基于ArcGIS的龙岩市城市绿地信息系统的建立

高鹏，徐志刚，黄金华， 金鑫， 吴江平

(1.龙岩学院资源工程学院，福建 龙岩 364012;2.龙岩市中正测绘有限公司，福建 龙岩364012)

基于ArcGIS的龙岩市城市绿地信息系统的建立

高鹏1，2，徐志刚1，2，黄金华1， 金鑫1， 吴江平1

(1.龙岩学院资源工程学院，福建 龙岩 364012;2.龙岩市中正测绘有限公司，福建 龙岩364012)

文章首先阐述了城市绿地系统规划与传统管理方法的不足以及面临的问题，提出了建立基于ArcGIS绿地信息系统对绿地信息进行存储与管理.通过资料的收集及预处理、绿地信息的提取、建立GIS数据库，构建龙岩市城市绿地信息系统.该系统的运用可以解决绿地信息的准确高效的采集、处理、获取、存储、管理，并实现绿地的分析与评价，为绿地规划的政府管理与决策部门提供科学的依据.

地理信息系统;城市绿地系统;ArcGIS;龙岩市

0 引 言

龙岩市是全国著名革命老区和中央苏区，又是客家的发祥地和客家人的聚集地，也是山区、林区、矿区，地处台湾海峡西岸，福建省的西部，通称闽西.随着海峡西岸经济区建设的不断推进，福建龙岩城市化进程不断加快，原始生态环境受到破坏.目前亟待解决的问题是如何在有限的土地资源内，对城市绿地进行合理规划，优化绿地的空间结构，使城市绿地更好地发挥其生态效益和使用功能.

一方面，传统城市绿地在具体查询、管理上由于使用的是纸质文档，查阅、翻新和改建极为不便，虽然部分城市建立了相关管理系统，但系统功能单一，无法进行定量分析.另一方面，在城市绿地覆盖信息获取方面主要采用人工普查的方法，存在多为手工作业，资金和人力投入大;数据量大，统计量任务重，周期长;统计过程中人为因素影响大，数据准确性低;多为统计分析，空间分析弱;调查、统计结果多为表格或测绘图件，可视化程度低，不便于综合分析评价等不足[1-2].因此，必须根据遥感技术迅速获取及时、准确、高质量的城市绿地规划信息，利用现代GIS技术，才能及时提取绿地信息、建立城市绿地GIS、分析绿地现状与结构，为在有限的土地资源条件下，实现城市绿地的合理布局，优化绿地的空间结构，使城市绿地有效地发挥其生态效益和使用功能.

本论文以城市绿地为研究对象，以计算机为载体，以传统的城市绿地基础理论为依据，结合GIS技术，对龙岩市城市绿地系统规划体系进行系统的分析与构建.

1 建立龙岩市城市绿地系统的技术路线

为使建立的城市绿地系统实施动态更新，以城市的1∶1万纸制地图、土地利用现状图作为地理基础底图，将城市的高分辨率遥感图像作为主要数据源用来提取绿地的专题信息，以绿地建设相关资料以及统计年鉴、市志作为辅助数据对专题信息进行补充.

遥感图像主要通过ERDAS、ARCGIS等相关软件，进行图像校正、增强、融合，绿地信息提取等步骤提取城市绿地系统的数据源，为城市绿地系统规划的制定提供科学、准确的基础信息;通过ARCGIS软件建立城市绿地系统的图形数据库及属性数据库;建立系统模块;进行绿地分析;指导规划，具体技术路线如图1所示.

图1 技术路线图

2 绿地信息的提取与分类

2.1 遥感图像预处理

原始遥感影像图灰度级低，很难准确地提取所需的绿地信息.因此，在进行绿地信息提取前需要利用ERDAS遥感图像处理软件，对遥感影像图进行预处理，使得其有好的解译效果[1].首先辐射校正消除或改正因辐射误差而引起影像畸变，然后几何校正消除遥感图像由于遥感器姿态角的变化、物镜系统的光学畸变、扫描速度不稳定、地球自转、地面曲率及地形起伏等引起的几何畸变[2].

对遥感图像进行预处理后，接着进行图像增强处理，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果;最后进行图像融合将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，使得融合后图像的绿地空间分辨率得到增强，尤其是确定绿地斑块的边界性;从而最终获得比较清晰、对比度强、位置准确的遥感图像[2].处理后的图像如图2所示.

图2 图像增强前后对比

2.2 地图数据预处理

地图数据作为基础数据的来源，有着极其重要的作用.首先应该对纸制图纸进行扫描并数字化，进行扫描数字化作业时，结合外业采集数据，严格捕捉点位，确保矢量化数据的精度与外业数据一致[3].将所需的行政区划要素进行数字化，数据格式为ESRI的SHAPE文件，数据预处理后如图3所示.

图3 龙岩市行政区划界线图

2.3 绿地信息提取及分类

2.3.1 绿地信息提取及分类的原理

绿地信息提取就是从通过校正以后的遥感图像上提取绿地，将绿地和其他各种用途的土地区分开来.与其他物体相比较，各类绿色植物由于均进行光合作用，其在红光波段具有强吸收及近红外波段具有高反射的特征，所以在提取绿地信息时选择了植被指数提取方法[4].常用的植被指数有归一化差异植被指数NDVI(Normal Different Vegetation Index)，其计算公式为:NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，其中，NIR指近红外波段的反射值;R指红光波段的反射值.

遥感图像分类主要依据是地物的光谱特征，既地物电磁波辐射的多波段测量值，这些测量值可以用作遥感图像分类的原始特征变量.图像分类就是基于图像像元的数据文件值，将像元归并成有限几种类型、等级或数据集的过程[5].

2.3.2 绿地信息提取及分类

对处理好的遥感图像在ERDAS软件中进行计算机监督分类.首先在Viewer中打开需要分类的图像，单击ClassiferClassificationSignature editor，打开分类模板编辑器定义分类模板，具体如图4、图5所示;然后应用AOI绘图工具在遥感图像上通过识别获取分类模板信息，逐一将绿地区域加载到Signature分类模板中.本研究中将城市绿地分为公园绿地、附属绿地、防护绿地、生产绿地4类.通过矢量化对绿地按照上述分类进行目视解译，提取绿地专题信息，然后分层存储管理.执行了监督分类之后，要对分类结果进行评价和处理，尽量剔除那些太小或不符合已有资料的斑块.

图5 将选择样区逐一添加到Signature分类模板属性表

3 基于ArcGIS建立城市绿地数据库

要实现城市绿地系统的建立，必须先建立绿地数据库.文中利用ArcGIS软件提取绿地矢量数据并进行属性数据的设计与添加，接着将处理好的数据进行拓扑处理，然后进行绿地面积等各项绿地分类统计.

3.1 数据库设计

数据是GIS的血液，作为组织数据的有效手段，数据库的设计和建设是十分重要的.数据库中将实现对多种信息的综合管理.GIS数据库包括图形数据库和属性数据库.

3.1.1 图形数据库的设计

图形数据库主要用于辅助绿地信息的获取，并提供GIS环境下进行城市绿地空间分析评价所必需的各类相关空间基础数据，如行政区划、道路、水系、居民地等，空间数据分层存储，根据地图上的地理信息数据，将绿地现状图分为9个图层如表1所示.各图层分层数字化后输入计算机，用ArcGIS软件编辑完成后分层存储管理，形成空间数据库.

表1 龙岩市城市绿地现状图的图层划分

3.1.2 属性数据库的设计

属性数据结构是由与其相连的空间数据结构所决定的，而且属性数据结构的确定受系统查询统计等功能所控制.属性数据库中各字段名称应按简洁、直观、无歧义、唯一、适用、可扩展的原则进行编码，各字段的取值依据各字段值的取值范围和国家规定行业惯例进行编码.数据编码是建立规划信息数据库的最基本的内容之一，它表达了数据结构，是对规划信息表达的抽象，用以标明不同类别、区段、专题性质的信息所存放的文件，是各子系统间数据连接的纽带，并提供了数据查询手段[6].属性数据库中还应包括各类绿地的有关属性，如绿地类型、绿地面积、植物类型、生长状况等.

3.2 图形数据库

利用ArcGIS对遥感图像、地形图进行数字化和图形信息编辑，并参考龙岩市统计年鉴、市志以及绿地现状调查数据作为图斑的属性数据输入属性数据库.矢量化后的绿地现状图如图6所示.

图6 矢量化后的绿地现状图

3.3 空间数据库的建立

数据库的建立是在ArcCatalog基础上建立的.建库的主要流程是，首先在ArcCatalog下建库及要素集，并在要素集下建立要素类，然后导入坐标系统及数据模板，最后建立拓扑关系及对导入数据进行拓扑检查[7-9].

图7 建库Personal Geodatabase及要素集Feature Dataset

在ArcCatalog中选择一个本地目录，新建库Personal Geodatabase，在其下创建一个要素集Feature Dataset，并设置坐标系统，如图7所示;在要素集下创建要素类，然后导入将要进行拓扑分析的数据，在导入数据时，每导入一个不同地类，对应库文件添加所导入地类编码;再进入到该数据集下，新建拓扑topology，添加拓扑规则对导入数据进行拓扑检查，包含的拓扑规则有:

1)Must not have dangles(不存在悬挂)

2)Must not intersect(禁止相交)

3)Must not overlap wits(不许重叠);

在ArcMap中打开由拓扑规则产生的文件，利用topology工具条中的错误记录信息进行修改，不断拓扑检查所构的面，直到所构的面无拓扑错误，完善构面[10-11].

3.4 城市绿地GIS系统的基本功能

以遥感图像和地形图为基础，在GIS软件的支持下，通过数据预处理，建立研究区域的数字图像地图，然后对不同绿地类型进行遥感解译，并建立绿地系统数据库.城市绿地GIS的基本模块主要包括:地理数据查询与浏览模块、属性查询与更新模块、图形编辑与更新模块、查询与统计模块、专题图制作模块、图件打印输出模块等.城市绿地GIS系统的这些基本功能模块使得城市绿地规划人员能够随时提取并显示所需了解的城市绿地空间信息，实现了图文结合、报表生成、统计查询一体化.相对于传统的以人工为主要工作方式查询、计算及统计绿地信息而言，GIS手段带来了前所未有的便利，提高了工作效率[12-13].

4 结果与分析

建立龙岩市城市绿地系统的目的主要是分析绿地现状与结构，实现城市绿地的合理布局，优化绿地的空间结构，从而实现绿地的有效管理，为绿地规划与建设提供科学依据.本系统是在ArcGIS软件的基础上进行开发建立的，系统的基本功能一般包括输入输出、查询浏览、制图表达、空间分析、查询统计等功能.基于ArcGIS的龙岩市城市绿地系统区别于一般的管理系统主要在于空间分析与查询统计功能.通过构建的系统对绿地分析如下.

4.1 龙岩市绿地现状分析

通过ArcGIS统计出公园绿地、附属绿地、防护绿地、生产绿地四类绿地面积.龙岩市全市建成区范围内1440 hm2绿地中，公园绿地293.9 hm2，附属绿地 442.7 hm2，防护绿地 598.4 hm2，生产绿地80 hm2，它们分别占龙岩市绿地总量的22%、32%、44%和2%，具体如表2所示.

表2 龙岩市城市绿地现状分析

通过现状分析，发现龙岩市城市绿地规划主要存在问题是未能形成一个功能齐全的绿地系统，公共绿地少，类型单一，卫生防护林带不足形成体系，生产绿地不足，居住区、单位附属绿地均未能达到国家标准.

4.2 绿地结构分析

对龙岩市的各类绿地面积及所占比例进行统计，龙岩市绿地结构如图8所示，可以看出龙岩市绿地结构不合理，空间分布不均衡.从城区绿地系统的现状来看，主要是公园绿地、附属绿地，缺乏生产绿地和防护绿地，这很不利于龙岩市的生态可持续发展.

图8 龙岩市绿地结构组成

5 结论

随着RS与GIS技术自身的发展和日趋成熟，传统人工绿地覆盖信息的获取与管理正逐步被先进的3S技术所取代.本研究以龙岩市绿地系统建立为例，探讨了GIS技术在城市绿地系统建立方面的应用.试验证明该技术在绿地系统的建立，无论是数据存储、处理和各种资料信息的统计分析，都是高效可行的，也为绿地信息的采集、存储、管理、分析、统计提供了先进的技术手段，同时为政府管理与决策部科学合理地进行绿地规划分析提供科学依据.

本研究主要局限于绿地系统的建立，并对绿地现状进行简单的分析与评价，未来研究的方向应该是在建立的系统基础上进行城市绿地生态效益、社会效益与经济效益相结合全面的评价和分析.

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Establishment of greenbelt information system based on ArcGIS in Longyan city

GAO Peng1，2，XU Zhigang1，2，HUANG Jinhua1，JIN Xin1，WU Jiangping1
(1.Institute of Resource，Longyan University，Longyan 364012，China;2.Longyan Zhongzheng Co.Ltd，Longyan 364012，China)

Firstly，this paper describes the shortcomings and the facing problems of urban greenbelt system planning and traditional management methods.It proposes the advanced technology about the establishment of greenbelt information system based on ArcGIS.This system has the function of storing and managing information of greenbelt.GIS database is established through data collection，data preprocessing，greenbelt information extraction，and constructs the greenbelt information system in Longyan city.The application of this system can reach the goal of accurately，efficiently acquiring，processing，obtaining，storing，managing the greenbelt information，and realize the analysis and evaluation of green space.It provides scientific basis for government management and decision-making departments of greenbelt planning.

GIS;urban greenbelt system;ArcGIS;Longyan city

2095-3046(2015)01-0074-07

10.13265/j.cnki.jxlgdxxb.2015.01.013

P258

A

2014-09-09

福建省科技厅重点项目(2013Y0068);福建省教育厅A类项目(JA12317，JA13312);龙岩市科技局项目(2013LY50);福建省省级大学生创新训练计划项目(201311312014)

高鹏(1983- )，女，讲师，主要从事“3S”技术应用、基础测绘等方面的研究，E-mail:ddd0505@qq.com.