陈鹏++陈亮明　李伦

摘要：指出了森林景观资源是科学规划森林旅游发展的基础，石燕湖有着得天独厚的森林资源优势，对其森林景观资源特征的长远发展和科学研究很有必要。深入调查了该区域森林景观资源的类型、特点、结构、潜力等基本情况，采取元胞自动机原理的分析方法，对石燕湖森林景观资源特征进行了定量和定性分析，构建了森林景观资源特征指标体系，为进一步开发和利用提供依据。

关键词：森林景观；元胞自动机；指标体系

收稿日期：20131202

作者简介：陈鹏（1985—），男，湖南益阳人，中南林业科技大学林学院硕士研究生。

作者简介：陈亮明（1963—），男，湖南衡阳人，博士，教授，硕士生导师，主要从事景观规划设计等各项研究工作。中图分类号：S7文献标识码：A文章编号：16749944（2014）01003803

1森林景观资源特征评价原则和方法

石燕湖作为湖南长株潭城市群的“绿心”地带，有着丰富的森林景观资源，其生态旅游开发潜力巨大。因此，对该公园森林景观资源特征进行分析，有十分重要的现实意义。

1.1基本原则

（1）理论性原则。评价指标应符合客观标准，对其森林景观资源做系统性、科学性研究，要充分运用各类理论知识，结合园林景观、艺术原理、自然地理、人文美学等，科学有效地做出分析和评价。

（2）整体性原则。对森林景观资源特征分析评价指标应立足整体，逐步剖析研究，研究体系要能客观真实反映森林景观资源特征和价值的各个方面，确保系统完备有效。

（3）实用性原则。研究方法应便于实际操作，评价分析方法以利于景观设计者掌握和运用，划分等级标准清晰明确。

（4）动态性原则。研究评价指标体系应随时保持独立、动态，互不干扰，同时注重各部分、各指标、各体系的随机动态结合，体系自然生态系统的随机性。

1.2基本方法

本研究运用的工具是三维元胞自动机模型，模拟分析石燕湖森林景观资源特征及其动态运行规律，总结分析其森林景观资源所具有的典型特征和不同之处。具体方法是：在一个三维的表面网格空间上，把森林景观资源的运动特征固定在其上，采用邻居定义的形式，使每个元胞有相邻的8个元胞相互支撑和影响，邻近每个元胞分别代表不同景观状态，以时间和空间的演绎模式动态运行。元胞景观的运动特征初步分为7种特性，并分别用数字对其定义。自然性=0；多样性=1；地域性=2；交叉性=3；永续性=4；脆弱性=5；增智性=6，对7种特性分别从时间和空间的角度赋予景观动态：rt1，rt2，rt3，rt4，rt5，rt6。具体演绎规则示例如下：若景观元胞所赋予的景观因素动态变化，其与之邻近的元胞状态变为0，且经计算得出该景观多样性的变化概率大于0.5，则在下一步的计算中，该景观元胞的状态就变成参数1，反之则依然是参数0；当景观元胞状态为参数1，若影响景观因素的时间大于rt1，则密切联系景观元胞参数为0的当即状态，转变成为参数2，反之则一直处于原来的状态，景观多样性状态保持不动，维持现状。以此类推。具体景观元胞运行规则如图1。

图1景观元胞运行规划

2石燕湖森林景观资源特征元胞分析示例

2.1森林景观资源动态变化概率

根据石燕湖公园森林景观资源实际，5种特别所具有的因素是本模型需要重点考虑研究的。分别是生物、水文、天象、地文、人文资源状态，用英文字母：Q、S、W、N、H分别代表。

考虑到这几个因子最能反映森林景观资源特征的发展变化规律和体系概率特征，在此基础上，运用元胞自动机分析模型，分析计算每一个相邻元胞因子对本元胞景观因子的概率Pi=f（Ni，Si，Qi，Wi，Hi），B表示常量因子，K1、K2、K3、K4分别表示相对的参数。具体计算公式如下：

Pi=Ki×Qi×（B+K2×Si+K3×Wi+K4×Hi），ifNi=LandscapeChange

0，otherwise（i=1，2，3，…8）。

研究中，对整个系统当前的森林景观资源特征元胞来说，其所表现出来的景观特征变化规律和价值特点就相当于元胞自动机系统中，各个彼此邻近的元胞动态变化的概率之和。即：

P=∑ni=1 Pi。

再通过运用森林景观资源特征研究的层次分析方法，得出石燕湖Pi的5个基本数据，密切结合Ki各个参数因子，总结计算得出各个彼此相邻的元胞景观因子动态变化的概率之和为0.87。即表示石燕湖生态公园里这5种森林景观资源对整体景观的系统性影响较大，得出要科学规划和组合好这5种自然景观资源，才能发挥其公园森林景观效益的最大优势，凸显生态和经济综合效益。

2.2森林景观斑块因子分析研究

森林景观资源特征与元胞因子是密切相关、彼此协同的，通过其所代表的景观因子及其动态变化特征规律，对因子运行的时间和空间结构特征进行比对研究，就可以得出各个景观元胞因子之间相互影响的概率，模拟运行如图2。

图2模拟运行图

具体计算和描述方法如下：景观元胞的运行角度是多样的和动态的，本研究中采用字母S代表这个三维模拟空间的一个基点，与其各个相邻的景观因子元胞用大写字母R代表其相互优势度，元胞景观模拟研究系统是一个三元斜面立体空间，采用四定点固定模式，分别用字母Z表示，4个定点的参数分别设置为：（1，1）、（0，l）、（1，0）、Z（0，0）；研究计算中，牵涉到景观资源特征因子的空间结构，其空间结构点可以采用￠函数作为代表，其时间和空间的结构分量，可以用￠X、￠Y来表示，用以辅助函数的形式，来计算景观元胞空间运行动态概率。景观资源各项特征在运行中，涉及到其在空间中的横向和纵向斑块投影，所体现的方差间距分别用△X、△Y来表示。计算函数如下：

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景观斑块模拟研究计算中，采取的方式是对该系统中景观元胞和其相邻的景观元胞相互作用、相互影响，而构建的一个三维立体动态计算模拟模型，立体空间中两个平面之间的夹角大小表示其优势度。森林景观资源特征指数之间的动态关系，可以采取结合型和离散型表示，具体组合的效果用积极和消极来评价，为此，采用大写字母R表示，C表示景观元胞，N表示与之相邻的其他景观元胞。通过对以上函数的计算、分析、比照，可以把森林景观特征资源的类型分为三类，类型一是可持续性的森林景观资源特征优等类系统组合；类型二是基本符合森林资源科学开发的良等类系统组合；类型三是基本不符合森林景观资源开发规律的差等类系统组合。在森林景观资源五种类型的综合动态运行中，斑块对它们的影响概率，可以用以下函数来分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在计算结果中，出现S≥0.45，则表示该公园的森林景观资源特征显示为紧密结合型，符合可持续发展规律；若出现S=4/（Si×3），则表示其森林景观资源特征显示为离散破碎型，需要采取措施进一步改进、调整和完善。

本文前期研究中，充分运用了SWOT、3S技术、层次分析法等方法归纳提炼出了影响森林景观资源特征的各类动态变化因子，在此基础上，再运用元胞自动机的数学原理对影响森林景观特征的各因子赋予数学函数，立体化全方位进行模拟分析，得出各模拟因子之间的相互影响变化规律的随机概率。通过采用3D景观元胞自动机模拟测评工具，以石燕湖森林景观资源五大类型为评价对象，建立综合评价的相对隶属矩阵，进行系统计算和比照，再结合对其数据的综合、整理、分析、检验等程序，得出石燕湖公园森林景观资源的综合评价结果。详细计算矩阵为：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系统评价级别为：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通过数据比对，可以发现石燕湖森林景观资源斑块特征指数为46018，大于S所赋予的标准指数值045，即石燕湖公园森林景观资源的特征显示为紧密结合型，符合森林景观资源的可持续发展规律。

3基本结论

该公园森林资源类型丰富，特征结合紧密。通过研究，发现该公园共有5种特色景观资源，即地文、水文、人文、生物、天象资源，且相对于其他公园而言，特征优势明显。其所体现的因子耦合度和优化度独一无二，自然性、永续性、多样性、地域性得到较好结合。

该公园森林景观质量优良，达到良等类水平。以该公园时间和空间的布局角度出发，采取森林景观特征表现形式的三大研究要素，即景观斑块、景观破碎度、景观连接度，用3D景观元胞自动机的模拟评价方法，构建系统指标体系，得出石燕湖森林景观资源协调性好、景观因子动态联系水平得到优化组合，综合得出石燕湖森林景观资源特征属于Ⅱ级水平即良等类森林景观资源特征。

参考文献：

[1] 吴章文.森林旅游区环境资源评价研究[M].北京：中国环境科学出版社，2003.

[2]林越英.旅游环境保护概论[M].北京：旅游教育出版社，2001.

[3]袁绍荣.中国旅游经济地理[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[4]陈端吕，李际平，林辉.森林景观研究的3S技术应用[J].长江大学学报：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景观斑块模拟研究计算中，采取的方式是对该系统中景观元胞和其相邻的景观元胞相互作用、相互影响，而构建的一个三维立体动态计算模拟模型，立体空间中两个平面之间的夹角大小表示其优势度。森林景观资源特征指数之间的动态关系，可以采取结合型和离散型表示，具体组合的效果用积极和消极来评价，为此，采用大写字母R表示，C表示景观元胞，N表示与之相邻的其他景观元胞。通过对以上函数的计算、分析、比照，可以把森林景观特征资源的类型分为三类，类型一是可持续性的森林景观资源特征优等类系统组合；类型二是基本符合森林资源科学开发的良等类系统组合；类型三是基本不符合森林景观资源开发规律的差等类系统组合。在森林景观资源五种类型的综合动态运行中，斑块对它们的影响概率，可以用以下函数来分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在计算结果中，出现S≥0.45，则表示该公园的森林景观资源特征显示为紧密结合型，符合可持续发展规律；若出现S=4/（Si×3），则表示其森林景观资源特征显示为离散破碎型，需要采取措施进一步改进、调整和完善。

本文前期研究中，充分运用了SWOT、3S技术、层次分析法等方法归纳提炼出了影响森林景观资源特征的各类动态变化因子，在此基础上，再运用元胞自动机的数学原理对影响森林景观特征的各因子赋予数学函数，立体化全方位进行模拟分析，得出各模拟因子之间的相互影响变化规律的随机概率。通过采用3D景观元胞自动机模拟测评工具，以石燕湖森林景观资源五大类型为评价对象，建立综合评价的相对隶属矩阵，进行系统计算和比照，再结合对其数据的综合、整理、分析、检验等程序，得出石燕湖公园森林景观资源的综合评价结果。详细计算矩阵为：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系统评价级别为：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通过数据比对，可以发现石燕湖森林景观资源斑块特征指数为46018，大于S所赋予的标准指数值045，即石燕湖公园森林景观资源的特征显示为紧密结合型，符合森林景观资源的可持续发展规律。

3基本结论

该公园森林资源类型丰富，特征结合紧密。通过研究，发现该公园共有5种特色景观资源，即地文、水文、人文、生物、天象资源，且相对于其他公园而言，特征优势明显。其所体现的因子耦合度和优化度独一无二，自然性、永续性、多样性、地域性得到较好结合。

该公园森林景观质量优良，达到良等类水平。以该公园时间和空间的布局角度出发，采取森林景观特征表现形式的三大研究要素，即景观斑块、景观破碎度、景观连接度，用3D景观元胞自动机的模拟评价方法，构建系统指标体系，得出石燕湖森林景观资源协调性好、景观因子动态联系水平得到优化组合，综合得出石燕湖森林景观资源特征属于Ⅱ级水平即良等类森林景观资源特征。

参考文献：

[1] 吴章文.森林旅游区环境资源评价研究[M].北京：中国环境科学出版社，2003.

[2]林越英.旅游环境保护概论[M].北京：旅游教育出版社，2001.

[3]袁绍荣.中国旅游经济地理[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[4]陈端吕，李际平，林辉.森林景观研究的3S技术应用[J].长江大学学报：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.

tg（θχ）=（Z10+Z11）/2-（Z00+Z01）/2Δx，

tg（θγ）=（Z01+Z11）/2-（Z00+Z10）/2Δγ，

tg（θ）=±（tg（θχ）×tg（θχ）+tg（θγ）×tg（θγ））。

得到：

Sc=arctg（tg（θ））。

景观斑块模拟研究计算中，采取的方式是对该系统中景观元胞和其相邻的景观元胞相互作用、相互影响，而构建的一个三维立体动态计算模拟模型，立体空间中两个平面之间的夹角大小表示其优势度。森林景观资源特征指数之间的动态关系，可以采取结合型和离散型表示，具体组合的效果用积极和消极来评价，为此，采用大写字母R表示，C表示景观元胞，N表示与之相邻的其他景观元胞。通过对以上函数的计算、分析、比照，可以把森林景观特征资源的类型分为三类，类型一是可持续性的森林景观资源特征优等类系统组合；类型二是基本符合森林资源科学开发的良等类系统组合；类型三是基本不符合森林景观资源开发规律的差等类系统组合。在森林景观资源五种类型的综合动态运行中，斑块对它们的影响概率，可以用以下函数来分析研究：

If spread type is not ignitable then

Si=0

Else if Sc>90 then

Si=1.0

Else if Sc>70 then

Si=0.9

Else if Sc>50 then

Si=0.8

Else if Sc>30 then

S=0.6+tg（Sc）/5

Else if Sc<30 then

S=0.5+tg（Sc）/5

End if

如果在计算结果中，出现S≥0.45，则表示该公园的森林景观资源特征显示为紧密结合型，符合可持续发展规律；若出现S=4/（Si×3），则表示其森林景观资源特征显示为离散破碎型，需要采取措施进一步改进、调整和完善。

本文前期研究中，充分运用了SWOT、3S技术、层次分析法等方法归纳提炼出了影响森林景观资源特征的各类动态变化因子，在此基础上，再运用元胞自动机的数学原理对影响森林景观特征的各因子赋予数学函数，立体化全方位进行模拟分析，得出各模拟因子之间的相互影响变化规律的随机概率。通过采用3D景观元胞自动机模拟测评工具，以石燕湖森林景观资源五大类型为评价对象，建立综合评价的相对隶属矩阵，进行系统计算和比照，再结合对其数据的综合、整理、分析、检验等程序，得出石燕湖公园森林景观资源的综合评价结果。详细计算矩阵为：A=（05857，03985，00241，00035，00003），系统评价级别为：B=5×05857+4×03985+3×00241+2×00035+1×00003=46018。通过数据比对，可以发现石燕湖森林景观资源斑块特征指数为46018，大于S所赋予的标准指数值045，即石燕湖公园森林景观资源的特征显示为紧密结合型，符合森林景观资源的可持续发展规律。

3基本结论

该公园森林资源类型丰富，特征结合紧密。通过研究，发现该公园共有5种特色景观资源，即地文、水文、人文、生物、天象资源，且相对于其他公园而言，特征优势明显。其所体现的因子耦合度和优化度独一无二，自然性、永续性、多样性、地域性得到较好结合。

该公园森林景观质量优良，达到良等类水平。以该公园时间和空间的布局角度出发，采取森林景观特征表现形式的三大研究要素，即景观斑块、景观破碎度、景观连接度，用3D景观元胞自动机的模拟评价方法，构建系统指标体系，得出石燕湖森林景观资源协调性好、景观因子动态联系水平得到优化组合，综合得出石燕湖森林景观资源特征属于Ⅱ级水平即良等类森林景观资源特征。

参考文献：

[1] 吴章文.森林旅游区环境资源评价研究[M].北京：中国环境科学出版社，2003.

[2]林越英.旅游环境保护概论[M].北京：旅游教育出版社，2001.

[3]袁绍荣.中国旅游经济地理[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[4]陈端吕，李际平，林辉.森林景观研究的3S技术应用[J].长江大学学报：自科版，2006.

[5]Lueasowr.The Design of Forest Landsea Pe[M].Oxford：Oxford University Press，1991.