摘 要

城市绿地系统作为城市生态系统环境建设的重要内容之一，它具有改善城市生态环境质量的功能，满足城市居民娱乐休闲的需求，美化、绿化城市环境，还能让城市地景的美学效果更具特色，净化空气污染使城市空气更加清新等职能。城市绿地是城市可持续发展的核心因素。通过对城市绿地生态系统评价分析，可以得出当前城市生态环境的状况，评价结果可以为城市生态建设提供科学的决策依据。本文根据城市地理学和生态学的相关理论方法，以RS和GIS技术作为支持，以武汉市作为研究区域，主要的解译数据信息来源为武汉市landsat8遥感影像，运用ENVI5.3和ARCGIS等软件对武汉市遥感影像进行预处理，再利用监督分类进行对武汉市提取绿地信息的处理，然后再进行对城市绿地系统评价模型建立，最后采用定量评价方法对武汉市绿地生态系统信息评价与分析，得到武汉市的绿地生态系统建设的状况。这是进行城市绿地生态系统规划建设所先要做的工作。评价的结果对于武汉市城市绿地生态系统的完美建设提供重要的实践意义和决策基础。

关键词：RS，GIS，城市绿地系统，定量评价

Abstract

Urban green space system is one of the important contents of the urban ecological environment construction, It has the function of improving the quality of urban ecological environment, meet the needs of urban residents for recreation and leisure, Landscaping and greening the urban environment, It can also make the aesthetic effect of urban landscape more distinctive, purify air pollution and make city air more fresh and other functions. Urban green space is the core factor of sustainable urban development. Through the evaluation and analysis of urban greenland ecosystems, you can get the current status of the urban ecological environment, the evaluation results can be used as the scientific decision-making basis for urban ecological construction. In this research, uses the related theoretical methods of urban geography and ecology, using RS and GIS technologies as support, and Wuhan City as the research area, the main source of interpretation data is the landsat8 remote sensing image in Wuhan, use the software such as ENVI5.3 and ARCGIS to preprocess the remote sensing image of Wuhan City, then use the supervised classification to process Wuhan green space information, and then establish a database of urban green space systems, Finally, use the quantitative evaluation method to evaluate and analyze the green space ecosystem in wuhan, and get the status of the green space ecosystem construction in wuhan. This is the first work to be done in the planning and construction of urban green space ecosystems. The evaluation results provide important practical significance and decision-making basis for the perfect construction of urban green space ecosystem in Wuhan.

Key word: RS ; GIS ; urban green space system ; quantitative evaluation

目录

摘 要 III

Abstract IV

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容、方法及论文组织结构 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2研究方法及技术路线 4

1.3.3论文组织结构 6

第2章 城市地理学和生态学理论及定量评价方法 7

2.1 城市地理学和生态学理论 7

2.2 绿地信息分类及提取方法 7

2.3 城市绿地系统定量评价方法 8

2.4 城市绿地系统评价模型 9

第3章 研究区域概况和数据处理 10

3.1自然地理条件概况 10

3.2城市历史及人口概况 10

3.3数据来源 11

3.4数据处理 11

3.5城市绿地信息的提取 11

第4章 武汉市绿地系统评价分析 14

4.1模糊综合评判 14

4.2确定评价指标及其方法 15

4.2.1城市绿地率（G） 16

4.2.2人均绿地面积（R） 16

4.3武汉市城市绿地系统评价结果与分析 16

第5章 总结与展望 18

5.1总结 18

5.2展望 18

参考文献 18

致谢 20

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

目前，中国城市化进程的不断加快，正以一种惊人的速度在迅速发展。我国的城镇人口在2015年已经增长到了7.7亿人，城镇化率达到了56.1%；2016年底我国的城市化率水平已增长到57.4%，然而据最新人口普查数据显示，2017年中国城镇化率已经达到了58.52%。依据国际经验，在城市化水平达到70%之前，城市化率都会快速增长，以此可以判断出我国的城市化迅速发展的进程仍将继续。还可以了解到，近几年来人口涌入城市的数量之庞大，这种情况的结果将会导致城市规模扩张，城市土地利用发生转变等。

虽然我国城市化发展是当前和未来相当长时期内的主流事件，但随着我国国民经济的快速发展和城市化进程不断加快给城市生态环境带来的压力巨大，城市用地面积不断扩张、产业活动强度增大和人类社会活动对城市生态环境的不利影响也愈来愈显著。对城市环境产生的一系列环境问题有：交通拥堵、生态绿地减少、城市雾霾天气严重、城市PM2.5值不得增加、城市空气质量下降、水污染、水体流失等。据调查显示，当城市绿化覆盖率小于40%时，绿地系统的内部结构和空间布局对于绿地系统总体生态效益的发挥更为重要^[1]。随着我国经济的快速发展及城市化进程的不断加快，人们对于生活水平质量的需求也在不断提高，城市居民对自己所居住城市的生态环境质量状况也越来越加的重视，城市生态绿地系统作为城市居民的居住环境，具有维持生态平衡功能的绿色空间，对改善城市生态环境质量具有重要作用^[2]。然而城市环境问题的日趋突出，这使得人们也渐渐开始意识到城市绿地生态环境对城市生态环境建设的重要性，因此人们也逐渐开始将城市地理学和生态学规划的思想及理论方法运用于城市绿地规划建设^[3]。自19世纪来，可持续发展理念逐渐为人们所认定并支持，可持续发展理论指在满足当代人自身发展的需要的同时又不会对后代人满足其发展需要的能力构成危害的发展理论。城市绿地系统既然作为一个系统，它就具有系统的一般特征，如系统性、整体性、连续性、动态稳定性和多功能性等。因此城市规划者、生态学家等学者为了让城市规划建设的更美好而极力推动城市生态学与城市规划建设的交融，提出了“生态园林城市”、“田园城市”、“山水城市”等一系列的城市规划建设发展目标，以此达到调节城市化发展和城市生态环境的和谐发展关系，实现城市可持续发展目标。

21世纪，RS、GPS、GIS技术在城市绿化建设与管理的应用也越来越广泛，利用遥感技术获取的遥感影像进行地表信息提取的识别精度越来越高，数据的提取精度对于后续的研究结果的准确性有很大的影响。GIS技术的发展也越来越成熟，所以利用RS和GIS技术对城市绿地系统做定量评价是具有很好的实践价值的，本文的研究内容对武汉市绿地生态系统的规划建设是很有指导性的，为实现城市绿化建设及城市可持续发展提供着决策支持。

1.1.2研究意义

武汉市在2017年全市各区、各部门、各单位都深入落实党提出的十九大精神，人人心目中皆树起“绿水青山就是金山银山”和尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明建设理念；第七届世界军运会的举办地点在湖北武汉，举办时间为2019年10月18日至27日，为更好的迎接来参加军运会的各国朋友的到来，让其感受到我国城市美好的生态环境建设，武汉是已经全面启动迎军运城市园林绿化建设工程，可以看出武汉市增加对城市绿化的投资建设力度以及对城市生态绿地建设的重视。因此，本文的研究目的是对武汉市城市绿地系统进行评价其绿地生态系统的状况如何，评价的结果对于武汉市进行城市绿地生态环境建设有着莫大的意义。

随着我国GDP的不断增长，科学技术水平的迅速提高，人们对于生活环境质量的需求也逐渐提高，城市生态绿地系统又作为城市的发展基础设施，为人们的休闲活动、观赏游玩提供着一个很好的舒适度很好的场所。近年来，许多专家学者对于城市绿地生态系统的研究愈加成熟，从多方面多角度对城市绿地系统进行评价与分析。因此，本文以RS和GIS技术为支撑，以城市地理学和生态学及城市绿地系统相关理论作为依据，对城市绿地信息进行提取并建立城市绿地系统评价模型，对城市生态绿地系统进行定量评价与分析，为城市生态绿地环境的建设与管理提供着重要的意义，对实现城市可持续发展有着进一步的决策帮助。

1.2 国内外研究现状

国外对于城市绿地系统规划理论的研究最为成熟，其研究年代较早，可以说国外城市绿地系统规划研究随着工业革命时期兴起发展的，全球的经济高速发展，世界各国城市化的进程也不断加快，城市人口不断增加和城市用地规模快速扩张，在这快速城市化进程下导致城市生态环境承载着巨大的压力，同时对城市生态绿地系统造成了严重的破坏，城市居住环境质量也随之下降。伴随着这连续性的城市问题的出现，也引起世界各国政府及城市环境建设工作者对城市绿地系统在改善城市居住环境及城市生态绿地系统规划建设的重要性。十九世纪四十年代“城市公园”运动的兴起，1958年奥姆斯德倡导建设的美国纽约中央公园最具有代表性，即以单个城市公园绿地来缓解城市环境出现的各种问题^[4]；1898年，英国社会活动家霍华德（Ebnezer Howard）首次提出“田园城市”理论^[5],田园城市理论的提出对后来国外城市绿地系统规划向着对城市结构的重新规划发展；1918年，芬兰建筑家沙里宁提出“卫星城镇”，通过在大城市外围建立子城市来转移大城市人口以达到对大城市规模^[6]；21世纪以来，随着科学技术的迅猛发展、信息产业时代的到来，城市生态绿地规划建设的理论技术在不断的更新着；3S技术在城市绿地系统规划的应用，Miller，Abdolahi分别提出了City Trees和City Green模型，这是城市绿地数学模型研究的代表性成果^[7]。从国外绿地系统规划研究来看，基于城市景观生态学到城市绿地生态系统功能再到多层次、多学科交叉进行对城市绿地系统规划研究，最后随着科学技术的进步，3S技术的广泛应用城市绿地建管方面。

国内城市绿地建设发展起步比国外晚，其建设规划理论思想在不同的历史阶段有所不同，提出了不同的城市绿地模式，有我国科学家钱学森提出的“山水城市”理论；还有“生态园林城市”规划理念再到城市可持续发展规划理论等。从中课看出我国在不断完善更新城市绿地系统建设规划理论。我国学者对于城市绿地系统评价研究的成果甚多，他们从各个方面进行研究分析。申世广，王浩等以3S为技术支持，对常州市绿地系统进行定性和定量相结合的评价，合理有序对常州绿地系统进行规划构建，并丰富了城市绿地系统规划的理论和方法^[8]。Ann等利用GIS技术建立模型,对通达型和景观欣赏型城市绿地进行了监测和对比研究^[9]。陈静帆等^[10]基于生态适宜性评价对城市绿地系统规划研究。Yue Liu等基于热环境的影响，城市绿地系统规划评价^[11]。结合国内外对于城市绿地系统研究现状，城市绿地系统是复杂的生态系统，其综合了自然、人文、社会环境因素，所以可以根据自己的研究理论基础运用不同方法进行对城市绿地系统评价。

1.3 研究内容、方法及论文组织结构

1.3.1研究内容

本课题基于RS和GIS技术对武汉市绿地系统进行定量评价，得出武汉市的生态绿地系统规划现状如何，运用ENVI5.3和ARCGIS等软件对武汉市城市遥感影像数据进行对其城市绿地信息的提取，并在此基础上根据城市地理学和生态学及绿地生态系统构建等相关理论对武汉市城市绿地系统现状进行定量评价与分析。

具体研究内容如下：

1. 武汉市绿地信息提取和分类。从Quickbird卫星获取武汉市的landsat8遥感影像，并利用ENVI5.3和ARCMAP10.2对获得的武汉市遥感影像进行辐射定标和大气校正等预处理，运用监督分类对武汉市的绿地信息进行提取，根据城市绿地分类标准并结合所获得武汉市相关数据的实际情，对研究区域的城市绿地进行分类。
2. 建立武汉市城市绿地系统评价模型。完成对武汉市绿地信息的提取与分类后，依据城市地理学和生态学及城市绿地系统建立的相关理论，运用定量评价的分析方法，构建城市绿地系统评价模型。
3. 武汉市生态绿地系统定量评价及分析。通过建立的武汉市城市绿地系统评价模型对武汉市城市绿地生态状况进行评价，并分析武汉市绿地生态系统的变化情况。

1.3.2研究方法及技术路线

本文对于武汉市绿地系统评价的研究方法如下：

1. 研究资料的收集。通过收集与本课题研究相关的各类文献资料并在各大数据库资源网站查阅相关文献，以此来全面认清国内外对于城市绿地系统规划的研究进展，能更有效地、有针对性对研究课题的评价分析，需要收集的资料有武汉市2017年的landsat8遥感影像数据，武汉市自然地理条件，武汉市城市总体规划（2006-2020），武汉市统计年鉴（2017）。
2. 提取城市绿地信息数据。通过对2017年武汉市遥感图像进行对武汉城市绿地信息的提取并分类。
3. 定量评价及分析武汉城市绿地现状。依据城市地理学和生态学理论及定量评价方法，构建城市绿地系统模糊综合评价模型，对武汉城市绿地系统现状进行定量评价及分析。

技术路线：

文献查阅、数据资料的收集及整理

武汉市行政区矢量图图

武汉市统计年鉴

Landsat8遥感影像数据

城市绿地信息提取

城市绿地按行政区域划分

模糊评判模型的构建

武汉市城市绿地系统评价指标

城市人均绿地面积

各区域人均绿地面积

城市各区域绿地率

城市总绿地率

武汉市城市绿地系统评价结果与分析

1.3.3论文组织结构

本文的论文组织及结构如下：

第一章为绪论：主要介绍了本课题的研究背景及意义，国内外的研究情况，以及本文的研究内容及方法。

第二章为城市地理学和生态学理论及定量评价方法的概述：主要介绍了与本课题所依据的研究理论方法，城市绿地信息提取方法。

第三章为研究区域概况和数据处理：介绍了研究区域的概况和数据来源及处理；

第四章为武汉市绿地系统评价和分析：主要是介绍研究区域的城市绿地系统定量评价以及结果分析；

第五章为总结，总结自己所做的及论文的总结，并在此基础上对未来的研究工作进一步的展望。

第2章 城市地理学和生态学理论及定量评价方法

2.1 城市地理学和生态学理论

城市地理学的研究方向是针对于城市的形成、发展、空间结构和分布规律进行研究分析的。其研究方法中就有评价性研究，评价性研究就是既要认识资源空间分配的不平衡性，又要识别那些符合效益和社会公平标准的可供选择的状态^[12]。城市地理学针对于城市内部地域结构研究有根据城市功能分区的方法理论，提出城市发展模式的景观分析法，以实现城市可持续发展目标。

城市生态学对于城市的内部结构、功能的研究是根据生态学的理论和方法为基础进行研究的，城市生态环境的评价与分析是以生态系统的观点为基础，再利用生态学、环境科学的理论方法进行对城市生态系统状况的评价与分析，以此来确定城市生态系统的发展水平、发展潜力和制约因素^[13]。所以城市绿地生态系统评价是城市绿地生态环境规划建设及管理的基础。

本文以城市地理学和生态学理论及其研究方法为依据，运用定量评价方法的模糊综合评判法构建武汉城市绿地系统评价模型，并对城市绿地生态系统状况进行定量评价分析。

2.2 绿地信息分类及提取方法

城市生态环境的重要组成部分是城市绿地，城市绿地也是衡量城市综合质量的重要指标^[14]。运用遥感技术和地理信息系统（GIS）技术对城市绿地的空间、结构的动态分布变化信息的获取，并分析城市绿地系统的发展变化情况，对于城市生态绿地系统规划建设有着非常重要的作用。利用遥感技术获取研究区域的遥感影像数据信息，目前基于遥感影像对于信息提取方法主要有两种：一种是目视解译，即依靠专业人员通过直接观察方法从遥感图像中对特定目标的地物信息进行获取；另一种方法是计算机解译，通过借助计算机对特定目标地物信息进行自动判别和提取，根据遥感影像中不同目标地物的空间及光谱信息特征的各有所异的特点，再结合目标地物的解译所积累的经验及其成像规律进行分析和推理来完成对遥感影像中目标地物信息的解译工作。所以，基于遥感影像针对城市绿地信息的提取方法可以根据城市各类绿色植物对光谱吸收反射的信息，再结合影像的光谱特征信息对绿色信息进行提取。遥感影像的计算机解译分类方法包括监督分类和非监督分类，根据城市绿地分类标准再结合遥感数据完成对城市绿地分类。

根据《中华人民共和国行业标准城市绿地分类标准》CJJ/85-2002的标准（表2.1），将城市绿地的类型分为5种，即公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地、其他绿地。