王 龍

岳邦瑞*

1 問題的提出

疊圖法(map-overlay method，又稱“地圖疊加技術(shù)”)是以要素分層和疊加為特征的一種技術(shù)手段，深刻影響著風(fēng)景園林學(xué)科的理論與實(shí)踐。疊圖法在廣泛應(yīng)用于風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、生態(tài)研究、環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的同時(shí)，也受到了尖銳的質(zhì)疑[1]。深入分析表明，質(zhì)疑背后折射出的核心問題是：分層能否準(zhǔn)確描述真實(shí)的景觀？疊加能否真實(shí)還原要素間的聯(lián)系？

國內(nèi)外對(duì)疊圖法的研究存在較大差異。國外對(duì)疊圖法的研究涉及理論和實(shí)踐應(yīng)用2個(gè)層面，以19世紀(jì)末20世紀(jì)初查爾斯·埃利奧特(Charles Eliot)、沃倫·曼寧(Warren Manning)，20世紀(jì)60年代菲利普·列維斯(Philip Lewis)、伊恩·麥克哈格(Ian L.McHarg)及70年代后劉易斯·霍普金斯(Lewis D.Hopkins)和卡爾·斯坦尼茲(Carl Steinitz)等一系列研究為主要代表。相比之下，疊圖法在中國流行的時(shí)間不到30年，僅王紹增教授從理論層面探討了疊圖法的內(nèi)在缺陷[1]，其余多集中在實(shí)踐應(yīng)用層面，且缺乏系統(tǒng)性的研究，主要體現(xiàn)在：1)未形成對(duì)疊圖法內(nèi)涵的統(tǒng)一認(rèn)知；2)未明確界定疊圖法的應(yīng)用尺度和范圍，從而造成在具體應(yīng)用形式上的混淆；3)缺少對(duì)疊圖法具體操作步驟的清晰闡述及統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)未專門化；4)缺乏對(duì)疊圖法在原理層面上的探討。綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，不難得出疊圖法具有一定的實(shí)踐意義，但缺陷也是客觀存在的，筆者認(rèn)為若要使疊圖法更好地應(yīng)用于當(dāng)下的風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐，則須深入探討如下問題：疊圖法的方法論本質(zhì)是什么？疊加在什么情況下是有效的？方法存在什么缺陷？如何有效克服缺陷？

本文的核心目的是基于對(duì)疊圖法技術(shù)演進(jìn)及應(yīng)用歷程的梳理，得出疊圖法在當(dāng)下的具體操作形態(tài)，進(jìn)而通過總結(jié)方法的發(fā)展規(guī)律，揭示其方法論本質(zhì)，指出疊圖法的技術(shù)局限所在，并據(jù)此提出適用于當(dāng)下風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐的優(yōu)化疊圖技術(shù)框架。

2 疊圖法的內(nèi)涵與外延界定

疊圖法在其歷史發(fā)展進(jìn)程中，內(nèi)涵不斷深刻、外延不斷擴(kuò)大，如今已成為多學(xué)科、多領(lǐng)域共有的基本研究方法。風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、土地規(guī)劃、城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境科學(xué)和地理信息科學(xué)等領(lǐng)域都與疊圖法有著緊密聯(lián)系，對(duì)疊圖法的影響體現(xiàn)在方法的原理改進(jìn)及實(shí)踐應(yīng)用層面，且根據(jù)具體操作流程的差異而存在不同的表述形式。在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可將疊圖法定義為：通過分層繪制并疊加包含單一景觀要素變化或影響的專題圖，以反映全部要素共同作用的圖紙綜合技術(shù)。上述定義包含3個(gè)要點(diǎn)：1)分層，將整體的景觀分解為諸如地形、水體、植被、道路等單一要素，并深入研究每一種要素的作用；2)疊加，將各要素的專題圖通過特定方式重新整合；3)共同作用，強(qiáng)調(diào)疊加的目的在于融合不同要素各自對(duì)整體景觀的影響。

根據(jù)疊圖法的具體應(yīng)用形式，可將其分為疊加分析和疊加設(shè)計(jì)2類。疊加分析指的是將表現(xiàn)各景觀要素影響等級(jí)的專題圖疊加到一起，形成一張能夠綜合反映環(huán)境影響的區(qū)域空間特征分析總圖的過程。相比疊加分析，疊加設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向的思維過程，表現(xiàn)為從自上而下的分層分析到自下而上對(duì)要素的分層設(shè)計(jì)。疊加設(shè)計(jì)并非一般意義上的分割獨(dú)立設(shè)計(jì)，其更注重對(duì)設(shè)計(jì)要素的秩序化和層次化表達(dá)，如水體的布局要在地形的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并非單獨(dú)設(shè)計(jì)后再進(jìn)行疊加，因此相比疊加分析更為注重圖層之間的聯(lián)系。從整體規(guī)劃設(shè)計(jì)的流程來看，往往需要同時(shí)用到疊加分析和疊加設(shè)計(jì)。

圖1 疊圖法技術(shù)演進(jìn)歷程中的代表性人物、事件及階段劃分

3 疊圖法的技術(shù)演進(jìn)及應(yīng)用歷程

3.1 疊圖法的技術(shù)演進(jìn)歷程

19世紀(jì)中葉至20世紀(jì)早期，規(guī)劃結(jié)合自然理念開始影響北美的風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域[2]，以弗雷德里克·勞·奧姆斯特德(Frederick law Olmsted)和查爾斯·埃利奧特(Charles Eliot)等為代表的風(fēng)景園林師擯棄沿用十幾個(gè)世紀(jì)的“唯美論”造園思想，試圖通過科學(xué)理性的方式將自然引入城市[3]，并融合各類人文需求營造人地和諧的生活環(huán)境。近代地理學(xué)①也于這一時(shí)期開始發(fā)展，其專題地圖繪制的思想直接促使了疊圖法的出現(xiàn)，而后隨著生態(tài)規(guī)劃理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，疊圖法在操作平臺(tái)、景觀要素的選擇與處理及疊加機(jī)制等方面均有了較為長足的發(fā)展，如今已成為風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本方法之一。根據(jù)各個(gè)時(shí)期的特征，可將疊圖法的技術(shù)演進(jìn)歷程劃分為3個(gè)階段，分別是景觀資源分類主導(dǎo)的手工簡易疊圖階段、景觀適宜性評(píng)價(jià)主導(dǎo)的疊加機(jī)制改良階段，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)介入的疊圖技術(shù)精進(jìn)階段(圖1)。

1)景觀資源分類主導(dǎo)的手工簡易疊圖階段。

這個(gè)時(shí)期的疊圖法源自地理學(xué)專題地圖的景觀資源分類思想，受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，圖紙的疊加主要通過透射板、照片鋅版術(shù)[4]和手繪等方式實(shí)現(xiàn)。1893年，埃利奧特在大波士頓地區(qū)公園系統(tǒng)規(guī)劃中首創(chuàng)疊圖技術(shù)[5]，通過在辦公室的窗戶上利用日光透射，對(duì)反映波士頓地區(qū)的一系列景觀資源圖紙進(jìn)行了疊加分析。他的學(xué)生沃倫·曼寧受其景觀分類思想的影響改進(jìn)了疊圖法，并應(yīng)用于1912年的貝爾里卡鎮(zhèn)規(guī)劃以及1919年的全美國土風(fēng)景園林規(guī)劃實(shí)踐中[6]。杰奎琳·蒂里特(Jacqueline Tyrwhitt)于1950年撰寫了首篇詳細(xì)探討疊加分析技術(shù)理論框架的文章，列舉了包括地貌、水文、巖石類型和土壤排水等生態(tài)因素疊加形成土地特征解釋圖的案例[7]，可見該階段的疊圖法在疊加圖紙的選擇上以自然要素為主，缺乏對(duì)人文方面的考慮，在疊加機(jī)制上則表現(xiàn)為各類景觀資源的直接疊加(圖2)。

2)景觀適宜性評(píng)價(jià)主導(dǎo)的疊加機(jī)制改良階段。

20世紀(jì)50年代始，由工業(yè)化造成的自然環(huán)境破壞日益加劇，人們開始重視自然生態(tài)要素在規(guī)劃中的作用，以景觀適宜性評(píng)價(jià)方法(the landscape-suitability approaches)為首的各大生態(tài)規(guī)劃流派相繼提出一系列能夠協(xié)調(diào)自然和人文要素的規(guī)劃方法[11]。在第一代景觀適宜性評(píng)價(jià)方法(the first landscape-suitability approach，LSA1)發(fā)展之初，劉易斯·霍普金斯使用格式塔術(shù)語來解釋如何在景觀中理解和分析可感知模型，而不是去考慮坡度、土壤和植被等復(fù)合要素[11]。然而格式塔法②在適宜性分析中表現(xiàn)出的依賴經(jīng)驗(yàn)、主觀性強(qiáng)及使用困難等局限，促使設(shè)計(jì)師開始尋求以客觀分析為主并且易于操作的評(píng)價(jià)方法，這也成為疊圖法介入其中的重要契機(jī)，以菲利普·列維斯于1965年完成的威斯康星州戶外游憩規(guī)劃[2]以及1969年伊恩·麥克哈格提出的“千層餅”模式(layer-cake model)[12]為主要代表。LSA1時(shí)期的疊圖法(圖3)雖然對(duì)自然地理要素和社會(huì)人文要素均有考慮，但并未實(shí)現(xiàn)兩者的平衡，存在著“唯自然論”的局限[13]。

在第二代景觀適宜性評(píng)價(jià)方法(the second landscape-suitability approach，LSA2)中，疊圖法被進(jìn)一步表述為序位組合法(ordinal combination method)、線性組合法(linear combination method)及非線性組合法(nonlinear combination method)[14](表1)。序位組合法在疊加形式上包括“千層餅”模式的灰度級(jí)疊加和數(shù)值疊加，不過這2種疊加方式實(shí)質(zhì)上都是機(jī)械的加和，每個(gè)要素的影響被默認(rèn)為是等效的。為了解決這個(gè)問題，線性組合法引入了“權(quán)重”(weight)的概念，然而各要素之間的關(guān)系并非簡單的線性關(guān)系可以說明，因此又出現(xiàn)了非線性組合法，即通過構(gòu)建函數(shù)的方式反映各要素之間的聯(lián)系。不難看出，設(shè)計(jì)師已經(jīng)意識(shí)到景觀要素之間關(guān)系的復(fù)雜性，并試圖通過改善疊加機(jī)制以再現(xiàn)要素間真實(shí)的聯(lián)系，然而技術(shù)上的局限成為該階段的最大瓶頸。疊圖法在此時(shí)期仍以手工疊圖形式為主，不僅難以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的疊加方式，而且當(dāng)疊加圖紙較多時(shí)，反映適宜性的灰度或數(shù)值就會(huì)變得模糊不清，因此這一階段的疊圖法始終存在精確度及有效性的局限。

3)計(jì)算機(jī)技術(shù)介入的疊圖技術(shù)精進(jìn)階段。

圖2 景觀資源分類主導(dǎo)的疊圖技術(shù)示意(規(guī)劃基址改繪自參考文獻(xiàn)[8]，要素專題圖、規(guī)劃總圖引自參考文獻(xiàn)[8-10])

圖3 第一代景觀適宜性評(píng)價(jià)方法的疊圖技術(shù)示意(規(guī)劃基址改繪自參考文獻(xiàn)[8]，要素專題圖、要素復(fù)合圖、綜合適宜性地圖引自參考文獻(xiàn)[12])

20世紀(jì)70年代始，隨著適宜性分析技術(shù)的普及，規(guī)劃過程中需要考慮的因素越來越多，不僅一張專題圖包含的信息量越來越大且愈加復(fù)雜，而且需要疊加的圖紙數(shù)量逐漸增多，手工疊圖在變得煩瑣的同時(shí)，其準(zhǔn)確性和精確度也大為降低。計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入在很大程度上改善了這一局面，主要表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)對(duì)專題圖紙繪制方式的影響以及基于GIS平臺(tái)對(duì)圖像處理及疊加機(jī)制的優(yōu)化。以俞孔堅(jiān)開展的“景觀安全格局”(security pattern，SP)理論和方法的研究[15]以及卡爾·斯坦尼茲的“地理設(shè)計(jì)(GeoDesign)框架”[16]為代表(圖4)，基于GIS的疊圖法作為其中的重要技術(shù)手段，使規(guī)劃中的多因素、多準(zhǔn)則、多目標(biāo)得以被有效考慮。計(jì)算機(jī)繪圖不僅可以保證相同的繪制比例和度量單位以提高專題圖紙的準(zhǔn)確性，也突破了疊加圖紙數(shù)量的上限，而GIS技術(shù)的發(fā)展則使疊圖法發(fā)生了技術(shù)上的根本變革。GIS將地圖上的各類景觀要素以柵格數(shù)據(jù)或矢量數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行存儲(chǔ)并賦予特定的結(jié)構(gòu)和屬性，這一地圖信息存儲(chǔ)方式的改變使一張圖所包含的信息量可以遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的地圖。在GIS疊加分析技術(shù)中，專題圖的疊加已不再僅僅是點(diǎn)、線、面及灰度或色階等圖形意義上的簡單加和，而是轉(zhuǎn)向了地理空間數(shù)據(jù)的處理，即“將同一地區(qū)、同一比例尺、同一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、不同信息表達(dá)的2組或多組專題要素的圖形或數(shù)據(jù)文件進(jìn)行疊加”[17]。層次分析法、替換權(quán)重法等基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的方法則對(duì)因子等級(jí)劃分與權(quán)重值確定進(jìn)行了較大的調(diào)整與優(yōu)化，在精確度和有效性上徹底拉開了與手工疊圖的差距(圖5)。

表1 第二代景觀適宜性評(píng)價(jià)方法中各類適宜性疊圖方法的比較

3.2 疊圖法的應(yīng)用歷程

3.2.1 應(yīng)用范圍延伸：多學(xué)科的融合與推動(dòng)作用

疊圖法是風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)合科學(xué)并實(shí)現(xiàn)空間化的途徑之一，其分層和疊加的技術(shù)手段不受疊加因子數(shù)量的限制，理論上只要因子的影響能夠圖面化或數(shù)據(jù)化，最終都能以一定方式進(jìn)行疊加整合。從景觀要素劃分來看，疊圖法發(fā)展至今已吸納地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、氣象學(xué)、社會(huì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等自然與社會(huì)人文學(xué)科，而在疊加機(jī)制層面，方法的改進(jìn)則需要計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理信息科學(xué)等學(xué)科的共同支持。隨著多學(xué)科的交叉融合，疊圖法的應(yīng)用范圍得以延伸，功能更為多樣，已從最初的景觀資源評(píng)價(jià)擴(kuò)展至景觀適宜性評(píng)價(jià)、生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)、規(guī)劃設(shè)計(jì)場地選址、風(fēng)景園林道路選線，以及生態(tài)廊道規(guī)劃等。

3.2.2 應(yīng)用形式分化：從疊加分析到疊加設(shè)計(jì)

疊圖法在形成之初即用于景觀資源的分析與評(píng)價(jià)，而在其發(fā)展歷程中，分層分析的思維促使了新的應(yīng)用形式的產(chǎn)生，疊加分析進(jìn)一步細(xì)化為疊加專項(xiàng)分析和疊加綜合分析，并衍生出了新的形式──疊加設(shè)計(jì)。三者并非孤立，而是存在一種復(fù)雜的嵌套關(guān)系，疊加專項(xiàng)分析中專題圖的繪制構(gòu)成了疊加綜合分析和疊加設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，疊加綜合分析所得的結(jié)果則可以為疊加設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)(圖6)。

1)疊加專項(xiàng)分析。將原先復(fù)雜的景觀分解為多個(gè)單一要素，選取能夠反映區(qū)域關(guān)鍵問題的景觀要素，將其繪制成專題圖再進(jìn)行疊加，從而得出分析結(jié)論。例如將一個(gè)區(qū)域的降雨量專題圖和行政區(qū)劃圖疊加，即能得到該區(qū)域的降雨量分布圖。

2)疊加綜合分析。與專項(xiàng)分析不同，疊加綜合分析要求全面地考察區(qū)域內(nèi)影響規(guī)劃布局的景觀要素，并逐一繪制成專題圖，通過適宜性評(píng)級(jí)或者其他方法在專題圖上表示出該要素的影響程度，最后將所有專題圖疊加在一起以反映場地與擬定用途之間的適宜性或兼容度。此外，該方法也能用于評(píng)估不同規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)場地形成的影響，以進(jìn)行方案的篩選與最終決策。

圖4 地理設(shè)計(jì)中改變模型的模板(改繪自參考文獻(xiàn)[16])

圖5 計(jì)算機(jī)技術(shù)介入的基于GIS的疊圖技術(shù)示意(要素專題圖、基于GIS的綜合分析圖引自參考文獻(xiàn)[12])

3)疊加設(shè)計(jì)。疊加設(shè)計(jì)是疊加分析的衍生，在技術(shù)上并不存在嚴(yán)格限制，以AutoCAD為代表的主流計(jì)算機(jī)繪圖軟件乃至透明圖紙都可成為其技術(shù)平臺(tái)，亦能通過GIS構(gòu)建特有的設(shè)計(jì)體系。在微觀層面，疊圖法體現(xiàn)為對(duì)各景觀要素或功能區(qū)塊的分層設(shè)計(jì)，如地形、水文、道路、植被或歷史遺產(chǎn)保護(hù)層和文化景觀層等，最后疊加形成一張反映全部設(shè)計(jì)要素的總平面圖。在宏觀層面，疊圖法體現(xiàn)為對(duì)區(qū)域的各類規(guī)劃所反映出的多種需求，以及對(duì)地理、交通、歷史、人文、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等要素的綜合考慮，例如將土地利用規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和交通規(guī)劃等疊加到一起，最終得到一張反映全局的規(guī)劃總圖。

4 疊圖法的方法論本質(zhì)及技術(shù)局限

4.1 疊圖法的方法論本質(zhì)

縱觀疊圖法的技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用歷程，不難發(fā)現(xiàn)每一階段的改進(jìn)始終圍繞“如何認(rèn)知景觀”以及“如何改變景觀”這2個(gè)學(xué)科基本問題。疊圖法從弱還原論③的角度回答了這2個(gè)問題，其基本邏輯是先從整體到局部，再從局部回歸整體，認(rèn)為景觀可以通過先分解后重組的方式進(jìn)行認(rèn)知。分層是對(duì)景觀復(fù)雜性的簡化表達(dá)，重組則是對(duì)復(fù)雜性的再現(xiàn)，從其發(fā)展歷程中不難看出，疊圖法的使用者其實(shí)并不否認(rèn)疊加之后會(huì)破壞景觀原本的復(fù)雜性，因此才會(huì)通過疊加機(jī)制的不斷改進(jìn)來彌補(bǔ)方法的不足。面對(duì)復(fù)雜的整體，恰當(dāng)?shù)姆指钍潜匾?，可避免過分強(qiáng)調(diào)整體復(fù)雜性所給研究帶來的困難，同時(shí)疊圖法也承認(rèn)完整景觀所具有的功能遠(yuǎn)大于各要素的簡單加和，從而區(qū)別于強(qiáng)還原論的“否定整體”以及強(qiáng)整體論的“反對(duì)分割”[18]。疊圖法試圖解構(gòu)復(fù)雜的自然地理及社會(huì)人文要素，逐一進(jìn)行深入研究，最后通過疊加重組與匹配以實(shí)現(xiàn)兩者的平衡。因此對(duì)當(dāng)下風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)而言，疊圖法的意義在于提供了探索人地關(guān)系的理性途徑以及構(gòu)建起科學(xué)量化的實(shí)踐框架。

4.2 疊圖法的技術(shù)局限

圖6 疊圖法的3種疊加形式示意(微觀尺度的疊加設(shè)計(jì)引自參考文獻(xiàn)[3])

雖然疊圖法承認(rèn)“整體大于部分之和”，試圖用疊加來調(diào)和整體與局部的矛盾，且通過操作平臺(tái)和疊加機(jī)制的不斷改良克服了方法的部分缺陷，但方法的本質(zhì)性局限仍未得到突破。

1)對(duì)景觀的分層分解導(dǎo)致要素間關(guān)聯(lián)的缺失。王紹增教授就此曾深刻指出：“疊圖法的根本錯(cuò)誤，就在于它完全忽略了圖層之間的聯(lián)系與互動(dòng)(而且這種關(guān)系基本上是非線性的)，只是把各個(gè)分科的結(jié)論機(jī)械地堆積到一起，就算交差了事”[1]。要素的分層雖有利于深入研究，但單一要素所表現(xiàn)出的變化往往是多種要素共同作用的結(jié)果，如水系的分布要以地形為依托，植被則受到地形、光照和降水等因素的共同作用，因此構(gòu)建要素間的關(guān)聯(lián)十分必要。

2)對(duì)水平過程關(guān)注的缺失。疊圖法的技術(shù)特性決定了其能夠較好地處理單一系統(tǒng)在固定時(shí)刻下所反映的一系列問題，但難以顧及景觀隨時(shí)間發(fā)生的流變以及多個(gè)不同系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系。縱觀方法的發(fā)展歷程，雖然景觀生態(tài)學(xué)的介入使這個(gè)問題在一定程度上得到緩解，不過由于疊圖法在多數(shù)情況下都是以靜態(tài)的視角來看待景觀，因此目前僅可實(shí)現(xiàn)景觀格局的疊加，動(dòng)態(tài)的景觀過程則須借助其他方法加以解讀。

3)對(duì)一般數(shù)學(xué)方法的機(jī)械依賴。GIS技術(shù)使疊加要素的選擇更加多元，然而在要素處理、權(quán)重劃分和疊加機(jī)制等方面的優(yōu)化僅僅是通過基于計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)算法克服了手工疊圖階段在疊加效率、準(zhǔn)確度等方面的缺陷，并未從根本上改進(jìn)方法的運(yùn)行邏輯。如層次分析法通過構(gòu)造判斷矩陣的方式優(yōu)化了對(duì)疊加要素權(quán)重值的確定，權(quán)重本身科學(xué)與否未曾受到質(zhì)疑，而要素之間存在的諸多非線性關(guān)聯(lián)則難以用權(quán)重說明。

4)難以解釋跨層次涌現(xiàn)問題。疊加機(jī)制的改良實(shí)質(zhì)上是為了重構(gòu)要素分解之后缺失的關(guān)聯(lián)，然而目前基于GIS平臺(tái)的疊圖法仍以權(quán)重疊加為主，其“自下而上”構(gòu)建的人工聯(lián)系和自然要素間原本的聯(lián)系存在本質(zhì)上的區(qū)別，因?yàn)槟壳暗寞B加機(jī)制難以克服單一要素與整體景觀之間的跨層次涌現(xiàn)問題：當(dāng)下的疊圖法可以很好地詮釋某一景觀到底由哪些要素構(gòu)成，并全面地描述其形態(tài)，但無法解釋要素之間如何通過結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系生成具有復(fù)雜功能的景觀。

5 基于多維綜合思想的疊圖技術(shù)優(yōu)化途徑

5.1 多個(gè)維度下的綜合考量

若要使疊圖法更好地應(yīng)用于當(dāng)下的風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐，則須針對(duì)其技術(shù)局限，從方法的原理層面進(jìn)行逐一改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)在多個(gè)維度之下的綜合考量。多個(gè)維度包含空間維度上的垂直、水平方向以及時(shí)間維度上的過去、現(xiàn)在和未來，即在要素的處理上，不僅要考慮不同景觀要素在垂直方向上的影響，也要權(quán)衡水平方向上的變化，包括多個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)以及要素隨時(shí)間變化的規(guī)律。此外，要對(duì)復(fù)雜的自然地理要素以及社會(huì)人文要素進(jìn)行全面的綜合考量，在關(guān)注單一景觀要素變化及影響的同時(shí)，兼顧與之相聯(lián)系的景觀要素以建立要素間的有效關(guān)聯(lián)。

5.2 多維綜合疊圖技術(shù)框架的構(gòu)建

相比傳統(tǒng)疊圖法，多維綜合疊圖技術(shù)框架(圖7)以動(dòng)態(tài)的視角審視整體的景觀，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，主要改進(jìn)策略包括：多系統(tǒng)環(huán)境的引入、構(gòu)建要素間關(guān)聯(lián)、增加時(shí)間維度、改進(jìn)要素等級(jí)劃分，以及增加非線性的疊加機(jī)制，其疊加的最終結(jié)果并非唯一，而是包含了時(shí)間的影響或者多種可能性?？蚣馨B加專項(xiàng)分析、疊加綜合分析和疊加設(shè)計(jì)3個(gè)部分，主要基于GIS平臺(tái)，并以因子分析法、模糊評(píng)價(jià)法、層次分析法和多元回歸分析等地理數(shù)學(xué)方法作為實(shí)現(xiàn)多維度綜合考量的技術(shù)支撐。

1)疊加專項(xiàng)分析。首先將規(guī)劃基址投射到包含多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)鑲嵌的大環(huán)境里，然后在整個(gè)大環(huán)境內(nèi)提取分析要素，并通過因子分析法尋找關(guān)聯(lián)要素，與待分析要素進(jìn)行重組構(gòu)成復(fù)合要素，將不同時(shí)段下變化的復(fù)合要素與底圖進(jìn)行疊加，最后得出要素隨時(shí)間變化的一組專項(xiàng)分析圖。

2)疊加綜合分析。以疊加專項(xiàng)分析為基礎(chǔ)，構(gòu)建多組相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合要素，根據(jù)要素隨時(shí)間變化的幅度劃分不同的時(shí)段等級(jí)，并分別整合成包含要素變化緩沖區(qū)的動(dòng)態(tài)復(fù)合要素專題圖。傳統(tǒng)疊圖法對(duì)要素的等級(jí)劃分可在圖面上清晰地表示出來，但現(xiàn)實(shí)情況下并不存在如此明顯的界限，因此須引入模糊評(píng)價(jià)法解決不精確性問題。根據(jù)要素的變化規(guī)律，采用層次分析法建立權(quán)重疊加機(jī)制或通過多元回歸分析建立非線性疊加機(jī)制，最后在GIS中實(shí)現(xiàn)所有專題圖的疊加。

3)疊加設(shè)計(jì)。其基本邏輯與疊加綜合分析相同，區(qū)別在于疊加的要素以人工營造為主。因此其首要任務(wù)為將單一的設(shè)計(jì)要素重組為基底、中層和頂層3個(gè)部分，基底指規(guī)劃或設(shè)計(jì)所依托的自然本底，中層指以人工工程為主的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層，頂層則為散布的節(jié)點(diǎn)景觀層，三者受時(shí)間變化的影響程度依次降低。疊加的結(jié)果為多解方案，并綜合多方利益進(jìn)行最終決策。

6 結(jié)論與展望

本研究從疊圖法的技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用歷程出發(fā)，縱向比較了不同時(shí)期疊圖法的特征，橫向?qū)Ρ攘睡B圖法在不同應(yīng)用形式下的差異，通過總結(jié)疊圖法的歷史發(fā)展規(guī)律找尋其方法論本質(zhì)，揭示方法的技術(shù)局限并提出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化措施。主要觀點(diǎn)如下：1)疊圖法的發(fā)展呈現(xiàn)技術(shù)與理論交替影響的規(guī)律，疊加技術(shù)的瓶頸需要通過疊圖理論的革新予以突破，而將疊圖理論付諸實(shí)踐則需要疊加技術(shù)的發(fā)展予以支持，其發(fā)展的根本原因是日益增長的技術(shù)目的對(duì)技術(shù)手段提出的更高要求；2)疊圖法同時(shí)兼顧局部與整體，從弱還原論的視角探索“如何認(rèn)知景觀”及“如何改變景觀”2個(gè)基本問題，試圖構(gòu)建科學(xué)量化的實(shí)踐框架以及探索人地關(guān)系的理性途徑，但也反映出其在技術(shù)上缺失圖層間聯(lián)系、缺失水平過程、機(jī)械依賴數(shù)學(xué)方法，以及忽視涌現(xiàn)問題的局限；3)實(shí)現(xiàn)當(dāng)下疊圖技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵在于將場地放置在多系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)，構(gòu)建單一要素間的關(guān)聯(lián)，隨后通過時(shí)間維度的引入反映景觀的動(dòng)態(tài)化，并注重疊加時(shí)要素所反映出的非線性特征。

最后需要強(qiáng)調(diào)的是：疊圖法的方法論本質(zhì)決定了其潛在的發(fā)展空間及技術(shù)界限。一方面，可以通過技術(shù)與理論的不斷革新促使疊圖法朝更好的方向發(fā)展，多維綜合疊圖技術(shù)框架的提出正是基于風(fēng)景園林學(xué)科本身的不斷發(fā)展及當(dāng)下計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的成就；另一方面，必須承認(rèn)疊圖法存在一個(gè)適用范圍，并不能用來分析和解決所有問題，其使用的前提是研究對(duì)象可以被分解及量化，且分解和量化是有效的，而面對(duì)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，則須尋求與其他方法的結(jié)合。人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，為疊圖法在當(dāng)下風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了新的機(jī)遇，模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法以及元胞自動(dòng)機(jī)等方法有助于描述非線性關(guān)系和建模表達(dá)復(fù)雜的景觀，使分析和決策過程更為精確和有效，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖7 多維綜合疊圖技術(shù)框架

注：文中圖片除注明外，均由作者繪制。

注釋：

① 近代地理學(xué)起源于19世紀(jì)初，洪堡(Humboldt)在其著作《宇宙》中研究了特定自然要素與周邊環(huán)境的關(guān)系。

② 韋氏英漢百科詞典將格式塔法定義為：一個(gè)具有完整的結(jié)構(gòu)和模式的統(tǒng)一體。它是一門條理清晰并具有科學(xué)性的學(xué)科，而不是各部分簡單相加的結(jié)果。

③ 劉勁楊用強(qiáng)弱觀點(diǎn)區(qū)分還原論與整體論，認(rèn)為弱還原論等同于弱整體論，詳見參考文獻(xiàn)[19]。