1绪论
1.1研究背景与意义
20世纪以来，随着科学技术的进步和经济的发展，城市化进程在不断加快。城市的兴起和发展在给人们带来舒适和便利生活的同时，也的确给人们的生存环境造成了一些负面的影响，生态环境问题日益突出。因此，城市居民对于回归较舒适的自然环境的要求越来越迫切，对城市内部的园林、绿地、街道树等为人们提供野外游憩、娱乐的生态环境越来越重视。为了避免城市问题的加剧，我们的城市就必须走可持续发展的道路，对城市的生态环境加强建设（秦柯，2008)。
城市森林的发展将体现在环境、社会和经济等多个方面，其可持续发展也将面临着诸多机遇和挑战。因此科学建设城市森林已成为生态城市发展的必然趋势，使得城市与森林更好的结合，人们在城市生态中更好的生活工作。这与城市森林的科学建设和合理规划是分不开的。城市森林是城市生态系统的主体，是城市的可持续发展的一个重要因素，对城市森林的有效管理及生态系统准确的评估将对城生态系统的改善并使其达到最适合人类居住的标准起着至关重要的作用（Rowantree RA， 1984)。自20世纪90年代以来，互联网技术得到了飞速的发展，几乎应用于人类社会生活的每一个领域，对经济的发展和社会文明的进步产生了极为深远的影响，internet技术正改变着整个世界。
21世纪后期，信息技术也得到了充分的发展，网络相互融合步伐加快。基于internet技术与信息网络技术发展，地理信息系统（GIS)获得了广泛的应用。地理信息系统最初应用于资源环境管理中，随着技术的进步和社会的发展，它目前已经广泛应用于资源环境方面，如矿产、森林、农业及水利的管理（尹德涛，2002);环境保护方面，如荒漠化治理、水土流失等；自然资源方面，如水资源、地质矿藏、农业等的调查；自然灾害方面，如地震灾害、虫灾、水灾的监测、预报、评估（NowakDJ, 2006)；城市建设方面，如土地利用规划、城市规划、交通规划及房产管理等。随着网络技术的发展和Web Service技术的成熟，WebGIS在人们生活中起了越来越重要的作用，为人们在更多的领域提供了网络ffL窗、系统的解决方案。WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询空间数据对地图进行任意比例的缩放，为用户提供基于空间分布的多种信息服务，大大的提高了资源管理水平、利用率和共享程度。现代城市森林生态效益研究在北美国家开展的比较广泛（韩明n仏李智勇，2011;Gene WG、 Frederick JD， 1986)。
为了有效管理城市森林，就耍对城市森林生态价值与效益进行科学合理的评估与量化，这已成为国内外研究城巿森林的热点问题(Gordoon AB， 1995)。从经济学的角度去量化城市森林生态效益将对城市森林的发展和规范起到一定指导。目前，国内对城市森林生态效益的评价-般还是vSt于测定某些特定的环境，或者针对城市森林生态效益的某一特定//面进行的，这样的分析存在一定的弊端，其缺少对所研究区域城市森林生态系统一个体系化的分析。GIS在城市森林生态效益评估中的应用将有效解决这个问题，并使对城市森林的管理系统化，生态效益评估定量化。城市森林生态效益评估系统的主要功能是对城市森林资源的信息进行采集、录入、计算处理、分析、评估以及预测等一系列工作，系统的应用会提高城市森林生态效益评估的效率和评估结果的可靠性。
1.2城市森林概论
1.2.1城市森林的概念
城市森林学从森林生态学的角度对城市建成区进行了研究和探讨，为解决城市化所带来的负面影响提供了新的思路和方案。在城市人口不断递增，工业化步伐持续加快的背景下，我们生存的城市生态环境质量也不断恶化。目前，国内学者已经幵始关注和研究城市森林建设，但还多局限于理论上，对城市森林的概念也存在不同的解释，具体实践还刚刚起步（朱文泉，2001)。要做好城市森林的研究与建设还需要学者们进一步的研究与探讨。
2城市森林生态效益分析理论
伴随着城市森林概念的引入和我国城市森林在近年的高速发展，城市森林生态效益的研究也更加的深入。在城巿生态系统中，城市森林起到促进物质能量快速转换及高效利用的作用，并能够很好的协调人类社会与人们所生活的&然环境的和谐发展。城市森林生态系统的效益有三大方面：一、城市森林的社会效益。二、城市森林的经济效益。三、城市森林的生态效益。生态效益包括光能效应、缓解城市"热岛"效应、调节空气湿度的效应、消除大气污染和改善城市环境、人体保健功能、净化水体功能和改善城市气流。其中固碳释氧和降温节能效应是最主要的两个生态效益。绿色植物的叶绿素在太阳光照射下，通过光合作用，可以吸收空气中的二氧化碳与热量，同时向空气中释放大量氧气。成年人一天可呼入0. 79kg的氧气并产生0. 9kg 二氧化碳。据测定，每公顷阔叶林的二氧化碳吸收能力是1000kg每天，氧释放量能力为730kg, 每天（朱玉峰，2007)。另考虑到大量工厂和汽车尾气的排放，城市居民人均拥有30?40平米的绿地最为适宜（叶功富，2006)。我们的城市随着城市化和工业化的高速发展，大气中二氧化碳的浓度也在不断的增加，因此城市森林的碳储存量与螯合量越来受到人们的关注。1991年，Nowak和Rowntree依据树种生物量方程，构建了以单株树木为单位的城市森林碳储存与螯合的模型，并且基于这个计算模型对美国所有城市的城市森林进行了全面的碳储存与螯合的效益分析。UFORE模型亦采用了这种算法。城市森林生态系的降温和节能效应主要能通过两个方式来实现：一是能通过城市森林蒸腾作用时吸收外界能量来降低外界温度，二是通过树冠遮阴来降低外界温度。城市经济的发展使得汽车数量和工厂数量不断增加，因此所产生的大气污染也越来越严重，对人们的生活环境和健康的危害也越来越严重。而城市森林可以有效的起到降低一氧化碳、臭氧及二氧化硫等气体的浓度的作用，并且对大气中粉尘有一定的吸附作用。
2.1城市森林生态效益评价方法
为了使人们更好的了解和认识城市森林和其产生的生态效益，就要以一种直接明了的经济价值来加以体现。因此对城市森林生态效益的经济价值量化是非常必要的。一般公认的，需要量化的有五大方面：清除城市空气污染物的能力、碳的储存和碳的螯合、降温与节能、生物挥发性有机物的释放。随着对城市森林研究的深入，所要量化的生物指标也在不断的增多。目前，国内主要应用三种途径对城市森林生态效益进行研究，即森林生态功能的再生产费用、由于城市森林生态功能的丧失所产生的收入损失和城市森林所带来的效益。评估城市森林的碳汇价僚主要有造林成本法（欧阳志云，2004)和碳税法（徐俏，2003)。评估城市森林的释氧价僚主要通过丁业制氧法。
3 WebGIS理论及其应用开发技术...................................... 21-27
3.1 WebGIS理论概述...................................... 21-23
3.2 WebGIS的实现技术 ......................................23-25
3.3 基于J2EE的Web结构...................................... 25-26
3.4 本章小结...................................... 26-27
4 城市森林生态效益评估系统的设计...................................... 27-40
4.1 系统需求分析 ......................................27-28
4.1.1 实验区的概况...................................... 27
4.1.2 系统设计目的...................................... 27
4.1.3 系统开发的基本原则...................................... 27-28
4.2 开发软件及技术的选择...................................... 28-31
4.3 系统设计...................................... 31-34
4.4 系统数据库的建立 ......................................34-39
4.5 本章小结 ......................................39-40
5 城市森林生态效益评估系统的实现...................................... 40-58
5.1 系统硬件要求及运行平台...................................... 40-42
5.2 系统实现关键技术 ......................................42-48
5.3 系统类与方法及界面的实现 ......................................48-50
5.4 系统主要功能的实现...................................... 50-55
5.5 城市森林生态效益评估系统应用...................................... 55-57
5.5.1 数据采集及处理...................................... 55
5.5.2 数据分析 ......................................55-57
结论
本文在研究城市森林生态效益评估的基础上，应用Java语言和WebGIS技术，实现了基于WebGIS的城市森林生态效益评估系统的开发。该系统可对载有城市森林信息的矢量图进行显示，具备放大、缩小、标尺测算和鹰眼功能，可直观地显示城市森林的详细信息和结构。与此同时，该系统还拥有树木信息分类查询、专题统计和管理的功能，最终实现城市森林生态效益的评估。对本文工作做如下总结。
(一）深入研究了城市森林和生态效益评估的基本理论，总结了国内外生态效益评估的方法和模型，了解了城市森林生态效益评估的发展。
(二）消化吸收国外城市森林生态效益评估算法，并结合国内城市森林的现状建立起系统的算法模型。
(三）依据国内城市森林发展的特点，对城市森林生态效益评估系统做了深入的需求分析，完成了系统的功能模块分类并制定了系统开发的技术路线。
(四）以北京市原东城区城市森林为基础数据源，应用ArcMap软件对原东城区的卫星遥感图像进行了矢量化，并依据系统需求设置了地物的属性字段，完成了可以展现东城区城市森林结构的矢量图。
(五）系统应用Geodatabase空间数据库模型来组织数据，采用ArcSDE技术对关系数据库进行管理，并将属性数据和空间数据存于关系数据库中，建立起完善的数据库系统。
(六）依据系统功能框架图、系统的设计原则及系统算法模型完成城市森林生态效益评估系统软件开发。系统应用J2EE和WebGIS技术搭建，采用较流行的MVC架构，实现了城市森林生态效益评估的功能，并完成了城市森林结构展示及资源查询统计的功能。
(七）应用东城区城市森林数据源对系统进行了实例测试。