基于GIS空间分析的城市行道树安全评估.pdf
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1、CNATURASCIENCEMar.,20232023年3 月JOURNALVIVERSITYVol.59,No.2第59 卷第2 期南京大学学报(自然科学)DOI:10.13232/ki.jnju.2023.02.002基于GIS空间分析的城市行道树安全评估董元彪,肖鹏峰*,刘豪,吴悠绿,郭3瑞(自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室,江苏省地理信息技术重点实验室,南京大学地理与海洋科学学院,南京,2 1 0 0 2 3)摘要:行道树安全性评估是城市树木安全防护的重要内容,采用科学有效的方法评估行道树安全现状,对城市安全精细化管理及行道树有机更新具有重要的现实意义.以南京市主城区法桐行道树为例
2、,通过整合法桐行道树多种出险记录,构建了南京市法桐行道树安全性调查数据库;通过计算不同时空维度的出险频度来评价法桐行道树安全性;利用GIS空间自相关分析方法,探究了法桐行道树路段出险频度的空间分布特征.结果显示,玄武区、鼓楼区、秦淮区是南京市法桐行道树的高频出险行政区,其中玄武区总出险频度最高,达到5.2%.玄武区内北京东路-中山路-中山东路-太平北路所围街区是法桐行道树逐年高频出险路段集中区域。法桐行道树出险路段在空间上存在显著热点,其中鼓楼区的出险热点数量最多,达到2 3 条,主要集中在中山路沿线路段.法桐行道树出险的主要原因为断枝和车撞树,分别占总出险事件的3 8.3 4%和1 5.4
3、5%.针对重点出险区域出险原因提出相应建议,为未来行道树的城市管理提供参考:关键词:法桐行道树,出险频度,安全状况,空间自相关,南京市中图分类号:X文献标志码:ASafety assessment of urban street trees based on GIS spatial analysisDong Yuanbiao,Xiao Pengfeng,Liu Hao,Wu Youlu,Guo Rui(Key Laboratory for Land Satellite Remote Sensing Applications of Ministry of Natural Resources,Ji
4、angsu Provincial Key Laboratory of Geographic Information Science and Technology,School of Geography and Ocean Science,Nanjing University,Nanjing,210023,China)Abstract:Street tree safety assessment is an important part of urban tree safety protection.Using scientific and effectivemethods to assess t
5、he current status of street tree safety has important practical significance for the refined management ofurban safety and the organic renewal of street trees.In this study,taking the Platanus orientalis street trees in the maindistricts of Nanjing city as an example,by integrating various accident
6、records,the safety survey database of the street trees inNanjing city was constructed.The accident frequency of different spatiotemporal dimensions in the main districts wascalculated to evaluate the safety of Platanus orientalis street trees,the GIS autocorrelation analysis method was used toexplor
7、e the spatial distribution characteristics of the accident frequency of the road sections of Platanus orientalis.The resultsshow that Xuanwu District,Gulou District,and Qinhuai District are the areas with high-frequency of accident Platanusorientalis street trees,and Xuanwu District has the highest
8、frequency of accidents,reaching 5.2%.The block surrounded byBeijing East Road-Zhongshan Road-Zhongshan East Road-Taiping North Road in Xuanwu District is a concentrated area ofroad sections with high-frequency accidents year by year.There are significant hot spots in space in the accident sections o
9、fPlatanus orientalis street trees,among which Gulou District has the largest number of hot spots,reaching 23,and the highesthot spots are mainly concentrated in the sections along Zhongshan Road.The main reasons for the accident of Platanus基金项目:国家自然科学基金(4 1 8 7 1 2 3 5)收稿日期:2 0 2 2 0 9 2 2*通讯联系人,E-m
10、ail:202第59 卷南京大学学报(自然科学)orientalis street trees are broken branches and vehicles hitting trees,accounting for 38.34%and 15.45%of the total accidents,respectively.Corresponding suggestions are put forward for the reasons for the accidents in key areas,in order to providereference for the urban manage
11、ment of Platanus orientalis street trees in the future.Key words:platanus orientalis street trees,frequency of accident,safety status,spatial autocorrelation,Nanjing city法桐(Platanusorientalis),学名悬铃木,原产于欧洲东南部及亚洲西部1-2 1,其树形高大,树干挺拔,寿命长,易养护管理,抗空气污染能力强 3 ,是优良的城市绿化树种,有“行道树之王”的称号 4-5。法桐在南京有着悠久的栽培历史 6-8 ,根据
12、南京市行道树树种规划(2 0 1 4 一2 0 2 6),南京市现有行道树约2 0 万株,其中法桐行道树约八万株,在南京行道树种类中占绝对优势,是南京的“城市名片”近年来,随着南京市主城区法桐行道树树龄增加,其长势逐渐衰弱,部分植株日益老化 ;同时,由于生长环境的制约及病虫害影响,法桐行道树安全状况日益严峻,不断出现倒伏、断枝等险情,给广大市民的日常生活增加了安全风险,政府消险支出也不断增加.因此,掌握南京法桐行道树的安全现状已成为呕待解决的问题对南京市老城区行道树进行林分调查,发现法桐行道树树龄结构较稳定 1 0 .分析南京市主干道行道树年轮中重金属元素的含量,发现行道树健康受城市环境污染的
13、影响.还有研究从行道树安全生长的角度,调查了南京市行道树空腐树洞状况 8 调查南京市代表性行道树路段,运用层次分析法构建林荫道综合评价体系,分级评估行道树的景观质量 1 2 .目前法桐行道树安全调查研究多侧重关注行道树自身生长态势,而通过收集行道树安全事故造成的出险记录,根据出险频度分析行道树安全状况的研究较少,园林绿化部门行道树出险记录对于行道树安全性分析的价值有待挖掘.同时,造成不同行政区或路段的法桐行道树出险原因各异,关于法桐出险事件是否存在空间集聚区域,也缺乏相应的数据分析.基于地理信息系统(GIS)的空间自相关与热点分析方法已经广泛应用于探究发病率、犯罪率、经济指标等数据的空间分布格
14、局 1 3-1 8 ,可利用该方法分析法桐行道树出险频度的空间分布特征。本研究通过整合历年来南京市法桐行道树出险记录,构建法桐行道树安全性调查数据库,采用出险频度指标可视化主城各区和各路段法桐行道树出险特征和出险热点,并对法桐行道树出险原因进行分析,针对重点出险区域提出相应改进建议,为南京市主城区法桐行道树安全风险评估提供支撑,为南京市法桐行道树的管理和有机更新提供参考.1研究区域南京市位于北纬3 1 1 4 至3 2 3 7 ,东经1 1 8 2 2 至1 1 9 1 4,地处中国东南部长江下游的宁镇扬丘陵地区 1 9 ,属于北亚热带季风性气候,四季分明,雨水充沛 2 0 ,其植被以常绿阔叶
15、林和落叶阔叶林的混交林为主 2 1-2 2 .主要行道树树种有法桐、东方杉、水杉、银杏、黄山栾树、榉树、雪松、国槐等 2 3-2 4 .研究区域为南京市主城六区,分别是鼓楼区、玄武区、秦淮区、雨花台区、建邺区、栖霞区,共有8.7 59 1 万株法桐行道树,主要集中在主城区的中山东路、汉中路、中山北路、中央路、黄埔路等20多条林荫道.根据南京市法桐行道树的路段分布情况,研究对象为历年来559 条法桐行道树分布路段中存在法桐行道树出险记录的路段.2研究方法2.1#技术路线法桐行道树安全性调查研究技术路线如图1 所示.法桐行道树的出险记录从行道树出险记录、行道树养护记录和新闻媒体报道获取.通过整合三
16、种途径获取的数据,做标准化处理,生成南京市法桐行道树安全性调查数据库。在此基础上,分别按行政区划和路段计算法桐行道树出险频度,并统计分析高频出险行政区和路段的出险原因.最后采用空间自相关方法,对路段法桐行道树出险频度进行热点分析203第2 期董元彪等:基于GIS空间分析的城市行道树安全评估南京市行道树新南京市法桐行道数据挖掘筛选闻媒体数据树安全性事件南京法桐行道树安全性调查数据库新闻媒体相关报道南京市法桐行道树各路段的出险原因分析出险频度南京市行道树南京市法桐行道数据标准化出险频度计算提供数据筛选出险记录树出险记录及入库及可视化南京市主城六区行道树的保险公司南京市主城六区法桐行道树出险热点分析
17、的出险频度南京市行道树南京市法桐行道提供数据筛选养护记录树养护记录南京市主城六区行道树的养护部门图1南京市法桐行道树安全性调查技术路线图Fig.1Technical flowchart for safety investigation of Platanus orientalis street trees in Nanjing2.2数据库构建现有的南京市行道树出险数据记录形式不统一,且单一来源数据存在残缺,因此无法为行道树安全管理及养护提供准确、有效的数据支撑.本研究拟整合南京市历年法桐行道树出险数据,生成法桐行道树安全性调查数据库,为园林绿化部门监测、掌握法桐行道树的安全状况提供数据支持.法
18、桐行道树安全性调查数据库来自三方面数据整合.(1)通过行道树所投保的保险公司获得南京市主城六区行道树的出险清单,保险公司未专门记录出险行道树的树种信息,通过出险行道树所处的路段位置、事件描述等信息筛选出各路段法桐行道树的出险记录,作为主要数据来源.(2)对于出险记录无法涵盖的年份及街区,通过各区的行道树养护部门获得历年行道树的养护记录,作为补充数据.(3)通过网络爬虫技术,从网络平台抓取“南京市法桐行道树”的相关媒体报道数据,并进行关键词分析,筛选出法桐行道树的安全性事件记录作为补充。基于上述数据获取途径,得到2 0 0 6 一2 0 2 0 年的行道树出险记录,构建了法桐行道树安全性调查数据
19、库.其中,鼓楼区、玄武区、秦淮区、雨花台区、栖霞区、建邺区的养护记录分别覆盖2 0 1 1 一2 0 2 0 年、2 0 0 6 一2 0 2 0 年、20122020年、2 0 1 52 0 2 0 年、2 0 1 7-2 0 2 0 年和2016一2 0 2 0 年.根据行道树出险清单中的“出险地点”字段,结合法桐行道树分布情况,筛选出法桐行道树出险记录;根据行道树养护记录中的“树种”字段,筛选出法桐行道树出险记录;根据网络爬虫技术获取的关键词信息,筛选出法桐行道树出险记录将三部分来源的法桐行道树出险记录汇总,明确出险道路及所属区划,并删除重复记录数据.原始记录对同一出险原因的描述不统一,
20、为了便于统计分析各出险原因频率,对出险原因做标准化处理.将出险原因标准化表述为“断枝”“断膀”“倒伏”“车撞树”“风雨灾害”“外界物体坠落”“空腐/枯死”;对于出险具体原因缺失或表述不明确的,表述为“意外事故”因此,标准化后出险原因共计八类.将筛选和标准化处理后的出险记录人库,建立了南京市法桐行道树安全性调查数据库,包含2 2 6 条法桐行道树路段,共有1 6 51条出险记录,包括“行政区划”“出险时间”“出险道路”“出险原因”“出险数量”五个字段.2.3出出险频度计算法桐行道树的出险频度指调查的某路段或行政区内出险的法桐行道树数目占该路段或行政区所有法桐行道树数目的百分比,它从出险发生频率的
21、角度评价各行政区和各路段发生法桐行道树安全事故的相对频次,设法桐行道树每年在各路段的出险频度为F,在各行政区的出险频度为Dm为路段序号,最小值为1,最大值为栽植法桐行道树的路段总数,设为M,则m的取值范围为1 M内的整数;y为年份,yi为计算多年总出险频度时数据起始年份,y2为数据结束年份,取值为正整数;i为主城六区的序号,取值为1 6 的整数;j为属于i行政区栽种法桐行道树的路段序号.可建立如下公式计算相关指标.204第59 卷南京大学学报(自然科学)m路段y年的出险频度Fm.y,为y年份m路段出险的法桐行道树数目Nm与m路段法桐行道树在y年的总株数Sm.之比,如式(1)所示:NmFm.=S
22、m.y(1)m.yi行政区y年的出险频度Di.y,为i行政区y年出险的法桐行道树数目Ni.,与该行政区y年法桐行道树的总数目Si之比,如式(2)所示:NiDi.=(2)Si.yJiy2年期间m路段的总出险频度Fm,为该期间该路段出险的法桐行道树数目与该期间该路段法桐行道树的数目Sm之比,如式(3)所示:Nm.F一(3)Smyiy 2 年期间i行政区的总出险频度D,为该期间该行政区出险的法桐行道树数目与该期间该行政区法桐行道树的数目S,之比,如式(4)所示:=N.y1y=y1D,=(4)S.2.4出险热点分析Getis-Ord General G统计是一种全局空间自相关分析方法,用于度量空间单元
23、属性值的聚集程度 2 5-2 7 .采用该方法可判定法桐行道树出险事件是否存在空间集聚现象具体指路段出险频度在空间分布上是否存在高值被低值包围、低值被高值包围、高值集聚或低值集聚,明确路段出险频度在空间上的分布规律。对所有法桐行道树路段出险频度进行GetisOrd GeneralG统计,得到数据的总体观测G值、期望观测G值、之得分和p值.Getis-OrdGeneral G统计的零假设规定不存在要素值的空间聚类,计算结果返回的p值较小且在统计学上显著,则可以拒绝零假设,即数据在空间上存在显著的聚类现象.之得分为正且大于查找表中之阈值,同时观测G值大于期望G值,说明数据在高值区域发生聚类;之得分
24、为负且小于查找表中阈值,同时观测G值小于期望G值,说明数据在低值区域发生聚类.Getis-Ord General G的计算如下:7wija;a,jii(5)G-EGZG(6)/VGWi.jEG,Vii(7)n(n-1)VG=EG-EG(8)其中,i,为路段i,j的总出险频度,w,为路段ij之间的距离权重,n为出险路段总数量.基于Getis-OrdG,统计的热点分析方法是一种局部空间自相关分析方法,可表明高值或低值要素在空间上发生聚类的位置 2 8-3 0 1 .该方法考虑每条路段出险频度属性权重对出险热点分布格局的影响,得到法桐行道树高频出险路段中具有显著统计学意义的出险热点:将每条法桐行道树
25、出险路段的出险频度抽象为一个个带有属性的空间点,对每个点要素进行Getis-OrdG,统计,得到得分和概率p值.具有显著统计学意义的正之得分,之得分越高,高值(热点)的聚类就越紧密;而具有显著统计学意义的负之得分,得分越低,低值(冷点)的聚类就越紧密.对计算结果进行空间可视化,得到法桐行道树的路段出险热点图,以此分析出险热点路段的空间分布特点.Getis-OrdG,的计算如下:j-,w.j3,-xf-,wwG=(9)ni.jSn一1X(10)nS=(X)(11)n其中,i,为路段i,j的总出险频度,wi,为路段i,j之间的距离权重,n为出险路段总数量.3结果与分析3.1出出险频度为实现同一种出
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