盧 峰

楊晉蘇

曹風(fēng)曉

景觀是人類與地球和諧相處的重要介質(zhì)，是生態(tài)可持續(xù)理念的載體[1]。19世紀末，城市快速發(fā)展帶來城市擁堵、生存環(huán)境惡化等問題，規(guī)劃和建筑界逐漸意識到景觀與城市融合的重要性，提出“田園城市”和“生態(tài)城市”等理念[2]。中國古代“天人合一”的理念為景觀融合提供了現(xiàn)實基礎(chǔ)[3-4]，綠色城市、低碳城市和海綿城市等理念的相繼出現(xiàn)，為景觀與城市的融合提供了理論支持。

建設(shè)用地適宜性評價是城鄉(xiāng)規(guī)劃的一項重要基礎(chǔ)性工作：確定土地最適宜用途、調(diào)控景觀與城市的關(guān)系，以及實現(xiàn)城市生態(tài)文明建設(shè)[5-7]。景觀設(shè)計應(yīng)提前于用地設(shè)計，特別是在生態(tài)脆弱、景觀豐富的山地城市[8-9]，在城鄉(xiāng)規(guī)劃和建設(shè)之前，應(yīng)優(yōu)先識別和保護景觀安全格局、景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[10]，適應(yīng)性地選擇城市建設(shè)用地[11-12]，促進景觀與城市的融合[13]。

基于此，本文提出景觀融合視角下的建設(shè)用地適宜性評價，在已有的建設(shè)用地適宜性評價基礎(chǔ)上，導(dǎo)入城市景觀融合的分析和評價內(nèi)容，從“消極”和“積極”2個方面構(gòu)建建設(shè)用地評價方法，減少景觀災(zāi)害影響，推進景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)化[14]。以重慶市唐家沱片區(qū)為例，探索實踐應(yīng)用中的影響因子體系構(gòu)建和綜合評價。

1 景觀融合視角下建設(shè)用地適宜性評價的方法構(gòu)建

景觀融合對建設(shè)用地的影響主要體現(xiàn)在景觀要素對城市建設(shè)安全、城市生態(tài)環(huán)境保護的影響等方面[15]，可分為2個評價路徑：1)減少地震、沖溝等景觀災(zāi)害的影響[16]；2)推進山水景觀廊道、歷史文化景觀等景觀資源的網(wǎng)絡(luò)化[17-18]?；诖耍疚膹木坝^融合對建設(shè)用地的消極影響和積極影響2個方面出發(fā)，分別開展現(xiàn)狀分析和評價因子體系構(gòu)建：消極影響層面，進行景觀風(fēng)險疊加分析；積極影響層面，進行景觀資源品質(zhì)分析。

1.1 消極影響：景觀風(fēng)險疊加分析

現(xiàn)狀景觀對建設(shè)用地存在消極影響，通過景觀風(fēng)險疊加分析，明確評價單元的用地適宜度，包括自然景觀災(zāi)害分析和人工景觀災(zāi)害分析(表1)。

自然景觀災(zāi)害風(fēng)險來源于地質(zhì)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害[19-21]；人工景觀災(zāi)害風(fēng)險來源于交通設(shè)施、危險品倉庫和有害市政設(shè)施[22]。國家相關(guān)法律法規(guī)對人工景觀災(zāi)害的預(yù)防有明確的規(guī)定[23]，在實際應(yīng)用時，應(yīng)遵從當?shù)叵嚓P(guān)規(guī)劃管理條例適當調(diào)整。

在景觀風(fēng)險疊加分析的基礎(chǔ)上，將景觀風(fēng)險因子分為5個子系統(tǒng)、6個一級指標及20個二級指標，用適宜、較適宜、較不適宜和不適宜4類適宜度對各個因子進行建設(shè)用地適宜性評價(表2)。

1.2 積極影響：景觀資源品質(zhì)分析

現(xiàn)狀景觀對建設(shè)用地存在積極影響，通過景觀資源分析，明確評價單元的用地適宜度，包括自然景觀資源和人工景觀資源[27-28](表3)。自然景觀資源包括河流水系資源和自然生態(tài)資源，如草場、濕地、生態(tài)走廊和有機農(nóng)莊等[29-30]，滿足居民對新鮮空氣、游憩等生態(tài)服務(wù)的需求[31]；人工景觀資源包括城市景觀、工程景觀、旅游地景觀[32-33]和風(fēng)景園林景觀，兼具經(jīng)濟性、文化性和功能性等價值[34]。景觀資源的保留為構(gòu)建景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提供支持[35]。

在景觀資源品質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，將景觀資源因子分為6個子系統(tǒng)、15個一級指標及32個二級指標，用適宜、較適宜、較不適宜和不適宜4類適宜度對各個因子進行建設(shè)用地適宜性評價(表4)。

表1 消極影響分析

表2 景觀風(fēng)險因子評價

表3 積極影響分析

1.3 方案確定：用地適宜性綜合評價

建設(shè)用地適宜性綜合評價多采用基于GIS的多層次疊加分析法[43-44]，在此基礎(chǔ)上的權(quán)重處理方法有：1)主觀賦權(quán)法，如專家打分法[21]、層次分析法(AHP)[22，25]、主成分分析法、層次分析法等[45]；2)客觀賦權(quán)法，如隨機數(shù)學(xué)方法、模糊數(shù)學(xué)方法、灰色系統(tǒng)方法等[46]；3)人工智能賦權(quán)法，如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測法[47]2[48]5、遺傳法等[49]。其中，主觀賦權(quán)法受人為因素影響較大[50]，而客觀賦權(quán)法雖避免了人為因素的影響，但缺乏主觀信息的支持[51]。因此本文選擇人工智能賦權(quán)法中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測法進行權(quán)重分析，避免人為因素干擾的同時又能從實際數(shù)據(jù)中反應(yīng)主觀信息[47]7[48]12[52]。

綜上，筆者將建設(shè)用地適宜性評價指標體系分為景觀風(fēng)險要素體系和景觀資源要素體系，通過BP網(wǎng)絡(luò)模型計算出各要素的權(quán)重，在GIS層次疊加分析的基礎(chǔ)上，得出景觀融合視角下建設(shè)用地適宜性評價的最終結(jié)果(圖1)。

圖1 景觀融合視角下建設(shè)用地適宜性評價方法(作者繪)

2 景觀融合視角下建設(shè)用地適宜性評價的實踐探索

以重慶市唐家沱片區(qū)為例，對景觀融合視角下的建設(shè)用地適宜性評價方法進行實踐探索，包括景觀風(fēng)險疊加評價、景觀資源品質(zhì)評價和建設(shè)用地適宜性綜合評價。

2.1 景觀風(fēng)險疊加評價

將唐家沱片區(qū)的自然和人工景觀風(fēng)險進行疊加，分別對地質(zhì)災(zāi)害、洪澇災(zāi)害、交通設(shè)施風(fēng)險和有害市政設(shè)施進行建設(shè)用地適宜性評價。

地質(zhì)災(zāi)害評價：規(guī)劃區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要影響因素為坡度，按照坡度大小進行建設(shè)用地適宜性評價(圖2)。

表4 景觀資源品質(zhì)因子評價

洪澇災(zāi)害評價：將沿長江185水位線以下設(shè)為不適宜建設(shè)區(qū)，將洪水災(zāi)害程度按10～50年一遇洪水的淹沒范圍進行建設(shè)用地適宜性評價(圖2)。

交通設(shè)施評價：規(guī)劃區(qū)內(nèi)有渝懷鐵路復(fù)線、渝利鐵路、渝長快速路和海爾路快速路穿過，沿鐵路及道路設(shè)置不同規(guī)格的防護綠地，并根據(jù)距道路交通設(shè)施的距離進行建設(shè)用地適宜性評價(圖3)。

有害市政設(shè)施評價：規(guī)劃區(qū)內(nèi)有高壓線走廊、黑石子垃圾處理場，以及唐家沱污水處理站，按照相關(guān)規(guī)定設(shè)置防護綠地，并根據(jù)距市政設(shè)施的距離進行建設(shè)用地適宜性評價(圖3)。

2.2 景觀資源品質(zhì)評價

將唐家沱片區(qū)的河流水系、自然生態(tài)、城市景觀、工程景觀、旅游地和風(fēng)景園林等景觀資源進行建設(shè)用地適宜性評價。

河流水系資源評價：規(guī)劃區(qū)南臨長江，內(nèi)有棟梁河、雙溪河，將周邊用地按照距河流的距離進行建設(shè)用地適宜性評價(圖4)。

自然生態(tài)資源評價：棟梁河、鐵山坪山腳植被豐富，且有零星的農(nóng)耕地分布，按面積大小進行建設(shè)用地適宜性評價(圖4)。

城市景觀資源評價：唐家沱老城區(qū)等現(xiàn)狀建設(shè)用地，以及已發(fā)件、土地儲備、已發(fā)公示函等共979hm2建設(shè)用地，根據(jù)其景觀品質(zhì)進行建設(shè)用地適宜性評價(圖5)。

工程景觀資源評價：規(guī)劃區(qū)內(nèi)有東風(fēng)造船廠、唐家沱鐵路貨站、污水處理廠等景觀因子，根據(jù)其景觀品質(zhì)進行建設(shè)用地適宜性評價(圖5)。

旅游地資源評價：規(guī)劃區(qū)內(nèi)有寸灘老街、唐家沱老街、盧作孚民生船廠、英國亞細亞石油公司舊址等歷史文化資源，根據(jù)其景觀品質(zhì)進行建設(shè)用地適宜性評價(圖6)。

風(fēng)景園林資源評價：規(guī)劃區(qū)內(nèi)有鐵山坪森林公園、朝陽河社區(qū)公園等風(fēng)景園林景觀，根據(jù)其景觀品質(zhì)進行建設(shè)用地適宜性評價(圖6)。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害景觀風(fēng)險因子分析

圖3 交通設(shè)施和有害市政設(shè)施景觀風(fēng)險因子分析

圖4 河流水系和自然生態(tài)景觀資源因子分析

圖5 城市和工程景觀資源因子分析

2.3 建設(shè)用地適宜性綜合評價

通過唐家沱片區(qū)的景觀風(fēng)險和景觀資源評價，得出影響建設(shè)用地適宜性的相關(guān)數(shù)據(jù)。本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測法進行賦權(quán)分析，主要包括以下3個步驟。

2.3.1 BP網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練樣本選擇與擴充

樣本的選擇是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)[47]2，將建設(shè)用地適宜性評價BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的期望輸出值設(shè)置在0～1，其中1為適宜建設(shè)用地，0.50～0.75為較適宜建設(shè)用地，0.25～0.50為較不適宜建設(shè)用地，0～0.25為不適宜建設(shè)用地，構(gòu)成4組樣本數(shù)據(jù)(表5)。由于每個景觀要素的評價等級只有4個，樣本數(shù)量較少，網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)“過擬合”現(xiàn)象[23]，因此對樣本進行擴充。在每級標準值之間運用克里金線性插值函數(shù)再生成99組樣本數(shù)據(jù)[47]54，共有400組樣本數(shù)據(jù)用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，以提高BP網(wǎng)絡(luò)模型的精確性和適用性。

2.3.2 建設(shè)用地適宜性評價BP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

通過指數(shù)的數(shù)據(jù)特點和BP網(wǎng)絡(luò)模型實際需要，得出唐家沱片區(qū)建設(shè)用地適宜性評價模型由3層BP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)成。由于唐家沱景觀融合視角下建設(shè)用地適宜性指數(shù)的輸出在(0，1)之間，確定中間層選擇Logist函數(shù)，輸出層均采用學(xué)習(xí)速度較快的雙曲正切Tansig函數(shù)作為本次的學(xué)習(xí)算法[22]。

2.3.3 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與仿真

將BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)集設(shè)為Pi，目標數(shù)據(jù)集設(shè)為Ti。在網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練前，對Pi和Ti進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，使Pi和Ti的數(shù)據(jù)相對應(yīng)；對Pi進行無量綱化(公式1)，以提高網(wǎng)絡(luò)收斂速度。

式中，x0為初始指標值；xmin為最小指標值；xmax為最大指標值；xt為標準化后的指標值。將無量綱化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入MatlabR2010b軟件進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，完成網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練(圖7)。

對樣本訓(xùn)練的誤差進行分析，數(shù)據(jù)的絕對誤差最小值為-0.59×10-4，最大值為0.76×10-4，相對誤差的最小值為-7.48%，最大值為7.03%，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練模型精度較高。通過相關(guān)性分析，訓(xùn)練樣本的期望輸出值與實際訓(xùn)練結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R為0.99×10-4，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)具有極強的相關(guān)性和微弱偏差。結(jié)果表明，訓(xùn)練后的BP網(wǎng)絡(luò)能夠進行建設(shè)用地適宜性評價的仿真應(yīng)用。

表5 唐家沱片區(qū)建設(shè)用地適宜性評價BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本

圖6 旅游地和風(fēng)景園林景觀資源因子分析

圖7 BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差曲線(作者繪)

圖8 唐家沱用地適宜性評價結(jié)果

圖9 用地適宜性與景觀融合因子的關(guān)系(作者繪)

圖10 唐家沱土地利用規(guī)劃

2.4 結(jié)果分析

規(guī)劃區(qū)總面積2 433.30hm2，運用訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)模型進行網(wǎng)絡(luò)仿真，得出各景觀因子的權(quán)重，通過GIS疊加得出建設(shè)用地適宜性評價結(jié)果(圖8)，并提出規(guī)劃建議(圖9、10)。

適宜建設(shè)區(qū)共1 421.76hm2，占總面積的58.43%，受城市景觀資源影響最大，其中76.42%的用地沿城市現(xiàn)有建設(shè)用地分布。規(guī)劃設(shè)計采用緊湊高密度開發(fā)[53]，利用組團式的用地布局與自然景觀結(jié)合的方式，注重景觀廊道的打造。

較適宜建設(shè)區(qū)共282.43hm2，占總面積的11.61%，受工程景觀資源和旅游地資源的影響較大，其中84.11%的用地沿東風(fēng)造船廠、江北鐵路客技站、唐家沱鐵路貨站、物流倉儲、唐家沱污水處理廠、寸灘老街，以及唐家沱老街等分布。規(guī)劃設(shè)計時，在保留原有價值景觀的同時對其進行提檔升級，在寸灘老街和唐家沱老街周邊增設(shè)商業(yè)服務(wù)設(shè)施、文化設(shè)施及公共設(shè)施等用地，達到提升景觀影響度的目的。

較不適宜建設(shè)區(qū)共306.59hm2，占總面積的12.60%，受地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險、有害市政設(shè)施風(fēng)險、自然生態(tài)資源和風(fēng)景園林資源的影響較大，其中72.34%的用地沿地形坡度較大區(qū)域、高壓電線、污水處理廠、自然生態(tài)較好區(qū)域，以及公園分布。在規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)少量配置城鎮(zhèn)建設(shè)用地，大部分作為公共綠地和生產(chǎn)綠地使用，這些用地在規(guī)劃中起到生態(tài)隔離的作用，成為緊湊城市發(fā)展的綠化基底，同時也是居民游憩、健身的重要場所。

不適宜建設(shè)區(qū)共422.53hm2，占總面積的17.36%，受道路交通景觀的影響最大，其次受洪澇災(zāi)害風(fēng)險和河流水系資源的影響，其中84.11%的用地沿河流和道路交通分布。在規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)充分保留這部分用地，打造為生態(tài)綠化走廊，不僅能緩解山地城市的人地矛盾，還能保留山水景觀格局。

3 結(jié)語

在景觀融合視角下，從景觀風(fēng)險與景觀資源2個方面構(gòu)建建設(shè)用地適宜性評價理論框架，為建設(shè)用地適宜性評價提供新方法。從景觀融合的積極影響和消極影響2個方面構(gòu)建指標體系，通過BP網(wǎng)絡(luò)模型來確定不同景觀評價單元的權(quán)重，更科學(xué)地判定建設(shè)用地適宜性。根據(jù)評價結(jié)果提出集約用地的同時，優(yōu)化城市景觀網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建議。

建設(shè)用地適宜性評價是城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)的重要基石，具有較強的實用性和在地性，同時還具有一定的規(guī)律性和復(fù)雜性。本文在樣本數(shù)量、分析精度上尚存局限，未來擬拓展研究區(qū)域廣度、增加樣本數(shù)量、細化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型函數(shù)和訓(xùn)練參數(shù)，以提升在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的實用性。

注：文中圖片除注明外，均改繪自唐家沱城市設(shè)計項目組。