基于GIS青神县城市空间扩展生态性研究

2016-10-21杜珂磊

资源节约与环保 2016年9期

关键词：青神县控制线缓冲区

杜珂磊

（成都理工大学地球科学学院四川成都610059）

基于GIS青神县城市空间扩展生态性研究

杜珂磊

（成都理工大学地球科学学院四川成都610059）

近年来，随着经济的高速发展，城市规模也相应的不断扩大，大片农田被开垦，造成城市对生态环境的冲击愈来愈严重，使得城市发展和环境间的矛盾日益激烈。因此充分认识到环境生态因子对协调城市扩展的重要性，近而缓解城市发展面临的生态资源压力。提出以眉山市青神县为例，通过监督分类提取遥感图像的有用讯息，在ArcGIS的支撑下，创立城市生态控制线发展模型，获得生态约束下城市发展的相关数据，为城市的规划和促进城市的健康均衡发展供应科学依据。

生态控制线模型；监督分类；城市发展；ArcGIS

城市是人类经济、政治和社会活动聚合在一起的地理实体，伴随着人口快速增长聚集，经济的持续发展，城市化进程的不断加快，进而带动了日益明显的城市外延式扩展，必然会造成大量优质的耕地、林地、水塘等资源被侵占，会给都市的环境生态带来必然的负面影响。为防止城市毫无规律的扩张，保护城市的生态格局，实现城市的科学可持续发展，对城市扩展进行生态性研究，设置城市发展生态性控制线，能有效地把控城市扩展对土地资源的利用情况，了解在生态控制线约束下违规用地情况，有利于指导今后的开发治理规划。作者通过钻研大量的关于生态都市建设、城市空间扩展和生态控制线划定等基本理论学问，进一步探讨了制定都市生态控制线对城市扩展的重要性和必要性，并以眉山市青神县为研究区域，通过对该区域遥感影像进行预处理和分类处理手段，提取有用用地信息，在ArcGIS平台下探讨了基本生态控制线的划定路线和方法，建立起城市生态控制线模型，为城市创新探索新的健康发展道路提供强有力的理论支撑。

1　研究区域概况

1.1研究区概况及数据

研究区为青神县，附属于四川省眉山市。位于成都平原西南部，地处东经103°41ˊ～103°59ˊ，北纬29°42ˊ30"～29° 55ˊ33"之间。北邻东坡区，南接乐山，西与峨眉交界，地理位置优越。现青神县总面积386km 2，常住人口197029人，境内气候温和，雨量充足，四序分明。

所使用的数据为2014年8月13日成像的云量为3.74%的LANDSAT 8遥感影像和青神县行政界线等GIS数据。在该时间段影像云量少，为城市及其他地类的提取提供了有利条件。

1.2生态控制线的划定依据

城市基础生态控制线的制定主要依据相关法令、律例和规范中明确规定被保护的土地，以及已经采纳的城市规划和海内外有关生态都市的建设标准。

法令律例方面，主要包含土地管理法、环境保护法、森林法、水法、基本农田保护条例、规划法等环境保护准则。城市规划方面，主要是参考深圳市1996-2010年做的城市总体规划、1997-2010年土地利用规划以及2003-2005年经济建设规划和绿地系统规划等。建设标准方面，主要依据联合国相关组织和《深圳市城市规划标准与准则》等提出的生态都市的建设指标。

1.3生态控制线的划定范围

生态控制线内土地具体由以下几类土地叠合而成：一级水源保护区、风景名胜区、自然保护区、集中成片的基本农田保护区、森林及郊野公园；坡度大于25%的山地以及特区内海拔超过50m、特区外海拔超过80m的高地；主干河流、水库及湿地；维护生态完整性的生态廊道和绿地；岛屿和具有生态保护价值的海滨陆域；其他需要进行生态控制的区域［2］。

2　技术方法

基于GIS平台下青神县生态控制下城市扩展模型的建立技术方法路线：（1）对LANDSAT 8遥感影像进行预处理，主要包括数据的波段融合、几何校正、图像增强等处理，然后对其进行监督分类，明确各类别所代表的地类。（2）对分类后的图像导入ArcGIS中，运用软件空间分析工具中的属性提取工具提取归并各因子。（3）运用缓冲区分析建立生态控制线模型。（4）总体模型的建立。技术路线图如图1所示。

图1　技术流程

3　生态控制模型的建立

3.1遥感影像处理

本文对遥感图像的处理采取的是ENVI5.0软件，通过波段融合处理提高影像空间分辨率达到15m，再通过543多波段组合，对影像进行几何校正和图像增强处理，然后通过行政界线裁剪得到研究区图像。最后进行监督分类和人工目视解译调整的步骤获得分类后图像，分类精度达到93.86%，Kappa系数为0.916，其分类图如图2所示。

图2　研究区分类结果图

3.2生态控制线下城市扩展模型建立过程

3.2.1因子提取

城市基本生态控制线模型约束下的土地类型主要由国内相关的法令，律例和规范中明文规定必须保护的土地构成，其余小部分则是由城市规划中确定的为维持城市结构完整性和布局合理性的需求加以控制的土地构成。本文以监督分类后的青神县城市用地分布图为数据源，利用ArcGIS软件中空间数据处理与分析工具扩展模块中的数据提取工具，进行因子的提取。按照实际需要选择提取工具中的属性提取工具，并对各个字段进行归并处理以及写出提取的SQL表达式，提取出各个因子。在ArcGIS中构建因子提取模型的流程图如图3所示。

图3　因子提取模型

3.2.2生态控制线划定模型建立

根据有关法律法规青神县地区的生态因子主要是耕地、水域、林地以及交通建设用地、滩涂构成的其他用地类型。本文中对这4类生态因子采用缓冲区分析，其后将分析后的图层聚合得到生态控制线内的地域。同时在对这4类生态因子进行缓冲区分析之前，需要对属性提取出的生态因子栅格数据的边界进行平滑处理，如此可以有效地除去数据中的少许椒盐噪音；然后用转换工具将这些栅格数据转换成矢量多边形数据。具体的生态控制线制定模型建立流程图如图4所示。

（1）缓冲区分析。缓冲区分析是包含对点、线、面这一类或一组的地图要素根据设置的距离条件，环绕其要素组成的具有一定缓冲区的多边形实体，进而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区是能影响范围或者服务范围在尺度上表示的一种地理空间指标。以数学的眼光来看，缓冲区是对指定的空间目标或者集合后来获取它们的领域，邻域的半径或缓冲区创立条件决定了邻域的大小，所以对待要进行研究的对象A，它的缓冲区可以定义为：

式中：d通常是指欧式距离，还可以指其他的距离，r代表的是领域的半径或者缓冲区创立的条件。

本文通过大量深入的研究，设计确定的各生态因子的缓冲区距离分别是：耕地缓冲区的距离为4m，林地的缓冲区距离为5m，水体的缓冲区距离是5m，其他用地的缓冲区距离为7m。缓冲区距离确定后，通过ArcGIS软件中的空间分析工具下的距离分析工具实现欧氏距离的计算。

（2）图层合并。对缓冲区分析后输出的4类要素进行图层间的合并，来保持自输入地图和叠加地图的全部地图要素。在ArcGIS软件中该操作是通过分析工具下叠加分析中的Uni on工具，及联合工具来实现图层的合并。得到生态控制线下区域模型图，如图5所示。

图4　生态控制线划定模型建立过程流程图

3.2.3总体模型的建立

总体模型是在以上子模型基础上创立，具体由因子模型提取获得城市因子和4个生态因子，再由生态因子的生态控制线划定模型获得生态控制线约束下的地域和城市因子得到的无生态约束下的城市扩展；然后通过擦除工具得到总体模型，即是生态控制线约束内的城市扩展模型。具体操作过程是在Arctoolbox工具栏里的Overlay工具下的Erase（擦除）工具来实现，将无生态控制下的城市扩展模型设置为输入要素，生态控制线内的地域设为擦除要素，运行Erase分析工具得到生态控制线内的城市扩展模型。该总体模型还能得到无生态约束下的被占用生态区域图，同时可以进行生态约束下和无生态约束下城市扩展情况对比研究，计算出2014年青神县无生态约束下城市扩展面积为20.51km2，生态控制下的城市扩展面积为16.46km2，破坏的生态区域面积为4.05km2。无生态控制线下的城市扩展图如图6所示，总体模型的结果图如图7所示，被占用生态区域如图8所示。

图5　生态控制线下区域划定模型结果图

图6　无生态约束下的城市扩展示意图图

图7　生态控制线下的城市扩展图

4　结语

本文详细的论述了在ArcGIS软件支持下，对青神县生态控制线约束内城市扩展模型的建模过程，通过该模型的确立获得了无生态控制线下的城市扩展图、生态控制线下的城市扩展图、生态控制线内地域图、生态控制线下占用地域图以及相关数据，在一定程度上达到了预期效果，为青神县进一步的深入研究和城市规划建设提供支撑和服务。参考文献