CN102663526A - 一种城乡生态规划的生态等级空间分区规划控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用生态等级空间进行定量化分区的方法，包括以下步骤：在目标区域，对地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子进行调查、勘测；用层次分析法确定地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子的权重值；用GIS将地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子互相叠加合并；对地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子加权平均得到地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图；将地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图作唯一化处理后进行归并处理，得到生态等级空间，从而完成对目标区域进行定量化分区。

Description

一种城乡生态规划的生态等级空间分区规划控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用生态等级空间进行定量化分区的方法。

背景技术

城乡生态规划是针对城市规划专业技术体系的生态规划。城乡生态规划的生态等级空间分区的规划控制方法是城乡生态规划特别针对城市规划专业技术体系的一种空间生态控制方法。

因为，城市不同等级分区的生态价值作用不但形生态价值差异，也形成生态功能差异；而城市周边自然生态保护系统基于自然系统而定，相同等级分区具有趋同生态价值作用。

现有技术方案的缺陷：依据国家环保总局发布的《生态功能区划技术暂行规程》，生态功能分区是依据区域生态环境敏感性、生态服务功能重要性以及生态环境特征的相似性和差异性而进行的地理空间分区。该分区针对全国区域范围制定区划依据并进行分区等级。生态功能区划分区系统分三个等级。为了满足宏观指导与分级管理的需要，必须对自然区域开展分级区划。首先从宏观上以自然气候、地理特点划分自然生态区；然后根据生态系统类型与生态系统服务功能类型划分生态亚区；最后根据生态服务功能重要性、生态环境敏感性与生态环境问题划分生态功能区。

城市是以上区划中与人类活动关系最密切，城市与自然的边界也是最重要的。仅有生态功能区划分区系统还无法将综合生态分析的结果用于城市规划的技术体系。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用生态等级空间进行定量化分区的方法。

根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，包括以下步骤：步骤S100，在目标区域，针对地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子进行调查、勘测，建立类因子库；步骤S200，用层次分析法确定地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子的权重值；步骤S 300，用GIS将所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子互相叠加合并；步骤S400，对所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子加权平均得到地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图；步骤S500，将地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图作唯一化处理后进行归并处理，得到生态等级空间，从而完成对目标区域进行定量化分区。

根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，通过对拟规划区域生态价值、生态能力和生态存续状态的客观存在进行分析，针对拟进行城市建设的区域及其周边区域进行采取GIS(地理信息技术)将目标区域划分为不用的生态等级空间，从而为目标区域配置了既满足生态功能需要，又符合城市的人居建设需求的空间类型。

另外，根据本发明上述实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述步骤S200包括，步骤S201，比较n个生态单因子yz＝(yz₁，yz₂，...yz_n)对目标zz的影响，从而确定在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij，用数字1～9及其倒数作为标度，按下表所示生态承载单因子得到权重值，

判断值	比较关系	强烈程度
			1	Yi＝Yj	相等
3	Yi＞∞Yj	Yi稍好于Yj
			5	Yi＞＞Yj	Yi明显好于Yj
7	Yi＞＞＞Yj	Yi比Yj好得多
			9	Yi＞Yj	Yi极端好于Yj
1/3	Yi＜Yj	Yi稍次于Yj
			1/5	Yi＜＜Yj	Yi明显次于Yj
1/7	Yi＜＜＜Yj	Yi比Yj次得多
			1/9	Yi＜∞Yj	Yi绝对次于Yj

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间

步骤S202，n个被比较的元素构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.显然，判断矩阵具有性质，

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ a_{n1}& a_{n2}& ...& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0， $a_{\mathrm{ji}}=\frac{1}{a_{\mathrm{ij}}},$ a_ii＝1(i，j＝1，2，...n)

步骤S203，权重系数计算。判断矩阵每一行的乘积Z_i；接着按

公式计算Z_i的n次方根W_i。对向量W_i＝[W₁，W₂...W_n]^T进行归一化计算，得到特征向量，

计算最大特征根λmax： ${\mathrm{\λ}}_{\max }={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\frac{\left(\mathrm{KW}\right)i}{\mathrm{nWi}}$

步骤S204，对得到的每个生态单因子权重值进行一致性检验，检验公式为CI＝(λmax-n)/(n-1)；

步骤S205，获得各个生态承载压力单因子的权重结果w_i的平均值，

且w1+w2+…+wn＝1

其中wi为某一单因子权重，m为计算权重的总数，di是该生态承载压力单因子的某一个权重值。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S400采用公式

${\mathrm{ESU}}^{\mathrm{sui}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i^{\mathrm{sui}}\×W_i^{\mathrm{sui}}$

进行加权平均，其中，ESU^sui--生态适宜性指数；S_i ^sui--生态适宜性类因子特征要素；W_i ^sui--生态适宜性类因子要素相对应的权重值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法的叠加合并示意图；

图3是根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法的面域唯一化处理示意图；和

图4是根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法的的面域归并处理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法。

根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，包括以下步骤：

步骤S100，在目标区域，针对地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子进行调查、勘测，建立类因子库。

具体而言，按地质类、水文水资源类、生物类、土地利用类对城市规划专业产生影响的自然系统进行专业分类，建立生态规划的类因子库，可以如下表所示。

专业类单因子库

根据城市规划专业技术体系的目的和需要和当地特点建立生态规划的四类基础因子：地质类、水文类、植物类、土地利用类因子。气象类与水资源类重复的归于水资源类资源类指除水文类、植物类、土地利用以外的其他资源。

专业类因子数据要求

各专业类数据精度：对应城乡规划的专业技术要求

区域规划、城镇体系规划：1∶100万，1∶50万，1∶30万

城乡总体规划：1∶10万-1∶1万

城市详细规划：1∶5000-1∶500

其它：1∶100-1∶50

步骤S200，用层次分析法确定地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子的权重值。

比较地质类、水文类、植物类、土地利用四类类因子对目标zz(生态适宜性)的影响，从而确定它们在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij。用数字1～9及其倒数作为标度，按下表所示数量化不同适宜性因子的重要值和影响性的区别得到权重值。

权重比较值

判断值	比较关系	强烈程度
			1	Yi＝Yj	相等
3	Yi＞∞Yj	Yi稍好于Yj
			5	Yi＞＞Yj	Yi明显好于Yj

7	Yi＞＞＞Yj	Yi比Yj好得多
			9	Yi＞Yj	Yi极端好于Yj
1/3	Yi＜Yj	Yi稍次于Yj
			1/5	Yi＜＜Yj	Yi明显次于Yj
1/7	Yi＜＜＜Yj	Yi比Yj次得多
			1/9	Yi＜∞Yj	Yi绝对次于Yj

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间

n个被比较的元素构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.显然，判断矩阵具有性质：

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ a_{n1}& a_{n2}& ...& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0，

a_ii＝1(i，j＝1，2，...n)权重系数计算。判断矩阵每一行的乘积Zi；接着按

$\mathrm{Wi}=\frac{\mathrm{Zi}}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Zj}}$

公式计算Zi的n次方根Wi。对向量Wi＝[W1，W2...Wn]T进行归一化计算，得到特征向量。

计算最大特征根λmax： ${\mathrm{\λ}}_{\max }={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\frac{\left(\mathrm{KW}\right)i}{\mathrm{nWi}}$

对得到的生态适宜性分析权重值进行一致性检验。

为了检验判断矩阵的一致性问题，需计算一致性指标CI判断矩阵的一致性还具有随机性，这种随机一致性可用平均随机一致性指标RI表示，RI的值与矩阵的维数大小有关，相对一致性指标CR＝CI/RI。一般认为，当CR≤0.1时，判断矩阵基本符合完全一致性条件；当CR＞0.1时，所给出的判断矩阵是不符合完全一致性条件的，需要进行调整和修正。

CI＝(λmax-n)/(n-1)

获得各类因子的权重结果wi的平均值。

且w1+w2+…+wn＝1

其中wi为某一单因子权重，m为计算权重的总数，di是某类因子的某一个权重值。

步骤S300，用GIS将所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子互相叠加合并。将各个类因子利用GIS地理信息技术相互合并叠加，叠加方式如图2所示，输入的要素分别代表两个不同的类因子，输出的图层保留了两个单因子的所有特征。

步骤S400，对所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子加权平均得到地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图。

也就是说，对各个类因子按以下公式加权平均得到适宜性分析结果，得到地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图。

${\mathrm{ESU}}^{\mathrm{sui}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i^{\mathrm{sui}}\×W_i^{\mathrm{sui}}$

其中，ESU^sui--生态适宜性指数；S_i ^sui--生态适宜性类因子特征要素；W_i ^sui--生态适宜性类因子要素相对应的权重值。

步骤S500，将地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图作唯一化处理后进行归并处理，得到生态等级空间，从而完成对目标区域进行定量化分区。

具体地说，将地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图与生态安全框架技术对接：面域的聚合Arcview的buffer，依次进行向外buffer和向内buffer，反复操作。面域的唯一化处理如图3所示。

生态适宜性分析结果与城市规划的技术体系对接：依据城市总体规划、控制性信息规划和修建性，对聚合后的面域进行归并处理。在ARC GIS中，针对城市规划尺度，选择小于对应面域进行Eliminate操作。

面域归并处理

名称	面域(公顷)
		城市区域战略规划	20
城市总体规划	5
		城市控制性规划	1
城市修建性性规划	0.2

与已有城市规划校核：将已有规划中的不可变地块在ARC GIS中，将现有规划不可变地块与处理后的生态安全框架合并，前者属性优先人工检查，处理不符合城市规划的面域。重复面域的唯一化处理。

针对城市建设用地进行生态建设等级分区，针对城市建设用地意外自然生态保护系统行生态等级分区。

强制正态分布是根据正态分布原理，即俗称的“中间大、两头小”的分布规律，预先确定评价等级以及各等级在总数中所占的百分比，将8、9、10步骤处理后的生态适宜性分析结果进行9级分类，完成生态等级空间的分区图。

数值由小到大分别为：生态等级分区(保护区、保育区、缓冲区、生产区)生态建设等级分区(生态建设一级区、生态建设二级区、生态建设三级区、生态建设四级区、生态建设五级区)

根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，通过对拟规划区域生态价值、生态能力和生态存续状态的客观存在进行分析，针对拟进行城市建设的区域及其周边区域进行采取GIS(地理信息技术)将目标区域划分为不用的生态等级空间，从而为目标区域配置了既满足生态功能需要，又符合城市的人居建设需求的空间类型。通过应用本发明，克服城乡生态规划中无法将生态中和分析准确量化地运用于城市规划专业技术体系的问题。在生态分析结果与城市规划技术体系间搭起了一座桥梁，可以直接指导城市规划建设的。实现了与城市规划技术体系的对接。丰富了城市规划中通过生态评价而实现空间分区规划控制的方法与规划技术手段。

下面以北京市怀柔区为例来简述根据本发明实施例的利用生态等级空间进行定量化分区的方法。

在各地质类因子、水资源类因子、植物类因子、土地利用类因子分析结果基础上，可以建立评价集(见下表)。

生态适宜性分析的类因子构成表

根据各类因子权重分析确定的结果(表5)，确定各类因子的权重变化根据空间分析的目的，对叠加结果进行再处理、聚类，划分出五类用地(5)，根据GIS系统的计算结果，生成针对不同方面的专题图，将计算结果直观的反映在图形中。

各类因子权重评价结果

根据强制正态分布的适宜性评分值，确定综合适宜度分级标准。(表6)

与生态安全框架技术对接进行面域的唯一化处理，并与城市规划的技术体系对接进行面域的唯一化处理。针对城市建设用地进行生态建设等级分区，针对城市建设用地意外自然生态保护系统行生态等级分区。

生态等级分区(保护区、保育区、缓冲区、生产区)主要集中在山区，结构清晰，区域明确，近山的为渤海镇、怀北、雁栖镇的大部分地区，中山为琉璃庙镇大部，远山区自然保护的区域聚积成团，分区明确。

生态建设等级分区(生态建设一级区、生态建设二级区、生态建设三级区、生态建设四级区、生态建设五级区)主要在怀柔平原区域。

针对城市规划提出建议：保护区、保育区为城市规划禁建区，缓冲区与生产区为城市规划的限建区，生态建设一级区、生态建设二级区、生态建设三级区、生态建设四级区、生态建设五级区为城市规划的可建区。

通过应用本发明，克服城乡生态规划中无法将生态中和分析准确量化地运用于城市规划专业技术体系的问题。在生态分析结果与城市规划技术体系间搭起了一座桥梁，可以直接指导城市规划建设的。实现了与城市规划技术体系的对接。丰富了城市规划中通过生态评价而实现空间分区规划控制的方法与规划技术手段。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种利用生态等级空间进行定量化分区的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，在目标区域，针对地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子进行调查、勘测，建立类因子库；

步骤S200，用层次分析法确定地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子的权重值；

步骤S300，用GIS将所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子互相叠加合并；

步骤S400，对所述地质类因子、水文类因子、植物类因子、土地利用类因子加权平均得到地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图；

步骤S500，将地质类因子面域图、水文类因子面域图、植物类因子面域图、土地利用类因子面域图作唯一化处理后进行归并处理，得到生态等级空间，从而完成对目标区域进行定量化分区。

2.根据权利要求1所述的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，其特征在于，所述步骤S200包括，

步骤S201，比较n个生态单因子yz＝(yz₁，yz₂，...yz_n)对目标zz的影响，从而确定在z中所占的比重，每次取两个因素y_i和y_j用a_ij表示y_i与y_j对z的影响程度之比，按1～9的比例标度来度量a_ij，用数字1～9及其倒数作为标度，按下表所示生态承载单因子得到权重值，

  判断值   比较关系   强烈程度   1   Y_i＝Y_j   相等   3   Y_i＞∞Y_j   Y_i稍好于Y_j   5   Y_i＞＞Y_j   Y_i明显好于Y_j   7   Y_i＞＞＞Y_j   Y_i比Y_j好得多   9   Y_i＞Y_j   Y_i极端好于Y_j   1/3   Y_i＜Y_j   Y_i稍次于Y_j   1/5   Y_i＜＜Y_j   Y_i明显次于Y_j   1/7   Y_i＜＜＜Y_j   Y_i比Y_j次得多   1/9   Y_i＜∞Y_j   Y_i绝对次于Y_j

注：2，4，6，8及1/2，1/4，1/6，1/8表示强烈程度在相应相邻等级之间

步骤S202，n个被比较的元素构成一个两两比较(成对比较)的判断矩阵A＝(a_ij)_n×n.显然，判断矩阵具有性质，

$A=\left(\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ a_{n1}& a_{n2}& ...& a_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

a_ij＞0，

a_ii＝1(i，j＝1，2，...n)

步骤S203，权重系数计算。判断矩阵每一行的乘积Z_i；接着按

公式计算Z_i的n次方根W_i。对向量W_i＝[W₁，W₂...W_n]^T进行归一化计算，得到特征向量，

计算最大特征根λmax：c

步骤S204，对得到的每个生态单因子权重值进行一致性检验，检验公式为CI＝(λmax-n)/(n-1)；

步骤S205，获得各个生态承载压力单因子的权重结果w_i的平均值，

且w1+w2+…+wn＝1

其中wi为某一单因子权重，m为计算权重的总数，di是该生态承载压力单因子的某一个权重值。

3.根据权利要求1所述的利用生态等级空间进行定量化分区的方法，其特征在于，所述步骤S400采用公式

${\mathrm{ESU}}^{\mathrm{sui}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i^{\mathrm{sui}}\×W_i^{\mathrm{sui}}$

进行加权平均，其中，ESU^sui--生态适宜性指数；S_i ^sui--生态适宜性类因子特征要素；W_i ^sui--生态适宜性类因子要素相对应的权重值。

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