面向城市景观生态安全的地理设计研究

朱战强 / ZHU Zhan-qiang
黄存忠 / HUANG Cun-zhong
孟晓丽 / MENG Xiao-li
柳林 / LIU Lin

摘要：面对日益复杂的人地关系，以往凭经验决策的规划手段已暴露出多种不足，城市规划需要加强科学分析，强调设计 与科学的结合。形成了面向城市景观生态安全的地理设计流程与方法，以某快速城市化的中等城市为例，通过综合生态敏感 性评价构建城市景观生态安全格局，识别出构建生态格局的关键节点，可为城市规划建设提供依据。提出的地理设计方法的 特点为：1)地理科学与规划设计的结合；2)多方利益的公众参与规划。

关键词：风景园林；地理设计；生态敏感性；景观生态安全；

Abstract: This study introduces a study of GeoDesign for urban landscape ecological security. Ecological sensitivity is assessed systematically by integrating water resources, geological hazards, green land, bio-diversity and ecological resources. The weight of each factor is determined by local residents, geographers and planners, and an overlay of the five factors is performed in a GIS. Based on the sensitivity map and the concept of geodesign, the areas that are most ecologically fragile and therefore need future attention for restoration are identified. It is concluded that the GeoDesign methodology can be useful for improving the overall land use and the harmony between human and land.

Key words: landscape architecture; GeoDesign; eco-sensitivity; landscape ecological security; planning

近年来，快速的城市化和人类不合理的土地利用方式导致大地景观支 离破碎，全球生态环境系统退化，人地关系更加复杂，人类面临着比以往 更为严重的环境问题，这对传统的城市与区域决策者和规划师提出了极高 挑战。例如，2011年日本福冈因为核电站爆炸引起了大地震以及海啸， 从而造成了复杂的环境效应，在人为活动导致全球环境剧变的背景下，规 划设计师依靠传统的规划设计方法，凭经验、直觉来分析现状、策划未 来，已经暴露出多种不足。城市规划亟需多领域的专家知识与参与，首先 面临着的，就是如何更好地促进设计与科学的合作的难题。

地理设计(GeoDesign)于2008年在美国召开的“GIS与设计中的空间 概念”(Spatial Concepts in GIS and Design)会议中被首次提出，提倡重 新审视GIS和设计之间的联系[1]，强调科学与设计之间的合作，将设计方案 的创作与对地理环境的影响模拟紧密结合起来[2-3]，2012年斯坦尼兹提出地 理设计框架(即六模型、三循环方法论)[4-5]。目前国内外学者正积极研究与 推广[6]。作为新的理论，其思想基础源于麦克·哈格(McHarg)于20世纪60 年代提出的“千层饼”分析思维和斯坦尼兹提出的将多学科方法引入景观 变化过程分析，为景观设计提供多方案景观变化模型的方法[1，6-7]。作为整 合平台，复杂环境的可视化表达是地理设计的重要保障。相比传统的城市规划设计，地理设计是一种新方法或工具，为现代设计注入了生命力[8]。它 强调以GIS为基础，从理念上系统整合多个要素，进行地理环境的时空间影 响模拟，以拓展设计师对环境的分析及表达能力[6，9]。地理设计是一场“思 想运动”，相比传统的GIS应用其创新之处是GIS工具支持下的多方参与， 力图让更多的利益方参与到规划设计过程中，激发协同效应[6，10]。

1 面向城市景观生态安全的地理设计方法

在地理设计相关理论的支持下，以改善人居环境为目标，沿着人地关 系优化的方向，本文提出面向城市生态安全的地理设计框架(图1)。下文将就主要流程进行详细讲解。

1.1 地理设计框架

参照相关的研究，地理设计注重4类相关人员参与[11-12](图1)：1)本地 居民或工作人员，具有2个基本角色：一是提出地理设计变化需求，二是 审核最终方案的区域影响；2)地理科学家，即自然和社会科学家，包括： 地理学家、水文学家、生态学家，以及一些经济和社会学家；3)设计人 员；4)信息技术人员，如地理信息系统应用专家等。本框架继承了地理设 计的这个核心理念，强调地理学家、信息处理专家、城市规划师与当地居民的共同参与。并且在技术实现层面，集成GIS分析、遥感影像分析、多 源数据集成等地理分析技术，与规划设计领域中的AutoCAD等绘图技术 构成了地理设计的技术支持体系，实现了对空间分析技术与草图绘制技术 的全面整合。

本框架强调地理设计核心理念与城市景观综合生态敏感性评价和景观 生态安全格局构建的融合。在案例区分析的基础上，首先实现基于GIS的市域生态敏感性综合评价，从空间上识别出区内重要的生态资源和敏感区 域，随后构建并规划城市景观生态安全格局，以引导城市健康发展，解决人地关系矛盾。

1.2 城市生态敏感性评价分析

综合生态敏感性评价流程如图1所示，下面将分解评价指标体系、权重确定以及综合评价3个方面。

1.2.1 构建评价指标体系

城市综合生态敏感性评价指标体系应具有完整性、综合性、科学性和普适性。评价指标选取原则包括：1)全面性原则：选择指标应考虑自然 生态环境和重要特色资源的保护、人类活动干扰、“生态—经济—社会” 相互作用关系等因素；2)可操作性原则：应考虑基础数据可获得性和全面 性；3)客观性原则：选择的指标须真实、可信；4)互补性原则：所选指标 不存在逻辑上的重复，是互补的指标；5)前瞻性原则：根据区域与城市可 持续发展的需要考虑最重要的指标。

本步骤的目标是根据研究区自然特征和发展情况确定重要的关键敏 感性指标体系。该体系是指导城市生态规划的核心要素，通常基于城市资 源环境禀赋选择资源环境敏感性指标，如水资源、森林、自然保护区、景 观资源等，选择对自然与人文过程影响较大的敏感性区域，如湿地、洪涝 区、雨洪风险区、环境灾害风险区、地质灾害区等，或分析城市发展的关 键因子选择敏感性指标，如绿色开放空间、氧源绿地、热岛源等。

1.2.2 确定指标分级与指标权重

本步骤的目的是确定指标分级和不同指标之间的相对重要性。本质上指标的相对重要性是由研究区的特征决定的，而实际上，不同的利益 群体对指标的相对重要性可能具有完全不同的解读。因此，本环节也是引 导和调动公众参与城市生态规划的关键，并且对于地理设计而言尤其重要 (图1)。指标分级通常基于专家知识确定，按照专家知识对生态敏感程度划 分，各单因素指标一级到五级的不同敏感度，分别对应着记为9、7、5、 3、1五个分值，分值越高则敏感程度越高；对于未设置5个敏感级的指 标，打分值在以上5个值中选择。

1.2.3 评价过程与分析

本步骤的目标是基于不同单一敏感性指标形成单因素评价结果，并最终形成多因素综合评价结果。依照地理设计的流程，在多种地理信息分析 技术的支持下(如模型、GIS和遥感影像分析)，基于各单因素分析得到不 同专题的空间分析结果。综合评价结果则作为城市景观生态格局规划的直 接依据。采用最大值法进行基于栅格数据的空间叠加，确保重要的敏感性 因素(即分值较高的敏感区域)决定特定地区的最终分值，以保证其在最终 分区评价中的贡献率不受其他指标或因素的影响[13]。此步骤是地理设计流程中最具挑战性且最具发展空间的环节。

1.3 城市景观生态安全格局规划

借鉴福曼(Forman)提出的“理想景观生态格局”理论与景观规划和 设计思想，通过增加或改造部分景观元素，增加斑块连通度，将主要的景 观元素如自然山体、河流水系、农田水乡、氧源绿地等有机连接起来，从而构建“理想景观生态格局”[14-15]。基于单因素与综合评价结果，运用景 观生态学的“斑块—廊道—基质”范式分析景观生态格局基底，对比“理 想景观生态格局”，结合研究区大型景观斑块情况，可辨识得到关键的生 态建设节点，作为生态建设的重点区域，进而通过深入规划设计实现城市 景观生态格局的构建。

2 案例研究

2.1 研究区概况

某市位于低纬度地区，属亚热带季风气候，光热充足，雨量充沛，年 平均温度22℃，气候宜人。全市陆域总面积1800.14km2，地形以平原 为主，地势中高周低，当地水网发达，自然条件优越，以良好的人居环境闻名。

历史上，以“土地换发展”的模式带动了经济快速发展，然而，也 派生出了一系列的生态问题，如城市建设用地快速扩张导致大地景观破碎 化，城市不透水面积快速增加，区域水面率下降等。以上现象降低了城市 的人居环境质量，导致“人类—环境”矛盾尖锐化，用地的紧缺与建设宜人的生活环境之间的矛盾加剧，如何建立和谐的人地关系是一个难题。 2.2 数据收集与整理数据的获取主要通过部门访谈和实地调研2种方式。部门收集的数据 包括全域数字高程模型(DEM)、2010年的Landsat TM影像、土地利用 现状图(2003、2008、2011年)、林地生态功能等级图、湿地分布图、 地质灾害分布图、旅游资源分布图等；统计资料涉及气象、环保、土地利 用、林业、经济、社会、人口等方面。围绕城市风貌、生态景观、植被、动物资源等方面现状进行详细实地调研，突出城市扩张的潜在影响区域调查，形成初步预判。

依据地理设计的技术框架进行数据处理。采用ENVI 4.3处理2010年的Landsat TM影像，得到土地利用/覆被现状图(绿地、耕地等)，提取植被覆 盖数据；采用ArcGIS 10.1平台进行数据整理和建库，实现多源数据的专题 分析。采用AutoCAD和PS等软件进行景观生态安全格局的草图绘制。

2.3 结果分析

2.3.1 城市生态敏感性评价结果

本文参照相关案例[13]按照地理设计框架的指引，结合案例区特点选取资源环境敏感性、城市发展关键因子和自然—人文过程敏感性指标3个方面 的敏感性指标作为评价指标，具体包括5个专题(因素)：生态环境(河流水 系、自然灾害)敏感性；生物资源(林地)敏感性；生态服务(氧源绿地)敏感 性；重要景观资源(视觉景观)敏感性。指标体系如表1所示，包括目标层、 因素层与指标层3个级别，目标层为生态敏感性评价，因素层为主要生态敏 感性分析考虑的5个方面，根据因素层进行分解得到指标层的8个指标。

采用专家打分法确定指标体系的相对权重，按照地理设计参与人员的 要求，由规划专家、地理学者(兼任地理信息处理人员)和当地居民共同组成项目组(共8位)，经历了如下阶段：1)以表1所列指标体系为基础，对不 同指标的相对重要性打分(区间为1~10分)；2)统计平均值；3)反馈统计结 果，收集新一轮的意见，经过若干回合会商后得到多数人认可的分值；4) 归一化计算相对权重(表2)。

如表1所示，生态敏感性评价分为敏感性指标分析、单因素评价和多 因素综合评价3个层次。基于专家知识进行指标敏感性分级(按照敏感性递 减确定一级到五级敏感)。随后基于GIS的叠加分析(Overlay)得到因素层 的敏感性分级。最后，根据表2所示的权重系数对5个生态敏感性因素进 行加权，采用最大值法获得综合分析结果(图2)。

生态敏感性评价结果分为5个等级。按照如表1所示方法获得各指标 敏感性，再对应得到单因素敏感性分级，得到研究区含地表水、地质、生 物、绿地、景观保护等5个专题(因素)的分析结果。基于栅格对5个因素进 行加权叠加，采用最大值法得到综合分析结果(图2)。

2.3.2 景观生态安全格局规划

根据景观生态学“集中与分散相结合”的原则，以图2所示综合评价结果为基础，整合城市的山林、农田、河海、城镇等景观基底元素，构建 理想景观生态安全格局(图3)。对照图2与图3，对照分析区内6类主要景观 要素(大型自然斑块、山脊廊道、河流廊道、道路廊道、缓冲区，以及关键节点)，识别得到区内具有重要价值的生态斑块。

图3所示为理想景观生态安全格局，整体呈现“南山北水”的格局。 其中：大型自然斑块可分为三大类，其一为山地自然斑块，共3处，在动 植物生境保护、视觉景观保护、自然灾害防护等方面具有重要意义；其 二为农田斑块，共6处，在城市氧源供给、视觉景观保护方面具有重要意 义；其三为海岸生态保护斑块，共1处，在湿地生境保护、沿海水域生态 系统保护、沿海视觉景观保护等方面具有重要意义。

根据如图3所示的理想景观生态安全格局，结合图2的分析结果与实地的调研情况，识别出区内关键节点(图4)。可分为两大类：1)已存在的具有重要生态价值的生态节点，此节点对连通不同大型斑块起到踏脚石 的作用，称为战略点，需要重点保护该节点的生境；2)在理想景观生态安全格局中很重要，但现实中尚较为脆弱的生态节点，此类脆弱节点对于生态格局的整体影响巨大，是未来需要重点建设的关键地区，具有 深入规划与设计的价值， 应进一步展开实地调研，进行土地利用类型或强度的调整。

3 结论与讨论

地理设计是近年产生的学术概念，其理论 方法的探讨并不成熟。本文构建了面向城市景 观生态安全的地理设计流程与方法，在“地理 设计”框架下提出某中等城市生态敏感性综合 评价的指标体系，实现城市景观生态安全格局 构建，既考虑了市域生态敏感性要素的辨识与 保护，又突出了城市发展的特点与需要。

本文实证表明，地理设计有望从学术上打 破地理学、城市规划学、风景园林设计学、建 筑学与土木工程学等的学科界限，从技术上提 出人居环境规划的解决方法[16]。所提出的地 理设计框架具备两大特点：1)将地理学家的专 业知识融入到景观生态安全格局规划设计的前端；2)在地理设计框架中贯彻了公众参与规划 的思想。将有助于推动地理设计思想与技术方 法在城市规划实践中的应用。

注：文中图片均由作者绘制。

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作者简介：

朱战强/1979年生/男/湖南郴州人/土地资源管理 专业博士/中山大学地理科学与规划学院、综合地 理信息研究中心、城市与区域规划系讲师/研究方向为城市生态规划，绿色基础设施研究，3S应用等 (广州 510275)

黄存忠/1987年生/男/湖南郴州人/中山大学地理科学与规划学院人文地理专业硕士/中山市规划设 计院研究院助理规划师/研究方向为城市生态规划 (中山 528403)

孟晓丽/1991年生/女/山西介休人/中山大学地理 科学与规划学院、综合地理信息研究中心在读硕士 研究生/研究方向为GIS应用(广州 510275)

柳林/1965年生/男/湖南湘潭人/地理学博士/中山大学地理科学与规划学院院长、综合地理信息研 究中心主任、自然灾害中心主任，国家遥感中心广 东分部主任，美国辛辛那提大学地理信息科学与空 间分析中心主任，地理系终身教授/研究方向为地 理信息科学，城市内涝，犯罪地理等(广州 510275)