基于地理设计理念的生态红线划定研究

李志学，周松林，肖 敏



基于地理设计理念的生态红线划定研究

李志学1, 2，周松林1, 2，肖 敏1, 2

（1. 湖南城市学院 规划建筑设计研究院，湖南 益阳 413000；2. 湖南省城乡生态规划与修复工程技术研究中心，湖南 益阳 413000）

生态红线保护制度是我国为应对日趋严峻的生态环境问题而出台的一项重要制度，对我国生态文明建设和实现区域可持续发展具有重要意义。生态红线划定的方法和技术目前仍处于探讨阶段，在科学性和操作性等方面存在诸多问题。在此背景下，将地理设计理念引入生态红线划定中，要求生态红线划定注重自然-经济-社会复合影响、强调区域虚拟空间环境建设、重视方案结果实时评价等，并建立整体流程框架和信息平台。研究结果表明，地理设计理念能够为生态红线划定提供参考。

地理设计；生态红线；信息集成；定性定量结合；方案实时评估

“红线”的概念起源于城市规划，指不可逾越的边界或者禁止进入的范围，[1]“生态红线”是“红线”概念在生态环境领域的应用和扩展。1872年，为维持生态系统完整性，美国建立了世界上第一个国家公园黄石公园，20世纪80-90年代，欧美国家先后提出了生态网络、生态保护地、特殊保育区、特别保护地等与生态红线含义类似的概念。[2-6]我国首次提出生态红线并得到实际应用是2005年广东省颁布实施的《珠江三角洲环境保护规划纲要（2004-2020）》，[1]2011年开始，国家先后通过党的代表会议精神、法律法规、行政规章、政策文件、技术标准等形式，将生态红线划定与管理提升为国家战略。[7-9]

关于生态红线划定的方法与技术，2015年环境保护部印发《生态保护红线划定技术指南》（环发[2015]56号），提出了依据生态功能重要性评估与分级结果划定生态红线的方法。[10]当前我国生态红线划定主要依据该技术指南，基于GIS和RS技术，采用“重要生态保护范围识别→生态环境评估→生态保护红线划定”的方法，[9-18]部分采用基于相关规划成果划定红线方法[7]和自上而下红线指标分解方法。[19]现有生态红线划定方法和技术已进行了大量实践应用，但依然存在以下问题：一是红线划定以生态环境定量评价结果为依据，缺少定性分析和多类型信息综合影响分析；二是红线划定强调区域自然属性，忽视人的作用和影响；三是红线方案缺少实时评估评价机制，实施操作存在困难。

地理设计（GeoDesign）是近年来由规划设计和自然科学领域学者共同提出的新概念，[20]强调集成项目范围内各类自然与社会要素信息层、突出设计过程中的地理分析，最终目标是实现设计方案的实时、动态评价。[21]本文通过提炼地理设计核心思想和理念，并结合当前我国生态红线划定中存在的问题，探索将地理设计应用于生态红线划定的思路和方法，旨在为后续相关研究提供参考。

一、地理设计核心理念分析

地理设计概念于2008年提出，相关含义、方法、技术等内容目前还处于讨论之中，但近年来地理设计的研究十分热门，大量研究成果和应用案例不断出现。通过查阅相关文献，进行分析归纳，结合现有研究成果和实践经验，将地理设计核心理念总结归纳如下：

（一）二三维一体化虚拟地域模型建设

以测绘、国土调查、遥感、无人机摄影测量、三维建模等作为数据来源，经过统一数据结构和坐标系、建立元数据等标准化处理，建设包括二维平面数据和三维模型数据的空间数据库，在GIS平台中进行集中存储和分层管理。叠加二维数据和三维数据，在计算机中进行数据可视化、二三维浏览和空间分析，建立模拟研究区真实状况的虚拟模型。

（二）信息综合集成，定性分析与定量评价结合

在空间数据库中存储自然地理、生态环境、社会经济、历史文化等数据，在GIS平台中集成数据。数据类型包括矢量、栅格、文本、影像，数据具有相同的空间坐标系，文本和影像数据通过属性字段关联空间对象。以现有数据资料为基础，综合运用分析和综合、比较与分类、归纳和演绎等逻辑方法，进行定性分析。基于二三维空间数据，采用空间数学建模方法，进行定量评价。综合定性分析与定量评价结果，形成分析结论，为方案决策提供参考。

（三）方案集成研讨与动态评估

在公共网络中发布设计方案，提供专家、领导、设计师、社会公众在线讨论平台，筛选收集合理建议和意见，改进设计方案。在GIS平台中构建地理设计实时评价模型库，模型库集成经济、社会、环境等评价模型，通过输入基础数据图层和方案图层，实时计算输出分析结果。分析评价结果与标准、规范、目标、问题等的符合情况，以及不同方案评价结果的对比情况，调整或确认设计方案。

二、基于地理设计理念的生态红线划定整体框架

基于地理设计理念的生态红线划定是一项复杂的系统工程，面向生态红线全生命周期，总体上包括前期准备、方案构思、方案研讨、实施管理4个阶段，各阶段共享相同数据，执行相同标准，采用相同平台。生态红线的决策是一个循环反复的过程，决策中需要不断进行方案编制和方案评估，需要不断增加定性分析条件和定量评价类型，直至通过方案评审，形成最终成果。

图1 基于地理设计理念的生态红线划定整体框架

采用现场踏勘、部门调研、座谈、访问、问卷调查等方式，收集研究区基础地理数据、专业行业数据、三维模型数据、规划数据等。建立数据标准，对数据格式、字段信息、坐标系统等内容进行限定。依据标准，对收集数据进行编辑处理并入库。

根据现有研究成果，选择合适的定量评价模型、方法，进行生态环境评价，在数据库中存储评价结果。综合标准规范、工程师知识经验、领导意愿、已有规划等定性内容和定量评价结果，在GIS平台中形成生态红线初步方案。

在公共平台中发布生态红线初步方案，利用方案实时评价模型，选择景观、生态、环境、社会经济等类型指标，评价初步方案，根据评价结果调整方案。邀请行业专家、相关领导、社会公众在线研讨方案，听取建议，收集意见。综合分析建议、意见，确定最终方案。

在GIS平台中存储、管理红线范围成果，检查新编制规划、新建设工程等是否符合生态红线保护，利用卫片、航空影像等普查红线保护情况，利用移动设备对保护范围内违规建设现场取证。

三、信息平台建设

基于地理设计理念的生态红线划定信息平台包括空间数据库、GIS平台、公共研讨平台、生态红线管理平台（见图2）。空间数据库是数据中心，存储前期研究、生态红线划定、生态红线管理的全部数据。GIS平台管理空间数据，包括数据编辑、坐标系变换、专题图生成、叠加分析等基础功能，以及生态红线方案勾绘、修改、输出等功能。通过GIS二次开发，形成生态环境定量评价模型和生态红线方案实时评价模型，集成至GIS平台中。公共研讨平台用于在网络中发布红线方案，组织多人在线研讨，收集建议意见。生态红线管理平台以红线范围为底图，通过航空影像比对、空间坐标叠加、结果报表输出等功能，实现红线保护动态监测和项目审批。

图2 基于地理设计理念的生态红线划定信息平台结构

四、地理设计理念应用于生态红线划定

地理设计指导下的生态红线划定总体框架是理论基础，信息平台建设是技术基础，以此为指导，需要重点探讨地理设计在生态红线划定中的具体应用。地理设计可应用于生态红线划定与管理全过程，其中前期分析、方案编制、方案评估是重点应用阶段。

（一）生态红线划定中的信息综合集成

生态红线划定信息涵盖广泛，数据庞杂，根据数据特征、来源、结构等可将数据分为社会经济数据、基础地理数据、行业数据、规划数据、新数据等类型。1）社会经济数据：如人口、GDP、建设规模、居民收入、能源消耗、投资等；2）基础地理数据：如地形、水文、气候、行政、交通等；3）行业数据：如土地、水利、地质、林业、市政、环保等；4）规划数据：如国民经济与社会发展规划、城乡规划、环境保护规划等；5）新数据：如网络大数据、空间大数据、物联网大数据等。

通过调研、收集、采集、生产等方式，获取生态红线划定空间和属性数据。将收集的数据进行整理、筛选和标准化处理，形成统一、规范的数据格式、逻辑关系、字段结构、坐标系统、元数据等。将文本型属性数据存储在关系数据库中，利用空间数据引擎（SDE）技术解决空间数据不能在关系数据库直接存储的问题，实现属性数据和空间数据的一体化集中存储。在GIS平台中对数据进行分层组织，利用GIS平台的数据编辑、查询、导入导出等功能对数据进行管理和更新，通过专题图、三维场景等对数据进行二三维可视化表达。

通过上述数据收集、标准化处理、入库、管理、可视化等步骤，形成“数据库+GIS平台”的生态红线数据中心，实现不同来源、不同类型、海量的信息集成，以及研究区域自然地理环境和社会经济状况在计算机中的虚拟化表达。

（二）定性分析与定量评价

1. 定性分析

利用土地调查、林业调查、测绘、遥感影像等数据，提取研究区植被、水、湿地、农田等生态资源，分析其优势和不足。根据研究区社会经济外部发展环境和内部发展条件，分析其人口、经济、资源消耗、污染物排放等趋势。将重要生态资源区、生态调节区（生态功能区划）、绿线和蓝线（城市规划六线控制）以及其他生态保护区域进行空间整合，划定生态红线基础层。

2. 定量评价

采用数理模型、GIS空间分析等技术，进行以下定量评价：

1）生态敏感性评价：根据研究区自然环境特点和人类活动特征，筛选评价因子，进行单因子评价，并进一步加权叠加单因子评价结果，生成综合性生态敏感区，提取极敏感区和高敏感区。

2）生态脆弱性评价：脆弱性是敏感性与自我恢复能力的综合，评价方法与敏感性评价相似，区别在于生态系统自我恢复能力因子的选取。脆弱性评价生成脆弱区，提取极脆弱区和重脆弱区。

3）生态系统服务功能重要性评价：选取生物多样性、土壤保持、水源涵养等生态功能进行单因子重要性评价，通过单因子叠加，生成生态系统服务功能重要性综合分区，提取极重要区和高度重要区。

4）生态适宜性评价：重点进行建设用地适宜性评价和生态用地适宜性评价，评价方法为基于单因子评价的多因子综合法，生成建设用地极适宜区和生态用地极适宜区。

5）生态足迹与生态承载力分析：将研究区社会经济发展数据代入相关数理公式计算生态足迹，根据研究区土地利用类型和土地生物生产能力情况，计算生态承载力。

在GIS平台中将定量评价结果进行空间叠加，将重点生态保护区进行空间求和运算，形成重点生态保护区范围。扣除建设用地极适宜区，划定生态红线叠加层。

3. 定性分析与定量评价结合

将生态红线基础层和叠加层进行空间相加运算，生成生态红线初步方案。根据定性分析中的社会经济发展趋势预测、定量评价中的生态足迹和生态承载力计算结果、以及其他相关影响因素（如区域性重大战略调整、重大基础工程建设等），对初步方案进行优化。

（三）方案实时评估与集成研讨

方案实时评估贯穿于初步方案构思、方案研讨、方案修改、方案决策的全过程。利用GIS二次开发技术开发方案评估模型，并集成至GIS平台中。方案评估模型主要功能包括：

1）自动生成生态红线类型、面积、比例等数据，生成与相关规范、标准、导则中指标的相符情况；

2）自动检查生态敏感区、脆弱区、生态服务功能重要区等重要生态保护区的遗漏情况；

3）自动分析生态红线与城市规划建设区、区域重大基础工程建设区等的冲突情况；

4）自动分析生态红线与生态承载力的相符情况。方案评估模型根据实时红线范围在后台自动计算并输出计算结果，为生成最优方案提供支持。

利用WebGIS、互联网等技术，开发B/S模式的方案集成研讨平台。在平台中发布生态红线方案成果，供领导、专家、公众查阅，并收集其建议和意见。设计师根据建议和意见修改方案，对于难以决策的重大问题，可在平台中采用视频会议等形式实时在线研讨。方案评审通过后，利用平台向社会公众公示。

（四）生态红线信息化管理

建立生态红线管理信息系统，将生态红线成果进行集中存储和管理。生态红线成果具有标准化空间坐标信息和空间数据结构，方便与其他空间数据集成。管理系统提供方便的生态红线查询服务及查询结果报表服务，提供工程建设项目与生态红线冲突检查接口，根据检查结果出具相关证明文件。

五、结论与讨论

生态红线是生态环境保护的空间依据，虽然国家出台了《生态保护红线划定技术指南》，但是随着新方法、新技术的出现，需要不断探讨其在生态红线划定中的应用。本文基于地理设计理念，探讨了生态红线划定的新思路，形成了以下结论：

1）基于地理设计理念的生态红线划定框架融入了地理设计核心思想，对生态红线划定具有理论指导作用。

2）基于空间数据库和GIS系统的信息平台是生态红线划定的基础。

3）信息综合集成、定性与定量结合、方案实时评估、方案集成研讨等地理设计方法应用于生态红线划定，能较好地提高成果的全面性、科学性和工作效率。

本文偏重理论层面的顶层设计与讨论，相关GIS定量评价模型、实时评估模型、管理系统等的开发及成果实践应用是进一步研究的内容。

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（责任编校：彭 萍）

Research of Ecological Red Line Delineation Based on Geodesign Idea

LI Zhixue1, 2, ZHOU Songlin1, 2, Xiao Min1, 2

（1. Urban Planning Architectural Design Institute of Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. Urban and Rural Ecological Planning and Rehabilitation Engineering Technology Research Center of Hunan Province, Yiyang, Hunan 413000, China）

The system of the ecological red line protection is an important system in China introduced to deal with the increasingly serious ecological environment issues, and it is of great significance to the construction of the ecological civilization in China and the realization of the regional sustainable development. The methods and technologies for demarcating the ecological red line are still at the stage of exploration and there are many problems in terms of science and operability. In this context, the concept of the geographical design introduced into the red line delineation. Geographical design claims to pay attention to natural-economic-social complex impact, emphasizing the construction of regional virtual space environment, emphasing on program results in real-time evaluation. Finally, the overall process framework and information platform have been established. The results show that the concept of geographical design can provide a reference for the demarcation of ecological red line.

geodesign; ecological red line; information integration; integration of qualitative and quantitative; scheme real-time evaluation

2017-09-28

湖南省重点研发计划（2016WK2024）；湖南省教育厅科研项目（14K017）

李志学（1979-），男，湖南衡阳人，高级工程师，主要从事生态规划与城市规划方面的研究；周松林（1985-），男，湖南常德人，软件设计师，城市规划师，主要从事GIS和城市规划信息化方面的研究；肖敏（1985-），男，湖南岳阳人，软件设计师，主要从事GIS系统开发与应用研究。

TU 984/ X 321

A

10.3969/j. issn. 2096-059X.2017.06.012

2096-059X(2017)06–0064–05