基于DEM形态分析的湖南丘陵地形景观策略研究

摘要

在快速化城市发展过程中，能源问题、土地利用、环境问题等已经开始成为制约城镇可持续化发展进程的主要障碍，科技进步给城市发展带来了前所未有的驱动力，也带来了无法估量的环境恶化问题和资源消耗枯竭问题。未来在任何领域中的标准、制度、技术、观念都将逐渐的开始发生转变，景观学领域也是如此。从第一次工业革命到信息化革命时代，科学技术的飞速发展极大的改变了人类的生活，学科间的相互融合达到了前所未有的新高度，景观学也具有了更丰富的形式，具有多样性和混合性。而地形作为地理基础形态的骨架系统一直影响着景观规划与景观格局等问题。新时期的景观规划和景观设计等学科和专业对于地形的尊重，理解与应用也会随着注重生态的趋势而得到日益发展。
　　本文以DEM形态分析的理性分析手法，对湖南丘陵地形景观的建构策略相关问题进行了一系列研究。利用计算机重现设计区域现有自然地形的自然高度，坡向，高程并进行地形建构实验，通过地形建构模拟数据及效果客观分析此地形下的景观规划和设计策略是否匹配现有地形，并从地形控制的角度评估丘陵地区景观设计方法和设计类型的生态效应（地域形态，生态破坏，土方量，建设量，风向，局部小气候等），研究城市设计控制导则下的丘陵景观建构策略模式及其对城市化进程和国土安全开发的影响，试图探索编制初步的丘陵景观建构设计策略应用手册，在快速城市化背景下的城市开发建设中具有实际的指导及应用意义。
　　本文研究的目的，一方面归纳与总结了基于DEM形态分析视角下的丘陵地形景观设计方法生成的可行性及科学性，另一方面将该设计和评价方法应用在湖南丘陵地区景观设计策略中，在一个相对动态与开放的体系中建构一个能对其客观、综合分析的研究平台。主要通过以下几个研究部分展开:
　　第一部分为论文第一、二章，在当前丘陵地区景观建构策略的需求性、紧迫性、复杂性分析的基础上研究了丘陵城市景观建构设计的演变与发展，梳理了DEM技术成因以及在国内外景观地形中的应用现状，力图阐述如何对丘陵地形进行生态保护与构建，讨论丘陵地形景观建构策略的适应性等问题。
　　第二部分为论文第三、四章，主要是应用DEM三维可视化地形分析，对湖南地区丘陵地形景观进行建模。通过对数字高程模型中地形分析指标体系的提取与算法进行综合比较，得出地形建构生成流程。具体为选取地面绝对海拔、地形起伏度、地貌形态分类指标，从微观地形因子（主要是坡度和坡向以及地面曲率三个因子来考虑）和宏观地形因子（地形起伏和地表粗糙以及高程变异）上，根据地形的数字图像数据，分步骤详细解析如何将地形图进行扫描数字化处理，采集等高线和高程点，以获得生成DEM的数据信息，进而推导出DEM数字地形并进行数值计算研究。可为丘陵地形分析提供高效和快速的技术支持。
　　第三部分为论文第五、六章，主要是针对丘陵地形建构理论怎样系统性的运用到城市特色景观设计中进行拓展式的研究，根据湖南丘陵地区城市地形、空间、景观设计分析，基于地形与景观耦合理论，运用二维等高线生成DEM图，导入3D进行渲染对湖南丘陵地区进行垂直分布、坡度分布、坡向分布特征分析。在建构论证分析的基础上，从地域景观理念、城市整体风貌控制、景观序列与竖向形态三个方面，通过湖南地区丘陵地形广场景观设计、城市生态公园、湿地公园、总体城市风貌控制等分析，阐述如何解决建构地形时的不利因素制约，达到景观与丘陵地形的相互融合。
　　第四部分为论文第七章，主要从丘陵地形景观建构策略的适应性与DEM模型应用性展开研究，通过丘陵景观与自然生态相适应，与城市主体相适应、与空间形态形象及意象相适应的研究，在DEM数字建模的基础上讨论湖南丘陵景观建构策略，重点研究中观层面丘陵地形景观生成机制和模式，从横、纵坡控制、竖向控制、坡度适宜性、艺术处理、建构形态、植被水文上制定城市的景观设计及控制导则进行系统的阐述，第五部分为第八章，研究丘陵景观建构对城市化及国土空间开发格局优化的影响，从丘陵城市空间扩张开始展开，分析丘陵地形下景观规划设计与城市化三因子趋势发展（人口、能源、建筑面积）。同时针对如何推进丘陵城市生态文明建设、优化国土空间安全开发格局展开初步设计研究，重点放在丘陵地区山水地形肌理的完善与延续，丘陵城市自组织系统的发展优化策略研究。其次则以宏观层面上的丘陵城市规划设计与国土开发的生态耦合关系研究作为辅助和控制性研究，探索南方丘陵城市独具特色的山水格局构建。最后综述全文，展望丘陵景观建构策略及DEM形态分析在景观学科模拟和分析中的应用前景。
　　本论文所述的是一个基于可视化和数字化研究丘陵城市景观建构策略与城市生态环境关系的方法，对于快速城市化进程中科学进行城市开发建设具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 课题缘起

1．1．2 选题来源

1．1．3 研究对象的定义

1．1．4 研究对象的界定

1．1．5 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 丘陵地区景观建构的需求性背景

1．2．2 丘陵地区景观建构的复杂性要求

1．2．3 国外丘陵地形景观研究现状

1．2．4 国内丘陵地形景观研究现状

1．2．5 国外丘陵地形景观DEM应用现状

1．2．6 国内丘陵地形景观DEM研究现状

1．3 研究目的

1．3．1 研究丘陵地形生态保护与构建策略

1．3．2 研究DEM技术在景观设计中的应用性问题

1．3．3 研究丘陵地形景观建构策略适应性

1．4 研究内容与框架

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路径

1．4．3 研究框架

第2章 丘陵景观建构理论研究

2．1 国内外景观理论

2．1．1 景观生态学

2．1．2 城市地理学

2．2 数字地形理论

2．2．1 数字地形定量分析原理

2．2．2 空间地理数据库的建立

2．2．3 景观地形空间数字分析

2．3 丘陵景观建构理论

2．3．1 丘陵地形景观策略生成

2．3．2 丘陵地形景观评价方法

2．3．2 景观评价与DEM技术支撑

2．4 景观建构评价分析理论

2．4．1 景观空间格局的形成机制

2．4．2 景观建构评价分析体系的基本层次

第3章 基于DEM数据分析与处理

3．1 DEM信息提取的基本思路

3．1．1 基于DEM地面绝对海拔高度的等级划分

3．1．2 基于DEM的地形起伏度计算

3．1．3 地貌形态分类及等级计算

3．2 丘陵地区DEM计算

3．2．1 DEM微观地形因子的提取原理与算法

3．2．2 DEM宏观地形因子的提取算法

3．3 DEM数据分析结构与模型生成流程

3．3．1 叠加分析

3．3．2 栅格数据聚合、聚类分析

3．3．3 DEM丘陵地形建构生成流程分析

第4章 湖南的丘陵地形与空间地理数据

4．1 湖南丘陵地区概况

4．1．1 自然地理条件

4．1．2 社会经济条件

4．1．3 湖南丘陵城市空间分析

4．2 湖南丘陵地区地理数据

4．2．1 湘北丘陵地区地理数据

4．2．2 湘东丘陵地区地理数据

4．2．3 湘西丘陵地区地理数据

4．2．4 湘南丘陵地区地理数据

4．3 湖南丘陵地区空间地理数据

4．3．1 数据采集

4．3．2 数据处理

4．3．3 数据建库

第5章 基于DEM的湖南丘陵景观评价

5．1 景观空间格局分析

5．1．1 单项指标评价

5．1．2 多指标叠加分析

5．2 景观生态安全格局分析

5．3 丘陵景观资源评价分析

5．3．1 评价指标体系

5．3．2 景观资源综合评价分析

5．4 建构模型与匹配维度

5．4．1 株洲景观地形垂直分布

5．4．2 株洲景观地形坡度分布

5．4．3 株洲景观地形坡向分布

第6章 DEM数字化分析下的湖南地区景观规划设计

6．1 长株潭地区

6．1．1 长株潭概况

6．1．2 长株潭的地形与景观空间形态

6．1．3 基于DEM形态分析的长株潭丘陵地形景观建构

6．2 湘南衡阳地区

6．2．1 衡阳概况

6．2．2 衡阳的地形与景观空间形态

6．2．3 基于DEM形态分析的衡阳丘陵地形景观建构

6．2．4 紫金山森林公园景观建构规划实例

6．2．5 衡东县武家山公园规划前期分析实例

6．3 湘西吉首地区

6．3．1 凤凰概况

6．3．2 凤凰的地形与景观空间形态

6．3．3 基于DEM形态分析的凤凰丘陵地形景观建构

6．4 湘东平江地区

6．4．1 平江概况

6．4．2 平江连云山地形与景观空间形态

6．4．3 基于DEM形态分析的平江丘陵地形景观建构

6．5 湘北常德地区

6．5．1 常德概况

6．5．2 常德临澧道水河北岸滨河风光带前期分析实例

6．5．3 津市清远观公园修建性详细规划前期分析实例

第7章 湖南丘陵地形景观建构策略规律研究

7．1 湖南各地区丘陵的特点

7．1．1 形态

7．1．2 地质特点

7．1．3 植物分布

7．1．4 气候特点

7．2 丘陵的建构策略汇总与比较

7．2．1 与自然生态相适应

7．2．2 与城市主体相适应

7．2．3 与空间形态、形象及意象相适应

7．3 湖南丘陵景观建构策略规律讨论

7．3．1 视线的控制

7．3．2 地形的平面形态

7．3．3 地形的平面设计与竖向设计

7．3．4 视觉轴线的确定

7．3．5 尺度的控制

7．3．6 道路的布局

7．3．7 空间的创造

7．3．8 水体的设计

7．3．9 竖向层次

7．3．10 微地形处理

7．3．11 丘陵公园设计

7．4 丘陵地景系统下的控制执行导则的编制及编制原则

7．4．1 控制导则编制的原则

7．4．2 控制导则编制的控制及应用目标

7．4．3 丘陵地形下的景观艺术处理手法及建构形态

7．5 丘陵地形空间，城市与景观协同多目标平衡

7．5．1 丘陵城市空间的合理演化

7．5．2 丘陵景观的地域形态与自然特色

7．5．3 丘陵生态的合理保护与修复

7．5．4 丘陵地区低干预型景观的发展方向

7．6 规律总结

第8章 城市化背景下的丘陵地形景观建构策略的意义

8．1 丘陵地形对城市化影响分析

8．1．1 丘陵城市空间扩张与景观规划分析

8．1．2 丘陵地形景观建构下城市化三因子趋势分析

8．1．3 丘陵景观建构及DEM应用分析

8．3 丘陵地形景观建构策略与优化国土安全开发空间格局分析

8．3．1 丘陵地区山水地形肌理的完整与延续

8．2．2 丘陵地区城市空间自组织系统发展优化策略

8．2．3 丘陵地区城市规划与国土空间安全开发生态耦合关系

8．3 丘陵景观建构策略及DEM应用前景展望

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果

附录