GIS在城市景觀規(guī)劃中的應(yīng)用

楊欣宇 湯巧香

摘 要：地理信息系統(tǒng)（GIS）作為一項(xiàng)新技術(shù)，在當(dāng)今城市景觀規(guī)劃中所起到的作用越來越多，參與了多個(gè)層面的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。該文回顧了GIS技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了GIS技術(shù)的應(yīng)用模型，總結(jié)了GIS在城市景觀規(guī)劃中具體的應(yīng)用方法，梳理了GIS在我國城市景觀規(guī)劃應(yīng)用中存在的問題及展望。對(duì)今后國內(nèi)城市景觀規(guī)劃中的GIS應(yīng)用，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS） 城市景觀規(guī)劃 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（b）-0003-03

在近年我國的城市建設(shè)與更新過程中，城市景觀規(guī)劃受到了更多的關(guān)注，而地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)在其中起到了重要作用，其在城市景觀規(guī)劃中的應(yīng)用為規(guī)劃工作打開了新的思路。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)和智能城市建設(shè)的背景下，GIS技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)處理城市景觀規(guī)劃中越來越復(fù)雜多元的功能要求起到積極作用。

1 GIS技術(shù)的概念與發(fā)展

1.1 GIS技術(shù)的概念

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），簡稱GIS，是指在計(jì)算機(jī)支持下，對(duì)各類地球空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、檢索、運(yùn)算、顯示、分析的管理系統(tǒng)，其核心在于對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析與管理功能，通過使用GIS相關(guān)軟件，如AcrGIS，可以完成統(tǒng)計(jì)分析、地形分析、疊置分析和決策分析等，不同的軟件或模塊會(huì)有不同的功能側(cè)重。GIS的數(shù)據(jù)可分為兩大類，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)[1]。

1.2 GIS的起源與發(fā)展

當(dāng)前業(yè)界普遍認(rèn)為，20世紀(jì)60年代美國景觀規(guī)劃師伊恩·麥克哈格對(duì)于GIS技術(shù)的產(chǎn)生出現(xiàn)起到了重要作用，在其編寫的《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》一書中，提出規(guī)劃應(yīng)當(dāng)尊重自然過程，通過規(guī)劃師的實(shí)地調(diào)研，對(duì)土地現(xiàn)狀剝層分析，再層層疊加，最終確定出最為合理的規(guī)劃方案[2]。這種疊加早期是通過透明紙來完成的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逐漸被改為在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，并最終形成地理信息系統(tǒng)。

隨著GIS相關(guān)軟件的成熟和國內(nèi)對(duì)景觀規(guī)劃要求的提升，景觀規(guī)劃工作已有意識(shí)地開展GIS技術(shù)應(yīng)用，如俞孔堅(jiān)團(tuán)隊(duì)借助GIS技術(shù)對(duì)香山滑雪場進(jìn)行景觀安全格局分析，取得了很好的效果。

2 用于景觀規(guī)劃的GIS模型

2.1 適應(yīng)性分析模型

20世紀(jì)60年代中期，伊恩·麥克哈格提出適用性分析模型，該模型是土地景觀規(guī)劃中應(yīng)用最為廣泛的理論模型。其理論核心在于對(duì)自然、政治、經(jīng)濟(jì)、文化等諸要素進(jìn)行定量分析，從而了解當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況與政策經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，對(duì)土地適于不同開發(fā)利用的能力做出相關(guān)評(píng)價(jià)。在該理論中，使用了圖層重疊系統(tǒng)分析方法，即千層餅?zāi)Ｊ剑↙ayer-cake model），這與現(xiàn)今GIS通過空間數(shù)據(jù)建立主題圖層的理念近乎相同。適應(yīng)性分析模型理論的方法首先需要搜索信息、建立圖層，將搜集來的空間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合編排，建立主題圖層，其次對(duì)圖層疊置后顯示的結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，最后得出結(jié)論，應(yīng)用于景觀規(guī)劃中，同時(shí)也要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正[3]。

2.2 環(huán)境廊道模型

環(huán)境廊道概念（E-Way）的提出者，是美國景觀規(guī)劃大師菲利普·路易斯。20世紀(jì)50年代，他倡導(dǎo)必須盡快對(duì)敏感環(huán)境構(gòu)成進(jìn)行確認(rèn)，建立圖紙及資源目錄檔案。只有這樣人們才能更好地對(duì)那些區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)，以使其免遭未來開發(fā)的不利影響。在其理論框架下，地區(qū)性景觀類型可分為坡地、濕地、礦藏、植被、地下水等，將其分別繪制成圖，進(jìn)行圖層疊置，研究分析后可得出“環(huán)境廊道”，據(jù)此可建立指導(dǎo)當(dāng)?shù)匚磥戆l(fā)展的方案。其理論方法分為4步：建立水體層，建立濕地層，建立陡坡層，建立環(huán)境廊道[4]。

3 GIS在城市景觀規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1 用地適宜性分析評(píng)價(jià)

根據(jù)麥克哈格提出的適宜性分析模型所闡述的方法，對(duì)城市土地的自然、政治、經(jīng)濟(jì)、文化等進(jìn)行定量分析，掌握當(dāng)?shù)厍闆r，對(duì)城市建設(shè)的適宜性作出評(píng)價(jià)。GIS可由柵格或矢量兩種方式記錄數(shù)據(jù)，因而需要基于這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行土地適宜性分析。在城市景觀規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用中，該方法已衍生出公園選址評(píng)價(jià)與土地利用分析模型兩種，為GIS技術(shù)參與城市景觀規(guī)劃提供了更成熟的模式。

3.2 地勢地形分析

地形地勢情況會(huì)對(duì)城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)產(chǎn)生深刻的影響，所以地勢地形分析是城市景觀規(guī)劃前期調(diào)研的重要組成部分。通過對(duì)需要規(guī)劃地段進(jìn)行實(shí)地調(diào)研、測量和數(shù)據(jù)采集，將資料匯總、錄入計(jì)算機(jī)，在GIS軟件中繪制地形的平面圖，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)之前得到的數(shù)據(jù)，可以建立數(shù)字高程模型（DEM），通過GIS軟件的三維模擬功能模塊，就可以導(dǎo)出三維立體的地形模型，更加直觀地觀察、分析，再據(jù)此為城市做出適當(dāng)?shù)木坝^規(guī)劃。

3.3 坡度坡向分析

在上文地勢地形分析中，還有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，即坡度坡向分析。坡度的大小將會(huì)直接影響景觀規(guī)劃方案，以及日后施工過程中的土方量、施工難度和工程預(yù)算；而坡向?qū)?huì)直接影響場地內(nèi)的建筑物采光通風(fēng)朝向和植物生長狀況。兩者都會(huì)對(duì)城市景觀規(guī)劃方案產(chǎn)生重要影響，需要著重考慮。而在GIS軟件的3D模塊中，包含坡度坡向分析，導(dǎo)入DEM，生成坡度坡向分析圖。通過對(duì)軟件參數(shù)的調(diào)節(jié)，賦予不同范圍的坡度值以不同的色彩，用顏色的深淺更直觀地表現(xiàn)用地的坡度坡向現(xiàn)狀，這將為城市景觀規(guī)劃工作提供非常直接的參考信息。

3.4 景觀視線視域分析

視域，是指從一個(gè)觀察點(diǎn)，或多個(gè)觀察點(diǎn)可視的地面范圍。在城市中，不同的視域范圍內(nèi)的景觀會(huì)給參與者帶來迥然不同的景觀體驗(yàn)，所以景觀視線視域分析在城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中有著重要的作用，它將影響城市整體景觀的景點(diǎn)選取與布局。在城市的景觀規(guī)劃中，要注重疏密有致，既要有景點(diǎn)集中、層次豐富的區(qū)段，也要有開闊空曠、疏朗平遠(yuǎn)的區(qū)段，還要注意用景觀來遮蔽不良的景觀視域，引導(dǎo)參與者的視線，只有把這些問題統(tǒng)籌規(guī)劃，才能處理好城市景觀規(guī)劃。此外，景觀視線視域分析還可以用于對(duì)城市區(qū)域內(nèi)已建成景觀的布局進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在ArcGIS軟件中，可以通過三維擴(kuò)展模塊（3D Analysis）來完成上述景觀視線視域分析，利用平面圖和DEM，再結(jié)合其他柵格和矢量數(shù)據(jù)，生成可視化的三維模型。視線分析可借助GIS三維模型判斷景觀區(qū)域表面上任意兩點(diǎn)之間是否可以通視，在GIS三維模型中選取觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，連接兩點(diǎn)，繪制出一條直線，再沿該直線生成模型的縱剖面，便可直觀地觀察判斷兩點(diǎn)間的視線遮擋情況。視域分析是用來判斷在景觀中的某一位點(diǎn)可看到的周圍區(qū)域范圍，或是沿著某一路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)可以看到的視線范圍[5]。

3.5 城市綠地的服務(wù)半徑和居民可達(dá)性分析

在城市中，綠地的首要服務(wù)對(duì)象即是城市居民，所以在城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)綠地景觀進(jìn)行布局安排時(shí)，必須要考慮到綠地的服務(wù)半徑和可達(dá)性，這在以往的規(guī)劃過程中會(huì)是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的任務(wù)，但現(xiàn)今借助于GIS軟件，這一分析過程已變得精確而且簡便。使用AcrGIS軟件中的“緩沖區(qū)分析（Buffer）”功能，基于矢量數(shù)據(jù)，被分析綠地周圍將自動(dòng)繪出等距線。在等距線以內(nèi)，離開或到達(dá)綠地的直線交通距離小于服務(wù)半徑；在等距線外，則大于服務(wù)半徑。若基于柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，則分析也以柵格的數(shù)據(jù)形式輸出結(jié)果，顯示為離開被分析綠地按一定距離遞增的、連續(xù)的柵格，每個(gè)柵格的取值即是離開被分析綠地的距離[6]。

在現(xiàn)代城市中，交通通常是沿著道路展開的，而不同的路況、交通方式會(huì)有不同的運(yùn)動(dòng)速度，產(chǎn)生不同的可達(dá)距離。利用GIS軟件中的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，再導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)后，可以計(jì)算出受速度、道路走向、交通管理等因素所影響的各類交通方式的等時(shí)線，從而直觀地分析出綠地的居民可達(dá)性，作為城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的參考。

3.6 三維可視分析

城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)是一個(gè)三維立體的設(shè)計(jì)過程，傳統(tǒng)的二維平面上的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不能滿足日益提升的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)要求，今日的城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)需要的是精準(zhǔn)而科學(xué)的理性分析，而不再是單憑規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的想象或推測等感性經(jīng)驗(yàn)來行事。GIS軟件的3D可視化功能組件為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)三維立體化設(shè)計(jì)的新方式，通過DEM和平面圖，再結(jié)合柵格和矢量貼圖，即可得出場地的可視化三維立體模型。這個(gè)模型可以加入人口、地形、風(fēng)向等多種參數(shù)，隨意設(shè)置觀察點(diǎn)和觀察方向角度，為設(shè)計(jì)者提供身臨其境的觀察體驗(yàn)，甚至可以做到實(shí)地考察所不能及的更為豐富的觀察視角——可以模擬出游覽路徑乃至飛行路線。此外，三維模型將便于其他專業(yè)人士參與城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，給出評(píng)價(jià)與建議[7]。

3.7 應(yīng)用實(shí)例

GIS技術(shù)在城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)上的廣泛應(yīng)用前景已經(jīng)為越來越多的設(shè)計(jì)人員所認(rèn)識(shí)，近年不少城市在景觀規(guī)劃中，有意識(shí)地采用了GIS技術(shù)，出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)成果。比較著名的有杭州“西湖西進(jìn)”后景觀區(qū)域的規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在GIS軟件的3D模塊中構(gòu)建了西湖西進(jìn)后的三維景觀環(huán)境模擬，從廣域?qū)用嫔夏M西湖西進(jìn)后的實(shí)景，有效協(xié)調(diào)了城市景觀規(guī)劃中的山與水、自然與人工，保護(hù)了西湖現(xiàn)有景觀環(huán)境；開封市借助于RS和GIS技術(shù)，進(jìn)行了城市建成區(qū)的城市綠地調(diào)查，為開封市未來綠化規(guī)劃提供了新依據(jù)；依托以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的城市綠地景觀空間結(jié)構(gòu)調(diào)查，寧波市建立了城市綠地景觀生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的生態(tài)學(xué)依據(jù)，并為“生態(tài)園林城市”建設(shè)提供了理論與數(shù)據(jù)的支撐。

4 問題與展望

隨著GIS技術(shù)在當(dāng)代城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中越來越廣泛的應(yīng)用，GIS系統(tǒng)和配套軟件以及相應(yīng)的方式方法也日趨成熟實(shí)用，其在城市建設(shè)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、計(jì)算、輸出等功能上的能力，已經(jīng)使其具有不可替代的地位。但該系統(tǒng)在推理和邏輯判斷上仍舊存在著不少的缺陷，例如柵格與矢量數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確率仍然差強(qiáng)人意，所以，雖然GIS在城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中所起的作用越來越大，但依然只能作為參考與輔助，真正在規(guī)劃中起主導(dǎo)地位的依然是人工的規(guī)劃設(shè)計(jì)。另外，GIS在數(shù)據(jù)采集與更新上尚存在著很大的困難，數(shù)據(jù)的收集與錄入任務(wù)異常繁雜、成本高、工作周期長；而在我國，由于國家尚未建立起一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，再加上地理數(shù)據(jù)保密的問題，所以各地不同的部門、單位之間的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過耗時(shí)費(fèi)力的采集整理后卻無法進(jìn)行共享。這些都嚴(yán)重阻礙了GIS系統(tǒng)在我國城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用。

解決上述問題，一方面需要整個(gè)景觀規(guī)劃行業(yè)的不斷努力，在GIS軟件的實(shí)際應(yīng)用中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，并據(jù)此在原GIS軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件的二次開發(fā)，以使其更適合于城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，甚至可以嘗試以此為契機(jī)，在景觀規(guī)劃行業(yè)內(nèi)部建立GIS數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。另一方面，也需要由政府進(jìn)行主導(dǎo)，建立國家地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使整個(gè)行業(yè)更加科學(xué)化與規(guī)范化。

5 結(jié)語

隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，更多的行業(yè)開始受益于此，而在智慧城市、大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，GIS技術(shù)在城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用正方興未艾，有著良好的應(yīng)用前景和廣闊的發(fā)展空間。對(duì)于城市景觀規(guī)劃來說，GIS還是一個(gè)新技術(shù)，在應(yīng)用中必然要出現(xiàn)一些缺陷和問題，但也為規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來了不少新思路和新方法。在今后的城市景觀規(guī)劃中，只有繼續(xù)把GIS技術(shù)與城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)相結(jié)合，才能令整個(gè)景觀規(guī)劃行業(yè)更好地為城市建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐明珠，楊洋，王海榮.GIS在景觀規(guī)劃中的應(yīng)用綜述[J].技術(shù)與市場，2010（7）：67-68.

[2] （美）麥克哈格（Mcharg IanL.），著.設(shè)計(jì)結(jié)合自然[M].芮經(jīng)緯，譯.中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[3] 李偉.基于GIS的園林規(guī)劃設(shè)計(jì)方法變革探索[J].福建農(nóng)業(yè)，2015（8）：103，278.

[4] 周曉.GIS在景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2005（27）：19-21.

[5] 劉森，閆紅偉.論地理信息系統(tǒng)GIS在景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)場地分析中的價(jià)值及應(yīng)用[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，8（2）：280-282.

[6] 岳峰，戴菲，賈行飛.中國風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域GIS的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].風(fēng)景園林，2014（4）：47-52.

[7] 張艷軍，曾晅.GIS技術(shù)在景觀視覺分析中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2008（8）：87-89.