（地图学与地理信息系统专业论文）基于遥感影像的城市景观信息图谱及其模型系统研究.pdf

华东师范大学博士学位论文摘要 摘要 对城市空间扩展以及城市景观格局时空规律的研究，能够为城市规划与发展 提供决策依据。本文选择了上海作为研究区域，以地学信息图谱、景观生态学以 及遥感与地理信息系统等理论与方法作为支撑，建立了城市景观信息图谱的理论 与方法体系，研究了自上世纪8 0 年代末至2 0 0 3 年期间，快速城市化过程中的城 市空间扩展规律，城市绿地景观、城市热力景观以及高层建筑景观等单要素景观 的格局与过程。以城市景观综合表征的城市热力景观作为突破口，研究了若干单 因子景观要素对热力景观格局的影响机制。最后，开发了城市景观信息图谱模型 系统。本文的研究具有理论与实践的双重意义，一方面为城市景观的研究提供了 新的视角，丰富了地学信息图谱的理论与方法：另一方面，所建立的城市景观信 息图谱模型系统，为揭示、分析城市空间扩展、城市景观格局、过程等提供了比 较理想的平台。 论文第一章论述了城市景观信息图谱的研究背景以及国内外的研究进展，发 现目前对城市景观的研究大多以景观生态学的理论与方法为主，运用地学信息图 谱的理论与方法研究城市景观的并不多见。最后，提出了城市景观信息图谱及其 模型系统研究的基本目标、内容与研究流程。 论文第二章总结了城市景观信息图谱的各种理论和方法基础，认为，城市景 观信息图谱及其模型系统研究的目的在于：( 1 ) 运用地学信息图谱的理论和方法， 以遥感影像为主要数据源，根据城市景观图谱以及模型系统的分析结果，客观、 及时地揭示城市空间扩展以及城市景观格局特征：( 2 ) 对城市空间扩展、城市景 观变迁以及城市开发的速度、规模能够有效地调控；( 3 ) 为城市发展、城市管理 以及解决城市生态与环境问题提供决策依据。 论文第三章以三个时相的t m 遥感图像数据为基础，设计了四条剖面线，运 用n d v i 指数对建成区、绿化、水系等主要城市景观进行分类与提取，分析了在 l 个空间单元中城市建成区的扩展以及空间差异，建立了从1 9 8 9 2 0 0 3 年来城 市空间的扩展图谱。最后，基于2 0 0 3 年航空影像，从微观上揭示了上海市城市 空间扩展对于城市内部景观结构的影响，研究发现：( 1 ) 城市建成区的面积逐年 快速增加；建成区的扩展呈各向异性，而且扩展速度越来越快，城市空间扩展形 成了明显的轴线；( 2 ) 在城市体系结构内部，工业景观、交通景观、正在建设景 观以及农业景观的斑块面积最大；在斑块数量上以居住景观为主，而绿地景观布 局则处于从属地位；( 3 ) 从市中心到外环线以外，景观破碎度呈现“大- - 4 , 一大” 的趋势，内外环线之阆这个环状区域内的景观多样性指数最大，而均匀度指数、 优势度指数以及破碎度指数最低；( 4 ) 城市空间结构的圈层特征明显，内环线以 华东师范大学博士学位论文 摘要 内以大面积居住景观的集中分布为主，工业景观从市区向外有了明显的推移：外 环线及其两侧成为城乡景观的交接区域。 第四章研究了上海城市绿化空间1 5 年来空间扩展的差异以及绿地景观空间 结构、格局与过程。研究发现：( 1 ) 城市空间的扩展导致城市绿化空间在逐年减 小，郊区的农业绿化景观变得支离破碎；( 2 ) 城市绿化在各空间单元上呈不均衡 分布，城市发展轴线吞噬了大量绿化空间；( 3 ) 各空间单元内绿化空间面积的递 减速度都有明显的加快：( 4 ) 市中心的绿化空间被城市各种人造景观隔离得支离 破碎，镶嵌在其它城市景观之中；( 5 ) 在城市绿化空间的微观格局中，公园、生 产绿地的景观斑块最大，斑块分维数也比较大；绿地景观多样性指数最大值出现 在市中心。 论文第五章研究了1 5 年来上海市城市亮温的空间分布、亮温剖面及其动态 演变特征，然后以2 0 0 0 年的t m 影像为基础，对城市亮温与若干景观因子作了 相关分析。研究发现：( 1 ) 亮温空间分布主要表现为集中分布型、均匀扩散型、 亮温漂移型等特征，亮温范围的大小及其强度反映了它所对应的景观类型的空问 范围及其聚集程度；( 2 ) 亮温分布主要受建成区范围、工业分布、人口密度与道 路密度、城市发展轴线等影响；( 3 ) 公园、水体以及农田对于减弱城市亮温效应 的贡献非常大；工业布局、道路网以及人口的密集分布是直接导致上海市高温产 生的主要原因；( 4 ) 1 5 年来，城市热力景观表面经历了“平缓一陡峭一平缓”的 过程。从9 0 年代至今，城市工业布局调整和旧城改造的效果开始显现，亮温剖 面已经变得相对平缓：( 5 ) 商层建筑高度与亮温值呈负相关；高层建筑集中分布 的区域，一般属于亮温的中低温分布区；高层建筑的数量与分布密度对热场影响 不大；合理的高层建筑布局，明显地减弱了热场效应。 论文第六章运用g i s 技术，结合城市景观信息图谱的理论、方法，建立了包 括城市景观格局分析模型、尺度效应模型、城市景观分类与提取模型、城市空间 扩展模型、城市地域结构分析模型、多元回归模型等若干城市景观信息时空演变 的分析模型与图谱计算模型，构建、开发了城市景双信息图谱模型系统( u l m s ) 。 u l m s 能够从多种角度分析、揭示城市景观格局的时空变化规律，并对城市景观 变化所带来的城市生态环境问题进行诊断并提出预警。 第七章概括、总结了论文的主要研究成果，指出了当前研究的不足之处，提 出了今后的研究方向。 关键词；遥感：城市景观；信息图谱；模型系统；上海市 华东师范大学博士学位论文 a b s 了黝c ， a b s t r a c t t h er e s e a r c ho ns p a t i o t e m p o r a lr u l eo fu r b a ns p a c ee x p a n s i o na n du r b a nl a n d s c a p e p a t t e r nc a l ls u p p o r td e c i s i o n sf o ru r b a np l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n t h i st h e s i s ，w i t h t h et h e o r ya n dm e t h o d so fg e o g r a p h i c a li n f o t u p u ，l a n d s c a p ee c o l o g ya n dg i s & r s a sf o u n d a t i o n 。s e l e c t i n gs h a n g h a ic i t ya sa ne x a m p l e ，c o n s t r u c t e dt h et h e o r e t i c a la n d m e t h o d o l o g i c a ls y s t e mf o ru r b a nl a n d s c a p ei n f ot u p u ，s t u d i e dt h er u l eo fu r b a ns p a c e e x p a n s i o n ，t h ep a t t e r n - p r o c e s so fs i n g l el a n d s c a p ee l e m e n ts u c ha su r b a ng r e e n l a n d s c a p e ，u r b a nt h e r m a ll a n d s c a p ea n dh i g hb u i d i n g s ，e ta 1 w i t hu r b a nt h e r m a l l a n d s c a p e ，t h ei n t e g r a t e dt o k e no fu r b a nl a n d s c a p e 嬲t h eb r e a c h ，s t u d i e dt h e i n f l u e n t i a lm e c h a n i s mo fs e v e r a ll a n d s c a p ee l e m e n t so nt h e r m a ll a n d s c a p ep a t t e r n a t l a s t ，a nu r b a nl a n d s c a p em o d e ls y s t e m ( u l m s ) w a sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h e r e f o r e ，t h i ss t u d yh a s t h e o r e t i c a la n dm e t h o d o l o g i c a ls i g n i f i c a n c e o nt h eo n e h a n d ，an e wa n g l eo f v i e wf o ru r b a nl a n d s c a p er e s e a r c hw a sp r o v i d e d t h et h e o r ya n d m e t h o d so fg e o s c i e n c ew a se n r i c h e d o nt h eo t h e rh a n d ，u l m si sar e l a t i v ep e r f e c t e n v i r o n m e n tf o ra n a l y s i n gu r b a ns p a c ee x p a n s i o n ，u r b a nl a n d s c a p ep a t t e r na n di t s p r o c e s s i nc h a p t e r1 ，d i s c u s s e dt h es t u d yb a c k g r o u n da n de v o l v e m e n ta th o m ea n da b o r a do f u r b a nl a n d s c a p eh - f r ot u p u i tw a sf o u n dt h a tt h em a i nt h e o r ya n dm e t h o d sf o ru r b a n l a n d s c a p er e s e a r c hi sl a n d s c a p ee c o l o g y , b u tt h ee x e r t i o no fg c o s c i e n c ei n f ot u p u a p p e a r st ob ef e w a tl a s t ，t h eb a s i cg o a l ，c o i 删a n dr e s e a r c hf l o ww a sf o u n d e df o r u r b a nl a n d s c a p ei n t ot u p ua n du l m s i nc h a p t e r2 ，s e v e r a lt h e o r e t i c a la n dm e t h o d o l o g i c a lf o u n d a t i o nw a ss u m m a r i z e d i t w a sp o i n t e do u tt h a tt h em a i np u r p o s eo fs t u d y i n gu r b a nl a n d s c a p ei n f ot u p ua n d u l m si s ，( 1 ) w i t ht h et h e o r ya n dm e t h o d so f g e o s c i e n c ei n f o 黔t h eb a s i s ，t or e v e a lt h e c h a r a c t e ro fu r b a ne x p a n s i o na n du r b a nl a n d s c a p ep a t t e r na c c o d i n gt ot h er e s u l t so f u l m s ，( 2 ) t or e g u l a t ea n dt oc o n t r o l t h eu r b a ne x p a n s i o n , u r b a nl a n d s c a p e v a r i a n c e ， d e v e l o p i n gs p e e da n ds c a l ee f f e c t i v e l y , ( 3 ) t op r o v i d ed e c i s i o n ss u p p o r tf o ru r b a n d e v e l o p i n g ，m a n a g i n ga n d t os o l v eu r b a ne c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s i nc h a p t e r3 ，w i t ht h r e ey e a r s l a n d s a ti m a g ed a t a ( t m ) 嬲t h eb a s i s ，f o u rp r o f i l e s w e r ed e s i g n e d ，s e v e r a lp r i m a r yl a n d s c a p ee l m e n t ，s u c h 雒u r b a nb u i l ta r e a ，g r e e nl a n d a n dw a t e r , e ta 1 w e r ec l a s s i f i e db yn d v ii n d e x t h eu r b a ne x p a n s i o na n dt h e i r d i f f e r e n c ew e r ea n a l y s e di nt h ee i g h td i r e c t i o n 。t h et u p uf o ru r b a ne x p a n s i o nw e r e c o n s t r u c t e df r o m1 9 8 9t o2 0 0 3 a tl a s t , t h ei m p a c to f u r b a ne x p a n s i o no ni t si n t e r i o r l a n d s c a p es t r u c t u r ew e r er e v e a l e dm i c r o c o s m i c l yu s i n ga e r o li m a g ed a t a s e v e r a l c o n c l u s i o n sh a v eb e e nd r a w na sf o l l o w s ：( 1 ) t h ea r e ao fu r b a nb u i l tw a si n c r e a s e d q u i c k l yb ya n n u a l t h ed i r e c t i o no fu r b a ne x p a n s i o na p p e a r sd i s c r e p a n c ya n dt h e 华东师范大学博士学位论文a b s l l 淑t e x p a n s i o ns p e e di sm o r ea n dm o r eq u i c k l y t h ea x e s e sw b sf o r m e db yu r b a ns p a c e e x p a n s i o n ( 2 ) i nt h ei n t e r i o ro fu r b a ns y s t e m ，t h ep a t c ha l c ao fi n d u s t r i a ll a n d s c a p e ， t r a n s p o r tl a n d s c a p e ，i np r o c e s so fc o n s t r u c t i n ga n da g r i c u l t u r a ll a n d s c a p ew e r et h e g r e a t e s t t h em o s tn u m b e ro f p a t c hw a si n h a b i t e dl a n d s c a p e t h ed i s t r i b u t i o no f g r e e n l a n d s p a c ew a sh y p o t a x i s ( 3 ) f r o mt h ei n n e ro fu r b a nc e n t e rt ot h eo u t s i d eo fo u t e r r i n gr o a d ，t h ef r a g m e n t a t i o no fl a n d s c a p es h o w e di t s e l ff r o mb i gt ol i r l ea n dt h e nb i g t h ed i v e r s i t yo fl a n d s c a p ei nr i n gr e g i o nb e t w e e ni n n e rr i n gr o a da n do u t e rr i n gr o a d w a st h eh i g h e s t ，a n dl a n d s c a p ee v e n n e s si n d e x ，d o m i n a n c ei n d e x ，a n df r a g m e n t a t i o n i n d e xw a st h el o w e s t ( 4 ) t h ec h a r a c t e ro f c i r c l es t r u c t u r eo f u r b a ns p a c ew a sa p p a r e n t i n s i d eo fi n n e rr i n gr o a d , t h em a i nl a n d s c a p e ，w h i c hd i s t r i b u t e dc o n v e r g e n t l yi s i n h a b i t e dl a n d s c a p e t h ei n d u s t r i a ll a n d s c a p ew a sp r o c e s s e df r o mi n n e rc e n t e ro f u r b a nt ot h eo u t s i d ea p p r e n t l y t h eo u t e rr i n gr o a d ，i n c l u d i n gt h ei n s i d ea n do u t s i d e ， w a s t h e j u n c f i o na r e ao f u r b a na n dr u r a ll a n d s c a p e i nc h a p t e r4 ，t h ed i f f e r e n t i a le x p a n s i o n , s p a t i a ls t r u c t u r e ，p a r e m - p r o c e s so fu r b a n g r e e ns p a c ei ns h a n g h a ic i t yw a sa n a l y s e di nt h ep a s t1 5y e a r s s e v e r a lc o n c l u s i o n s h a v eb e e nd r a w na sf o l l o w s ：( 1 ) t h ee x p a n s i o no fu r b a ns p a c el e a dt od e c r e a s eo f u r b a ng r e e ns p a c eb ya n n u a l ，a g r i c u l t u r a ll a n d s c a p ei ns u b u r bb e c o m es m a l l e ra n d f r a g m e n t a l ( 2 ) t h ed i s t r i b u t i o no f u r b a n 伊e e nl a n di ne a c hs p a c eu n i tw a si m b a l a n c e t h ea x i s e so fu r b a ne x p a n s i o nl i c k e du pm u c hg r e e ns p a c el a n d ( 3 ) t h ed e c r e a s i n g s p e e do fa r e ao fg r e e ns p a c ei ne a c hs p a c eu n i tw a se x p e d i a t e da p p a r e n t l y ( 4 ) t h e g r e e nl a n ds p a c ei nu r b a nc e n t e rw a ss e g r e g a t e db ye v e r ym a n - m a d eu r b a nl a n d s c a p e a n de n c h a s e di nt h eo t h e ru r b a nl a n d s c a p e ( 5 ) i nt h em i c r o c o s m i cp a r e mo fu r b a n g r e e nl a n d ，t h ea r e ao fl a n d s c a p ep a t c hs u c ha sp a r k s ，p r o d u c t i v eg r e e nl a n dw e r et h e h i g h e s t ，a n df r a c t a ld i m e n s i o ni n d e xo ft h ep a t c hw e r eh i g h e re i t h e r 1 1 l ed i v e r s i t y i n d e xo f g r e e nl a n di nu r b a nc e n t e rw a st h e h i g h e s t i nc h a p t e r5 ，t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no f t h e r m a lt e m p e r a t u r e ，p r o f i l e sa n dt h ed y n a m i c e v o l v e m e n tc h a r a c t e ri ns h a n g h a ic i t yw c r ea n a l y s e di nt h ep a s t15y e a r s t h e n , b a s e d o nl a n d s a tr e m o t es e n s i n gi m a g ei n2 0 0 0 ，a n a l y z e da n de x p l o r e dt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nu r b a nt h e r m a lt e m p e r a t u r ea n ds e v e r a l l a n d s c a p ee l e m e n t s s e v e r a l c o n c l u s i o n sh a v eb e e nd r a w na sf o l l o w s ：( 1 ) t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fu r b a nt h e r m a l t e m p e r a t u r ec o n s i s t e do fs e v e r a lm a i nt y p e s ，s u c ha sc o n v e r g e n c yd i s t r i b u t i o n , e v e n n e s sd i s t r i b u t i o na n de x c u r s i o nd i s t r i b u t i o n t h es i z eo fs c o p ea n di n t e n s i t yo f t h e r m a lt e m p e r a t u r er e f l e c t e dt h es p a t i a ls c o p ea n dc o n v e r g e n c yo fc o r r e s p o n d i n g l a n d s c a p e ( 2 ) t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no ft h e r m a lt e m p e r a t u r ew a si n f l u e n c e db yt h e s c o p eo fu r b a na r e a , i n d u s t r i a ld i s t r i b u t i o n , p o p u l a t i o nd e n s i t y , r o a dd e n s i t y , a x i s e so f u r b a ne x p a n s i o n ，e ta 1 ( 3 ) p a r k s , w a t e rb o d ya n df a r m l a n dc o n t r i b u t e dm u c ht o d e c r e a s eu r b a nt h e r m a lt e m p e r a t u r e i n d u s t r i a ld i s t r i b u t i o n ，c o n g r e g a t e dd i s t r i b m i o n o fr o a da n dp o p u l a t i o nw e r et h em a i nc a l l $ et ol e a dt oh i g ht h e r m a lt e m p r a t u r ei n 华东师范大学博士学位论文 a b s t r a c t s h a n g h a ic i t y ( 4 ) t h es u r f a c eo ft h e r m a ll a n d s c a p ee x p e r i e n c e dt h ep r o c e s so f s m o o t h n e s s c r n g g e d n e s s - s m o o t h n e s sd u r i n g t h ep a s t1 5y e a r s f r o m1 9 9 0t o n o w a d a y s ，t h ee f f e c to fu r b a ni n d u s t r ya d j u s t i n ga n do l du r b a nb u i l tr e c o n s t r u c t i n g b e c o m ea p p a r e n t t h ep r o f i l e so ft h e r m a lt e m p r a t u r eb e c o m es m o o t h ( 5 ) t h eh e i g h t o fl l i g hb u i l d i n g sa n dt h e r m a lt e m p r a t u r ei sn e g a t i v ec o r r e l m i o n t h er e g i o nw h i c h u r b a nh i l g hb u i l d i n g sd i s t r i b u t e dc o n v e r g e n f l y , i st h ea r e at h a tt h et h e r m a lt e m p r a t u r e i sm i d d l ea n dl o w e r t h en u m b e ra n dd i s t r i b u t i o nd e n s i t yo fh i g hb u i l d i n g sh a sl e s s i n f l u e n c eo nt h e r m a lt e m p r a t u r e r a t i o n a ld i s t r i b u t i o no fh i g hb u i l d i n g sw i l lw e a k e n t h e r m a le f f e c ta p p a r e n t l y i nc h a p t e r6 ，w i t hg i st e c h n o l o g ya n dt h et h e o r ya n dm e t h o d so fu r b a nl a n d s c a p e i n f ot u p o ，s e v e r a ls p a t i o - t e m p o r a lm o d e l sf o ru r b a nl a n d s c a p ei n f oa n a l y z i n ga n d c o m p u t a t i o n a lt u p uw e r ec o n s t r u c t e d t h e yi n c l u d e st h ea n a l y z i n gm o d e lo fu r b a n l a n d s c a p e ，s c a l ee f f e c tm o d e lo fu r b a nl a n d s c a p e ，u r b a nl a n d s c a p er e c l a s s i f y i n ga n d d i s t i l l i n gm o d e l ，u r b a ns p a c ee x p a n s i o nm o d e l ，a n a l y z i n gm o d e lo fu r b a nr e g i o na n d z o n e ，m u l t i r e g r e s s i o nm o d e l ，e la 1 t h e n ，a l lu r b a nl a n d s c a p em o d e l l i n gs y s t e mw a s d e v e l o p e d w i t h t h eh e l po fu l m s ，t h es p a t i o - t e m p o r a lr b l e so fu r b a nl a n d s c a p e p a t t e r nc a nb er e v e a l e d t h i sw i l lh e l pt od i a g n o s eu r b a ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a l p r o b l e m sb r o u g h tb yt h ec h a n g eo fu r b a nl a n d s c a p ea n dt o f o r e t e l lf o ru r b a n d e v e l o p m e n t i nc h a p t e r7 ，t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ec o n c l u d e d ，r e s e a r c hd e f i c i e n c yn o w a d a y s a n df u r t h e rs t u d i e sa r ep o i n t e do u ta tt h es 锄et i m e k e y w o r d s ：r e m o t es e n s i n g ；u r b a nl a n d s c a p e ；i n f o - t u p u ；m o d e l l i n gs y s t e m ； s h a n g h a ic i t y 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 学位论文使用授权声明 日期：尘，j 万 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名导师签名： 日期：劢业日期： 华东师范大学博士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景与选题意义 第1 章绪论 城市自从诞生之日起，就从来没有停止过向外扩展的步伐，这是城市发展 的必然规律。这将势必带来城市空间、城市社会、经济、以及人口规模的不断 膨胀。同时，在城市内部，由于经历了一定的历史发展周期之后，产业升级换 代，工业布局调整，旧城改造，各种新型人造景观的涌现等，推动着城市空间 范围不断向外扩展，城市生态与城市环境质量急剧下降。为了减缓城市内部矛 盾，各种产业将会在城市外围寻求发展空间，于是卫星城镇出现在城市周围成 为新的增长核，城市景观在其周围的郊区、甚至在农村地区被大量复制。上世 纪9 0 年代至今，在全国大中城市郊区普遍开花的各种经济技术开发区( 如郑州 的郑东新区、上海的松江工业园区、张江工业园区等) 、房地产热就是最明显 的例证。最近几年来，大中城市的郊区又出现了大匝积的高校新校区( 如上海 市各高校的嘉定校区、奉贤校区、闵行校区、松江校区等) 以及以居住为主的 大量新楼盘( 如上海的万科城市花园、海港新城、2 9 7 k m 2 的临港新城等) ，而 农村地区大量土地在“圈地运动”之后被用来建造工业区、开发区等等。为此 我国每年大约有2 0 万公顷的农业用地被征用变成非农用地。这些鲜活的例子充 分说明，城市空间范围逐渐扩大，城市景观变化非常迅速，农业用地在逐渐缩 小，城市包围农村的现象越来越普遍。快速城市化所带来的必然是城市空间范 围的快速扩展、城市景观格局的频繁更替以及农业用地的快速退缩，带来很多 城市环境与城市生态问题，影响城市人居环境质量。 国土资源部2 0 0 6 年发布的2 0 0 5 年中国国土资源公报显示，2 0 0 5 年全 国核减开发区1 0 个，压缩面积5 2 0 0k m 2 ( 报刊文摘，2 0 0 6 年4 月2 4 日) 。另 据经济日报3 月8 日报道，“十一五”规划纲要草案，将国土空间划分为优 化开发、重点开发、限制开发和禁止开发四类主体功能区。这是第一次根据我 国资源环境的承载能力、现有开发密度和发展潜力，将未来国家的人口、经济、 国土利用等因素统筹在内，划分出四类不同的功能区域。所以，对于上海这样 开发密度已经很高，资源环境承载能力开始减弱的区域，就应该转变增长模式 ( 经济日报，2 0 0 6 年3 月8 日) 。这充分说明我国现阶段国民经济“高投入、 高消耗、高增长”的发展模式已经引起国家的高度重视。全国人大十届西次会 议上提出，要建设社会主义新农村，掀起了一股重视农村、发展农村的浪潮。 如果不重视规划引导，那么建设新农村、发展生态型、小康型农村的大政方针 带来的将是大量的、整齐划一的新建农村住宅群对于土地资源的再次掠夺。所 华东师范大学博士学位论文 第l 章绪论 以，城市空间膨胀式发展到了必须控制的地步。对城市空间扩展所带来的城乡 景观格局的变化必须进行有效地监控。 城市发展、城市空间扩展所带来的如交通拥挤、居住环境问题、土地资源 紧张、城市环境污染等诸多“城市病”，很大程度上是由于不合理的景观生态布 局，造成城市内部各要素之间不能相互协调，从而削弱了城市生态系统的功能 ( 杨小波等，2 0 0 0 ) 。景观的变化更多是由人类活动所决定的，人类活动有意或 无意地改变了景观格局、过程( h o b b s ，r 1 9 9 7 ) 。城市作为一个生态系统，其发 展受自然因素和社会经济因素等共同影响。所以，研究城市空间扩展及其城市 景观格局的演变规律，就要从景观生态和景观要素的角度出发，探讨城市生态 系统中各种要素之间的关系，特别是人类活动与城市其他要素的人地关系。 基于遥感影像的城市景观信息图谱之研究，将以上海市的多时相、多源遥感 影像以及道路、人口、建筑物等若于相关专题数据为基础，运用地学信息图谱、 景观生态学、地统计学的若干理论与方法，研究城市空间在不同方向或空间单元 的扩展规律及其格局；从景观的自相似、复杂性、多样性等方面入手，运用分维 数、多样性指数等指标，建立城市发展过程中的空间扩展图谱、建成区、绿化空 间、热环境等单要素景观格局变化以及景观图谱分析的若干模型，以城市景观信 息图谱来展示、揭示在城市发展过程中，城市景观表现在空间上以及内部的景观 镶嵌体的演变规律。为了进一步研究城市景观格局变化对城市生态与城市环境所 带来的影响，选择了作为城市各种景观要素相互作用的烙印城市热力景观这 个综合表现因子作为突破口，研究道路网、入口密度、工业布局、高层建筑的格 局等单要素景观类型与热场的相互作用关系，并建立回归方程，从这些单要素景 观类型的图谱特征以及格局的变化来反映城市景观镶嵌体的格局变化。最后，在 地理信息系统和计算机技术手段与平台支撑下，开发了城市景观信息图谱模型系 统，通过模型系统，能够形象直观地反映城市空间扩展的范围、幅度以及速度， 反映工业景观、绿地景观、居住景观等各种景观因子在不同空间尺度上所表现出 来的景观时空分布特征，将地学信息图谱的理论与方法运用到城市景观的研究之 中，模拟各种城市景观生长、集聚与扩散的过程，以此建立多时相、不同城市景 观信息的图谱序列。对于发展、丰富地学信息图谱理论，创新地理计算方法具有 学术意义，基于模型系统的各种分析结果，能够对城市景观变化进行监控，为城 市规划、城市发展等提供决策依据。 1 2 国内外研究现状 随着城市化的飞速发展，人类对城市景观的影响和控制将会更加明显，各 种各样的人造景观出现在城市之中，从一定程度上破坏了城市景观的原始风貌。 城市化和密集的人类社会经济活动对景观格局的改造已经导致了城市热岛效 2 华东师范大学博士学位论文第1 章绪论 应、大气污染和种群失衡等诸多生态环境问题( 宋治清，2 0 0 5 ) 。对于城市发展 过程中出现的生态环境等问题，有关学者从多种视角对此进行了探讨，包括城 市土地经济学、城市地理学、景观生态学、地学、地统计学、遥感与地理信息 系统、地理数量方法等理论与方法，已经取得了很多研究成果，其中研究最多 的就是对于城市土地利用与变迁的研究、其次是以土地利用为主要内容的城市 景观研究。 对于城市景观的研究，主要运用的是景观生态学的原理与方法。邬建国将 景观格局特征分析概括为三个层次：单个缀块、缀块类型、景观镶嵌体( 邬建 国，2 0 0 2 ) 。按照这个层次，可以将目前对于城市景观的研究视角进行划分，相 应地包括对单个景观缀块的研究、景观缀块类型的研究、景观镶嵌体的研究。 在地学界，对于城市景观的研究主要体现在城市景观格局、景观多样性、景观 镶嵌等方面。 在单因子城市景观的研究中，目前主要集中在城市熟场、城市绿地等方面。 范心圻系统研究了北京、上海等特大城市内部各自的热场分布特点，认为城市 热场的最大贡献者是城市建筑容积率，而城市建筑容积率又与建筑面积和人口 密度有关。发现北京市区偏南地带有一常年高温带的存在，是因为崇文门、前 门、宣武门在“文革”期间搞了一排横亘东西的高层建筑所致；上海的三个高 温中心与工厂高能耗取有关；武汉的高温区与六渡桥一带商业区和火车站有关 ( 孙天纵，1 9 9 5 ) 。陈云浩等对夏季城市热场进行了卫星遥感分析，并从格局、 过程、模拟与影响等方面对城市空间热环境进行了遥感分析( 陈云浩，2 0 0 2 a ： 2 0 0 4 ) 。对于城市热场的研究可以对城市规划起到指导作用。车生泉对上海城市 绿地景观异质性进行了分析( 车生泉，2 0 0 1 ) ，研究了上海市公园绿地的景观格 局( 车生泉等，2 0 0 2 ) ；高峻研究了9 0 年代初上海市绿地景观的格局特征( 高 峻，2 0 0 0 ) 。王晓东等从景观单元水平上，探讨了城市生态绿地的规模、城市边 缘地区破碎化、连接性景观廊道等景观结构要素在城市景观规划中的若干尺度 问题，对这些尺度敏感地区进行了理论分析，就其合理的尺度规模进行界定， 认为城市景观规划中尺度问题及相关因子对城市生态环境和可持续发展有重要 影响( 王晓东，2 0 0 1 ) 。马严等用景观生态学原理与方法研究了城市景观格局对 城市可持续发展的影响，认为城市是由住宅、商务、绿地、工业、河流、街道 等各种斑块、廊道、基质镶嵌成的、满足人类生活生态位和生产生态位的人工 景观生态系统，如果城市规划不合理，斑块、廊道、基质的空间关系对城市发 展产生空间阻力( 马严等，2 0 0 3 ) 。 对城市景观类型和景观镶嵌体的研究，主要也是用景观生态学的方法，同