基于GIS和RS技术的城市河流廊道对景观格局的影响

张健,申浩



基于GIS和RS技术的城市河流廊道对景观格局的影响

张健1,申浩2

1. 西华大学土木建筑与环境学院, 四川 成都 610031 2. 西南交通大学建筑与设计学院, 四川 成都 610031

本文基于GIS和RS技术，采用灰色关联分析方法，对成都市中心城区1984年、1996年、2009年、2015年的卫星影像数据进行分析，建构城市景观格局的分析模型，以探索城市河流廊道自身因素对城市景观格局的影响与机制。

河流廊道; 城市景观; GIS; RS

一般城市主要有高大建筑，城内河道，以及各种街道组成。城市中各种元素共同构成特殊的“生态系统”，该生态系统主要作用是为满足人类生活、生产的顺利[1]，所有构成城市景观的板块或元素在空间上的分布就是城市景观格局[2]。城市河流廊道作为城市中重要的景观组成元素，为城市整体面貌的构成起到重要作用，这些基础性的景观元素直接为城市的景观建设起到一定引导作用，且对城市景观格局有重要影响[3]。深入探寻城市河流廊道对城市景观格局影响的内在机制，对于寻求提升城市景观品质与人居环境质量的理论方法与实践途径具有深厚的学术价值与社会意义。

1 研究区域概况及数据来源

1.1 研究区域概况

作为四川省省会的成都市，现已被列为国家中心城市，地理位置坐落于四川中心，成都平原偏东方向。本文选取成都市核心区为研究对象，面积约为37 km2。成都市将于较少，气候温和，属典型亚热带季风气候[4]。

1.2 数据来源

遥感数据取自国际科学数据服务平台网站，从中提取出成都市1984年、1996年、2009年以及2015年的TM/ETM遥感影像，进而基于ArcGIS9.3技术平台，采用IDRISI15.0、ENVI4.7等遥感影像处理及分析软件对所得数据进行图像解译与进一步分析处理，形成研究区的1984年、1996年、2009年以及2015年景观类型分布图。

2 研究方法

城市生存基础环境为河流廊道，因此河流廊道的形成与城市的发展密切相关，城市景观格局主要有河流廊道来决定[5]。河流廊道对城市所起的作用主要依赖其自身构成的物质。城市景观格局的形成前提是要满足城市基础功能，且还要变现出特定功能性特征与生态性特征的景观系统[13]。

对河流廊道与城市格局形成关系分析中使用灰色关联数学法，对城市景观格局形成中的“因”与“果”进行特定的关联性分析，进而构建河流廊道与城市景观格局二者的分析模型，进而研究出二者之间存在的联系。

2.1 研究视角

城市中河流廊道的长短不一，在本研究中选取较长河道，并对其进行分段。将选取的河道研究对象分成0~1000 m、1000~2000 m、2000~3000 m三个子区域，分别对其进行研究。

2.2 城市河流廊道形态指标

在对其二者进行研究的过程中，对成都市的河流廊道的情况进行深入研究，并在查阅前人研究结果，对河流廊道的特征进行探讨，对研究中的无用因素给予排除。例如水体落差高度、河流廊道中水流速度等。把水面体积与河流长度，以及河流实际宽度和河流形态者四方面作为研究对象，利用上述四个指标的研究结果分析影响城市河流廊道特征的物质因素。

2.3 城市景观格局指标

组成城市景观的因素众多，但这些组成因素也从各个方面反映了城市功能，也就是各类景观的详细分布，仔细观察城市中各种景观的分布具有一定规律，且景观与景观分布的面积成一定比例。对成都市景观分布进行调查，可以知道其景观分类主要为以下四种类型：（1）较常见的绿地景观；（2）商业服务型景观；（3）工业景观；（4）居住景观。

2.4 灰色关联分析法

2.4.1 确定分析数列将该分析数列中参考数列设为：={()|=1,2,Λ,}；其中用于对比的比较数列设为：X={X()|=1,2,Λ,}，=1,2,Λ,。

2.4.2 变量的无量纲化

2.4.3 计算关联系数关联系数0()与x()的计算方式如下：记作D()=|()-x()|，则Î(0,¥)，分辨力与值成反比，为上述公式中的分辨系数，在实际计算中一般把设在0到1之间，但该取值规则并不固定，应视具体情况具体分析。当0.5463时，其分辨率处于最佳状态，一般此时值为0.5。

2.4.4 计算关联度在计算数据关联度是将每个时刻取得的值几种在一起，通俗的说就是去这些值的平均值，将计算结果作为研究数列与参考数列的数量状态。该分析过程使用的关联度公式如下：

2.4.5 关联度排序比较数据间关联度，主要依靠比较数据间的大小进行排序，若得出的结果为1小于2，则两列数据间关联程度较高，即相似度较高。

以上数列（参考数列；研究数列）的关联系数的平均值，即可用来表示该数列的关联度。

3 成都市河网周边城市景观格局特征分析

3.1 1984年河网周边城市景观格局特征分析

商业景观一般居于临河区域，居住景观在从近河向远河扩散的过程中居住景观逐渐减少，所以有河道附近到距离河道较远处，商业用地的比例逐渐减少。者也就表明距离河道较近处的工业发展也较快速，距离河道越远，工业程度越低。该现象也说明距离河道较近的土地绿化程度较高，但距离河道较远之处，绿化面积较少。

3.2 1996年成都市河网周边城市景观格局特征分析

从临河向市区腹地扩张，居住景观所占比例先迅速爬升再逐步下降。工业、商业服务、绿地等景观类型则多集中于河边，但距离河道较远处上述景观占比逐渐减少。

3.3 2009年成都市河网周围城市景观格局特征分析

商业服务、居住景观在由临河地区向城市腹地扩张的过程中其趋势均为先增高再下降；在这一过程中，伴随着的是工业景观的占比逐步升高。反方向上，随着用地逐步贴近河流，绿地景观表现出对河流明显的向心力，但外层陆地占比相对较低。

图 4 1984、1996、2009、2015成都城市河网周边用地性质图

3.4 2015年成都市河网周围城市景观格局特征分析

与2009年不同，从临河区域延伸向城市腹地，居住、商业服务以及工业景观均表现为先逐步降低，再逐级升高。绿地则由之前的集中于河边，逐步开始向腹地扩张。

4 成都市河流廊道对城市景观格局影响的关联分析

表5 景观格局指数所选指标与河网特征的灰色关联矩阵

对上表进行分析可知，在靠近成都河范围，即距离其1000 m内，对成都景观产生一定影响的主要是以下几种：（1）成都河流廊道的宽度、面积；（2）成都河流廊道形态指数的高低；（3）河流廊道的总长度。在距离成都河网1000~2000 m之间，上述四个方面依然是影响景观格局的主要原因，只是对城市景观影响的大小排列顺序发生了变化，河流廊道面积影响最大，然后为河流长度、面积、宽度，最后为形态指数。在距离成都市河网2000~3000 m之间的区域，对其影响大小顺序为河流廊道宽度、长度、面积、河流廊道形态指数。

5 结论与讨论

河流廊道对城市景观有一定影响，在1984年影响力最大，对各景观的吸引力也最大。在这一改革开放初期城市快速发展的时间段里，居住、绿地、商业服务以及工业景观均混布于临河地段，城市发展呈现明显的单圈层结构。至1996年时，城市景观越来越靠近城市河道，各类城市景观的区域面积与其距离城市河道的距离成正比。到2009年，河流廊道对各景观的吸引力在逐步下降，周边区域的景观结构也发生变化，从之前的三圈层结构转变为单圈层结构。单层结构主要以居住、商业、工业、绿地四方面为主，且其中居住城市景观所占比例最高。单层景观持续6年左右，也就是到2015年，城市河流区域间的城市景观又发生较大变化，朝更复杂化发展，但城市景观的主导者还为居住，商业、工业、绿地者三种景观占次要地位。该时期经济结构转变为三圈层。

[1] 王如松.高效、和谐：城市生态调控原理与方法[M].长沙:湖南大学出版社,1998

[2] 杨馥.基于复杂性理论的城市生态系统评价与规划[D].长沙:湖南大学,2008

[3] Taaffe, EJ, Gauthier HL. Geography of Transportation[M]. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1973

[4] Lyon LJ. Road density models describing habitat effectiveness for elk[J]. Journal of Forestry, 1983,81(9):592-613

[5] Plantytabacchi AM, Tabacchi E, Naiman RJ,Invasibility of species-rich communities in riparian zones[J]. Conservation Biology, 1996,10(2):598-607

The Influence of Urban River Corridors on Landscape Pattern Based on GIS and RS Technology

ZHANG Jian1, SHEN Hao2

1.610031,2.610031,

This paper took Grey Correlation Analysis method to analyze the satellite image data in central areas of Chengdu City in 1984 a, 1996 a, 2009 a and 2015 a based on GIS and RS technology, and establish the model of urban landscape pattern in order to explore the effect and mechanism of urban river corridors on landscape pattern.

River corridor; urban landscape; GIS; RS

[TU984.11+5]

A

1000-2324(2018)05-0769-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.05.008

2017-10-12

2017-12-23

基于复杂系统理论的城市河流廊道对城市景观格局的影响机制研究(51608449)

张健(1987-),男,博士,讲师,主要从事城市景观与河流景观教学与研究. E-mail:flopink@foxmail.com