地理信息系統(tǒng)對風(fēng)景園林規(guī)劃作用

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摘要：隨著我國風(fēng)景園林建設(shè)的發(fā)展，精確的地理數(shù)據(jù)對設(shè)計者合理分析場地科學(xué)規(guī)劃起著至關(guān)重要的作用。本研究闡述了應(yīng)用地理信息庫、MODIS系統(tǒng)、3D立體模型等地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用對風(fēng)景園林規(guī)劃的生態(tài)目標(biāo)、安全目標(biāo)的影響，展示了地理信息系統(tǒng)對園林規(guī)劃的必要性，以期提升風(fēng)景園林規(guī)劃的科學(xué)性、合理性，保護(hù)園林生態(tài)環(huán)境，提高園林安全系數(shù)，為地理信息系統(tǒng)在風(fēng)景園林規(guī)劃實踐中的應(yīng)用提供一定理論支持。

關(guān)鍵詞：風(fēng)景園林；規(guī)劃設(shè)計；地理信息系統(tǒng)

1研究背景

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)加快、城市自然格局被割裂、空間破碎化現(xiàn)象嚴(yán)重[1]。對此，國家提出要做到“加大治理力度，實現(xiàn)提質(zhì)增綠”，以生態(tài)、安全為發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地進(jìn)行風(fēng)景園林規(guī)劃。隨著城市發(fā)展、人們生活水平的提高，現(xiàn)代園林也在不斷發(fā)展。傳統(tǒng)風(fēng)景園林設(shè)計主要注重地形、植物、建筑、水體，然而現(xiàn)代風(fēng)景園林規(guī)劃又加入了生態(tài)保護(hù)、調(diào)節(jié)小氣候、人文歷史等因素，疊加社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三方面的功能。設(shè)計要素的逐步增多，對風(fēng)景園林規(guī)劃的從業(yè)者來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的風(fēng)景園林規(guī)劃過程中，規(guī)劃設(shè)計人員與專家學(xué)者憑借專業(yè)知識、工作經(jīng)驗、場地實測等對景觀場地進(jìn)行用地分析，但在面對地形復(fù)雜多變或有輻射的危險地區(qū)進(jìn)行景觀設(shè)計時，難以進(jìn)行實地觀測，體現(xiàn)了傳統(tǒng)規(guī)劃方式的局限性。而且我國大多數(shù)的規(guī)劃設(shè)計部門都沒有建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，極少部分擁有園林?jǐn)?shù)據(jù)庫的部門彼此之間也沒有做到數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，導(dǎo)致一些科研項目在需要數(shù)據(jù)分析時，只能耗費(fèi)大量人力物力去收集，或?qū)嵉販y量后再對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。所以，利用地理信息系統(tǒng)建立地理信息數(shù)據(jù)庫，輔助風(fēng)景園林規(guī)劃，是必要且迫切的。

2地理信息系統(tǒng)對風(fēng)景園林規(guī)劃的意義

地理信息系統(tǒng)是運(yùn)用航空器和衛(wèi)星的多個傳感器、攝像機(jī)、數(shù)字掃描儀和激光雷達(dá)遠(yuǎn)距離記錄目標(biāo)物的電磁波特性對目標(biāo)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對航空照片判讀，建立環(huán)境數(shù)據(jù)模型，將綜合性探測技術(shù)與地理數(shù)據(jù)、社會環(huán)境相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，從而揭示出場地的特性。例如地理信息系統(tǒng)中的MODIS，就是基于光譜識別模式的信息提取方法，對植物、氣候、土壤變化情況進(jìn)行觀測，利用不同波段的光譜亮度值進(jìn)行像元的自動分類。而且MODIS系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)更新穩(wěn)定且數(shù)據(jù)更新時效性高，通常每2天進(jìn)行1次?？衫闷鋽?shù)據(jù)反饋，分析在特定時間內(nèi)建設(shè)場地的環(huán)境變化。MODIS系統(tǒng)專門為地表物體反饋設(shè)計了7個波段，利用地物的反射光，包括紫外光、可見光、近紅外光的光譜特性的曲線直觀表達(dá)出來，分析規(guī)劃植物生長適宜環(huán)境、棲息地，做到數(shù)字化、可視化管理[2]。其中，可見光中綠色波段對區(qū)分植被類別十分敏感，紅色波段對植被覆蓋度、植被生長狀況十分敏感，可反映土壤鹽漬化、土地退化狀況、植被覆蓋情況。在園林建成后期的養(yǎng)護(hù)、修復(fù)、調(diào)查和保護(hù)中也有運(yùn)用，如利用地理信息系統(tǒng)中的可見性色譜分析功能，監(jiān)測不能及時養(yǎng)護(hù)、植被的成活率低的地區(qū)，對植被、古樹名木生長狀況進(jìn)行實時監(jiān)測，對日后發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行預(yù)見性分析，提高植被的成活率，確保養(yǎng)護(hù)效果。所以MODIS系統(tǒng)對于風(fēng)景園林規(guī)劃中的植被選擇、后期養(yǎng)護(hù)具有指導(dǎo)意義[3]，為風(fēng)景園林規(guī)劃提供了豐富的數(shù)據(jù)資料。MODIS系統(tǒng)用于對項目建設(shè)用地的地理數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀資源、環(huán)境容量進(jìn)行系統(tǒng)化的評價分析，建立3D立體模型，達(dá)到數(shù)據(jù)可視化、系統(tǒng)化。全面掌握城市園林景觀規(guī)劃的現(xiàn)狀環(huán)境特征，在場地選址時能夠?qū)龅刭|(zhì)量、地形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，降低風(fēng)景園林規(guī)劃勘探難度。在區(qū)域數(shù)據(jù)需要調(diào)整和更改時，只需要修改數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的地理信息或相關(guān)分析模型即可，不僅節(jié)省使用者的時間和操作步驟，還能夠盡快地查看其修改結(jié)果，提高了反饋信息的速度和決策分析的精準(zhǔn)度，有利于風(fēng)景園林規(guī)劃方案的設(shè)計。MODIS系統(tǒng)還可以依據(jù)生境退化程度來評價植物生長、棲息地質(zhì)量。同時對水污染、土地污染等生態(tài)威脅因子進(jìn)行疊加分析。再根據(jù)初期的場地評估結(jié)果，對場地總體規(guī)劃及環(huán)境建設(shè)要求進(jìn)行基礎(chǔ)構(gòu)建，同時面對生態(tài)環(huán)境、功能承載、服務(wù)對象等方面的復(fù)雜性，選擇不同的方式進(jìn)行保護(hù)，能最大程度地減少人類活動對園林生態(tài)安全造成的負(fù)面影響。確定風(fēng)景園林規(guī)劃的生態(tài)、安全兩個目標(biāo)導(dǎo)向，實現(xiàn)利用地理信息系統(tǒng)完成對風(fēng)景園林規(guī)劃中的地形、植物等關(guān)鍵因素統(tǒng)籌規(guī)劃的目標(biāo)。

3地理信息系統(tǒng)在實現(xiàn)風(fēng)景園林規(guī)劃兩大目標(biāo)中的實際作用

3.1生態(tài)目標(biāo)

在維護(hù)場地原有生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)風(fēng)景園林規(guī)劃對園林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的指導(dǎo)，計算生態(tài)阻力值的大小，通過地理信息系統(tǒng)，對主要與地表覆蓋類型、人為干擾因素的提取與計算，對建設(shè)場地的生態(tài)功能進(jìn)行合理性量化分析，根據(jù)地形、道路、氣候、植物等要素進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，營造舒適的生態(tài)環(huán)境[4-5]。運(yùn)用地理信息系統(tǒng)獲得基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)，需要利用軟件進(jìn)行幾何校正和大氣矯正，達(dá)到精度要求，輸入到軟拷貝系統(tǒng)，將同一個空間中捕捉到的景觀單項因子中的兩個以上疊加在一起。例如地理信息系統(tǒng)將反映降雨量的雨量線制成雨量線圖，與地理位置上照片關(guān)聯(lián)，與相同區(qū)域的其他圖層進(jìn)行疊加分析，判斷出哪塊水域在一年中的那些時間段河流枯涸或雨洪危機(jī)。通過有限數(shù)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)，估計出整個地表的特征，進(jìn)行景觀生態(tài)修復(fù)設(shè)計，引種鄉(xiāng)土植物[6]，在植物景觀設(shè)計中，注重發(fā)揮速生樹種及自播野花的特點(diǎn)，形成多樣的群落結(jié)構(gòu)，涵養(yǎng)水源，預(yù)防干旱，利用植被設(shè)計調(diào)節(jié)小氣候，預(yù)防雨洪，或體現(xiàn)地域特色，形成疏林、喬灌、野花、草坪、水生植物的復(fù)合植物景觀層次[7]?；蛘呃镁彌_區(qū)分析技術(shù)進(jìn)行定量分析，實現(xiàn)可達(dá)性數(shù)字化分析，為實現(xiàn)綠地設(shè)計提供了一個可視化的工作平臺，模擬場地的真實效果，可對場地空間布置、地勢特征、道路原有框架、現(xiàn)有建筑組合布局、植物種類配置、周邊環(huán)境、植被數(shù)量、植物群落構(gòu)成等進(jìn)行直觀的圖像反饋，展示規(guī)劃多角度的細(xì)節(jié)。可通過建立空間模型，設(shè)定飛行路線，實現(xiàn)三維動態(tài)漫游，真實反映生態(tài)環(huán)境狀況。讓規(guī)劃設(shè)計人員對整個環(huán)境的發(fā)展變化有一個直觀、清晰的了解，因地制宜進(jìn)行設(shè)計，適地適樹進(jìn)行配置分析、視線分析等，確保游憩時的舒適性，例如把適宜表現(xiàn)山地形態(tài)特征的園林小品布置在地勢較高的地帶造景，或依據(jù)地形地勢進(jìn)行功能分區(qū)。針對綠色空間覆蓋變化，可利用地理信息系統(tǒng)中的擴(kuò)展速度、擴(kuò)展系數(shù)，分析綠色空間在時間序列上的面積變化；利用矩陣分析綠色空間面積變化速率，進(jìn)行綠色空間轉(zhuǎn)換分析。例如調(diào)查城市的綠色空間在一定時間內(nèi)的演變狀況，獲取能夠有效反映植被覆蓋的植被指數(shù)、歸一化植被指數(shù)（NDIV），得出其變化趨勢曲線，選取重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綠色空間分析[8]，使規(guī)劃設(shè)計人員了解原有植被生長速率、景觀效果、生態(tài)環(huán)境，通過風(fēng)景園林規(guī)劃達(dá)到生態(tài)修復(fù)的作用，便于人類活動和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2安全目標(biāo)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，產(chǎn)生了一系列氣候問題，導(dǎo)致了自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生。需要地理信息系統(tǒng)實時檢測氣象、交通、地理、建筑等多方面信息變化，利用拓?fù)浞治?、緩沖區(qū)分析、空間統(tǒng)計分析、可達(dá)性分析，對園林綠地的防災(zāi)避險功能進(jìn)行布局、面積的計算，使用地理信息系統(tǒng)的監(jiān)測功能，對城市綠地進(jìn)行防災(zāi)預(yù)演及災(zāi)難預(yù)警分析[9]。例如，MODIS數(shù)據(jù)可對園林火災(zāi)的災(zāi)前、災(zāi)時、災(zāi)后進(jìn)行監(jiān)測，提高城市安全性[10]。對項目地塊防災(zāi)避險進(jìn)行科學(xué)理性的分析，依據(jù)分析結(jié)果建立應(yīng)急預(yù)案，提前計算出應(yīng)急反應(yīng)時間，對文化古跡、古樹名木等歷史文物制定應(yīng)急響應(yīng)方案，在災(zāi)難發(fā)生前進(jìn)行避險設(shè)計。例如針對可能發(fā)生的災(zāi)難例如火災(zāi)，選擇不易燃燒的、防火能力強(qiáng)的植物種類，如刺槐、核桃、火炬樹、紫穗槐、五角楓、臭椿、山楂等。根據(jù)各場所要求的功能，來決定植物種類、規(guī)模以及配置模式等，發(fā)揮出園林的防災(zāi)避險功能，進(jìn)一步保障城市安全[11]?？衫玫乩硇畔⑾到y(tǒng)的MODIS環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、污染源監(jiān)測功能，對一氧化氮、一氧化碳、PM2.5等進(jìn)行監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行樹種選擇[12]，發(fā)揮植物對大氣污染的凈化作用。例如，構(gòu)樹、海棠、加拿大楊、刺槐、白蠟、女貞、垂柳、樟樹等對有害氣體有吸收轉(zhuǎn)化作用。在園林道路規(guī)劃設(shè)計中，地理信息系統(tǒng)以數(shù)字地圖作為依據(jù)，通過對地塊周圍環(huán)境、人流方向、交通便捷程度，進(jìn)行監(jiān)測分析，科學(xué)地規(guī)劃布局；將人工設(shè)計與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，監(jiān)測場地的污染情況及相關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)，通過對易污染地區(qū)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模，利用風(fēng)景園林規(guī)劃增加場地安全性，減少有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生。例如河道景觀周邊工廠進(jìn)行污染排放，利用地理信息系統(tǒng)模擬計算出污染物沿河道直徑、坡度擴(kuò)散的路徑、污染物的數(shù)量度、速度限值，使得防污模擬更加精確。動態(tài)監(jiān)督養(yǎng)護(hù)管理工作實施效果，科學(xué)地監(jiān)督綠地建設(shè)，進(jìn)行綠地評價考核。

4結(jié)語

從城市與園林協(xié)同發(fā)展角度入手，利用地理信息系統(tǒng)的模型模擬與計算分析方法，對生態(tài)、安全兩個目標(biāo)進(jìn)行分析。設(shè)計人員把握場地建設(shè)要求的基礎(chǔ)情景，利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行資源整合、數(shù)據(jù)分析，從而得到不同的風(fēng)景園林規(guī)劃方案，為科學(xué)技術(shù)與風(fēng)景園林規(guī)劃協(xié)同提供更加科學(xué)、精準(zhǔn)的手段。但在實際使用中尚存在一些局限性，更偏向于理論上的融合，缺少實際上的運(yùn)用。未來希望加大地理信息系統(tǒng)在風(fēng)景園林專業(yè)中的推廣，利用地理信息系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，更加全面地評估市民的需求，提升風(fēng)景園林規(guī)劃的科學(xué)性與合理性。

作者:秦慧彬 張鴻翎 單位:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)