園林綠化植物選配計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 巧，郭泰圣，劉洪杰，鄭雅之，余曉靜，鄭 瑾

(華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510631)

中國(guó)幅員遼闊，地勢(shì)、氣候復(fù)雜多樣，有適合于植物繁衍的優(yōu)良環(huán)境，是多種植物起源和馴化的中心．這些特點(diǎn)為景觀設(shè)計(jì)師選擇植物，進(jìn)行植栽搭配提供了豐富的物種．但是，由于景觀設(shè)計(jì)師對(duì)園林植物種類習(xí)性缺乏全面系統(tǒng)的了解，導(dǎo)致配置的植物種類單一或不能很好生長(zhǎng)．如何因地制宜的選擇植物，使每種植物最大限度地發(fā)揮其觀賞性和功能性，是園林景觀規(guī)劃中的重要課題．

國(guó)內(nèi)一些科研單位、高等院校也根據(jù)需求編制了若干園林景觀植物數(shù)據(jù)庫(kù)，如湖南省園林植物數(shù)據(jù)庫(kù)、重慶市園林植物數(shù)據(jù)庫(kù)、威海市城市景觀植物數(shù)據(jù)庫(kù)、云南植被數(shù)據(jù)庫(kù)、海南熱帶植物園數(shù)據(jù)庫(kù)等[1-5]．而西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代就建立起用計(jì)算機(jī)管理的植物檔案，到了20世紀(jì)80年代便形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．其中LEHRER等報(bào)道的交互式木本觀賞植物選擇網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)(An interactive online database for the selection of woody ornamental plants)[6]則主要收集了可用于園林景觀種植的樹(shù)種．

交互式木本觀賞植物選擇網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)、重慶市園林植物數(shù)據(jù)庫(kù)和海南熱帶植物園數(shù)據(jù)庫(kù)等園林景觀植物的數(shù)據(jù)庫(kù)大多數(shù)應(yīng)用于對(duì)植物的認(rèn)知和管理功能，而對(duì)園林景觀規(guī)劃過(guò)程中的植物選配功能適用性并不高．園林綠化種植計(jì)算機(jī)輔助選配系統(tǒng)則是為輔助用戶優(yōu)選符合條件的植物種類而設(shè)計(jì)的，其主要功能是按植物要素和環(huán)境要素查詢適合規(guī)劃地種植的植物種類．該系統(tǒng)提供多種查詢植物的方式，可幫助景觀設(shè)計(jì)師快速準(zhǔn)確、因地制宜地選配植物，最大限度地發(fā)揮每種植物的觀賞性和功能性．

1 數(shù)據(jù)獲取與分類處理

通過(guò)查閱《環(huán)境景觀綠化種植設(shè)計(jì)》[7]、《園林綠化樹(shù)種手冊(cè)》[8]、《園林設(shè)計(jì)樹(shù)種手冊(cè)》[9]等園林植物文獻(xiàn)資料，從環(huán)境要素和植物要素2個(gè)方面收集、整理植物數(shù)據(jù)，共收集了800多種植物的文字資料．按熱量因子、光照因子、水分因子、土壤因子、適用地區(qū)、植物類別、觀賞特性、花色、花期、花香、花葉先后、樹(shù)形和葉色等要素對(duì)植物文獻(xiàn)資料進(jìn)行整理，以數(shù)據(jù)表的格式存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)庫(kù)建立及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)．

1.1 環(huán)境要素分類

園林植物同其他生物一樣，其生長(zhǎng)發(fā)育除決定于本身的遺傳特性外，還決定于外界的環(huán)境因子[10]．選擇適合規(guī)劃地溫度、光照、水分和土壤等環(huán)境條件的景觀植物進(jìn)行種植，對(duì)園林植物的生長(zhǎng)、栽培具有重要意義．因此，在收集植物環(huán)境要素的時(shí)候從熱量因子、光照因子、水分因子、土壤因子和適用地區(qū)5個(gè)方面進(jìn)行歸類整理(表1)．

表1 環(huán)境要素分類Table 1 Categories of environment factors

注：適用地區(qū)分類根據(jù)中國(guó)植被區(qū)劃，結(jié)合我國(guó)主要城市的分布狀況，將全國(guó)劃分為9個(gè)大區(qū)[7]．每種植物都有其對(duì)應(yīng)的區(qū)域及主要城市，此處省略城市列表.

1.2 植物要素分類

景觀規(guī)劃師在選擇植物的時(shí)候，通常會(huì)根據(jù)規(guī)劃地的實(shí)際情況，配以不同樹(shù)形、花期、花色等各種不同觀賞特性的植物．因此，在收集植物環(huán)境要素的同時(shí)，也按照植物本身的觀賞特性將其分類整理.

1.2.1 植物類別分類 園林植物按配置時(shí)不同用途可分為6類：?jiǎn)棠?、灌木、藤本、竹類、棕櫚類和草本，其中草本又分為：一、二年生花卉，宿、球根花卉，水生花卉，草坪地被?/p>

1.2.2 觀賞特性分類 根據(jù)園林植物主要觀賞部位將其分為4種：(1)觀花植物：花色、花形、花香等表現(xiàn)突出．其中根據(jù)花色、花期、花香、花葉先后4個(gè)方面收集觀花植物的觀賞特性．花色分為紅色系花、黃色系花、紫色系花、白色系花4種類型；花期分為開(kāi)花始期和開(kāi)花末期；花香分為有芳香、無(wú)芳香；花葉先后分為花先葉而放、花葉同放和葉先花后3種類型．(2)觀形植物：樹(shù)形優(yōu)美，主要分為圓柱形、塔形、卵圓形、圓錐形、球形、傘形、垂枝形、匍匐形．(3)觀葉植物：葉色、葉形或葉的大小、著生方式獨(dú)特．葉色主要分為新葉有色類、秋色葉類、常色葉類、斑色葉類4種．(4)觀果植物：果實(shí)顯著、掛果豐滿宿存時(shí)間長(zhǎng)．

2 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

2.1 數(shù)據(jù)需求分析

園林綠化計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)，一方面與植物的基本信息，如喬木灌木或觀花觀果等相關(guān)．另一方面，由于本系統(tǒng)應(yīng)用于園林景觀的輔助設(shè)計(jì)，因此，系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)也需要從景觀設(shè)計(jì)的角度加以考慮，即從環(huán)境要素及植物要素2個(gè)方面組織數(shù)據(jù)．其中，環(huán)境要素包括：熱量因子、光照因子、水分因子、土壤因子等要素．植物要素則包括植物類別與觀賞特性，而觀賞特性又可以細(xì)分為觀花、觀形、觀葉、觀果等特性．此外，由于園林綠化的部分術(shù)語(yǔ)不易理解，需要組織數(shù)據(jù)對(duì)園林綠化的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)需求分析E-R圖如圖1.

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析E-R圖Figure 1 Database requirement analysis

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)

園林綠化種植計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)從數(shù)據(jù)需求的角度出發(fā)，根據(jù)規(guī)范化處理的規(guī)則，進(jìn)行數(shù)據(jù)的合并與組織．其中包括了景觀植物概念屬性表、植物基本屬性表、觀花植物屬性表、觀形植物屬性表、觀葉植物屬性表和觀果屬性表等幾個(gè)屬性表．具體如圖2所示.

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)圖Figure 2 Database logical design

2.3 表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)分為景觀植物概念屬性表、植物基本屬性表等6個(gè)表，下面就從字段名稱，類型及備注等方面進(jìn)行說(shuō)明，具體表2～表4所示.

表2 景觀植物概念屬性表Table 2 Attributes of landscape plants

表3 植物基本屬性表Table 3 Basic attributes of plants

表4 觀花植物屬性表Table 4 Attributes of flowering plants

注：開(kāi)花始期，開(kāi)花末期分別表示開(kāi)花的始末月份．

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)

用戶使用園林綠化種植計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，通過(guò)選擇需要種植的景觀植物類型、特點(diǎn)，及規(guī)劃地的環(huán)境條件，得到符合用戶選定條件的植物種類，并可保存系統(tǒng)提供的查詢結(jié)果．由于園林植物的選配主要是從環(huán)境要素及植物要素2個(gè)方面來(lái)考慮，所以系統(tǒng)也相應(yīng)地提供了按環(huán)境要素查詢和按植物要素查詢．同時(shí)，本系統(tǒng)支持模糊查詢，使對(duì)景觀植物的查詢方式更豐富、高效．用戶輸入的查詢關(guān)鍵字只要與數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的信息任意匹配即可查詢到結(jié)果，無(wú)需前后一致．此外，“自定義SQL查詢”的功能為用戶提供了自主查詢條件的平臺(tái)，使查詢結(jié)果更符合高級(jí)用戶的個(gè)性化要求．系統(tǒng)的功能如圖3所示.

3.2 系統(tǒng)功能的詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.2.1 環(huán)境要素查詢子模塊 用戶可以分別選擇熱量因子、光照因子、水分因子、土壤因子和適用地區(qū)5種不同查詢功能，也可以一并選擇其中2種及以上的查詢功能.用戶選定符合規(guī)劃地環(huán)境條件的類型后，就可查詢出相應(yīng)的備選植物信息，包括序號(hào)、中名、學(xué)名、科名、高度、生物學(xué)特性及觀賞特性，園林用途等．

3.2.2 植物要素查詢子模塊 用戶可以選擇植物類別進(jìn)行查詢.在植物類別查詢面板中點(diǎn)選對(duì)植物類別的要求，則可查詢出符合條件的植物信息．

用戶也可以選擇觀賞特性進(jìn)行查詢.在查詢面板中點(diǎn)選對(duì)園林植物觀賞特性的要求，則可查詢出相應(yīng)植物的信息．

根據(jù)以上幾種不同查詢功能，選定符合規(guī)劃地要求的植物類型和觀賞特性后，就可查詢出相應(yīng)的備選植物信息，包括序號(hào)、中名、學(xué)名、科名、高度、生物學(xué)特性及觀賞特性、園林用途等．

圖3 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)圖Figure 3 System fuctions design

3.2.3 自定義SQL查詢子模塊 為了滿足用戶查詢的靈活性的需要，系統(tǒng)還提供了自定義SQL語(yǔ)句查詢的功能，用戶可以打開(kāi)自定義SQL查詢面板，根據(jù)面板提供的表名、字段名及其他SQL基本語(yǔ)句等信息，構(gòu)建SQL語(yǔ)句，系統(tǒng)即可根據(jù)此語(yǔ)句進(jìn)行查詢．例如，根據(jù)植物的園林用途這一屬性查詢?cè)谇?個(gè)查詢子模塊中并未涉及，但在SQL查詢面板中可自定義語(yǔ)句查詢．如查詢作為綠籬種植的植物種類，可定義語(yǔ)句如下：Select*From 植物基本屬性表 Where Use Like′%綠籬%′，則可查詢到適用于綠籬的植物信息．

4 結(jié)論與展望

4.1 系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)系統(tǒng)從輔助景觀規(guī)劃師選配園林景觀植物的角度出發(fā),對(duì)園林植物進(jìn)行分類整理，有別于嚴(yán)格意義的植物分類，強(qiáng)調(diào)了解決園林植物配置中的實(shí)際問(wèn)題．比如按規(guī)劃地的環(huán)境條件選擇植物等．另外，還可以按植物的觀賞特性進(jìn)行選擇.系統(tǒng)包含種類達(dá)800多種．

(2)系統(tǒng)支持模糊查詢，對(duì)景觀植物的查詢方式更豐富、高效．此外，“SQL查詢”的功能為用戶提供了自定義查詢條件的平臺(tái)，使查詢結(jié)果更符合用戶要求．

(3)系統(tǒng)具有輸出查詢結(jié)果的功能，可以根據(jù)用戶設(shè)置，查詢出來(lái)的植物信息保存為Excel文件，方便用戶保留、打印、修改．

4.2 系統(tǒng)的不足

(1)資料收集方面還可擴(kuò)充更多的植物種類,可增加每種植物的圖片信息等．

(2)系統(tǒng)的研發(fā)主要面向于單機(jī)的使用．單機(jī)系統(tǒng)具有局限性，數(shù)據(jù)及程序的共享性不高．從系統(tǒng)的推廣及完善的角度來(lái)看，推出網(wǎng)絡(luò)版本可以面向更多的用戶，且無(wú)需進(jìn)行安裝，使用更方便，快捷．

(3)系統(tǒng)的人機(jī)操作界面還有所欠缺．用戶在使用本系統(tǒng)定義查詢條件，特別是使用SQL查詢面版自定義SQL語(yǔ)句的時(shí)候，顯得操作過(guò)于復(fù)雜，使用不方便．此外，界面背景色彩及控件的外觀都有改進(jìn)的空間．

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