CN115759669A - 一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，包括：获取对象区域现状蓝绿斑块的空间分布数据，筛选得到目标生态源地；构建城市蓝绿空间的综合阻力面，基于MCR模型模拟潜在生态廊道的最小阻力路径；选取目标生态源地和综合阻力面，计算每条最小阻力路径的电流邻近中心度，获取蓝绿廊道重要性分级；选用多对一计算模式，识别得到电流密度分布图；提取适宜廊道宽度范围图和生态夹点分布图；将目标生态源地、蓝绿廊道重要性分级、适宜廊道宽度范围图和生态夹点分布图叠加，完成城市蓝绿生态网络的构建。通过本发明进行城市蓝绿生态网络构建，对于保护城市生物多样性、调节热岛效应、提升城市宜居水平和满足居民日常游憩需求具有重要价值。

Description

一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法

技术领域

本发明涉及城市生态规划和建设技术领域，具体涉及一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法。

背景技术

近年来，城市快速发展有力地促进了经济发展，同时也导致了空气质量恶化、生境斑块破碎化、生物多样性降低等一系列生态环境问题，与此同时，快速发展还伴随着许多对水体系统的负面影响，如水质水环境恶化、水面率下降、水系连通性降低等变化。

为了提高城市修复力，重塑人与自然和谐关系，人们开始将生态规划、绿地规划、水资源管理等在城市规划层面上进行结合，城市蓝绿生态网络在此背景下应运而生。城市蓝绿生态网络将城市中的绿地、林地、湿地、水体等蓝绿空间结合起来，有助于保护城市生物多样性、调节热岛效应、提升城市宜居水平和满足居民日常休憩需求。

目前国内外的生态网络构建方法多针对大尺度区域、以保护生物多样性为主要目标，而城市蓝绿生态网络面向城市内部区域，面临生态环境问题更加复杂，组成要素更加多样、功能需求更加复合，现有生态网络构建方法不能很好地兼顾城市生态保护和人类生态宜居的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，该方法基于城市蓝绿斑块进行生态网络构建，在形成城市生态安全格局的同时满足人类生态宜居的需求。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，该方法包括：

步骤1、获取对象区域现状蓝绿斑块的空间分布数据,根据设定的面积阈值从绿地和水体斑块中筛选出备选生态源地；

步骤2、构建基于城市蓝绿空间复合功能的生态源地评价指标体系，通过所述生态源地评价指标体系对备选生态源地进行筛选，得到目标生态源地；

步骤3、构建城市蓝绿空间的综合阻力面，所述综合阻力面包括土地利用类型阻力面、人口密度阻力面、距骨干河流距离阻力面以及植被质量阻力面；

步骤4、选取目标生态源地和综合阻力面，基于最小累积阻力模型模拟潜在生态廊道的最小阻力路径；

步骤5、基于电路理论，选取目标生态源地和综合阻力面，分别计算每条最小阻力路径的电流邻近中心度，依照电流邻近中心度大小进行分级分别确定生态廊道和目标生态源地的优先级，得到蓝绿廊道重要性分级；

步骤6、基于电路理论，向Pinchpoint Mapper模型输入目标生态源地和综合阻力面，选用多对一计算模式，设置成本加权距离作为阈值，识别出生态廊道中的高电流密度区域，得到电流密度分布图；提取电流密度前50％的区域作为生态廊道的宽度范围，得到适宜廊道宽度范围图；提取电流密度前25％的区域作为生态夹点区域范围，得到生态夹点分布图；

步骤7、将目标生态源地、蓝绿廊道重要性分级、适宜廊道宽度范围图和生态夹点分布图叠加，完成城市蓝绿生态网络的构建。

进一步地，在步骤1中，绿地斑块数据包括公园绿地、防护绿地、附属绿地和区域绿地；水体斑块包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠。

进一步地，在步骤1中，根据设定的面积阈值对聚合后的蓝绿斑块进行筛选得到备选生态源地。

进一步地，在步骤2中，生态源地评价指标体系包括社会服务功能体系和生态服务功能体系，社会服务功能体系的评价因子包括源地面积、源地可达性，生态服务功能体系的评价因子包括生境质量、连接度重要性。

进一步地，采用AHP层次分析法对生态源地评价指标体系中的所有评价因子设定权重，基于GIS平台，分别对各因子进行计算，计算得到各因子的栅格图层，将栅格图层叠加加权计算，将结果进行重分类，得到每个斑块的复合功能重要性等级；设定阈值筛选重要性等级较高的目标生态源地。

进一步地，在步骤4中，最小累积阻力模型表达如下：

其中，i表示第i个景观单元，j表示第j个目标生态源地，m表示景观单元的总数目，n表示目标生态源地的总数目，D_ij表示第j个目标生态源地与第i个景观单元之间的空间距离，R_i表示第i个景观单元对应的阻力值，f表示最小累积阻力与生态过程的正相关关系。

相比与现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明在源地的选择上充分考虑社会功能和生态功能相结合，兼顾城市生态保护和人类生态宜居对构建城市蓝绿生态网络的需求。

2、在综合阻力面构建与廊道路径提取时，充分考虑人类的慢性游憩需求和各生态用地的生态保育功能，将现状土地利用与其他阻力面结合，根据蓝绿空间的特性选择距河道距离阻力面和植被覆盖率阻力面；距骨干河流阻力面可以使廊道沿骨干河流两侧滨水空间穿行，植被覆盖率阻力面可以使廊道沿着植被覆盖率高的绿色空间穿行。

3.除最小累计阻力路径外，还通过引入邻近中心度分析，计算每个廊道和源地对于整个生态网络的重要性，有助于对蓝绿廊道进行分级。

4、基于电流理论，识别出蓝绿生态廊道中的高电流密度区域，取电流密度不同阈值的区域作为蓝绿廊道的适宜路径空间范围和生态夹点区域范围，适宜路径空间范围作为廊道宽度范围参考，生态夹点用以重点保护，提升方案的规划建设可行性。

5、本发明针对城市内部复杂多样的环境问题，选择构建蓝绿复合的生态网络。充分利用了城市内部破碎的生态空间，兼顾了城市生态保护和人类生态宜居的需求，满足了城市生态建设保护中蓝绿协同的目标，具有重要实践作用。

附图说明

图1是本发明的基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建流程示意图。

图2是本发明实施例中城市蓝绿生态源地分布图。

图3是本发明实施例中综合阻力面分布图。

图4是本发明实施例中潜在蓝绿廊道分布图。

图5是本发明实施例中蓝绿廊道重要性分级图。

图6是本发明实施例中的电流密度图。

图7是本发明实施例中适宜廊道宽度范围图。

图8是本发明实施例中生态夹点分布图。

图9是本发明实施例中蓝绿生态网络示意图。

图10是本发明图9中的b处放大图。

图11是本发明图9中的c处放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，如图1所示，该方法包括：

步骤1、获取对象区域现状蓝绿斑块的空间分布数据，蓝绿斑块的空间分布数据包括绿地斑块数据和水体斑块数据，其中绿地斑块数据包括公园绿地、防护绿地、附属绿地和区域绿地；水体斑块绿地包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠；

将过于细碎的蓝绿斑块进行整合，在GIS软件中，采用聚合面工具分别将一定范围内绿地和水体斑块进行聚合；

将绿地斑块数据包和水体斑块数据进行聚合形成蓝绿斑块，按照设定的面积阈值对聚合后的蓝绿斑块进行筛选，筛选出备选生态源地。

步骤2、构建基于城市蓝绿空间复合功能的生态源地评价指标体系，包括社会服务功能体系和生态服务功能体系，其中社会服务功能体系的评价因子包括源地面积、源地可达性，生态服务功能体系的评价因子包括生境质量、连接度重要性；采用表1的方法进行赋值。

根据研究区域的社会经济水平和自然地理条件，以上海市闵行区为例，采用AHP层次分析法对生态源地评价指标体系中的所有评价因子设定权重，基于GIS平台，分别对各因子进行计算，计算得到各因子的栅格图层，将栅格图层加权叠加分析，将分析结果进行重分类，得到每个斑块的复合功能重要性等级，本实施例中将其重要性等级划分为10个等级(1-10级)；设定筛选阈值筛选重要性等级较高的备选生态源地作为目标生态源地，如图2所示。

表1基于社会-生态复合功能的城市蓝绿生态源地筛选指标体系

步骤3、构建城市蓝绿空间的综合阻力面；将闵行区现状土地利用与其他阻力因子相结合，构建阻力因子表(表2)。主要包括土地利用、人口密度、距骨干河流距离、植被覆盖率4个阻力因子。

土地利用阻力面包括各类绿地、水体和建设用地等土地利用类型进行赋阻力值，其中各类绿地、水体等生态用地赋值较小，建设用地等非生态用地赋值较大；人口密度阻力面将特定时间点的手机信令热力图，对其进行分级和阻力赋值，热力值越大，阻力值越大；距骨干河流距离阻力面是为了使廊道沿着骨干河流蓝色空间周边绿地穿行，利用骨干河流矢量图，计算每个像元到骨干河流的欧氏距离，再对其进行分级和阻力赋值，离河流越近阻力值越小；植被覆盖率是为了使廊道沿着植被覆盖率高的绿色空间穿行，利用夏季归一化植被指数图NDVI，对其进行分级和阻力赋值，指数越高阻力值越小(表2)；

采用AHP层次分析法，分别为以上指标设定权重，形成阻力因子表(表2)。基于GIS软件，采用上述指标权重，将各阻力因子栅格图层进行空间加权叠加，从而确定综合阻力面栅格图，如图3所示。

表2阻力因子赋值表

步骤4、选取目标生态源地和综合阻力面，基于最小累积阻力(MinimumCumulative Resistance，MCR)模型模拟潜在生态廊道的最小阻力路径，最小累积阻力模型表达如下：

其中，i表示第i个景观单元，j表示第j个目标生态源地，m表示景观单元的总数目，n表示目标生态源地的总数目，D_ij表示第j个目标生态源地与第i个景观单元之间的空间距离，R_i表示第i个景观单元对应的阻力值，f表示最小累积阻力与生态过程的正相关关系。MCR模型能够模拟两个源地之间成本加宽距离(Cost Weighted Distance,CWD)最短的潜在廊道路径，如图4所示。

步骤5、基于电路理论，选取目标生态源地和综合阻力面，分别计算步骤4中每条最小阻力路径的电流邻近中心度(Current flow betweenness centrality，CFBC)。电路理论将景观面看作是一个导电面，用电子在电路中随机流动的特性来模拟某个物种个体或基因在景观中的迁移扩散过程。CFBC可用来衡量某条路径和某个源地对保持整个生态网络连接度的重要性，可用于确定依托该路径所构建的廊道的优先级。

在GIS软件中，基于Centrality Mapper模型输入目标生态源地和综合阻力面，点击运行，识别生态廊道和目标生态源地之间的电流密度，生成各生态廊道和目标生态源地的中心度数据；再根据每条生态廊道和源地的中心度值的高低对其进行分级，得到所有生态廊道和目标生态源地基于中心性分析的重要性分级图，也即蓝绿廊道重要性分级，如图5所示。

步骤6、基于电路理论，向Pinchpoint Mapper输入目标生态源地和综合阻力面，选用多对一计算模式。这一过程是将景观面中的一个生态斑块接地，其余斑块均输入1A电流，计算所有斑块到接地的这一斑块的电流值，通过迭代运算得到多对一模式下的电流密度图；设置成本加权距离作为阈值，识别出生态廊道中的高电流密度区域，得到电流密度分布图，如图6所示；提取电流密度前50％的区域作为生态廊道的宽度范围(即蓝绿廊道的宽度)，得到适宜廊道宽度范围图，如图7所示；提取电流密度前25％的区域作为生态夹点区域范围，得到生态夹点分布图，如图8所示，生态夹点用以重点保护；

步骤7、将目标生态源地、蓝绿廊道重要性分级、适宜廊道宽度范围图和生态夹点分布图叠加，完成城市蓝绿生态网络的构建，形成图9-11所示的蓝绿生态网络。该蓝绿生态网络明确展示了蓝绿源地和廊道的重要性、廊道适宜宽度范围和重点保护夹点区域。为指导城市生态建设保护中蓝绿廊道的建设优先级、建设范围和重点保护区提供了参考。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1、获取对象区域现状蓝绿斑块的空间分布数据,根据设定的面积阈值从绿地和水体斑块中筛选出备选生态源地；

步骤2、构建基于城市蓝绿空间复合功能的生态源地评价指标体系，通过所述生态源地评价指标体系对备选生态源地进行筛选，得到目标生态源地；

步骤3、构建城市蓝绿空间的综合阻力面，所述综合阻力面包括土地利用类型阻力面、人口密度阻力面、距骨干河流距离阻力面以及植被质量阻力面；

步骤4、选取目标生态源地和综合阻力面，基于最小累积阻力模型模拟潜在生态廊道的最小阻力路径；

步骤5、基于电路理论，选取目标生态源地和综合阻力面，分别计算每条最小阻力路径的电流邻近中心度，依照电流邻近中心度大小进行分级分别确定生态廊道和目标生态源地的优先级，得到蓝绿廊道重要性分级；

步骤6、基于电路理论，向Pinchpoint Mapper模型输入目标生态源地和综合阻力面，选用多对一计算模式，设置成本加权距离作为阈值，识别出生态廊道中的高电流密度区域，得到电流密度分布图；提取电流密度前50％的区域作为生态廊道的宽度范围，得到适宜廊道宽度范围图；提取电流密度前25％的区域作为生态夹点区域范围，得到生态夹点分布图；

步骤7、将目标生态源地、蓝绿廊道重要性分级、适宜廊道宽度范围图和生态夹点分布图叠加，完成城市蓝绿生态网络的构建。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，所述步骤1中，所述绿地斑块数据包括公园绿地、防护绿地、附属绿地和区域绿地；所述水体斑块包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠。

3.根据权利要求2所述的一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，在所述步骤1中，根据设定的面积阈值对聚合后的蓝绿斑块进行筛选得到备选生态源地。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述生态源地评价指标体系包括社会服务功能体系和生态服务功能体系，所述社会服务功能体系的评价因子包括源地面积、源地可达性，所述生态服务功能体系的评价因子包括生境质量、连接度重要性。

5.根据权利要求4所述的一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，采用AHP层次分析法对生态源地评价指标体系中的所有评价因子设定权重，基于GIS平台，分别对各因子进行计算，计算得到各因子的栅格图层，将栅格图层叠加加权计算，将结果进行重分类，得到每个斑块的复合功能重要性等级；设定筛选阈值筛选重要性等级较高的目标生态源地。

6.根据权利要求1所述的一种基于复合功能的城市蓝绿生态网络构建方法，其特征在于，所述步骤4中，最小累积阻力模型表达如下：

其中，i表示第i个景观单元，j表示第j个目标生态源地，m表示景观单元的总数目，n表示目标生态源地的总数目，D_ij表示第j个目标生态源地与第i个景观单元之间的空间距离，R_i表示第i个景观单元对应的阻力值，f表示最小累积阻力与生态过程的正相关关系。

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