智慧市政之园林服务价值评价应用研究

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－４６５５．２０１８．０４．０２８

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

No.4 (Serial No.199)

Aug. 2018

智慧市政之园林服务价值评价应用研究

储　昭　兵，郭　璞　璞，毛　水　凌

(上海五零盛同信息科技有限公司，上海 200063)

摘要：随着信息化技术的发展，智慧市政应用系统被越来越多地应用于各政府部门中，而城市园林作为智慧市政的重要组成部分，近年来也取得飞速发展。以江苏省丹阳市数字园林项目为例，利用遥感和地理信息技术将生态学模型与遥感信息模型相结合，构建智慧园林生态系统服务价值遥感测评体系，对丹阳市2003年、2009年和2017年这3个时期的城市园林生态系统服务价值进行评估，并分析其时空变化及响应特征。测评结果与园林市政发展实际相符，证明此评价体系可行，对城市园林规划发展具有一定参考意义。关键词：数字市政；ＣＡＳＡ模型；ＮＰＰ；园林服务价值评价

中图分类号：ＴＵ９８６．１１　　　　　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１００４－４６５５（２０１８）０４－００９３－０４

随着城市规模的不断扩大，公用行业基础设施规模也在不断扩大，有必要充分利用计算机技术和手段，对市政设施相关数据进行全方位的信息化采集及利用，“智慧市政”应运而生。近年来城市生态环境问题多发，对城市园林生态系统进行经济评价，使其价值可衡量化，有助于反映城市园林生态系统的重要意义，也是对市政项目进行环评的前提[1]。１ 评价方法

本文选取丹阳市市政园林项目为例，在承接市政园林项目的基础上对该市园林生态系统的服务价值进行评估。利用遥感数据源对研究区域进行土地利用分类，并通过遥感反演的方式测算出该区域生态系统服务价值评价指标的参数因子，采用生态经济学，对该区域2003年、2009年、2017年的生态系统服务价值进行评价。１．１ 服务功能划分

对园林生态系统服务功能进行分类是对其价值进行评估的前提。本研究参照前人经验并结合可获取的数据资源，将城市园林生态系统服务分为三大类：供给服务、调节服务和支持服务。主要技术路

收稿日期：2018-04-19

第一作者简介：储昭兵(1976—)，男，硕士,高级工程师，主要从事智慧市政应用系统研究及设计。

线见图1。

遥感影像气象数据地形数据城市园林空间分布 气象因子空间矩阵 地形因子空间矩阵CASA模型植被净初级生产力NPP有机质生产 养分循环 气候调节 空气质量调节有机质生产价值养分循环价值气候调节价值空气质量调节价值城市园林服务价值图１ 技术路线图

１．２ ＣＡＳＡ模型反演ＮＰＰ

植被净生产力为植物在单位时间、面积内累积的有机物数量总和。其反映植物特征及光合作用转化效率[1]。利用遥感手段获得该指标参数，并可分析季节、年际动态变化特征[2]。

CASA模型分为光合辐射（APAR)、光能利用率（ε）2个部分，公式为

t）=APAR（y，t）×ε（y，t）NPP（y， （1）式中：APAR（y，t）表示像元y在t月吸收的

光合辐射，gC/（m2·mon）；ε（y，t）为y在t月的光能利用率，gC/MJ。整个模型的运算过程

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储昭兵，郭璞璞，毛水凌：智慧市政之园林服务价值评价应用研究

见图2。

图２ ＣＡＳＡ模型估算ＮＰＰ流程

植物吸收的光合辐射大小由太阳辐射与植物特征决定，植物吸收的光合辐射公式为

APAR（y， t）=SOL（y， t）×FPAR（y， t）×0.5 （2）式中： SOL（y，t）表示y在t月的太阳总辐射量，

g C/（m2·mon）

； FPAR（y，t）为植物层对入射光合辐射的吸收比，0.5为植物利用太阳辐射占太阳辐射的比值。

光合福射吸收比为植物的水、能量、碳等循环平衡的重要检验。实验证明，一定区间范围内光合辐射吸收比FPAR、 NDVI（植被覆盖指数）和SR（侧位百分位数）存在着线性关系[3]

，利用FPAR与NDVI的线性关系计算结果会略高于实际值，而利用FPAR与SR的线性关系计算结果则会低于实际值[4]

。本文采用后者进行计算，公

式如下：FPAR（x，t）=0.5[

NDVI（x，t）-NDVIi，min

NDVIi，max-NDVIi，min

×（FPARmax-FPARSR（x，t）-SRi，min

min）+FPARmin]+0.5[

SRi，max-SRi，min

×

max-FPARmin）

+FPARmin] （3）式中：NDVI(x，t)表示t月份x像元处的归一（植

被覆盖指数）； NDVIi，max表示第i类植被类型的NDVI最大值，NDVIi，min表示第i类植被类型的NDVI最小值； SRi，max和SRi，min分别对应第i类植被类型NDVI的95%以上和5%以下的侧位百分位数； FPARmax取值0.95，FPARmin取值0.001。SR与NDVI有如下关系：

SR（x，

t）=1+NDVI（x，t）

1-NDVI（x，t） （4）式中：SOL（x， t）为像元x处的t月份太阳总94

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辐射，gC/（m2·mon）；SOL（x，t）可由公式逐步求算得到。

综合所在地区的纬度、月份、太阳赤纬、日角、太阳常数等因素，可得到该地区指定月份的太阳辐射总量。

１．３ 价值评价模型

园林生态系统服务价值总量（EA）由生态系统提供的各种服务功能价值总和组成，公式为

EA=VOM+VCR+VNC

（5）式中：

VOM为有机质生产价值；VCR为气候调节价值；VNC为养分循环价值。

１．３．１ 有机质生产价值评估模型

有机质生产功能是指植将C02和H2O转化为有机质的能力，为人类和其他生物提供最原始的能量[5]。研究区域生态系统生产有机质的总价值由该区域产生的有机质质量×市场上有机质的价格得到，计算公式为

VOM=∑NPP（x）×POM （6）式中：NPP（x）为生产的年有机质总量，g C/(km2·a)；POM是有机质的单价，元。

将有NPP的生物碳含量换成有机质，然后将其转化成在市场上流通且有价格的标煤，则有机质价格POM的计算公式为：

POM=NPP（x）×1.474g×PM×10-3 （7）式中：

PM是标准的市场单价，元。１．３．２ 养分循环价值评估模型

生态系统通过光合作用将氮、磷、钾和其他无机营养元素转化成为有机质[6]。区域生态系统的养分循环功能价值评估采用NPP计算，公式

为

VNC=VNC（x）=∑NPP（x）Ri1×Ri2×Pi （8）式中：

i为N、P、K 3种元素；VNC是生态系统养分循环价值；

VNC（x）为像元x处第i种营养元素单位面积累计总价值；NPP（x）是像元x每年产生的有机质，g C/(km2·a)；

Ri1为i元素在有机质中的比率；

Ri2是i元素换算成化肥的占比；Ri表示i肥的平均价格，元。１．３．３ 气候调节价值评估模型

气候调节功能主要是指园林生态对温室气体CO2的调节功能。依据光合作用及呼吸作用的化学方程式，得到气候调节的价值（VCR）公式为

VCR=1.62×NPP×VCO2 （9）

（FPAR储昭兵，郭璞璞，毛水凌：智慧市政之园林服务价值评价应用研究

式中：NPP为该区域生态系统特定年份生产的有机物总量，g C/（km2·a）

。２ 丹阳市园林生态系统价值评估

根据上述的城市园林生态系统价值评价过程，以丹阳市园林项目为例，对其园林生态系统服务价值进行评价。２．１ 数据处理

选取2003年、2009年和2017年3个时期7~9月的Landsat TM/ETM/OLI遥感影像作为数据源。ArcGIS中处理好丹阳市界矢量数据导出，利用数据预处理模块对镶嵌后的3 a遥感图像进行裁剪。从气象数据共享服务网上提取丹阳市及周边10个气象站点的3个年份的月平均气温、月总降水量、月总蒸散量、月总日照时数及站点经纬度信息，利用相关处理软件获取空间分布的栅格图。

对丹阳市2003年、2009年、2017年这3个年份的Landsat遥感影像进行土地类型分类，利用监督分类法进行地物区分，得到2003年、2009年和2017年的土地利用分类图，提取丹阳市植被分布（见图3）。

ａ）　　　　２００３年　　　　　　　　　　　　ｂ）　２００９年　　　　　　　　　　　　ｃ）２０１７年图３ ２００３年、２００９年和２０１７年植被后遥感影像图

２．２ 计算ＮＰＰ

将该研究区域植被覆盖数据、NDVI、气温、降雨和太阳辐射导入CASA模型并分别计算出各个月份的NPP数据，然后将12个月份数据叠加，得到这3个时期的丹阳市园林绿地年总植被净初级生产力数据，结果见图4。

ａ）２００３年　　　　　　　　　　　　　　ｂ）２００９年　　　　　　　　　　　　ｃ）２０１７年图４ ２００３年、２００９年和２０１７年ＮＰＰ分布图

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从图4可以看出，NPP空间分布变化图与该地区植被覆盖度变化图基本统一。经过统计可知，2003年、2009年、2017年丹阳市园林生态系统NPP总量分别为3.8×107 g C/（km2·a）、4.25×107 g C/（km2·a）

和4.46×107 g C/（km2·a）。

2003年到2009年，由于城市建设和水热条件较好，丹阳市植被生长状况良好；2009年NPP值比2003年明显偏高；到2017年城市化发展迅猛，建筑大量扩张，园林绿化面积增长速度相对较慢，NPP增长趋势有所减缓。

２．３ 园林生态系统价值计算

根据公式分别计算有机物生产价值、空气质量调节价值、气候调节价值和养分循环价值。

有机物生产价值：市场上流通标煤价格取1 000元/t（截止2010年12月），作为丹阳市园林生态系统生产有机物质服务价值。

养分循环价值：将氮肥、磷肥、钾肥换算为纯氮、钾、磷再进行定价，价格分别为2 200元/t、4 000 元/t、2 700 元/t；其换算率分别为46%、41.5%、20.1%，作为丹阳市园林生态系统养分循环服务价值。

气候调节价值：根据瑞典碳税率所换算的CO2

单位质量价格为33.6×104元/g，得到从2003年至2017年间该研究区的气候调节服务价值。

空气质量调节价值： 根据市场调查得到2010年工业制氧成本为8×104元/g，从而可得到2003年至2017年间研究区的气候调节服务价值。３ 生态系统服务价值时空分析

使用相关软件对2003年、2009年与2017年3个时期的丹阳市生态系统服务价值进行计算。得到3 a的生态系统服务价值分布图（见图5）。

ａ）２００３年　　　　　　　　　　　　ｂ）２００９年　　　　　　　　　　　　ｃ）２０１７年图５ ２００３年、２００９年和２０１７年该研究区的分布图

使用相关处理软件对栅格统计得到2003年、

2009年和2017年这3个时期该研究区域的生态系统服务总价值分别为1.5亿元、1.69亿元和

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1.76亿元。

对各项功能价值分别统计，再利用Extract By Mask工具提取出每个年份的丹阳市园林生态系统的各项服务价值，整理得到生态系统服务价值（见表1）。

表１ ２００３年￣２０１７年间该研究区域生态系统服务价值

服务

类型有机质生产营养循环气候调节空气质量调节总计

2003年价值/百万元56.098.0240.6145.37150.09

比例/%37.375.3427.0630.23100

2009年价值/百万元62.758.8345.8351.57168.98

比例/%37.135.2327.1230.52100

2017年价值/百万元65.139.4547.9053.66176.14

比例/%36.985.3727.1930.46100

二者占总价值比例超过57%。４ 结语

通过对丹阳市园林生态系统服务价值的变化分析可知，近年来丹阳市城市建设发展势头良好。2003年至2009年间，随着城市化进程不断加快，市政园林设施也在不断发展扩充，且城市植被得到有效养护，健康状况良好。从2009年至2017年间城市建设用地快速增加，园林发展速度相对缓慢。需要说明的是，园林绿地还能为市民提供休闲娱乐和栖息游玩场所等重要功能，但这些非物质因素的功能评价指标尚有待统一，且本研究中获取数据有限。该类价值有待后续研究中进一步完善。

参考文献：

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[D].上海：华东师范大学,2012:2-3.

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生态学杂志,2011,30(4):824-830.

[3] 王珊,史明昌,赵丹丹,等.广西岩溶地区土壤侵蚀变化遥感监

测:以“珠治”工程广西项目区河池片区为例[J].中国水土保持,2012(3):32-34.

[4] 王科明,石惠春,周伟,等.干旱地区土地利用结构变化与生态

服务价值的关系研究—以酒泉市为例[J].中国人口·资源与环境,2011,21(3):124-127.

[5] 张秀英,钟太洋,黄贤金,等.海州湾生态系统服务价值评估[J].

生态学报,2013,33(2):640-649.

[6] 马占东,高航,杨俊,等.基于多源数据融合的南四湖湿地生态系

统服务功能价值评估[J].资源科学,2014,36(4):0840-0847.

由图表可知，研究区的园林生态系统服务价值变化规律为2017年＞2009年＞2003年。2003年至2009年间丹阳市城市规划稳步发展，且2009年该地区气候条件良好，植被生长茂盛，价值不断提高；从2009年至2017年间城市化加速发展，大量建筑用地突现，城市园林绿化面积增长速度相对放缓，价值提升速度降低。从单项生态系统服务的价值角度看，研究区域价值量最大的服务功能为有机质生产，但对于城市园林而言，生产功能为潜在的功能，其价值最大的功能为调节功能，即气候调节和空气质量调节功能，

（上接第92页）

武汉、 南昌和郑州4座我国特大城市进行具体研究，归纳得到特大城市骨干路网体系在空间尺度、人口及岗位分布、城市功能体系耦合性方面的规律特征。

通过归纳演绎法，将归纳得到的一般性规律特征，运用到长沙市骨干路网规划中，提出相关规划建议。

综上所述，研究城市的规律特征，具备相当的科学性、先进性和普适性，适用于我国特大城市的城市规划及交通规划。其他特大型城市在进行骨干路网规划或修编过程中，可因地制宜将这96

些规律特征加以运用，有助于特大城市构建更加合理高效的骨干路网体系，从而推动城市新一轮的有序集约发展。

参考文献：

[1] 上海市城市总体规划（2017-2035年）[R].[2] 武汉市城市总体规划（2010-2020年）[R].[3] 南昌市城市总体规划（2001-2020年）[R].[4] 郑州市城市总体规划（2010-2020年）[R].

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学,2006.

[6] 长沙市城市总体规划（2003-2020年）[R].

ABSTRACTS

Applied Research on Value Evaluation of Garden

Service in Smart Municipality

CHU Zhao-bing, GUO Pu-pu, MAO Shui-ling(Shanghai Wulingshengtong Information Technology Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

Abstract: With the development of information technology, intelligent municipal application system is more & more used in various government departments, and urban gardens as an important part of intelligent municipal, also made rapid development in recent years. Taking the digital garden project of Danyang, Jiangsu as an example, this paper uses remote sensing & geographic information technology to combine ecological model with remote sensing information model to construct a remote sensing evaluation system for the service value of smart garden ecosystem, and evaluates the service value of urban garden ecosystem of Danyang in 2003, 2009 and 2017. Its time & space changes and response characteristics are analyzed. The evaluation results are consistent with the actual development of municipal gardens, which proves that the evaluation system is feasible and has certain reference significance for the development of urban landscape planning.

Key words: digital municipal; CASA model; NPP;

garden service value evaluation

Study on Interchange Plan between Tianjin Planning Hanbei Rd. & Jinhan Expressway

GAO Hui-gang

(Tianjin Branch, Shanghai Urban Construction Design & Research Institute, Tianjin 300450, China)

Abstract: Jinhan Expressway is a closed-type toll system with high speed, two-way 6 lanes and designed speed of 100 km/h. The planning Hanbei Rd. is the planning main urban road with main line two-way 6 lanes and the designed speed of 60 km/h. It is planned to add an interchange to

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the node at the intersection of Hanbei Rd. & Jinhan Expressway. Combined with the recent operation of the expressway, the widening of the future, the planning of the surrounding land, the layout of the high-speed toll plaza around the node and the surrounding structures of the surrounding area are introduced; three schemes of the diagonal quadrant double-ring, full-leaf-leaf & Jinhan Expressway full elevated are fully studied. After the project positioning, engineering program difficulty, land acquisition & demolition, traffic efficiency, project investment and other factors, the diagonal quadrant double-loop scheme is adopted.

Key words: traffic conversion; charging system; weaving section;

main flow direction.

Experimental Study on Shear Properties of FRP

Tendons under Prestressed Condition

JI Rui-pu, ZHANG Ning-yuan(School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)Abstract: Fiber reinforced polymer (FRP) is a new high strength corrosion resistant material, which is widely used in the reinforcement of concrete structures and cable structures of cable-stayed bridges & suspension bridges. A test device is designed to make shear test & pure shear tests of three kinds of FRP bars (CFRP, BFRP, GFRP) under prestressed state. The test results show that there are three kinds of shear failure modes of FRP bars under the prestressed state, and the shear strength of some FRP bars under the prestressed state is improved.

Key words: FRP; prestress; shear property; test device; failure mode;

shear modulus.