基于GIS的重庆城市公园绿地空间结构演变研究

杨 俨，沈敬伟，2，周廷刚，3

(1.西南大学地理科学学院，重庆 400715； 2.三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715； 3.重庆市地理空间信息工程技术研究中心，重庆 401147)

基于GIS的重庆城市公园绿地空间结构演变研究

杨 俨1，沈敬伟1，2，周廷刚1，3

(1.西南大学地理科学学院，重庆 400715； 2.三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715； 3.重庆市地理空间信息工程技术研究中心，重庆 401147)

应用卫星遥感影像，在GIS支持下，计算覆盖率、分布中心、离散度、分离度、分维度、破碎度、斑块面积等指标，对重庆市主城建成区2003年、2009年、2014年的城市公园绿地信息进行量化，并对其空间分布及空间结构演变规律进行综合分析与评价。结果表明：2003—2014年间，城市建成区面积扩展2.49倍，城市公园绿地建设力度和规模均远超同期城市扩展，达8倍之多；中小型公园绿地斑块主要分布在城市都市功能核心区，大型斑块主要分布在都市功能拓展区；公园绿地覆盖率从0.61%增至2.00%，3个时段的离散度分别为6.70、9.57、10.02，公园空间分布更加广泛、合理；随着城市建设发展，建成区公园绿地重心由内向外转移非常明显。

城市公园绿地；空间结构；空间演变；遥感影像；GIS；重庆主城区

城市公园绿地系统集生态、美化、经济、游憩功能于一体[1]，随着环境恶化、资源匮乏、雾霾等问题日益严重，完整、合理的城市公园绿地系统逐渐受到人们的重视。在城市绿地启蒙阶段，绿地主要依据设计者的喜好而定，缺乏科学依据。20世纪六七十年代，迫于环境压力，国外许多城市先后开始重视城市公园绿地的整治并采用环状、楔状相结合的绿地系统布局模式[2]。进入90年代以来，国内许多学者对绿地的研究由定性的功能向定量的效益计量、价值评估转化[3]，在城市绿地评价指标体系[4-5]、评价模型与方法[4-7]、生态环境效益[8-11]、植物配置模式[12]、优化布局方法[13]等方面进行了大量研究，并以实证的形式对城市公园绿地进行案例研究[13-14]，对了解目前城市公园绿地格局和促进城市生态环境建设特别是公园建设发挥了重要作用。

重庆市受复杂地形和自然环境条件限制，很难实现城市公园绿地布局的合理化[15]和生态环境效益[16]的最大化。经过近20 a的大力发展和合理规划与建设，重庆城市公园建设取得明显成效。本文以多时相卫星遥感影像为主要基础数据，在GIS技术支持下，通过研究2003年、2009年、2014年城市公园绿地的特征，对重庆市主城区公园绿地空间分布及形态特征的演变规律进行研究，以期为今后城市公园绿地规划及建设提供参考。

1 研究数据与信息提取

1.1 研究区概况

重庆市位于川东平原岭谷地区，属亚热带季风性湿润气候，冬暖夏热，雨量充沛；地貌以丘陵、山地为主，平均海拔400 m；长江和嘉陵江自西向东切割山脉而过，使重庆市成为典型的“山水城市”。特殊的地形地貌使重庆市逐步形成了“多中心，组团式”的城市格局。重庆市主城区包括渝中区、江北区、北碚区等9个区县。2003—2014年，重庆市主城区常住人口增长至800万人，都市建成区面积由348.35 km2增长至868.41 km2。本文以重庆主城建成区为研究区域，包括都市功能核心区和部分都市功能拓展区。都市功能核心区经济增长迅速，工业产值占较大比例，人口密度大，生态环境较差。都市功能拓展区是科教中心、物流中心、综合枢纽和对外开放的重要门户，先进制造业集聚区，主城生态屏障区，以及未来新增城市人口的宜居区。

1.2 数据准备

以重庆市主城区SPOT卫星遥感影像(2003年、2009年、2014年)为基础数据，对重庆市都市建成区内的公园绿地空间分布特征和空间结构演变规律进行研究。

为了快速、准确地提取公园绿地信息，对基础数据进行融合，既保持了多光谱的光谱信息，又提高了空间分辨率，达到优势互补的目的。本文对原始SPOT-5遥感影像进行几何校正(3期遥感影像统一投影到莫卡托投影体系，平面坐标采用WGS84)、多光谱与全色数据配准、影像增强等图像预处理，再利用主成分变换法对全色影像和多光谱影像进行融合(图1)。

图1 SPOT-5影像处理流程图

1.3 公园绿地信息提取

根据遥感影像光谱特征和空间特征，采用归一化差异植被指数NDVI[17]对研究区进行植被提取；并选取SPOT多光谱数据4、3、2波段分别赋于红、绿、蓝，生成RGB影像，结合目视解译，对重庆市公园绿地进行信息提取(图2)。为了检验信息提取精度，通过“拉帘”方式和生成随机点的方式进行分类精度评定。研究区3期的公园绿地信息提取精度均在88%以上，说明此信息提取结果在重庆公园绿地空间结构演变的研究上具有很强的适应性。

2 评价指标选择

城市公园绿地的等级、形状、大小和空间结构的组合是反映城市生态系统的重要因素之一，对城市的物质流、能量流和信息流具有重大影响[18]。研究城市公园绿地空间结构演变时，应考虑个体的空间形态和整体的分布特点2个方面。

2.1 城市公园绿地空间分布特征指标

1)公园绿地覆盖率C：C=A/S×100%，式中：A为公园绿地总面积；S为都市建成区总面积。

2.2 城市公园绿地空间形态特征指标

2)破碎度D：破碎度用来反映公园绿地被分割的破碎程度，在一定程度上也反映了人为对公园绿地的干预强度。破碎度计算公式为：D=n/A，式中：n为斑块个数；A为公园绿地总面积。

2.3 城市公园绿地斑块大小

结合重庆市公园绿地整体情况，根据斑块面积分为3个等级：小型斑块(<10 hm2)、中型斑块(10～20 hm2)、大型斑块(>20 hm2)。

3 结果与分析

3.1 城市公园绿地空间结构

基于城市公园绿地信息提取结果，利用ArcGIS软件，根据上述度量指标及计算公式，对重庆市公园绿地信息进行空间运算、统计和分析，得出重庆都市建成区范围内城市公园绿地的空间分布特征与形态指标(表1)。

由表1可以看出，2003年重庆市都市建成区公园绿地总面积只有213.07 hm2，覆盖率仅为0.61%；2003—2009年间的城市建设过程中，绿地系统的规划建设越来越受到重视，都市建成区内城市公园绿地总面积迅速增长至1317.27 hm2，覆盖率大幅增长至1.78%，公园总面积增长5倍多；之后5 a放缓了公园绿地的建设脚步，直至2014年，公园绿地总面积达到1723.29 hm2，覆盖率增长至2.00%，公园总面积增长率仅31%。2003年离散度最小，2009年和2014年离散度相对较大，说明与2003年相比，重庆市公园绿地分布越来越广，不再局限于城市中心老城区地带。分离度表示斑块个体的分离程度，分离度呈递减趋势，说明单位面积上的公园绿地个数越来越多，在都市建成区范围内分布也越广。另一方面，公园绿地整体分维度均偏低，说明城市公园绿地建设还是按照一定的规则进行，形状比较规则。但2009年重庆市城市公园绿地受人为控制最为严重。破碎度表示景观被分割得破碎程度，2009年和2014年破碎度相对较小，印证了城市公园绿地建设受人为控制越来越严重的说法。从面积方差的变化规律来分析，2003—2014年间，公园绿地斑块面积方差越来越大，说明城市公园不再是统一的规模和形式，而是越来越多样化：既有综合型的大公园，也有为其服务范围作补充的小型公园，有利于充分发挥各公园的生态功能和经济功能。

表1 重庆市公园绿地空间结构

3.2 城市公园绿地斑块特征

从城市公园绿地的生态环境角度，根据绿地斑块的面积大小将公园分为大、中、小3类进行评价(表2)，主城区各行政单元公园绿地斑块特征见表3。

表2 重庆市公园绿地斑块分类

表3 主城区各行政单元公园绿地斑块特征

由表2可以看出，在2003年，小型斑块占重庆市公园绿地总面积的15.9%，但其数量却达47.1%；中型斑块所占面积达到35.3%。中小型绿地斑块面积占公园绿地面积总数的50%以上，数量多而且分布广。2003—2014年间，随着鸿恩寺公园、照母山公园等大型公园和彩云湖湿地公园、晋愉双山公园等湿地公园的建设，大型公园所占分量越来越重。直至2014年，大型斑块总面积增长至80.35%，数量约占公园总斑块数的三分之一。

由图1、表3可以看出，小型斑块主要分布在渝中区、沙坪坝区等人口密度大、建筑密集高的都市功能核心区；大型斑块主要分布在人口密度相对较小的都市功能拓展区。

3.3 城市公园绿地空间重心转移特征

根据提取的城市公园绿地信息，利用分布中心公式，计算其重心坐标(图3、图4)，探讨2003—2014年城市建成区公园绿地重心和建成区重心分布的相互关系。

图3 建成区城市公园绿地重心图4 各区城市公园绿地重心

图3表明，自2003年以来，重庆市城市公园绿地重心逐渐向北转移，与城市建设发展方向大致相同。同时，变化幅度2009—2014年间比2003—2009年间大。对重庆市主城9区建成区公园绿地重心进行空间演变分析(图4)可知，渝中区、江北区的城市核心地带公园绿地重心变化不大；沙坪坝、大渡口、渝北区、南岸区等城市拓展部位的公园绿地重心变化较大，且向城市外围转移。即随着城市建设的扩展以及城市重心的转移，城市建成区公园绿地也发生明显转移的特点。

4 结论

本文对城市公园绿地的空间分布和空间形态进行定量和定性的研究。结果表明：2003—2014年间，城市建成区面积扩展2.49倍，城市公园绿地建设力度和规模均远超同期城市扩展，达8倍之多；公园空间分布相对更加均匀和广泛，单位面积公园绿地数量逐渐增多，更加有利于发挥城市公园绿地的社会效益；公园绿地规模多样化，有利于充分发挥公园绿地的生态功能和经济功能。中、小型斑块主要分布在如渝中区、沙坪坝区等人口密度大、建筑密集高的都市功能核心区，数量多而总量小；大中型斑块建设力度较大，新增大中型绿地斑块主要分布在人口密度相对较小的都市功能拓展区，特别是城市建设扩展区域。随着城市建设发展，建成区公园绿地重心空间演变也发生明显的空间演变特征，特别是位于城市外围区域如沙坪坝、大渡口、渝北区、南岸区等，公园绿地重心转移非常明显。

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Research on the Spatial Structure Evolution of Urban Green Space in Chongqing Basing on Satellite Remote Sensing Images and GIS

YANG Yan1，SHEN Jing-wei1，2，ZHOU Ting-gang1，3

(1.KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation)，Chongqing400715，China； 2.SchoolofGeographicalSciences，SouthwestUniversity，Chongqing400715，China；3.EngineeringTechnologyResearchCenterofGeo-SpatialInformationinChongqing，Chongqing401147，China)

Basing on Satellite Remote Sensing Images and GIS，the information of urban park green space was quantified by the various indexes，such as coverage，distribution center，dispersion，separation，dimension，fragmentation and plaque area，in 2003，2009 and 2014.The character of spatial distribution and structure are comprehensively analyzed and evaluated.The results indicate that over the same duration，the growth of urban parks construction is over 8 times more than that of urban built-up area which is expanded 2.49 rising up，from 2003 to 2014.Urban parks are divided into four groups：small size patches(<10 hm2)，medium size patches (10～20 hm2) and large size patches(>20 hm2).Small and medium sized patches are mainly distributed in urban functional core zone，while large size patches are most distributed in urban functional expanding zone.The coverage rate of urban parks has increased from 0.61% to 2.00%，with the dispersion of three different yeas，respectively 6.70，9.57 and 10.02.In conclusion，park space distribution tends to be increasingly wider and reasonable.And following the step of urban construction，the centroid shift of park green space shows obvious spatial features which means the urban park green space developed from inside out within the built-up area.

city park green space；spatial structure；spatial evolution；remote sensing images；GIS；main urban area of Chongqing

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.018

2015-09-24；

2015-11-06

国家自然科学基金(41301417)；重庆市基础与前沿计划 (cstc2014jcyjA20017)

杨俨(1991—)，女，重庆南川人，西南大学地理科学学院硕士研究生，从事遥感与地理信息系统应用研究。E-mail：407694235@qq.com。

周廷刚，西南大学地理科学学院教授，博士。E-mail：zhoutg@163.com。

S731.2

A

1002-7351(2016)02-0095-06