基本信息
- 项目名称：
- 动态3D绿值--一种基于人本效益的城市绿地生态评价模型研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 打破现有平面绿地指标体系造成的草坪热等绿地结构简单、生态效益低下的问题，建立基于释氧固碳、降温增湿、吸滞粉尘、人体舒适度等人本生态效益的，以植物树冠轮廓函数和空间分割体现植物立体空间结构的动态3D绿值模型；通过整群随机抽样进行大规模的实地环境数据收集验证模型，并根据回归分析建立人本效益与动态3D绿值间的关系，从而建立城市绿地生态评价系统。
- 详细介绍：
- [目的]打破现有平面绿地指标体系，针对其造成的“草坪热”等绿地结构简单、生态效益低下的问题，建立城市绿地3D模型，并与人本效益建立关系，对既有绿地重新评价并为科学的绿地规划提供依据。 [方法]首创动态3D绿值：景深法（专利申请中）获取树冠轮廓函数；对高度区间进行3D分割，将轮廓旋转获得树冠在各个高度层区间的叶片体积；图像识别叶片密度并引入动态生长曲线和季相变化；建立单株植物动态3D绿值模型。使用便携式仪器测定S地外环内10个城市绿地样点标准条件下的二氧化碳、氧气、温度、湿度、可吸入颗粒物等指标，定量研究模型与人本效益的关系。 [结果]以S地为例，从2010年12月迄今已实地采集2000余个植物数据，建立起29种骨干树种“动态3D绿值”模型，同时采集了3500个环境数据（夏季拟再采集1400个），与二氧化碳、可吸入颗粒物、人体舒适度（DI）等生态效益指标建立显著相关性从而验证模型，回归分析建立动态3D绿值与人本效益的关系从而建立评价体系。 [结论]动态3D绿值能体现植物结构及所处三维空间位置，能够对人本效益进行评价，提供景深法及相应软件为有效获取建模数据与大规模应用提供了可能。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 打破现有平面绿地指标体系，针对其造成的城市绿地结构简单、生态效益低下等问题，建立基于人本效益的城市绿地生态评价模型 ①探究植物空间结构与它所产生人本效益间的关系，初步建立动态3D绿值模型 ②根据不同城市气候条件及适宜生长的植物（以S地为例，选取29种骨干树种建模），整群随机抽样大规模的实地采集环境数据从而验证模型 ③通过回归建立人本效益与动态3D绿值间的关系从而建立城市绿地生态评价系统
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：实地采集2000余个植物数据对骨干树种建模；整群随机抽样，冬春采集3500个环境数据；立足科学发展观，以人的体验考量生态效益。 先进性：第一次将人本效益与绿地结合定量研究；首创动态3D绿值以树冠轮廓函数与三维切割精确表现空间层分布结构；根据Elman模型，模拟植物N年后的生长情况及产生的人本效益。 独特之处：景深法结合图像识别，从二维照片获取三维建模数据，为模型大规模应用提供可能。
应用价值和现实意义
- 应用价值： 提出一种全新的绿地规划方式，改变了以往绿地评价局限于平面化的不足，为该领域的深入研究提供有效的方法和途径，具有重要的学术价值和应用价值。 现实意义： “十二五”把建设生态文明作为环保规划的最高纲领，城市绿地建设的需求和重要性不断加大，本研究以在稀缺的城市土地上创造更大的生态效益为宗旨，打破现有绿地规划模式，能帮助园林部门对既有绿地重新评价，也为绿地规划提供科学依据和动态评估。
学术论文摘要
- 摘要： [目的]打破现有平面绿地指标体系，针对其造成的“草坪热”等绿地结构简单、生态效益低下的问题，建立城市绿地3D模型，并与人本效益建立关系，对既有绿地重新评价并为科学的绿地规划提供依据。 [方法]首创动态3D绿值：景深法（专利申请中）获取树冠轮廓函数；对高度区间进行3D分割，将轮廓旋转获得树冠在各个高度层区间的叶片体积；图像识别叶片密度并引入动态生长曲线和季相变化；建立单株植物动态3D绿值模型。使用便携式仪器测定S地外环内10个城市绿地样点标准条件下的二氧化碳、氧气、温度、湿度、可吸入颗粒物等指标，定量研究模型与人本效益的关系。 [结果]以S地为例，从2010年12月迄今已实地采集2000余个植物数据，建立起29种骨干树种“动态3D绿值”模型，同时采集了3500个环境数据（夏季拟再采集1400个），与二氧化碳、可吸入颗粒物、人体舒适度（DI）等生态效益指标建立显著相关性从而验证模型，回归分析建立动态3D绿值与人本效益的关系从而建立评价体系。 [结论]动态3D绿值能体现植物结构及所处三维空间位置，能够对人本效益进行评价，提供景深法及相应软件为有效获取建模数据与大规模应用提供了可能。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 北大生态系主任、中科院院士方精云与全国政协委员、终身教授陆健健均认为本项目具有科学性和应用前景并予以推荐。研究成果也为上海市林业总站、绿化局信息中心、公园事务管理中心所采纳。机构查新未见相关文献报道。
参考文献
- ①Diana E. Bowler, Lisette Buyung-Ali, Teri M. Knight, etc.Urban greening to cool towns and cities: A systematic review[J]. Landscape and Urban Planning, 2010, 97: 147-155. ②综述：刘立民，刘明. 绿量——城市绿化评估的新概念[J]. 中国园林, 2000, 16(70): 32-34. ③Jo-Anne E. Cavanagh, Peyman Zawar-Reza, J.Gaines Wilson. Spatial attenuation of ambient particulate matter air pollution within an urbanized native forest patch[J].Urban Forestry & Urban Greening, 2009, 8: 21-30.
同类课题研究水平概述
- 近年来，发挥有限绿地的最大环境生态效益逐渐成为城市环境生态研究的热点（殷杉 2007）。而现有评价城市绿地时采用的指标没有从生态效益出发，局限在诸如人均绿化面积、绿化覆盖率、绿地率等二维指标（黄晓鸾 1998），目前国内外（包括美国、日本、英国等发达国家在内）均无三维绿化指标体系，所有的绿地评价指标仍为二维。 最近的前沿研究提出了反映绿化体积的绿化三维量。然而，绿化三维量简单地将树冠考虑成球体等实心几何图形，以体积为唯一考虑，忽略了叶片体积占据空间位置不同会造成局部生态效益不同的问题。一些学者指出：绿化三维量不能完全反映出绿地的效率，绿地性质和结构的差异会使得绿化三维量的作用并不明显（黄海 2008）。例如100立方米的草坪与100立方米乔木林的绿化三维量相等，但它们在三维空间上的实际差异却无法体现，由此造成的生态效益的差异也无法体现。因此，绿化三维量无法跟实地测得的环境因子结合，也无法建立城市绿地生态评价体系。 无论是现有的绿地评价指标还是前沿研究均存在一些共有的问题：①重量不重质，若运用这种绿地规划模式，会得出一单位的地被植物所产生的生态效益等于一单位的乔木所产生的生态效益，这无疑是荒谬的。②重手段不重目的，造成了为建绿而建绿的弊端，这无疑是舍本逐末的。③重表象不重核心，在绿地建设中以美观作为绿地规划的主旨，忽视了生态工程的重要性，这无疑是南辕北辙的。正因为以上三点原因，在城市生态环境建设中出现了“广场热、草坪热”以及在植物配置模式上暴露的种类单一、结构简单、生态效益低下等问题，不仅使原有的城市环境状况没有得到较大的改善，还造成了土地、水资源和人力物力的浪费（陈佳瀛 2006）。 综上所述，经文献检索和机构查新，国内外对于现有城市绿地的评价体系及相关研究以数量为唯一考虑，忽略了植物的三维空间结构，也正因如此，对植物和生态效益之间关系的研究只能停留在定性层面。
