基于空間層面的GIS技術(shù)在景觀設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘要：隨著科技的進(jìn)步，越來越多的新興技術(shù)被應(yīng)用到景觀設(shè)計領(lǐng)域?？臻g層面的數(shù)據(jù)收集分析一直是景觀設(shè)計重點關(guān)注的問題，空間數(shù)據(jù)采集具有人工耗時長、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、施工成本大等難點，而GIS技術(shù)憑借其強(qiáng)大的功能在眾多設(shè)計科技的應(yīng)用中突出重圍。GIS技術(shù)具有綜合性和實用性的特點，相較于傳統(tǒng)的二維制圖，其能通過電子數(shù)據(jù)幫助景觀設(shè)計師更加便捷、快速地模擬三維空間，還原場地現(xiàn)狀，進(jìn)行場地綜合分析。因具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，GIS技術(shù)在景觀設(shè)計中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛和深入，如今GIS技術(shù)對景觀設(shè)計起著重要作用。本文主要闡述景觀設(shè)計領(lǐng)域中基于空間層面的GIS技術(shù)的發(fā)展過程、應(yīng)用、特點以及未來趨勢，并提出有助于其發(fā)展的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：GIS應(yīng)用;景觀設(shè)計;地理信息系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1004-9436（2021）17-0-03

1 GIS技術(shù)及其發(fā)展歷程

地理信息系統(tǒng)也被稱為GIS系統(tǒng)，是集地理學(xué)、城市科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)和空間科學(xué)等為一體的多學(xué)科交叉發(fā)展的新興學(xué)科。景觀設(shè)計師在設(shè)計初期需要對場地的原始位置、經(jīng)緯度、高度、地質(zhì)密度、坡度等進(jìn)行測量，收集的環(huán)境信息包括日照時長、降雨量、天氣、風(fēng)向等。單憑人工收集以上相關(guān)數(shù)據(jù)，時間成本巨大，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會的景觀建設(shè)發(fā)展需求。而收集這類數(shù)據(jù)是前期分析的必要條件，景觀設(shè)計應(yīng)該因地制宜，如做不好前期分析，景觀設(shè)計出來的成品也會因不適應(yīng)性而降低所發(fā)揮的效能和施工企業(yè)的后期收益。在景觀設(shè)計領(lǐng)域，如果一個景觀成品不被人們接受和使用，就會違背景觀設(shè)計師的初衷，也會對社會效益造成影響。GIS技術(shù)的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了幫助。GIS技術(shù)擁有空間數(shù)據(jù)處理與分析功能，可以將得到的景觀現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中進(jìn)行分析，形成數(shù)據(jù)可視化表達(dá)并且制作相關(guān)圖冊，以供景觀設(shè)計師對現(xiàn)場進(jìn)行評估。整個過程方便快捷，并且前期的數(shù)據(jù)可以得到保留，還可以在原有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上不斷更新。

GIS技術(shù)順應(yīng)時代需求而生，根據(jù)各個時期的不同特性，可將其發(fā)展歷程分為3個階段，分別是啟蒙期、醞釀期、繁盛期。

1994—2003年為啟蒙期。這個時期的景觀設(shè)計行業(yè)處于發(fā)展期，數(shù)據(jù)收集采用的還是傳統(tǒng)的人工勘測方法，只有少部分景觀設(shè)計需要借助計算機(jī)設(shè)備。景觀方案從設(shè)計到定稿再到最終實施的周期長，GIS技術(shù)也處于發(fā)展初期，尚不成熟，研究范圍較窄，此時期主要有景觀空間格局分析、可達(dá)性分析等傳統(tǒng)領(lǐng)域的內(nèi)容。這一時期的研究數(shù)量較少，內(nèi)容多為具體案例和國外研究進(jìn)展的介紹。

2004—2008年為醞釀期。這一時期研究開始呈現(xiàn)多元化發(fā)展，人們對生活品質(zhì)有了更高的追求，對生活環(huán)境作出審視，期望得到更好的生活空間。景觀設(shè)計遍地開花，景觀行業(yè)蓬勃發(fā)展，對GIS的需求增加，這也成為推動GIS技術(shù)發(fā)展的重要原因。

2009年至今為繁盛期。這一時期，GIS持續(xù)完善相關(guān)功能，不斷創(chuàng)造新的模型和數(shù)據(jù)收集方法，景觀設(shè)計對GIS的運(yùn)用愈發(fā)成熟。傳統(tǒng)領(lǐng)域用地適宜性評價和可達(dá)性分析經(jīng)過醞釀期的發(fā)展而達(dá)到強(qiáng)盛，制圖技術(shù)更加精湛，畫面優(yōu)美，可容納的數(shù)據(jù)量更多，生態(tài)敏感性評價和景觀成像穩(wěn)步發(fā)展，地理設(shè)計的方法應(yīng)用開始出現(xiàn)。GIS技術(shù)可用于研究的領(lǐng)域持續(xù)增多，在傳統(tǒng)領(lǐng)域如可達(dá)性分析和用地適宜性評價方面持續(xù)發(fā)展，研究內(nèi)容的廣度和深度都在不斷延伸，GIS三維功能還在進(jìn)一步探索中。

2 GIS技術(shù)在景觀設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 用地適宜性

景觀設(shè)計前期要仔細(xì)考慮周邊的自然環(huán)境與人工建筑的搭配能否貼合景觀的設(shè)計風(fēng)格。一般來說，用地的測量數(shù)據(jù)包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)、大小、形狀等，傳統(tǒng)測量方式耗費時間長，數(shù)據(jù)測量精確度誤差也會更大，若出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)存誤的情況再去現(xiàn)場測量，則會增加施工單位的人工成本、物力成本。運(yùn)用GIS技術(shù)可以避免這一問題的出現(xiàn)，一般先對選址場地的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，之后將收集到的環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS軟件，再創(chuàng)建與施工選址場地高度一致的地形模型圖，景觀設(shè)計師會運(yùn)用計算機(jī)對得到的地形模型圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可能影響施工與園林美觀度的綜合因素，還可及時發(fā)現(xiàn)用地適宜性、可達(dá)性方面的問題，保證施工質(zhì)量。

2.2 可達(dá)性分析

簡單來說，可達(dá)性可以理解為一個點到另外一個點的容易程度，其包含意義非常廣泛。在景觀設(shè)計領(lǐng)域，GIS對可達(dá)性的分析集中在空間層面，GIS有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫，已有的空間數(shù)據(jù)信息也可以根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息更新迭代，通過信息共享，得到設(shè)計項目地塊的各項數(shù)據(jù)。利用GIS建立的模型，分析交通可達(dá)性，設(shè)計場地可達(dá)性越高，運(yùn)輸成本、資金成本就會相應(yīng)降低，施工工期就會縮短，施工效率也會提高，進(jìn)而使施工品質(zhì)得到保障。在景觀設(shè)計中，可達(dá)性會極大地影響場地的實際效益。將可達(dá)性作為重要指標(biāo)，可達(dá)性越高，企業(yè)盈利便會呈現(xiàn)正相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。因此，在方案設(shè)計前期，景觀設(shè)計師用GIS技術(shù)對項目地塊周圍交通、人流情況、場地輻射范圍等大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可為該地塊功能劃分、道路交通規(guī)劃、基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施規(guī)劃等提供合理的指導(dǎo)。

2.3 三維景觀建模

傳統(tǒng)的二維制圖方式往往只分平面、立面，景觀設(shè)計師只能從固定視角觀察規(guī)劃成果，更無法讓其他人參與其中，獲得身臨其境的感受[1]。而且傳統(tǒng)的二維平面制圖效率低、耗時長，已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)今社會快速變化的現(xiàn)代園林景觀需求。與之相比，GIS技術(shù)中三維模型的構(gòu)建可以解決以往景觀設(shè)計采用平面圖的方式無法滿足現(xiàn)實需要的問題，因其可以切換除平面、立面之外的視角，還提供了符合人眼的透視角度及縱覽全景的鳥瞰角度，在三維模型中還可自由伸縮不同距離，以觀察場景之間的尺度是否適宜，并作出相應(yīng)調(diào)整。由于三維景觀模型不需要物質(zhì)構(gòu)建，只需要計算機(jī)設(shè)備運(yùn)行操作，景觀設(shè)計師可以實現(xiàn)多方案設(shè)計，并從中選擇最佳方案以達(dá)到有限資金下景觀項目成果效益的最大化。此技術(shù)通過GIS中的三維場景模擬實現(xiàn)，實時虛擬呈現(xiàn)電子圖像的效果，讓人在數(shù)字環(huán)境下對地形及地塊氛圍有更直觀的觀察與了解，還可以通過GIS的景觀圖像渲染與動畫制作等對方案進(jìn)行預(yù)覽。具體實現(xiàn)流程如下圖所示。

2.4 工程可達(dá)性

工程可達(dá)性是判斷景觀方案能否落地的重要指標(biāo)，這里主要考慮的是交通運(yùn)輸成本。施工會涉及大量施工材料與人員的運(yùn)輸，為了節(jié)省運(yùn)輸成本以及縮短工期，景觀設(shè)計師需要合理設(shè)置運(yùn)輸線路，為施工方預(yù)留便捷的交通區(qū)域。由于項目成本管理是經(jīng)濟(jì)效益的源泉，如何把施工成本降低到滿意的地步，提高施工效益是施工企業(yè)密切關(guān)注的問題，為了達(dá)到好的工程收益，成本估算和采取合理的成本控制方案都是施工企業(yè)在正式施工前需要考慮的。

3 GIS技術(shù)前沿

3.1 城市用地變化及城市化

城市化進(jìn)程的加快使城市整體物理環(huán)境發(fā)生了不同程度的改變，這種改變會影響城市氣象與環(huán)境，而氣候環(huán)境是一個城市最顯著的生態(tài)特征，其產(chǎn)生的變化會影響居民在城市空間中的生活舒適度以及城市環(huán)境衛(wèi)生，甚至限制著城市發(fā)展。GIS技術(shù)能夠同步監(jiān)控城市用地變化，預(yù)測未來城市發(fā)展趨向。

3.2 景觀評價工具

通過景觀評價可以對景觀產(chǎn)生的效益有更明確的認(rèn)識，相關(guān)景觀評價指標(biāo)有空間可達(dá)性、空間使用率、綠帶景觀效能等，可利用GIS對設(shè)計場地的交通可選擇范圍、安全性、方便程度作出評測，能夠讓人直觀地觀察到景觀地效益點以及產(chǎn)生效益的原因。GIS技術(shù)已成為城市結(jié)構(gòu)與空間規(guī)劃的依據(jù)之一，其極強(qiáng)的功能使得景觀評價更易實現(xiàn)。

4 GIS技術(shù)的綜合特點

4.1 GIS的優(yōu)勢

GIS最顯著的特性就是具有強(qiáng)大的實用性和綜合性，并且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，擁有極強(qiáng)的對場地數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析的能力。將各類數(shù)據(jù)信息與圖像信息結(jié)合在一起，可模擬場地真實場景，使得設(shè)計方案更好地與周圍環(huán)境相適應(yīng)，幫助景觀設(shè)計師在空間層面設(shè)計場地時實時提取數(shù)據(jù)，利用已有數(shù)據(jù)判斷設(shè)計規(guī)劃的合理性。不僅如此，GIS技術(shù)可將復(fù)雜的設(shè)計規(guī)劃中的決策與管理問題簡單精確化，因為GIS可以根據(jù)地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)建地理數(shù)據(jù)模型，使風(fēng)景園林設(shè)計有可以依照的參考標(biāo)準(zhǔn)。在景觀設(shè)計領(lǐng)域，GIS是不可或缺的。

4.2 GIS存在的問題

4.2.1 數(shù)據(jù)安全問題

隨著地理信息數(shù)據(jù)共享的普及，未來社會朝著信息共享膨脹式發(fā)展。目前，空間數(shù)據(jù)庫儲存著大量空間信息，但由于數(shù)據(jù)庫管理人員對數(shù)據(jù)庫管理不規(guī)范不熟悉，國內(nèi)數(shù)據(jù)庫存在一定的安全隱患，信息共享與信息泄露的界限不清，再加之相關(guān)人員對數(shù)據(jù)安全問題的重視程度不夠，如何正確處理信息共享的界限還是需要深思和解決的問題。

4.2.2 技術(shù)交流較差問題

發(fā)達(dá)國家對GIS軟件的研發(fā)和使用早于我國，經(jīng)過長時間的應(yīng)用與總結(jié)提升，使用其輔助設(shè)計和施工的流程已經(jīng)相當(dāng)完善，在技術(shù)層面領(lǐng)先于我國。由于GIS技術(shù)在我國應(yīng)用和普及都較晚，工程項目實際案例的數(shù)據(jù)還在積累中，我國缺乏與發(fā)達(dá)國家就GIS技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)交流，不利于提升GIS技術(shù)應(yīng)用水平。因此，應(yīng)重視對國產(chǎn)GIS軟件的開發(fā)，投入更多精力與資金支持，使其軟件本土化，方便國內(nèi)從業(yè)人員使用，從而使數(shù)據(jù)更加精確，進(jìn)而提高我國景觀設(shè)計的適配度。

4.2.3 缺乏技術(shù)人員問題

高效應(yīng)用GIS并從中獲益的前提是深度學(xué)習(xí)并且熟練掌握這種新型技術(shù)。先進(jìn)的工具需要在懂得使用的優(yōu)秀專業(yè)人員手上才能發(fā)揮作用。國內(nèi)市場對GIS技術(shù)人員的需求是十分龐大的，而我國應(yīng)用GIS軟件的時間較晚，景觀設(shè)計領(lǐng)域能夠熟練使用GIS軟件的技術(shù)人員較少，會使用GIS的技術(shù)人員供不應(yīng)求，且人員質(zhì)量有待提升。目前，大多從業(yè)人員應(yīng)用GIS軟件進(jìn)行景觀設(shè)計還集中在二維出圖方面，當(dāng)有更復(fù)雜的施工需求時，習(xí)慣使用傳統(tǒng)制圖方式的從業(yè)人員由于對GIS技術(shù)不了解，不會操作相關(guān)軟件，無法滿足使用需求。因此，為促進(jìn)我國GIS技術(shù)的發(fā)展，景觀設(shè)計企業(yè)應(yīng)該開設(shè)相關(guān)課程，對從業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，以適應(yīng)制圖需求。

5 GIS技術(shù)未來發(fā)展趨勢

5.1 學(xué)科交叉發(fā)展

如今，GIS技術(shù)的應(yīng)用除了有地理學(xué)、信息科學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、測繪工程學(xué)科的內(nèi)容外，還延伸到了系統(tǒng)科學(xué)與工程、土地資源管理等學(xué)科。學(xué)科內(nèi)容相互貫通，GIS的功能和可覆蓋范圍變廣。GIS可以提升景觀生態(tài)領(lǐng)域中人類活動與自然環(huán)境參數(shù)占比結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)前，景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)想呈現(xiàn)出多學(xué)科多維度的現(xiàn)象，完善GIS技術(shù)需要完善多學(xué)科理論，未來GIS將呈現(xiàn)學(xué)科交叉發(fā)展的趨勢。

5.2 景觀可視化

運(yùn)用GIS可以實現(xiàn)景觀可視化，將現(xiàn)實場景相關(guān)數(shù)據(jù)錄入GIS可以得到電子三維圖像[2]，所得圖像經(jīng)過渲染，畫面細(xì)膩絢麗。但渲染過程對計算機(jī)設(shè)備有較高的要求，若進(jìn)一步提升渲染技術(shù)水平，景觀可視化能夠讓設(shè)計師作出更加合理的決策，并縮減決策時間，節(jié)省成本。

6 結(jié)語

目前，在我國景觀設(shè)計領(lǐng)域，GIS技術(shù)常用于對設(shè)計場地空間進(jìn)行模擬以及對場地數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，但是我國GIS技術(shù)還存在數(shù)據(jù)安全、資金不足以及相關(guān)技術(shù)人員缺乏等問題。因此，應(yīng)鼓勵相關(guān)公司加大資金投入，促進(jìn)GIS功能本土化研發(fā)，鼓勵相關(guān)從業(yè)人員學(xué)習(xí)技術(shù)，培養(yǎng)能夠應(yīng)對多種復(fù)雜情況的專業(yè)人才。從對景觀格局、用地分析等相關(guān)應(yīng)用的初步探索到廣泛開展實證研究，GIS功能與應(yīng)用持續(xù)創(chuàng)新。GIS技術(shù)在景觀設(shè)計領(lǐng)域的融入，使規(guī)劃設(shè)計科學(xué)合理化、規(guī)劃布局可視化。充分運(yùn)用這一技術(shù)可以提升景觀設(shè)計的科學(xué)性、藝術(shù)性、實用性，對提升景觀設(shè)計的合理性也有很大的作用。未來GIS的發(fā)展復(fù)雜化，在景觀設(shè)計中可更多用于實地勘測，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也將提升景觀設(shè)計的可能性與創(chuàng)新性。

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作者簡介：李慶媛（1996—），女，貴州畢節(jié)人，碩士在讀，研究方向：景觀敘事。