CN102682202A - 一种城乡生态规划的绿地系统群落规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物生态区域的划分和植物群落配置方法，包括以下步骤：根据目标多个生境因子绘制对应的多个专题地图，将多个专题地图相互叠加得到所述目标区域的植物生境图；确定所述目标区域的各个植物生态区域的划分以得到所述目标区域的植物生态功能分区图；将植物生境图和植物生态功能分区图叠加以得到所述目标区域的植物生态功能属性指标；将所述植物生态功能属性指标与预设的植物群落数据库比较，以所选择的各个植物群落配置到对应的植物生态区域以得到所述目标区域内的植物群落配置图。根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法，可以较为客观地对目标区域的植物生态区域进行划分并对植物群落进行合理配置。

Description

一种城乡生态规划的绿地系统群落规划方法

技术领域

本发明涉及一种植物生态区域的划分和植物群落配置方法。

背景技术

植物群落配置是绿地系统生态规划中分析、研究和配置植物群落的一种空间分析方法。它通过客观评价和分析群落的生存环境，并明确其在城市规划中的生态效益要求，综合分析选择合适的植被类型完成群落规划，从而为每个地块配置了既满足植物生存需要，又符合人居环境功能需求的群落类型。

植物群落配置的过程要求符合自然规律，重视“适地适树”的原则。所谓适地适树，是指立地条件与“树种”(植物)特性相互适应。然而当前，在编制城市绿地系统规划和城市生物多样性规划的群落规划中，“适地适树”的原则过于口号化，往往仅人工列出乡土植物和地带性植被的类型，至于如何落实到每个地块，如何对景观设计具有指导性，目前研究较少。

另外，即使借用植物群落学，应用园林植物模拟自然植被类型营造的人工群落方法，也只是机械地套用自然森林群落的构成来模拟植物配植，而没有从地质、水文、气候等生境角度研究两者是否类同，能否直接借鉴。

因此，在了解乡土植物和地带性植被的基础上，还需分析各类植物的生态习性，适宜的生境。根据不同区域的生态需求，综合考虑来配置群落，从而充分发挥植被的综合生态功能或突出的生态功能。

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可以用数据量化的生态区域的划分和植物群落配置方法。

根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法，包括以下步骤：步骤S100，采集目标区域内植被分布的多个生境因子，根据所述多个生境因子绘制出所述目标区域的与所述多个生境因子一一对应的多个专题地图，将所述多个专题地图相互叠加得到所述目标区域的植物生境图；步骤S200，分析目标区域的基础地理信息和规划现状，总结植被所承担的生态服务功能，用GIS叠加分析确定所述目标区域的各个植物生态区域的划分以得到所述目标区域的植物生态功能分区图；步骤S300，将步骤S100所得到的植物生境图和步骤S200所得到的植物生态功能分区图叠加以得到所述目标区域的植物生态功能属性指标；和步骤S400，将所述植物生态功能属性指标与预设的植物群落数据库比较，以从所述植物群落数据库内选取适合所述各个植物生态区域的各个植物群落且将所选择的各个植物群落配置到对应的植物生态区域以得到所述目标区域内的植物群落配置图，从而完成所述目标区域的植物群落配置。

根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法，通过对目标区域内的各类生境因子进行调查、勘测并进行数据化处理，可以较为客观地对目标区域的植物生态区域进行划分并对植物群落进行合理配置，提高了目标区域的植物群落配置的精确性和有效性，并且效率高，提高了目标区域的规划效果。

另外，根据本发明上述实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置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S100包括：步骤S101，采集所述目标区域内多个生境因子并对所述每个生境因子进行调查分析得到每个所述生境因子的指标数据；步骤S102，将每个所述生境因子的指标数据叠加并数字化，用数字化的结果来代表各个生境因子指标的属性；步骤S103，将每个生境因子的指标数据进行标准化变换，以所述生境因子的个数为n，且每个生境因子包括p项指标(X₁-X_P)，按下式进行标准化转换，

$Z_{\mathrm{ij}}=\frac{x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j}{s_j},$ i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，p

其中 ${\stackrel{\‾}{x}}_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_{\mathrm{ij}}}{n},$ $s_j^2=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j)}^2}{n-1},$ 得到Z的矩阵；

步骤S104，对标准化矩阵Z求相关系数矩阵，来判定系数相关性，

$R={\left[r_{\mathrm{ij}}\right]}_p\mathrm{xp}=\frac{Z^{T}Z}{n-1}$ 其中， $r_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Σ}{z}_{\mathrm{kj}}\·z_{\mathrm{kj}}}{n-1},$ i，j＝1，2，...，p；

步骤S105，按确定m值，对每个λ_j，j＝1，2，...，m，解方程组Rb＝λ_jb得单位特征向量

步骤S106，将标准化后的指标变量转换为成分j＝1，2，...，m，其中，U1称为所述目标区域的第一成分，U2称为第二成分，...，Uq称为第q成分，对m个成分进行加权求和，得到最终评价值，权数为每个成分的方差贡献率；步骤S107，利用GIS将预定数量的成分相互叠加得到所述植物生境图。

根据本发明的一个实施例，所述目标区域内植被分布包括N个生境因子，且N≥n，所述n为3-6的整数，所述n个生境因子为在所述N个生境因子中方差贡献率最大的n个生境因子。

根据本发明的一个实施例，所述N个生境因子包括气候因子、土壤因子和地形地势因子。

根据本发明的一个实施例，所述气候因子包括温度、水分、光照和空气。

根据本发明的一个实施例，所述土壤因子包括土壤类型和地貌类型。

根据本发明的一个实施例，所述地形地势因子包括坡度和坡向。

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植物生态区域的划分和植物群落配置方法流程示意图；

图2是采用根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法所得到的植物生境图；

图3是采用根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法所得到的植物生态功能分区图；和

图4采用根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法所得到的植物群落配置图。

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植物生态区域的划分和植物群落配置方法。

首先需要说明的是，绿地系统群落规划(也可简称为植物群落生态规划或群落规划)就是在生态规划中，植物群落依据植物生境和植物生态功能分区，参考植物群落数据库，采取GIS(地理信息技术)给每一个不同生境和不同功能的地块配置相应适宜的植物群落组，完成植物群落规划图的技术方法。

植物群落是由地区植物区系组成的，不同的群落具有不同的种类组成和群落结构，适应于不同的立地环境，具有不同的生态效益和不同的生态功能。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的植物生态区域的划分和植物群落配置方法，包括以下步骤：

步骤S100，采集目标区域内植被分布的多个生境因子，根据所述多个生境因子绘制出所述目标区域的与所述多个生境因子一一对应的多个专题地图，将所述多个专题地图相互叠加得到所述目标区域的植物生境图。

换言之，影响植被分布的主要生境非生物因子有：光照、积温、降雨量、蒸发量、海拔、坡度、坡向、土壤类型、有无地表水、海潮线、水系等。通过主成因分析方法选取影响目标区域植被分布的主导生境因子，绘制专题地图，相互叠加得到植物生境图。

步骤S200，分析目标区域的基础地理信息和规划现状，总结植被所承担的生态服务功能，用GIS叠加分析确定所述目标区域的各个植物生态区域的划分以得到所述目标区域的植物生态功能分区图。

可以地质、水文、气候等自然条件现状分析为基础，选取影响目标区域生态安全的单因子，GIS叠加分析确定各类生态功能得到生态功能分区图。如：在地质断裂带等地质灾害区域附近根据现有规范划分地质灾害保护区。在水源地周围按等级不同划分不同宽度(30-200米)的保护缓冲范围，从而确定水源涵养林的边界。以此类推，确定每类生态功能分区的边界，从而确定植物生态区域的划分以得到植物生态功能分区图。

步骤S300，将步骤S100所得到的植物生境图和步骤S200所得到的植物生态功能分区图叠加以得到所述目标区域的植物生态功能属性指标。也就是说，在植物生境图和植物生态功能分区图的基础上，将两者的分析结果叠加，将目标区域细化为赋有各类生境的植物生态功能属性指标。

步骤S400，将所述植物生态功能属性指标与预设的植物群落数据库比较，以从所述植物群落数据库内选取适合所述各个植物生态区域的各个植物群落且将所选择的各个植物群落配置到对应的植物生态区域以得到所述目标区域内的植物群落配置图，从而完成所述目标区域的植物群落配置。

植物群落数据库的内容是由各地区常见的自然植被和人工植被的生境(光照、积温、降雨量、蒸发量、海拔、坡度、坡向、土壤类型、有无地表水、海潮线、水系)和发挥的主要生态功能整理形成。

也就是说，在得到目标区域的植物生态功能属性指标后，按照匹配度在植物群落数据库中查询选择合适的植被类型，选取匹配度最高的植被类型对目标区域完成植物群落配置。

根据本发明的植物生态区域的划分和植物群落配置方法，通过采集目标区域内植被分布的多个生境因子，将生境因子的结果数字化，绘制专题地图，并通过数据处理叠加专题地图以得到植物生境图；然后通过确定目标区域的生态功能分区的边界来得到植物生态功能分区图；将植物生境图和植物生态功能分区图叠加以得到植物生态功能属性指标；最后在得到目标区域的植物生态功能属性指标后，按照匹配度在植物群落数据库中查询选择合适的植被类型，选取匹配度最高的植被类型对目标区域完成植物群落配置。

根据本发明的植物生态区域的划分和植物群落配置方法最大程度地消除了人为因素，克服城市绿地系统中植物群落配置无法指导城市景观设计的缺陷，在城市中借鉴区域植被的演替历史，利用“潜在植被”的理论，引入自然群落结构机制或建立相似结构的乡土植物人工群落，形成稳定的城市植被，保持了自然植被的连续性和完整性，将自然引入城市。

根据本发明的一个实施例，步骤S100具体包括如下步骤：

步骤S101，采集所述目标区域内多个生境因子并对所述每个生境因子进行调查分析得到每个所述生境因子的指标数据。

步骤S102，将每个所述生境因子的指标数据叠加并数字化，用数字化的结果来代表各个生境因子指标的属性。

步骤S103，将每个生境因子的指标数据进行标准化变换，以所述生境因子的个数为n，且每个生境因子包括p项指标(X₁-X_P)，按下式进行标准化转换，

$Z_{\mathrm{ij}}=\frac{x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j}{s_j},$ i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，p

其中 ${\stackrel{\‾}{x}}_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_{\mathrm{ij}}}{n},$ $s_j^2=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j)}^2}{n-1},$ 得到Z的矩阵。

步骤S104，对标准化矩阵Z求相关系数矩阵，来判定系数相关性，

$R={\left[r_{\mathrm{ij}}\right]}_p\mathrm{xp}=\frac{Z^{T}Z}{n-1}$ 其中， $r_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Σ}{z}_{\mathrm{kj}}\·z_{\mathrm{kj}}}{n-1},$ i，j＝1，2，...，p。

步骤S105，按

确定m值，对每个λ_j，j＝1，2，...，m，解方程组Rb＝λ_jb得单位特征向量

步骤S106，将标准化后的指标变量转换为成分

j＝1，2，...，m，其中，U1称为所述目标区域的第一成分，U2称为第二成分，...，Uq称为第q成分，对m个成分进行加权求和，得到最终评价值，权数为每个成分的方差贡献率。

步骤S107，利用GIS将预定数量的成分相互叠加得到所述植物生境图。

例如，目标区域内植被分布包括N个生境因子，且N≥n，n为3-6的整数，所述n个生境因子为在所述N个生境因子中最终评价值最大的n个生境因子。

有利地，根据本发明的一个实施例，N个生境因子可以包括气候因子(例如，温度、水分、光照和空气)、土壤因子(例如，土壤类型和地貌类型)和地形地势因子(例如，坡度和坡向)。

下面以对北京市怀柔区进行植物群落配置为例来简述根据本发明实施例植物生态区域的划分和植物群落配置方法。

通过分析区域的土壤类型、降雨量、海拔高度、年积温四个因子得到关于怀柔区植被分布的植物生境图。

根据分析结果，九渡河镇、渤海镇、雁栖镇南部地区与桥梓镇、怀柔镇北部地区植物生境相同，都为积温3900-4400℃，年降水＞600mm，海拔＜500m，土壤类型为褐土，如图2中的A区域。庙城镇、杨宋镇、北房镇大部分地区植物生境相同，都为积温≥4400℃，年降水＞600mm，海拔＜500m，土壤类型为潮土，如图2中的B区域。喇叭沟门乡中南部、宝山镇中部、汤河口镇北部和长哨营乡周边部分地区均为积温3000-3900℃，年降水≤550mm，海拔500-800m，土壤类型为褐土，如图2中的C区域。

在不同的区域，对生态系统或植物的服务功能要求不尽相同，有些地区需要突出发挥其提供基因资源等功能，因此需要设立植物保护区。有些区域需要植物为动物提供良好栖息繁育地，因此可以设立动物保护区。又如有些地区可能会发生泥石流或山体滑坡，需要进行地质灾害防护，因此可以设定为地质灾害防护区等等。

在此基础上，针对怀柔地区的特点，依据地质灾害类因子、水资源因子、动植物因子、景观类因子、自然灾害及人居类因子，提出了地质灾害防护区(图3中的a)、动植物保护核心区(图3中的b)、风景景观林区(图3中的c)、水体保护区(图3中的d)、人居安全保护核心区(图3中的e)等，在此基础上得到植物生态功能分区图，如图3所示。

由植物生境图和植物生态功能分区图叠加得到各个植物生态分区的植物生态功能属性指标。最后，将植物生态功能属性指标与植物群落数据库对照，选取适合怀柔地区的植物群落类型以得到怀柔地区内的植物群落配置图，如图4所示，从而完成怀柔地区的植物群落配置。例如，图4中区域100可以是乔木林地为主，区域200可以是灌木林为主，区域300可以是草地为主，区域400可以是景观绿地为主。

根据本发明的植物生态区域的划分和植物群落配置方法最大程度地消除了人为因素，克服城市绿地系统中植物群落配置无法指导城市景观设计的缺陷，在城市中借鉴区域植被的演替历史，利用“潜在植被”的理论，引入自然群落结构机制或建立相似结构的乡土植物人工群落，形成稳定的城市植被，保持了自然植被的连续性和完整性，将自然引入城市。

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 (7)

1.一种植物生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，采集目标区域内植被分布的多个生境因子，根据所述多个生境因子绘制出所述目标区域的与所述多个生境因子一一对应的多个专题地图，将所述多个专题地图相互叠加得到所述目标区域的植物生境图；

步骤S200，分析目标区域的基础地理信息和规划现状，总结植被所承担的生态服务功能，用GIS叠加分析确定所述目标区域的各个植物生态区域的划分以得到所述目标区域的植物生态功能分区图；

步骤S300，将步骤S100所得到的植物生境图和步骤S200所得到的植物生态功能分区图叠加以得到所述目标区域的植物生态功能属性指标；和

步骤S400，将所述植物生态功能属性指标与预设的植物群落数据库比较，以从所述植物群落数据库内选取适合所述各个植物生态区域的各个植物群落且将所选择的各个植物群落配置到对应的植物生态区域以得到所述目标区域内的植物群落配置图，从而完成所述目标区域的植物群落配置。

2.根据权利要求1所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

步骤S101，采集所述目标区域内多个生境因子并对所述每个生境因子进行调查分析得到每个所述生境因子的指标数据；

步骤S102，将每个所述生境因子的指标数据叠加并数字化，用数字化的结果来代表各个生境因子指标的属性；

步骤S103，将每个生境因子的指标数据进行标准化变换，以所述生境因子的个数为n，且每个生境因子包括p项指标(X₁-X_P)，按下式进行标准化转换，

$Z_{\mathrm{ij}}=\frac{x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j}{s_j},$ i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，p

其中 ${\stackrel{\‾}{x}}_j=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_{\mathrm{ij}}}{n},$ $s_j^2=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(x_{\mathrm{ij}}-{\stackrel{\‾}{x}}_j)}^2}{n-1},$ 得到Z的矩阵；

步骤S104，对标准化矩阵Z求相关系数矩阵，来判定系数相关性，

$R={\left[r_{\mathrm{ij}}\right]}_p\mathrm{xp}=\frac{Z^{T}Z}{n-1}$ 其中， $r_{\mathrm{ij}}=\frac{\mathrm{\Σ}{z}_{\mathrm{kj}}\·z_{\mathrm{kj}}}{n-1},$ i，j＝1，2，...，p；

步骤S105，按

确定m值，对每个λ_j，j＝1，2，...，m，解方程组Rb＝λ_jb得单位特征向量

步骤S106，将标准化后的指标变量转换为成分

j＝1，2，...，m，其中，U1称为所述目标区域的第一成分，U2称为第二成分，...，Uq称为第q成分，对m个成分进行加权求和，得到最终评价值，权数为每个成分的方差贡献率；

步骤S107，利用GIS将预定数量的成分相互叠加得到所述植物生境图。

3.根据权利要求2所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述目标区域内植被分布包括N个生境因子，且N≥n，所述n为3-6的整数，所述n个生境因子为在所述N个生境因子中最终评价值最大的n个生境因子。

4.根据权利要求3所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述N个生境因子包括气候因子、土壤因子和地形地势因子。

5.根据权利要求4所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述气候因子包括温度、水分、光照和空气。

6.根据权利要求4所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述土壤因子包括土壤类型和地貌类型。

7.根据权利要求4所述的生态区域的划分和植物群落配置方法，其特征在于，所述地形地势因子包括坡度和坡向。

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