深圳城市生态大数据智慧管理和服务平台技术集成与应用研究

生态环境是人类赖以生存和发展的基础,城市生态大数据智慧管理和服务平台建设是生态城市和美丽城市建设的需要。以深圳市为例,借助物联网、移动互联网、计算机、数据库和网络地理信息系统技术,以及时空地理大数据整合和共享、大数据挖掘分析和云端一体化业务协同等关键技术,结合城市生态系统评估分析决策模型/方法/对策库,在实现深圳市“空-地-网-统计-众源”等多源异构生态大数据有效集成的基础上,搭建了 “数据采集-信息提取-知识发现-决策生成-快速服务”全流程、一体化的深圳市生态大数据智慧管理和服务平台,构建了面向业务部门和科研人员等专业用户的生态野外数据调查采集系统和城市生态监测与评估管理决策分析系统,以及面向社会大众的深圳生态大调查APP。平台首次揭示了深圳市1979年以来不同生态系统的格局、构成、过程、服务和健康状况的变化,提升了深圳市生态环境综合决策科学化、生态环境监管精准化、生态环境公共服务便民化水平。平台有效降低了用户数据收集与处理和操作专业模型的难度,突破了原始数据应用的瓶颈和难点,提高了专业模型在业务部门中的使用率。未来,依靠“生态大数据+生态专业模型”的技术方案实现从数据到知识的挖掘,是实现城市生态大数据智慧化和专业化管理的关键,也是全面提高城市生态环境保护信息化服务水平的重要途径。     

基于多源数据的中新天津生态城微观尺度宜居性评价

定量评估城市内部宜居性便于发现城市问题从而针对性改善环境。现有研究多囿于单一时相的静态分析,难以在微观层面揭示城市动态发展状态。本研究以中新天津生态城为例,从环境健康性、交通便捷性、城市安全性、设施便利性和经济繁荣性5个维度创建生态城宜居性评估指标体系,利用研究区2016—2020年的遥感影像、兴趣点、控制性详细规划数据等多源数据,结合熵值法和优劣解距离法从居住地块尺度对生态城内部宜居情况进行长时间序列的动态监测。结果表明: 研究期间,生态城内不同片区宜居水平有较强的时空差异性。空间上,以生态城中新合作区南部为核心,宜居性整体呈现出中心高、边缘低的特点,设施便利性、交通便捷性和经济繁荣性呈现出中心高、边缘低的特点,而环境健康性和城市安全性则呈现出中心低、边缘高的特点。2016—2020年间,生态城宜居性提升速度逐步加快,中新合作区南部的宜居性整体提升最明显。     

我国典型城市空气质量演变及其调控——以深圳市2000-2017年为例

目前国内外许多城市面临严重的空气污染问题,严重制约城市发展、影响人体健康。同时,部分城市（如深圳）空气质量已经达到并保持在良好的水平。探究这些城市空气质量演变过程及其调控,可为我国大量仍面临严重空气污染问题的城市提供参考和借鉴。以深圳市为案例,利用环境质量公报数据和统计年鉴数据,通过分析多个社会经济因子与典型污染物的相关关系,探究其空气质量演变特征与调控经验。结果表明,深圳市各类型空气污染物与城市社会经济发展均符合EKC模型假说,但不同污染物所处阶段不同。颗粒物、SO₂和NO₂均处于下降阶段,而O₃目前处于高水平平稳阶段。总结深圳市空气质量改善历程及调控措施,发现主要有两大方面：宏观上严格把控;微观上精准治理。宏观上,重点放在产业结构和能源结构的快速调整上,对于空气质量的改善起到了非常明显的作用。而在微观精细化的管理上,对于空气污染的治理政策要具有持续性、精准性和及时性。当下,针对首要的O₃污染问题,深圳市应重点关注城市人为排放VOCs和植物释放VOCs对O₃生成的影响,以及城市热环境对O₃浓度的影响。     

生境空气质量测定与评价指标

该指标系统规定了空气生境指数(Air entironment index,简称AEI)、生境空气质量分级、采样点及取值时间,采样与分析方法及数据统计的有效性规定。空气生境指数(AEI)的测定与评价的十个项目:空气洁净度(CI)、空气新鲜度(T)、植物精气浓度、人均绿地面积、绿地植物覆盖率、硬质覆盖率、水体覆盖率、界外植物覆盖率、移植植物树龄或原生植物树龄、植物种类和植物景观。本手册适用于住区生境空气质量评价。住区生境空气质量分为五级:5A级空气质量住区;4A级空气质量住区;3A级空气质量住区;2A级空气质量住区;1A级空气质量住区。     

水生态文明城市建设对城市水生态承载力的影响——以武汉市为例

城市水生态承载力能较好反映水资源-水环境-水生态-经济社会复合系统间多要素互馈关系，水生态文明城市建设对城市水生态系统具有多方面影响，对城市水生态承载力在水生态文明城市建设前后的变化进行定量研究具有重要意义。以城市"社会-经济-自然"复合生态理论为指导，充分考虑人类活动与城市水生态系统的响应关系，基于DPSIR框架构建城市水生态承载力评价指标体系，以水生态文明建设试点城市武汉市为例，综合运用熵权法、TOPSIS和障碍度诊断模型等方法，分析2008-2019年武汉市水生态承载力的变化趋势和影响因素。结果表明，水生态文明城市试点建设期间（2015-2017年）的水生态承载力平均水平（0.552）明显高于建设前（0.361）和建设后（0.438），建设成果主要体现在压力和影响指标的改善以及响应指标的大幅度提升上。阻碍武汉市水生态承载力提升的主要指标为生态环境状况指数、建成区绿化覆盖率、农田灌溉亩均用水量、酸雨量和饮用水源地水质达标率。根据评价结果提出水城共生共荣发展模式、引导产业结构转型等提升武汉市水生态承载力的建议。     

基于组合赋权的TOPSIS 法与灰色关联度的秦岭生态功能区水土保持治理效益评价

针对TOPSIS 模型在多指标评价中的不足, 提出了基于灰色关联系数矩阵的改进TOPSIS 模型, 运用AHP 法和熵值法组合赋权的方法, 克服了传统主客观赋权方法的缺点, 建立了秦岭生态功能区水土保持治理效益评价模型,通过该评价模型的应用, 较好反映了水土保持治效益变化趋势。结果表明, 秦岭生态功能区水土保持治理效益逐年增长, 2009 年较2002 年相比, 治理效益增长1.24 倍, 表明秦岭生态功能区各项水土保持措施已经发挥作用, 生态环境逐步向良性发展, 有利于秦岭生态环境及其各项功能的改善。该评价方法计算简单, 结果合理, 具有很好的应用前景, 为区域水土保持措施有效开展提供新的思路, 也为政府决策与综合管理、宏观调控提供科学的理论依据。     

近20年城市遥感研究现状及其发展趋势

随着城市化进程的不断加速,城市遥感研究已成为地理学、生态学、城市规划学等学科领域主要发展方向之一。城市化使人口与经济增长的同时,也使得城市原有的生态环境状况发生改变,从而引起了一系列城市生态环境问题。城市遥感是一门多学科交叉研究领域,近年来已经取得了一系列显著的研究成果。对近年来城市遥感研究涉及的城市地表温度、边界扩张、不透水表面、景观格局以及生态安全5个方面的理论、研究方法、应用动态以及发展方向进行了较为详细的总结与探讨。主要得出如下结论：（1）数据源从单个遥感数据研究走向多源遥感数据融合发展,多源遥感数据尤其是结合高分辨率数据越来越多的被应用到城市研究的各个领域中;（2）城市遥感的研究目标不断扩展、深化和聚焦;（3）城市遥感研究已开始从二维空间向三维空间拓展;（4）城市遥感涉及的研究对象之间相互作用,相互影响在深入解读城市遥感研究理论意义和潜在挑战的基础上,结合最新研究对本文所涉及的主题进行了补充和完善,为城市典型生态环境问题的解决提供新的思路;今后应按照城市形态与构成、城市关键要素、生态环境响应、生态环境评价以及城市扩展与环境预测的体系结构进行综合分析。     

兰州城市宜居性评价及其空间特征

在新型城镇化背景下,宜居性已成为当前城市发展研究的热点。基于问卷调查、Arc GIS空间分析方法及聚类分析法,选取设施完善度、出行便捷度、居住安全度、环境健康度、景观优美度和居民归属感6个一级指标和27个分指标,建立城市宜居性综合评价模型。在此基础上,以兰州市主城区内的48个街道和1个高新技术开发区为研究对象,从市区层面、分区层面和片区层面3个空间尺度,对兰州市宜居性进行了系统评价,以期为兰州城市建设提供参考。结果表明:兰州市宜居性总体水平不高,市区层面上受河流山体的提升作用,宜居性整体呈带状分布;分区层面上东西部差异明显。其中,城关区宜居性最好,七里河最差;片区层面受城市空间结构的影响,呈"多中心"分布格局。     

基于能值分析的唐山市生态安全评价

基于“压力-状态-响应(PSR)”模型,运用能值分析方法构建了城市生态安全评价体系和城市生态安全指数（EUESI）,并评价了1995-2005年间唐山市生态安全水平的变化.结果表明：1995-2005年间,唐山市生态安全水平呈先升高后降低的趋势;基于能值分析的研究区城市生态安全指数由1995年的0.017增加到1996年的0.022后逐年降低,2003年进入不安全状态.基于能值分析的城市生态安全评价方法克服了传统评价体系的指标繁多、重复、单位不统一和可比性差等缺点,更加真实客观地反映了城市生态安全状态,为城市生态环境的管理和决策提供了科学依据.     

2022年冬奥会崇礼赛区多重压力下生态风险评价

冬奥会这类重大体育赛事对举办城市的经济转型、城市功能升级、竞争力提升等方面具有助推效应,而其带来的生态影响也不容小觑。近年随着赛事规模的不断扩大和户外场馆的建设,冬奥会导致的生态风险愈加突出。然而,对于规模大、历时长的冬奥会复杂生态风险目前还缺乏定量评价方法。研究旨在探讨一种区域生态风险评价方法,即相对风险模型,并基于地理信息系统（GIS）定量评价冬奥会赛前准备阶段多重压力下的生态风险。选择2022年冬奥会崇礼赛区为案例区,构建压力-生境-终点三大要素组成的相对风险模型,将整个崇礼划为6个风险分区,辨识了冬奥会赛前阶段包括各种人类生产、建设活动和自然因素的11类压力（威胁）、6类生境和4个评价终点,并确定了压力和生境的分级标准。压力分级评价结果显示,道路和交通活动的得分最高,得分最低的是火灾。生境相对等级评价表明,河流栖息地的得分最高,得分最低的是湿地与景区滑雪场。从不同生态终点得分看,生物多样性的风险最高,娱乐休闲风险最低。总体区域风险评价表明,VI区四台嘴乡冬奥场馆核心区的风险得分最高,而风险最低的为III区,包括石嘴子乡和驿马图乡。最后,对相对风险评价的不确定性进行分析,并讨论其优缺点。总之,尽管存在不确定性,相对方法模型仍被认为是评估和优先考虑多个资产的多重压力风险的稳健方法,也是决策者确定管理行动优先级的有用筛选工具。研究证明了相对风险模型方法评估2022年冬奥会主办地风险的可行性,研究结果明确了崇礼区恢复工作的重点区域和压力,对冬奥会的可持续管理和地方发展具有重要参考价值。     

基于社会感知的城市功能区人居环境愉悦度时空分析

人居环境愉悦度是特定环境下人类感受的定量表征指标,对优化城市人居环境有重要的指导意义。当前研究多使用社交媒体数据分析城市的发展和变化,忽略了城市环境和地理场所带来的居民心理感受影响。收集基于位置服务的微博数据和城市功能区数据,采用地理空间分析和数据挖掘方法,评价了北京市中心城区不同功能区的工作日和节假日人居环境愉悦度(2021年10月1日至24日)。主要结论：(1)人居环境愉悦度的时间趋势存在逐小时和假期-周末-工作日的规律变化。国家法定节假日和周末愉悦度最高,工作日明显降低;(2)人居环境愉悦度的空间分布存在差异,愉悦度高值区和低值区在空间上的分布离散,在工作日的表现更显著;(3)不同功能区之间人居环境愉悦度的时间分布存在差异。高密度商业区和休闲商务区多数时刻具有较高的愉悦度,文旅区和经济开发区在周末人居环境愉悦度较高,工作日中央商务区和自然景观区拥有较低的人居环境愉悦度。研究结果表明社交媒体数据在城市人居环境愉悦度研究中具有很大应用潜力,长时间序列和大空间范围数据挖掘是未来城市研究的发展趋势,对城市景观规划设计和人居环境优化具有重要的指导意义。     

四个可持续发展实验区绿地系统可达性比较研究

我国可持续发展实验区所在城市均十分重视绿地系统对其可持续发展的重要支撑作用。布局合理的城市绿地系统不但能提高城市生态空间容量,也能充分满足不同位置城市居民的需求,这使得城市绿地与其被服务对象——城市居民之间的可达性成为评价城市绿地系统服务价值的重要指标。以高德公司生产的电子导航地图中居民区点和绿地系统数据为基础,采用GIS缓冲区分析法,分别探讨了我国4个有代表性的国家可持续发展实验区西城区、石景山区、绍兴市和日照市这4个城市的城市绿地系统斑块特征,以及5,5—15,15—30min时间距离内所覆盖城市居民点数量,对其绿地可达性及其服务能力进行比较分析和研究。研究结果表明:4个可持续发展实验区内的绿地系统分布均比较合理,覆盖面广,尤其是30min时间距离内可达的绿地满足了95%的住区;80%以上的住区居民可以在15min内到达周边任意绿地,为城市绿地管理部门打造"一刻钟生活圈"提供了良好的基础。但同时也发现,提供服务的绿地斑块面积比较细碎,大型绿地的配置率相对较低;而且多数绿地斑块从属于多个时间距离半径内,承受较大人口压力。最后,建议城市规划过程中,注重绿地系统与住区从时间尺度上的协调分析。此外,尝试性地采用日常生活中普遍使用的电子导航地图开展城市绿地系统可达性分析,研究结果与城市居民的生产生活密切相关,对城市绿地系统规划具有实际指导意义。     

城市再生视野下高密度城区生态空间规划方法——以厦门本岛立体绿化专项规划为例

面对快速城市化进程中城市高密度地区生态空间缺乏、布局支离破碎的问题,从规划层面分析了其问题的症结所在;提出屋顶绿化与城市绿地系统联动互补,是针对城市高密度地区生态环境受损严重以及土地资源紧缺的约束条件下,建构生态空间网络的有效途径;并以厦门本岛为研究区,基于GIS、遥感技术,利用高清遥感数据结合实地调研、问卷调查、部门资料、规划文本建立现状及规划空间数据库;从既有研究梳理、综合效益影响、城市发展诉求分析3个层面总结屋顶绿化实施潜力影响因子,结合规划分区与建筑分类建立实施潜力评估方法;对研究区进行屋顶绿化实施潜力评估,结合城市绿地系统,以"全域空间、重点片区、多维网络"为方法进行研究区生态空间网络规划。结果表明:1)生态结构完善、城市功能优化、公共服务需求、环境改善需求、建筑属性特征、建筑产权归属是屋顶绿化实施潜力评估要素,其包含的城市生态框架、城市功能结构、景观提升需求、建筑改造需求、内涝程度、热岛强度、微气候环境、建筑高度、建筑年代、建筑类型、建筑产权属性是关键性评估因子;2)厦门本岛2016年屋顶绿化率仅有2%,且附属于居住建筑和城中村的屋顶绿化量超过总量的一半,商业、公共、产业建筑作为空间载体进行屋顶绿化有较大发展空间,未绿化的屋顶资源中有81.3%适宜进行屋顶绿化;3)探索高密度城区生态空间网络布局的规划方法是本研究的第一步,下一步通过借助AI、GIS等技术,尝试防控高强度开发与高危集聚引发的城市生态和灾害问题,构建满足复合功能的生态空间网络优化的研究方法。     

城市复合生态系统中互动关系的测度与评价

基于城市复合生态系统原理和城市代谢功能,构建了城市系统互动分析指标体系。应用因子分析法、层次分析法及所建立的量化模型,对城市复合生态系统中的不同变量之间的相关性和协调性进行度量。并以中国北京、上海、广州、天津、重庆和深圳等六大城市为例,对其可持续发展进程进行横向比较。结果表明,六大城市发展度由大到小的顺序是:上海、深圳、广州、天津、北京、重庆;协调度由好到坏的排序是:重庆、上海、广州、北京、天津、深圳;循环度由好到坏的排序是:深圳、上海、天津、北京、广州、重庆;从可持续发展度看,建设和实现可持续发展城市或生态城市的先后顺序大致为:上海、深圳、广州、重庆、天津、北京。说明城市可持续发展的关键取决于社会经济活动压力源的削减、自然生态环境的保育以及城市代谢功能的增强。     

基于多源数据的福州市中心城区人居环境质量评价

城市内部居住环境的客观性评价有助于发现城市发展中暴露出的问题,有针对性地进行调整进而改善城市环境。以福州市中心城区为研究区,居住区为研究单元,利用气象监测数据、遥感影像数据、地图兴趣点数据、国土规划数据等多源数据,从环境健康舒适性、交通便捷性、城市安全性和生活方便性4方面构建城市人居环境监测体系,并使用优劣解距离法进行人居环境质量综合评价。结果表明: 福州市中心城区人居环境水平差异性较大,整体上呈现出中心区域高、边缘地区低的特点。城区中部人居环境指数较高,东部和南部区域较低,西部和北部区域人居环境高值与低值混杂分布。各指标层中,交通便捷性和生活方便性的高-高集聚以及低-低集聚特征与人居环境高低值聚类分布较为一致,便捷的交通以及完备的服务设施对人居环境评价的影响较大;环境健康舒适性呈现城市内部低、边缘高的特点,而城市安全性呈现内部高、边缘低的特点。     

Chemical speciation and risks of heavy metals in sediment of urban wetlands in southeastern China

Dredging, remediation, and other management of sediment in polluted urban wetlands require the information of environmental risks associated with heavy metals (HMs). In this study, sediment samples collected from three typical wetlands in the urban area of Wenzhou City, China, were analyzed to evaluate their risks posed by five HMs. Sediments from an industrial area stored higher Cr and Cu but lower Cd and Pb than those from the residential and agricultural areas. The assessment by the pollution load index method indicated that all of the three study wetlands were polluted. An ecological risk index approach identified low risk for wetlands in forested and residential areas but high risk for wetlands in an industrial area as well as in mixed residential and agricultural area, which was also confirmed by the geo-accumulation index (I_geo) method. Furthermore, the ratio of the secondary phase and primary phase and risk assessment code methods recognized that Cd poses a high pollution risk. The results indicated that sediment pollution by HMs in urban wetlands is possibly a widespread problem in China and needs great attention.     

快速城市化地区景观生态安全时空演化过程分析——以东莞市为例

依托“压力-状态-响应”概念框架模型,建立景观生态安全评价指标体系,以东莞市为例,研究区域景观生态安全时空发展变化过程,揭示快速城市化地区生态安全发展变化的规律.结果表明:1988、1997和2005年东莞市的平均生态安全综合指数分别为0.497、0.436和0.395,区域总体生态安全从中高安全状态逐步降低到中低安全状态;生态中低安全的区域空间上从“市中心-镇中心”沿“市中心-镇中心-道路”不断扩张.采用以像元为中心的公里网格滑动模板的指标作为像元的评价指标,可以有效解决景观结构指数等指标的计算,在生态安全等级划分时边界过度很平滑,景观尺度的生态安全评价可以为生态可持续发展政策的制定提供科学依据.