中南林 业 科技大 学学报 Journa l of Cen tra l South Un iversity of Forestry & Technology

第 30卷 第 7期 2010年 7月

Vo l. 30 No. 7 Jul. 2010

基于 ARCG I S 的 青 秀山生 态 敏感性 研 究

肖京武 , 沈守云 , 廖秋林 , 王薇薇

(中南林业科技大学 , 湖南长沙 410004)

摘要 : 通过建立南宁市青秀山风景名胜区生态系统敏感性评价因子指标体系和利用 AHP法确定评价因子权重 , 构 建青秀山生态系统敏感性综合评价模型 , 采用 ARCG IS的空间分析功能、因子叠加法和层次分析法生成 6个生态 因子评价结果图 , 即坡度因子图、坡向因子图、光照强度分析图、水域缓冲区分析图、高程分析图和植被现状图 ,得到 了生态敏感性等级及面积比例 : 强敏感区 273. 11 hm2 , 所占比例为 23. 98% ; 中敏感区 493. 50 hm2 , 所占比例为 43133% ;弱敏感区 372. 3 hm2 ,所占比例为 32. 69% 。 关键词 : 园林规划 ; 风景名胜区 ; 生态敏感性 ; 生态分析 ; 青秀山 中 图 分 类号 : TU 986 文 献标 志 码 : A 文章 编号 : 1673— 923X (2010) 07— 0019— 07— 923X (2010) 07— 0019— 07 923X (2010) 07— 0019— 07— 0019— 07 0019— 07— 07 07

文 献标 志 码 : A 文章 编号 : 1673— 923X (2010) 07— 0019— 07— 923X (2010) 07— 0019— 07 923X (2010) 07— 0019— 07— 0019— 07 0019— 07— 07 07

Study on ecolog ical sensitiv ity of Q ingxiushan scen ic

spots ba sed on ARCGIS

wei

X IAO J ing2wu, SHEN Shou2yun, L IAO Q iu2lin, WANGW ei2wei

(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Abstract: The comp rehensive evaluation model of Q ingxiushan is set up by the establishm ent of the ecosystem sensitivity as2 sessm ent facto r index system and the app lication of AHP method to evaluate the weight of ecological factors. Based on the spa2 tial analysis of G IS and the factors superposition analysis method and AHP method, the factors of slope, aspect, illum ination intensity, hydro logical regim e, evaluation and p resent p lants were analyzed and the their map s were constructed . After grad2 ing the eco logical factors and determ ining the weight index, the conclusion is shown as bellow: strong sensitive area is 273. 11 hm2 , which accounted for 23. 98% of total area; medium sensitive area is 493. 50 hm2 , which accounted for 43. 33% of total area; weak sensitive area is 372. 3 hm2 , which accounted for 32. 69% of totalarea.

Key words: landscape planning; scenic spots; ecological sensitivity; ecological analysis; Q ingxiushan

风景区有丰富的绿色植被、奇异的地形地貌、舒 适的气候条件和优美的自然风景 ,其生态敏感性也 更强。生态敏感性分析是风景区生态规划的前提 , 生态敏感性分析的结果为风景区的规划建设提供重 要的决策依据。如今随着计算机应用技术的不断发 展 ,特别是 GIS技术的出现与发展 ,将 GIS技术应用

于生态敏感性分析 ,利用 GIS强大的空间数据处理 和计算能力 ,不仅使得分析过程方便许多 ,还使得分 析过程能够定量化、规范化 ,分析结果精确化、系统 化、信息化,为下一步风景区的生态规划提供了极大 的便利 ,发挥出更大的作用 ,具有提高风景区规划的 科学性和前瞻性的功能 [ 1 - 4 ] 。

基金 项 目 : 广西南宁市政府横向项目“南宁青秀山风景名胜区旅游总体规划”

作者 简 介 : 肖京武 (1969 - ) ,男 ,湖南攸县人 ,副研究员 ,硕士研究生 ,主要从事园林规划设计研究

通 讯 作者 : 沈守云 (1965 - ) ,男 ,湖北监利人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事景观恢复工程、园林规划设计与园林历史及理论研究

收稿日期 : 2010 - 03 - 28

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1 研 究 区概况

南宁青秀山风景名胜区位于南宁青秀区 ,西靠 青山路、北临凤岭南路 ,东、南面临邕江 ,地势北高南 低 , 郊区周围有大小山岭 200 多座 , 地处北纬 22°46′,东经 108°33′,区域内海拔 63. 9 ～288. 3 m,

最高的是凤凰岭 ,海拔为 288. 3 m ,总面积约为 13 km2 [ 5 ] 。景区属于亚热带季风气候 ,受海洋季风影 响 ,全年阳光充足 ,雨量充沛 ,气候温和 ,夏无酷暑 , 冬无严寒 ,季节分明 ; 地势北高南低 ,最大相对高差 为 224. 4 m,多属于缓坡地形 ; 南临邕江 ,邕江间歇 性的涨水造就了景区临江区域的地形 ,景区内分布 有大小池塘以及大面积水域共达 65. 62 hm2 ,水量 充足 ;植被为南亚热带季风常绿阔叶林 ,植物资源种 类繁多 ,森林植物有 180 科 600 多属 3 000 多种 ,其 中乔灌木树种 600种以上 ,植物覆盖率为 86% [ 6 ] 。

2 研 究方法

2. 1 基于 G IS 的生 态 敏感性分析

首先根据收集到的原始数据和确定要分析评价 的目标来选取出单因子即指标因子 ,为各单因子评 分 ,同时确定各单因子的权重 , 绘制出单因子分级 图 ,再根据计算的标准值与分级图对其重分类 ,再利

据分析技术 ,其目的在于提取和传输空间信息 (特 别是对空间隐含信息的提取和传输能力 ) ,解决人 们所涉及到地理空间的实际问题 ,以便进行辅助决 策。 GIS对地理空间数据的这种处理分析功能 ,组 成了地理信息系统实际应用的主要方面 , 特别适 合于为需要解决表面距离和其他连续空间信息的 问题 ,主要包括表面分析、缓冲区分析和叠加分 析 [ 7 ] 。

2. 3 评 价因子的 选择

根据生态敏感性分析的涵义 ,可从自然生态方 面来选取生态因子。自然生态因子包括地质、地形 地貌、坡度、土壤、水文、植被、生物多样性、气候等。 此次生态敏感性分析将分为 3 个等级区 ,即生态强 敏感区、生态中敏感区、生态弱敏感区。因此按照生 态敏感性分析等级区的划分也将各个生态因子划分 为 3个等级 : 强敏感级、中敏感级和弱敏感级。

根据研究重点与客观条件 ,从调研收集到的众 多资料中筛选出与研究地区生态资源保护关系最密 切、影响最大以及可利用性强的关键性因素 ,尤其是 其中的自然因素 ,作为限制保护型体系的评价因子 , 包括坡度、坡向、光照强度、水域缓冲区、高程、植被 现状等。根据生态敏感性因子分级评分表 (见表 1) 绘制单因子图。

表 1 生 态 敏感性因子分 级评 分

Table 1 C lassif ication and scores of ecolog ical sen sitivity

用 G IS软件将重分类后的结果与权重相乘 ,得到叠 加图 ,最后根据叠加结果来确定规划措施。

2. 2 分析方法的 选择

3. 2. 1 遥感信息的直接提取方法

在卫星影像预处理过程中 ,先进行影像匹配几 何纠正 ,然后经过滤波处理 , H IS与 RGB 变换等步 骤 ,去掉云层。

• 2.2.2 地学相关分析的间接信息提取方法遥感影

像信息由于受到分辨率的限制 ,提取信

factors

评价因子	分级标准 生态因子等级标度评价
	0～3 0
	3～8 2
	8～15 4
息是有	中,对于森林、草地、农田、城区等
一定限	特征明显的一级生态类型,用自动监
度的。	督分类与目视纠正结合的直接信息
在卫星	提取方法,很
影 像

坡度 / ( °) °))

容易确定其类型。

坡度 / ( °) °)) 1 5 ～ 2 5 2 5 ～ 3 坡向 5 > 3 5 平 正北 东 北 、 西 北 正 西 、 正 东 东 南 、 西 南 正南 强 光 照 光照强度 光照较弱 5 光照弱 10

2. 2. 3 GIS的空间分析空间分析是基于地理对象 位置和形态的空间数

肖京武 ,等 :基于 ARCGIS的青秀山生态敏感性研究

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	续表 **Con tinued **	1 table1
评价因子	分级标准	生态因子等级标度评
价	距水体距离大于	100 0
	50～100	3
水域缓冲区/m	20～50	5
	10～20	7
	5～10	9
	小于5	10
	小于80	0
	80～120	2
	120～160	4
高程/m	160～200	6
	200～240	8
	大于240	10
	农田	0
	荒草地	2
植被	人工植被	4
	经济林	6
	针叶林	8
	针阔混交	10

2. 4 因子加 权叠 加法

加权叠加法 [ 8 ]又称简单加权法 ( SAW) ,是结合 G IS分析中 ,使用最多、最流行的分析方法。其基本 原理就是基于叠合的方法 ,将各个单因子分级定量 后 ,再确定各个因子的权重 ,对影响敏感性大的因子 赋予较大的权值 ;在规划目标与其相关因子的关系 分析中 ,将不同的因子视其重要性程度的不同而给 予不同的权重 ;在最后的叠加过程中 ,先将每个生态 因素的适宜性等级乘以权重 ,最后得到综合的适宜 性分析值 ;然后在各单因子分级评分的基础上对各 个因子的评价结果进行加权求和 ,一般以分数越高 表示越敏感。其公式如下 :

式 ( 1 ) 中 : i 为地块编号或 ( 网格编号 ) ; j 为土地利用 方式编号 ; k 为影响 j 种土地利用方式的生态因子编

号 ; B kij 为土地利用方式为 j 的第 i 个地块的第 k 个 生态因子适宜度评价值 ( 单因子评价位 ) ; V ij 为土地

断用数量形式表达和处理的方法 ,因而在客观上大 大提高了评价结果的有效性、可靠性和可行性。首 先建立层次结构模型 ,将有关的各个因素按照不同 属性自上而下地分解成若干层次 ,同一层的诸因素 从属于上一层的因素或对上层因素有影响 ,同时又 支配下一层的因素或受到下层因素的作用。最上层 为目标层 ,通常只有 1个因素 ,最下层通常为方案或 对象层 ,中间可以有一个或几个层次 ,通常为准则或 指标层。从层次结构模型的第 2 层开始 ,对于从属 于 (或影响 )上一层每个因素的同一层诸因素 ,用成 对比较法和 1～9比较尺度构造成对比较阵 ,直到最 下层。对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对 应特征向量 ,利用一致性指标、随机一致性指标和一 致性比率做一致性检验。若检验通过 ,特征向量 (归 一化后 )即为权向量 :若不通过 ,需重新构造成对比 较阵。计算最下层对目标的组合权向量 ,并根据公 式做组合一致性检验 ,若检验通过 ,则可按照组合权 向量表示的结果进行决策 ,否则需要重新考虑模型 或重新构造那些一致性比率较大的成对比较阵。

表 2 标 度方法

Table 2 Sca le m ethod

标度	含义
1	表示两指标相比具有同等重要性
3	表示两因素相比,一因素比另一因素稍微重要
5	表示两因素相比,一因素比另一因素明显重要
7	表示两因素相比,一因素比另一因素强烈重要
9	表示两因素相比,一因素比另一因素极端重要
2、4、6、8	上述两相邻判断的中值
倒数	因素_i_与_j_比较得判断矩阵_aij,_则因素_j_与_i_比较
得判断矩	阵_a ji_ =1 /a ij

而后通过计算判断矩阵的最大特征根 (λmax )

及对应的特征向量 ( ω ) , 计算出各指标的相对重要 性权值。

( j 种利用

k = 1

方式的生态适宜度 ) ;W k 为第 k 个因子的权重值。 2. 5 层 次分析法

层次分析法 (Analytic H ierarchy Process, 简称 AHP) [ 9 ] ,是一种定量与定性相结合 ,将人的主观判

因素间两两比较构成的判断矩阵 ,由于客观事 物的复杂性及人的认识的多样性 ,不能保证矩阵具 有完全的一致性 。但判断矩阵即是计算排序权向量 的依据 ,那么要求判断矩阵大体上应具有一致性。

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因此应进行一致性检验 ,度量判断矩阵偏离一致性 的指标为 I C. I (C. I,consistency index) 。

I C. I = (λmax - n) / ( n - 1 ) , ( n 为评价指标的数目)。

I C. I与判断矩阵的平均随机一致性指标 I R. I ( R.

I,random index) 之比值 R C. R ( C. R, consistency rati2 o) ,即为判断矩阵一致性指标。

R C. R = I C. I / I R. I

I R. I值从表 3查出。若 R C. R < 0 . 1 , 则认为该矩

表 3 平均 随 机一致性指 标 I R. I

			Table3	**Average **	**random **	con sistency	index
阶数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
_I_R. I值	0. 00	0. 00	0. 58	0. 90	1. 21	1. 24	1. 32	1. 41	1. 45	1. 49

阵具有满意的一致性 ,否则应进行调整。

3 结 果 与 分析

3. 1 坡度因子分析

青秀山风景区地形起伏大 ,有沟谷、山脊、平地 等不同地形地貌 ,坡度是影响投资、建设开发强度的 重要因素。森林植物园区的坡度较缓 ,陡坡主要集 中于核心景区。坡度因子分为 6个等级 : 0 ～3°区域 大部分分布在森林植物园区域 ,地势相对较平缓 , 面积为 447. 616 6 hm2 ,占总面积的 39. 30% ; 3～8° 区域主要分布在森林植物园区和北坡生态区北部 , 面积为 148. 286 0 hm2 ,占总面积的 13. 02% ; 森林 植物园大部分山体 ,核心景区和北坡生态区的部 分山体属于 8 ～15 °坡度,面积为 217. 270 7 hm2,占 总面积的 19. 08% ; 15～25°区域主要集中在核心景 区和北坡生态区 ,面积为 186. 306 3 hm2,占总面积 的 16. 36% ; 25 ～35°区域主要集中分布在核心景 区 ,面积为 75. 804 7 hm2,占总面积的 6.66% ;大于

图 1 坡度因子分析

F ig. 1 M ap of slope analysis

物园区域 , 核心景区所占比例较大 , 占总面积的

2

19. 40% ;东南及西南向面积为 253. 642 3 hm ,主要 分布在核心景区与森林植物园区域 , 占总面积的 22. 27% ;正南向面积为 154. 048 9 hm2 ,主要分布在

核心景区入口处 ,占总面积的 11. 22% ;东北及西北 向面积为 228. 542 3 hm2 ,主要分布于北坡生态区与 南入口周边 ,占总面积的 20. 07% ;正西及正东向面 积为 220. 928 9 hm2 ,主要分布在核心景区和森林植

35 度区域主要分布在核心景区 , 面积为 63.625 7 hm2 ,占总面积的 5.59%。景区的山地集中 在北部及西部 ,且景区中部坡度较陡。结果见图 1。

3. 2 坡向因子分析

坡向影响到植被和动物的种类、分布,建筑物的 采光 ,以及对能源的利用效率。其中平地面积为 153. 939 2 hm2 ,主要为蜡竹湾水库区域及整体区域 的西南部分水域及周边 ,占总面积的 13. 52% ;正北 向面积为 127. 808 5 hm2 ,主要分布于北坡生态区和

北坡生态区与核心景区的交界处 , 占总面积的 13. 53% 。结果见图 2。

图 2 坡向因子分析
F ig. 2 M ap of a spect ana lysis

3. 3 光照强度因子分析

   • 光照的强度是植物和动物生长、分布的重要

• 条件 ,也是影响景观的重要因素。

• 整个区域被分成了 3 部分 : 强光照区面积

• 最大 ,森林植物园区基本上位于强光区 ,北坡生 态区的强光区主要位于北面 ,核心景区强光区的 比例略小 , 面积为 986. 487 2 hm2 ,占总面积的 86. 62% ; 光照