《园林》学刊·专题导读（2024.01）丨基于ArcGIS Engine的城市绿地生态网络智能规划系统研发与实证

基于ArcGIS Engine的城市绿地生态网络智能规划系统研发与实证

Development and Case Demonstration of an Intelligent Planning System for Urban Green Space Ecological Network Based on ArcGIS Engine 

张浪*    仲启铖    张桂莲    郑谐维   张瑞    李晓策    余浩然    王雨洁    屈子雅

张浪

教授级高工（二级）、博士生导师，上海领军人才、享受国务院特殊津贴专家，上海市园林科学规划研究院院长，兼任城市困难立地园林绿化国家创新联盟理事长、上海城市困难立地绿化工程技术研究中心主任、城市困难立地生态园林国家林草局重点实验室主任，研究方向为生态园林规划设计与技术研究，本刊主编

仲启铖

上海市园林科学规划研究院林科所副所长，上海城市困难立地绿化工程技术研究中心、城市困难立地生态园林国家林业局重点实验室高级工程师，研究方向为城市绿地生态网络模拟与评价

张桂莲

上海市园林科学规划研究院碳汇中心主任，上海城市困难立地绿化工程技术研究中心、城市困难立地生态园林国家林业局重点实验室高级工程师。研究方向为林业碳汇计量监测、城市绿地生态网络研究。

• 全文刊登于《园林》2024-01期 P20-27.

• 全文引文格式：张浪, 仲启铖, 张桂莲, 等. 基于ArcGIS Engine的城市绿地生态网络智能规划系统研发与实证[J]. 园林, 2024, 41(01): 20-27.

• 摘要：针对现有城市绿地生态网络构建方法复杂多样、常用软件功能单一、规划支撑效果有限等问题，研发了城市绿地生态网络智能规划系统。将保护生物多样性、提升功能连接度作为城市尺度绿地生态网络构建的核心目标，统筹其他生态与社会服务功能，梳理和综合图论、生境质量评价、最小累积阻力模型和电路理论等模型和方法，基于NET平台，采用ArcGIS Engine、C#、Python等技术，通过GIS二次开发方式实现系统各项功能，并以上海市闵行区为对象进行了实证分析。结果表明，系统可自动执行生态源地筛选、综合阻力面构建、生态廊道路径提取、生态廊道宽度确定、生态网络效能评价等技术环节，一键生成城市绿地生态网络布局结构，并实现不同情景的对比分析，为规划实践提供多情景、可视化的辅助决策。

• 关键词：城市绿地，生态网络，ArcGIS Engine，系统研发，智能规划

城市绿地生态网络，是指通过生态廊道、绿道、生物踏脚石等，将城市内分散的绿地、林地、湿地、自然保护地等有机联系而成的具有一定连接度的复合生态网络^[1-2]。“生态源地识别—综合阻力面构建—生态网络生成”是进行城市绿地生态网络构建的主流模式之一，但不同研究在方法选用和组合方面存在较大差异，并无一套适用于人口稠密、用地紧缺城市化区域的通用方法。同时，Linkage Mapper、Graphhab、Conefor等常用软件工具的功能相对单一，受使用者主观影响大，难以为规划实践提供多情景、可视化的辅助决策。

文章以辅助城市尺度绿地生态网络规划为目标，梳理建立一套标准化技术流程，采用ArcGIS Engine等技术，集成相关模型和软件功能，研发一套能独立运行、可辅助决策的GIS系统，实现城市绿地生态网络布局结构的自动生成、分析评价和情景对比。

   1 技术路线与研究方法   

1.1 技术路线

图1  本系统所采用的技术路线图

梳理了生态源地筛选、综合阻力面构建、生态廊道路径提取、生态廊道宽度划定、生态网络生成和空间效能评价等技术环节，综合了图论、生境质量评价、最小累积阻力模型和电路理论等生态网络模拟和分析方法^[3-4]，研发了标准化、自动化的GIS软件系统，以期为科学、客观规划城市绿地生态网络布局结构提供实用软件工具。技术路线如图1所示。

1.2 系统设计

数据库采用主流的文件地理数据库（FileGDB）。系统采用客户端/服务器端架构（C/S架构），以Microsoft Visual Studio 2015作为开发平台，以C#为开发语言，基于ArcGIS Engine开发，包括常规GIS功能、项目管理、网络构建和分析评价等专业功能模块（图2），可实现项目管理→情景管理→源地筛选→阻力面构建→廊道路径提取→电流密度计算→廊道宽度确定→综合图生成→情景对比→情景权衡→效能评价→结果导出的整个城市绿地生态网络构建流程。

图2  系统主要功能模块

   2 系统开发成果   

图3  系统主界面图

系统主界面包括菜单栏、工具条、内容列表栏、地图窗口和地图状态栏（图3）。上方的一级菜单栏为系统的三大专业功能模块。二级菜单栏为具体功能键。

在三大专业功能模块中，项目管理模块支持项目的创建和打开，每个项目可包含多个情景，对同一研究区域执行不同情景的模型运行和成果对比；网络构建模块支持情景创建和管理，在每个情景下，用户可完成数据加载、参数设置和一系列生态网络模拟和分析流程，实现城市绿地生态网络布局结构的智能生成；分析评价模块基于不同城市绿地生态网络构建情景，完成情景空间对比、情景权衡分析与网络效能评价等功能。

系统主界面中间的工具条包含一系列GIS基本功能命令，如数据选择、加载、编辑、保存、平移、全图、放大、缩小等。右侧的地图窗口用于显示和表达系统运行过程中所使用的空间数据。左侧的内容列表栏，显示了地图内容、数据显示顺序、数据表达方式等。下方的地图状态栏则可显示命令或者操作的提示信息，以及坐标信息等。

   3 系统应用实例   

以上海市闵行区为研究对象，收集各类所需数据，按照系统操作流程，将小型哺乳类野生动物作为闵行区生物多样性保护的目标物种，建立项目和情景二级工程，将上述数据导入系统，并完成必要的参数配置，确认无误后点击一键执行，系统开始自动运行。

系统首先执行城市生态源地自动筛选，共筛选出重要生态源地28个，总面积为19.32km²，平均面积为0.69km²；随后，自动执行综合阻力面构建，生成了涵盖闵行区全域及其周边2km缓冲区的综合阻力面；紧接着自动执行城市生态廊道路径提取，共提取出有效廊道69条，总长度为23.2km，平均长度为3.4km；接下来自动执行城市生态廊道空间划定，共划定廊道总面积为17.4km²，单条廊道平均面积2.53km²，平均宽度45.4m。最终，依托该系统，一键智能生成了闵行区城市绿地生态网络的总体布局结构。

将基于系统自动生成的闵行区绿地生态网络图（简称机器规划）与《闵行区总体规划（2017-2035）》中人为主观划定的生态网络规划图（简称人为规划）进行对比，发现与人为主观划定的网络结构相比，机器规划能快速、准确识别重要性等级较高的生态源地和廊道区段，并给出适宜的规模和连接方式，从而为提高实际规划建设的生态效能提供科学依据。

图4  系统自动生成生态网络（左）与人为规划生态网络（右）对比

   4 结论与讨论   

本文将“生态源地识别—综合阻力面构建—生态网络生成”的基本模式进行逻辑推演，以保护城市生物多样性、提升功能连接度作为核心目标，统筹其他生态与社会服务功能，提出了一套在城市及其影响范围内构建绿地生态网络的标准化技术流程，研制了一套理论依据充分、技术流程明确的城市绿地生态网络智能规划系统。该系统目前主要适用于在国内东部城市化区域构建以保护生物多样性为主要目标的城市绿地生态网络布局结构，有望为国土空间规划背景下的城市绿地生态网络规划建设提供决策辅助。

   参考文献   

[1] 刘滨谊, 吴敏. “网络效能”与城市绿地生态网络空间格局形态的关联分析[J]. 中国园林, 2012, 28(10): 66-70.

[2] 张瑞, 张青萍, 唐健, 等. 我国城市绿地生态网络研究现状及发展趋势——基于CiteSpace知识图谱的量化分析[J]. 现代城市研究, 2019(10): 2-11.

[3] 俞孔坚. 生物保护的景观生态安全格局[J]. 生态学报, 1999(1): 8-15.

[4] ADRIAENSEN F, CHARDON J P, BLUST G, et al. The Application of ‘Least-cost’ Modelling as a Functional Landscape Model[J]. Landscape and Urban Planning, 2003, 64(4): 233-247. 

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编辑校对丨舒婷婷              微信排版丨戴嘉旻              文章审核丨钱秀苇   戴嘉旻

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