綠地評價指標(biāo)體系[4-5]、評價模型與方法[4-7]、生態(tài)環(huán)境效益[8-11]、植物配置模式[12]、優(yōu)化布局方法[13]等方面進(jìn)行了大量研究，并以實(shí)證的形式對城市公園綠地進(jìn)行案例研究[13-14]，對了解目前城市公園綠地格局和促進(jìn)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)特別是公園建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

重慶市受復(fù)雜地形和自然環(huán)境條件限制，很難實(shí)現(xiàn)城市公園綠地布局的合理化[15]和生態(tài)環(huán)境效益[16]的最大化。經(jīng)過近20 a的大力發(fā)展和合理規(guī)劃與建設(shè)，重慶城市公園建設(shè)取得明顯成效。本文以多時相衛(wèi)星遙感影像為主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)支持下，通過研究2003年、2009年、2014年城市公園綠地的特征，對重慶市主城區(qū)公園綠地空間分布及形態(tài)特征的演變規(guī)律進(jìn)行研究，以期為今后城市公園綠地規(guī)劃及建設(shè)提供參考。

1 研究數(shù)據(jù)與信息提取

1.1 研究區(qū)概況

重慶市位于川東平原嶺谷地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，冬暖夏熱，雨量充沛；地貌以丘陵、山地為主，平均海拔400 m；長江和嘉陵江自西向東切割山脈而過，使重慶市成為典型的“山水城市”。特殊的地形地貌使重慶市逐步形成了“多中心，組團(tuán)式”的城市格局。重慶市主城區(qū)包括渝中區(qū)、江北區(qū)、北碚區(qū)等9個區(qū)縣。2003—2014年，重慶市主城區(qū)常住人口增長至800萬人，都市建成區(qū)面積由348.35 km2增長至868.41 km2。本文以重慶主城建成區(qū)為研究區(qū)域，包括都市功能核心區(qū)和部分都市功能拓展區(qū)。都市功能核心區(qū)經(jīng)濟(jì)增長迅速，工業(yè)產(chǎn)值占較大比例，人口密度大，生態(tài)環(huán)境較差。都市功能拓展區(qū)是科教中心、物流中心、綜合樞紐和對外開放的重要門戶，先進(jìn)制造業(yè)集聚區(qū)，主城生態(tài)屏障區(qū)，以及未來新增城市人口的宜居區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

以重慶市主城區(qū)SPOT衛(wèi)星遙感影像(2003年、2009年、2014年)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對重慶市都市建成區(qū)內(nèi)的公園綠地空間分布特征和空間結(jié)構(gòu)演變規(guī)律進(jìn)行研究。

為了快速、準(zhǔn)確地提取公園綠地信息，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，既保持了多光譜的光譜信息，又提高了空間分辨率，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。本文對原始SPOT-5遙感影像進(jìn)行幾何校正(3期遙感影像統(tǒng)一投影到莫卡托投影體系，平面坐標(biāo)采用WGS84)、多光譜與全色數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、影像增強(qiáng)等圖像預(yù)處理，再利用主成分變換法對全色影像和多光譜影像進(jìn)行融合(圖1)。

圖1 SPOT-5影像處理流程圖

1.3 公園綠地信息提取

根據(jù)遙感影像光譜特征和空間特征，采用歸一化差異植被指數(shù)NDVI[17]對研究區(qū)進(jìn)行植被提?。徊⑦x取SPOT多光譜數(shù)據(jù)4、3、2波段分別賦于紅、綠、藍(lán)，生成RGB影像，結(jié)合目視解譯，對重慶市公園綠地進(jìn)行信息提取(圖2)。為了檢驗(yàn)信息提取精度，通過“拉簾”方式和生成隨機(jī)點(diǎn)的方式進(jìn)行分類精度評定。研究區(qū)3期的公園綠地信息提取精度均在88%以上，說明此信息提取結(jié)果在重慶公園綠地空間結(jié)構(gòu)演變的研究上具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 評價指標(biāo)選擇

城市公園綠地的等級、形狀、大小和空間結(jié)構(gòu)的組合是反映城市生態(tài)系統(tǒng)的重要因素之一，對城市的物質(zhì)流、能量流和信息流具有重大影響[18]。研究城市公園綠地空間結(jié)構(gòu)演變時，應(yīng)考慮個體的空間形態(tài)和整體的分布特點(diǎn)2個方面。

2.1 城市公園綠地空間分布特征指標(biāo)

1)公園綠地覆蓋率C：C=A/S×100%，式中：A為公園綠地總面積；S為都市建成區(qū)總面積。

2.2 城市公園綠地空間形態(tài)特征指標(biāo)

2)破碎度D：破碎度用來反映公園綠地被分割的破碎程度，在一定程度上也反映了人為對公園綠地的干預(yù)強(qiáng)度。破碎度計(jì)算公式為：D=n/A，式中：n為斑塊個數(shù)；A為公園綠地總面積。

2.3 城市公園綠地斑塊大小

結(jié)合重慶市公園綠地整體情況，根據(jù)斑塊面積分為3個等級：小型斑塊(<10 hm2)、中型斑塊(10～20 hm2)、大型斑塊(>20 hm2)。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市公園綠地空間結(jié)構(gòu)

基于城市公園綠地信息提取結(jié)果，利用ArcGIS軟件，根據(jù)上述度量指標(biāo)及計(jì)算公式，對重慶市公園綠地信息進(jìn)行空間運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)和分析，得出重慶都市建成區(qū)范圍內(nèi)城市公園綠地的空間分布特征與形態(tài)指標(biāo)(表1)。

由表1可以看出，2003年重慶市都市建成區(qū)公園綠地總面積只有213.07 hm2，覆蓋率僅為0.61%；2003—2009年間的城市建設(shè)過程中，綠地系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)越來越受到重視，都市建成區(qū)內(nèi)城市公園綠地總面積迅速增長至1317.27 hm2，覆蓋率大幅增長至1.78%，公園總面積增長5倍多；之后5 a放緩了公園綠地的建設(shè)腳步，直至2014年，公園綠地總面積達(dá)到1723.29 hm2，覆蓋率增長至2.00%，公園總面積增長率僅31%。2003年離散度最小，2009年和2014年離散度相對較大，說明與2003年相比，重慶市公園綠地分布越來越廣，不再局限于城市中心老城區(qū)地帶。分離度表示斑塊個體的分離程度，分離度呈遞減趨勢，說明單位面積上的公園綠地個數(shù)越來越多，在都市建成區(qū)范圍內(nèi)分布也越廣。另一方面，公園綠地整體分維度均偏低，說明城市公園綠地建設(shè)還是按照一定的規(guī)則進(jìn)行，形狀比較規(guī)則。但2009年重慶市城市公園綠地受人為控制最為嚴(yán)重。破碎度表示景觀被分割得破碎程度，2009年和2014年破碎度相對較小，印證了城市公園綠地建設(shè)受人為控制越來越嚴(yán)重的說法。從面積方差的變化規(guī)律來分析，2003—2014年間，公園綠地斑塊面積方差越來越大，說明城市公園不再是統(tǒng)一的規(guī)模和形式，而是越來越多樣化：既有綜合型的大公園，也有為其服務(wù)范圍作補(bǔ)充的小型公園，有利于充分發(fā)揮各公園的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)功能。

表1 重慶市公園綠地空間結(jié)構(gòu)

3.2 城市公園綠地斑塊特征

從城市公園綠地的生態(tài)環(huán)境角度，根據(jù)綠地斑塊的面積大小將公園分為大、中、小3類進(jìn)行評價(表2)，主城區(qū)各行政單元公園綠地斑塊特征見表3。

表2 重慶市公園綠地斑塊分類

表3 主城區(qū)各行政單元公園綠地斑塊特征

由表2可以看出，在2003年，小型斑塊占重慶市公園綠地總面積的15.9%，但其數(shù)量卻達(dá)47.1%；中型斑塊所占面積達(dá)到35.3%。中小型綠地斑塊面積占公園綠地面積總數(shù)的50%以上，數(shù)量多而且分布廣。2003—2014年間，隨著鴻恩寺公園、照母山公園等大型公園和彩云湖濕地公園、晉愉雙山公園等濕地公園的建設(shè)，大型公園所占分量越來越重。直至2014年，大型斑塊總面積增長至80.35%，數(shù)量約占公園總斑塊數(shù)的三分之一。

由圖1、表3可以看出，小型斑塊主要分布在渝中區(qū)、沙坪壩區(qū)等人口密度大、建筑密集高的都市功能核心區(qū)；大型斑塊主要分布在人口密度相對較小的都市功能拓展區(qū)。

3.3 城市公園綠地空間重心轉(zhuǎn)移特征

根據(jù)提取的城市公園綠地信息，利用分布中心公式，計(jì)算其重心坐標(biāo)(圖3、圖4)，探討2003—2014年城市建成區(qū)公園綠地重心和建成區(qū)重心分布的相互關(guān)系。

圖3 建成區(qū)城市公園綠地重心圖4 各區(qū)城市公園綠地重心

圖3表明，自2003年以來，重慶市城市公園綠地重心逐漸向北轉(zhuǎn)移，與城市建設(shè)發(fā)展方向大致相同。同時，變化幅度2009—2014年間比2003—2009年間大。對重慶市主城9區(qū)建成區(qū)公園綠地重心進(jìn)行空間演變分析(圖4)可知，渝中區(qū)、江北區(qū)的城市核心地帶公園綠地重心變化不大；沙坪壩、大渡口、渝北區(qū)、南岸區(qū)等城市拓展部位的公園綠地重心變化較大，且向城市外圍轉(zhuǎn)移。即隨著城市建設(shè)的擴(kuò)展以及城市重心的轉(zhuǎn)移，城市建成區(qū)公園綠地也發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文對城市公園綠地的空間分布和空間形態(tài)進(jìn)行定量和定性的研究。結(jié)果表明：2003—2014年間，城市建成區(qū)面積擴(kuò)展2.49倍，城市公園綠地建設(shè)力度和規(guī)模均遠(yuǎn)超同期城市擴(kuò)展，達(dá)8倍之多；公園空間分布相對更加均勻和廣泛，單位面積公園綠地數(shù)量逐漸增多，更加有利于發(fā)揮城市公園綠地的社會效益；公園綠地規(guī)模多樣化，有利于充分發(fā)揮公園綠地的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)功能。中、小型斑塊主要分布在如渝中區(qū)、沙坪壩區(qū)等人口密度大、建筑密集高的都市功能核心區(qū)，數(shù)量多而總量?。淮笾行桶邏K建設(shè)力度較大，新增大中型綠地斑塊主要分布在人口密度相對較小的都市功能拓展區(qū)，特別是城市建設(shè)擴(kuò)展區(qū)域。隨著城市建設(shè)發(fā)展，建成區(qū)公園綠地重心空間演變也發(fā)生明顯的空間演變特征，特別是位于城市外圍區(qū)域如沙坪壩、大渡口、渝北區(qū)、南岸區(qū)等，公園綠地重心轉(zhuǎn)移非常明顯。

[1]王傳兵.城市綠地結(jié)構(gòu)和空間布局研究——以合肥市為例[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報，2011，29(4)：74-77.

[2]王慶日.城市綠地的價值及其評估研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2003.

[3]李敏.城市綠地系統(tǒng)與人居環(huán)境規(guī)劃[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999：1-32.

[4]古潤澤，李延明，謝軍飛.北京城市園林綠化生態(tài)效益的定量經(jīng)濟(jì)評價[J].生態(tài)科學(xué)，2007，26(6)：519-524.

[5]李貞，王麗榮，管東生.廣州城市綠地系統(tǒng)景觀異質(zhì)性分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2000，11(1)：26-29.

[6]周廷剛，陳云浩.模糊綜合法在城市綠地系統(tǒng)景觀綜合評價中的應(yīng)用——以上海市為例[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，1999，12(4)：23-25.

[7]Salman Qureshi，Breuste J H，Lindley S J.Green space functionality along an urban gradient in Karachi，Pakistan：A socio-ecological study[J].Human Ecology，2010，38(2)：283-294.

[8]楊士弘.城市綠化樹木的降溫增濕效應(yīng)研究[J].地理研究，1994，13(4)：74-80.

[9]譚少華，趙萬民.城市公園綠地社會功能研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2013，29(5)：6-10.

[10]Ann V H，Torsten W.A Monitoring Tool for the Provision of Accessible and Attractive Urban Green Spaces[J].Landscape and Urban Planning，2003(63)：139-144.

[11]Abdollahi K K，Ning Z H，Appeaning A.Global Climate Change& Urban Forest[M].Baton Rouge：Franklin Press，2000.

[12]肖國增.重慶城市公園綠地植物景觀評價研究[D].重慶：西南大學(xué)，2007.

[13]車平川.基于GIS的城市公園綠地布局優(yōu)化研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2010.

[14]陳忠暖，劉燕婷，王滔滔，等.廣州城市公園綠地投入與環(huán)境效益產(chǎn)出的分析[J].地理研究，2011，30(5)：893-901.

[15]吳小瓊.山地城市綠地系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)研究[D].重慶：西南大學(xué)，2009.

[16]Ishii H T，Tohru Manabe，Keitaro Itos，et al.Integrating ecological and cultural values toward conservation and utilization of shrine/temple forests as urban green space in Japanese cities[J].Landscape and Ecological Engineering，2010，6(2)：307-315.

[17]吳趙洋.基于高分辨率遙感影像的城市公園綠地信息提取及景觀格局分析——以兗州市少陵公園為例[D].山東：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[18]杜寧睿，杜志強(qiáng).城市綠地演變的空間分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2004，37(6)：121-124.

[19]周廷剛，郭達(dá)志.基于GIS的城市綠地景觀空間結(jié)構(gòu)研究——以寧波市為例[J].生態(tài)學(xué)報，2003，23(5)：902-907.

[20]陳利頂，傅杰伯.黃河三角洲地區(qū)人類活動對景觀結(jié)構(gòu)的影響分析——以山東省東營市為例[J].生態(tài)學(xué)報，1996，16(4)：337-344.

[21]P Peralta，P Mather.An analysis of deforestation patterns in the extractive reserves of Acre，Amazonia from satellite imagery：a landscape ecological approach[J].International Journal of Remote Sensing，2000，21(13)：2565-2566.

[22]Peitgen H O，Snape D.The Science of the Fractal Image[M].New York：Springer Verlag，1988.

Research on the Spatial Structure Evolution of Urban Green Space in Chongqing Basing on Satellite Remote Sensing Images and GIS

YANG Yan1，SHEN Jing-wei1，2，ZHOU Ting-gang1，3

(1.KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation)，Chongqing400715，China； 2.SchoolofGeographicalSciences，SouthwestUniversity，Chongqing400715，China；3.EngineeringTechnologyResearchCenterofGeo-SpatialInformationinChongqing，Chongqing401147，China)

Basing on Satellite Remote Sensing Images and GIS，the information of urban park green space was quantified by the various indexes，such as coverage，distribution center，dispersion，separation，dimension，fragmentation and plaque area，in 2003，2009 and 2014.The character of spatial distribution and structure are comprehensively analyzed and evaluated.The results indicate that over the same duration，the growth of urban parks construction is over 8 times more than that of urban built-up area which is expanded 2.49 rising up，from 2003 to 2014.Urban parks are divided into four groups：small size patches(<10 hm2)，medium size patches (10～20 hm2) and large size patches(>20 hm2).Small and medium sized patches are mainly distributed in urban functional core zone，while large size patches are most distributed in urban functional expanding zone.The coverage rate of urban parks has increased from 0.61% to 2.00%，with the dispersion of three different yeas，respectively 6.70，9.57 and 10.02.In conclusion，park space distribution tends to be increasingly wider and reasonable.And following the step of urban construction，the centroid shift of park green space shows obvious spatial features which means the urban park green space developed from inside out within the built-up area.

city park green space；spatial structure；spatial evolution；remote sensing images；GIS；main urban area of Chongqing

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.018

2015-09-24；

2015-11-06

國家自然科學(xué)基金(41301417)；重慶市基礎(chǔ)與前沿計(jì)劃 (cstc2014jcyjA20017)

楊儼(1991—)，女，重慶南川人，西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院碩士研究生，從事遙感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。E-mail：407694235@qq.com。

周廷剛，西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院教授，博士。E-mail：zhoutg@163.com。

S731.2

A

1002-7351(2016)02-0095-06