基于小生境遺傳算法的生態景觀格局空間結構優化

　　摘 要： 為了提高傳統建筑景觀的直觀性，提高居民的滿意度，并且實現綠色環保的設計，提出基于小生境遺傳算法的生態景觀格局空間結構優化，優化目的主要包括建筑成本、綠化帶等公共設備。對景觀格局優化的目標進行分析，主要包括提高生物多樣性、維持能量、物質的流通、維持景觀格局的穩定性、提高生活環境品質;實現景觀規劃的優化，包括確定生態廊道、不同高度城市風速模擬、不同高度城市溫度場空間擴散模擬;實現基于小生境遺傳算法的優化，并且對優化結果進行測試。測試結果表明，人們對于大部分建筑景觀評價因子都表示比較滿意，說明人們對景觀優化之后的空間布局認可，證明所提算法能夠優化建筑景觀空間，提高居民滿意度。

　　關鍵詞： 小生境遺傳算法; 生態景觀; 空間結構; 結構優化; 景觀格局優化; 優化結果測試

　　《生態學雜志》(月刊)創刊于1982年，是由中國科學技術協會主管、中國生態學學會主辦、中國科學院沈陽應用生態研究所承辦的綜合性學術期刊。

　　0 引 言

　　景觀功能指的是不同單元結構間產生的復雜關系，每個結構單元均具有發生特殊情況的背景、存在價值、優勢等。與傳統景觀網絡進行對比，景觀功能網絡對功能之間的相互銜接較為重視[1]。景觀功能網絡概念是基于景觀生態學格局進行的假設，重點是加強景觀結構之間的聯系，從而提高景觀功能。比如，動植物的生長與繁殖不僅要具備足夠數量生境，棲息地斑塊也需具備連續性。大部分的生態學過程都會受到斑塊距離及排列格局影響，城市內部還要求內部經濟活動運行、交通網和密集建成區對其開展支持[2]。本文通過考慮多方面因素，對現代生態景觀格局空間結構進行優化。

　　1 景觀格局優化的目標

　　景觀的形成、空間分布與類型差異和自然環境地域分布具有密切關系。相關研究表明，生態景觀空間結構形態和城市地貌格局吻合，半自然和近自然的景觀斑塊大部分都是在山丘區分布，自然林帶類型沿江河地區分布。但是在人類活動強烈干擾中，城市森林景觀斑塊數量不斷增加，面積不斷縮小，內部生境逐漸減少，隔離度不斷提高，降低了城市生態環境質量的功能，對于維護城市生物多樣性功能影響比較明顯，景觀斑塊功能越來越單一[3]。

　　基于景觀生態學的景觀格局連通度和景觀功能連續程度進行假設，對于現代城市所出現的對生態功能聯系造成影響的問題，結合生態學原理及規劃理論，利用強化生態功能空間目標相互連接，優化景觀格局。主要目標就是保證景觀格局的穩定性，使生物多樣性得到提高，維持物質來源，實現能量流通，提高生活環境品質等。同時，在空間實際優化的過程中，要充分考慮到景觀類型作用和景觀功能的沖突范圍。景觀格局優化的目標、方法和指針如表1所示。

　　2 景觀規劃的優化過程

　　通過以上分析可以看出，優化方案和原本的景觀構成相互對應關系，表明優化方案中的物品設置合理。在綠地系統規劃過程中，要以綠地優化方案數值模擬分析結構，使用相應量化分析方法，基于不同尺度的優化方案實現調整，從而構成系統性的城市綠地生態網絡，將景觀的最大生態效能充分發揮出來。

　　2.1 不同高度城市風速模擬

　　圖1，圖2為不同垂直高度中的城市風速擴散分析結構，在高度不斷增加的過程中，城市風速也在不斷增加，城市最大風速覆蓋區持續擴大，但是空間擴散范圍增加的趨勢并不明顯，城市通風情況良好。底部風速場為1.5 m時，城市內部空間風速為0～0.375 m/s，面積比率為15.87%，2.625～3 m/s風速的面積比例為32.06%。如果建筑在被封面，那么城市風速比較低，城市建筑物對于風速擴散過程具有空間阻力[4]。

　　2.2 不同高度城市溫度場空間擴散模擬

　　圖3，圖4為不同垂直高度中城市溫度場擴散分析結構，在高度不斷增加的過程中，溫度也在持續降低，在城市風速不斷增加的過程中，擴散能力不斷提高。底部溫度場為1.5 m時，因為受到風速影響，高溫情況能夠擴散到城市外圍，不會影響到城市。渾河、綠地和周邊綠地都能夠實現城市調溫，其對城市熱島效應緩解非常有利。在城市范圍中，最高溫度為42.75～46 ℃，面積比率為0.56%。中部溫度場為50 m時，城市最高溫度為39.5～42.75 ℃，面積比率為4.72%。在頂部溫度場為100 m時，城市溫度為39.5～42.75 ℃，面積比率為2.07%。在此方案中，雖然城市高度不斷提高，最低溫度面積比率也得到了提高，并且降低了城市整體溫度，城市熱環境的運行效果良好[5]。

　　2.3 確定生態廊道

　　在景觀結構中，廊道屬于較為特殊的元素，具有聯系及分割的功能。廊道有無斷開是確定屏障功能及通道效果的主要因素，因此根據連通性對廊道功能強度進行測定，廊道效應其實就是根據廊道一定范圍中具有的效益梯度場，從中心逐漸對外衰減，滿足距離衰減率需求。

　　[4] 陸禹，佘濟云，羅改改，等.基于粒度反推法和GIS空間分析的景觀格局優化[J].生態學雜志，2018，37(2)：534?545.

　　LU Yu， SHE Jiyun， LUO Gaigai， et al. Landscape pattern optimization based on granularity inverse method and GIS spatial analysis [J]. Chinese journal of ecology， 2018， 37(2)： 534?545.

　　[5] 呂東蓬.高原、山地生態學研究前瞻——“社會?生態”景觀鑲嵌體格局空間優化和可持續性研討會：聚焦山地區域[J].大眾文藝，2018(8)：245?246.

　　L? Dongpeng. Prospect of plateau and mountainous ecology research—seminar on spatial optimization and sustainability of landscape mosaic patterns of "society?ecology"： focusing on mountain areas [J]. Popular literature and art， 2018(8)： 245?246.

　　[6] 周媛，石鐵矛.基于數值模擬的城市綠地景觀格局優化研究[J].環境科學與技術，2017，40(11)：167?174.