數(shù)據(jù)科學(xué)影響下的城市景觀分析
——相地與相人

王淳淳 徐 森

1.東南大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇南京 210096；2.上海丞品建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)事務(wù)所（有限合伙），上海 200000

從功能、審美到便利性、生態(tài)性、社會(huì)公平性、健康性、政治性等，隨著人口、文明與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)今對(duì)城市景觀的需求更加多元復(fù)雜，從最初單純的“相地”，到今日需要加入對(duì)交通、活動(dòng)、心理等各方面因素的綜合考量，景觀設(shè)計(jì)師需要針對(duì)場(chǎng)地及其周邊的各項(xiàng)內(nèi)容從更多的角度利用更多的方法進(jìn)行分析，以期進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代景觀與技術(shù)水平的發(fā)展，景觀項(xiàng)目中的前期分析的方向與內(nèi)容也越發(fā)拓寬，不僅僅是對(duì)地理環(huán)境適建性與周圍景致審美性的判斷，還包括局部場(chǎng)地對(duì)于宏觀生態(tài)的影響、場(chǎng)地微氣候的優(yōu)化以及受眾社交性與娛樂性的滿足等各內(nèi)容。數(shù)據(jù)科學(xué)是目前景觀、規(guī)劃學(xué)科的熱點(diǎn)領(lǐng)域，其巨大的數(shù)據(jù)量能夠一定程度上反映其時(shí)空尺度內(nèi)的總體現(xiàn)象，幫助設(shè)計(jì)者理解城市中人群活動(dòng)的“動(dòng)、靜、顯、隱”[1]。在景觀學(xué)科中對(duì)于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析主要集中在交通出行、人群喜好、服務(wù)評(píng)價(jià)、空間分布上，采用的大數(shù)據(jù)以交通數(shù)據(jù)、社交數(shù)據(jù)為主，也是目前比較主流的大數(shù)據(jù)類型。但在基于數(shù)據(jù)科學(xué)的城市景觀分析中也存在許多問題，如受到數(shù)據(jù)本身空間尺度的限制而往往具有模糊性和弱針對(duì)性，受到從業(yè)人員未掌握數(shù)據(jù)科學(xué)知識(shí)的限制而在前處理等內(nèi)容上需要其他學(xué)科人員的接手導(dǎo)致產(chǎn)生部分誤差等。本文力求對(duì)當(dāng)下數(shù)據(jù)科學(xué)結(jié)合的城市景觀前序分析的情況進(jìn)行梳理與分析，發(fā)現(xiàn)其總體上的地理空間與人類活動(dòng)的分析主體，并探討將來的在數(shù)據(jù)科學(xué)輔助下的景觀分析的發(fā)展方向。

1 景觀設(shè)計(jì)原則的當(dāng)代體現(xiàn)

更加復(fù)雜的現(xiàn)代環(huán)境、受眾與城市空間為城市景觀的設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)，景觀從業(yè)者也在尋找更合適的分析內(nèi)容、方向與方法來服務(wù)于后續(xù)更加合理完善的設(shè)計(jì)。盡管近年來軟件、技術(shù)與學(xué)科的進(jìn)步使城市景觀的分析得到了飛速發(fā)展，然而從原則上來說并沒有太大的變化，“因地制宜”、“以人為本”、“天人合一”等內(nèi)容依舊貫穿于設(shè)計(jì)全過程，并且同樣作為這些新方法、新方向的原則存在。

1.1 數(shù)據(jù)科學(xué)與“因地制宜”

“因地制宜”作為景觀設(shè)計(jì)中十分重要的要求，關(guān)鍵在于如何根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況充分利用可利用的內(nèi)容，改造可改造的地方，發(fā)揮場(chǎng)地最大優(yōu)勢(shì)，使得與景觀設(shè)計(jì)的內(nèi)容相得益彰。數(shù)據(jù)科學(xué)的加入可以說是使得景觀從業(yè)者能夠更好地知地以因從而制之所宜。地理空間數(shù)據(jù)在這里扮演了重要角色。當(dāng)今的各類衛(wèi)星提供了包括DEM、LANDSAT等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為場(chǎng)地本底的理解提供了更多可能，在ARCGIS、ENVI、ECOTECT、scSTREAM等軟件平臺(tái)上能夠通過建模、反演、模擬、賦值等方法對(duì)場(chǎng)地的地形、水文、氣候、生態(tài)等方面進(jìn)行一系列分析，使得設(shè)計(jì)者對(duì)場(chǎng)地的地理載體具有更多、更細(xì)致的理解，并為解決場(chǎng)地問題提供初步思路，如當(dāng)下對(duì)地需要考慮的可持續(xù)性、生態(tài)性等，以及在一定區(qū)域內(nèi)對(duì)綠地以外更大地區(qū)的優(yōu)化，如成為城市風(fēng)廊或城市綠道的一部分、作為住宅綠地能夠?yàn)樽≌瑓^(qū)提供更加良好的微型氣候環(huán)境等。

1.2 數(shù)據(jù)科學(xué)與“以人為本”

“以人為本”即以人類生存與活動(dòng)為基礎(chǔ)，在景觀設(shè)計(jì)上來看即為具有人文關(guān)懷的、充分符合人類活動(dòng)的、對(duì)人類健康有所裨益的設(shè)計(jì)原則?！耙匀藶楸尽痹诰坝^分析上來說可以分為兩重含義，一重是抽象人，一重是實(shí)體人，前者對(duì)人類活動(dòng)以“流”的方式來理解分析，不分個(gè)體，而是理解整體的特征，更多地應(yīng)用在場(chǎng)地交通、作息、峰值等方面的分析中。在這方面數(shù)據(jù)科學(xué)的應(yīng)用以交通數(shù)據(jù)、起止數(shù)據(jù)為主，了解人們?cè)诟鱾€(gè)時(shí)段、各交通方式下的活動(dòng)模式與流量，進(jìn)而推測(cè)人們或某類人群對(duì)于某種綠地、節(jié)點(diǎn)或設(shè)施的偏好、可接受的距離范圍以及所使用的交通方式等。后者對(duì)人類活動(dòng)則是具體的針對(duì)各個(gè)群體的行為模式、行為特點(diǎn)、喜好要素等內(nèi)容，更多地應(yīng)用在場(chǎng)地設(shè)計(jì)元素、節(jié)點(diǎn)的分析中。在這方面數(shù)據(jù)科學(xué)的應(yīng)用以社交數(shù)據(jù)為主，結(jié)合用詞與定位等來了解人們的喜好，當(dāng)下也已經(jīng)出現(xiàn)對(duì)社交網(wǎng)絡(luò)圖片數(shù)據(jù)的獲取與表情分析等方法來研究人們的心理活動(dòng)。

1.3 數(shù)據(jù)科學(xué)與“天人合一”

不論是古代園林作為“第二自然”時(shí)為人帶來慰藉，還是當(dāng)今各類研究表明親近綠地為人類帶來的生理與心理上的益處以及其衍生出的園林療法，都體現(xiàn)了“天人合一”的觀念，人們往往會(huì)對(duì)自然屬性的園林與綠地產(chǎn)生親近感。綜上所述，數(shù)據(jù)科學(xué)的使用幫助設(shè)計(jì)者更好地理解“天”（地理、氣候等物理環(huán)境）、更好地理解“人”（行為特征與偏好等），從而在后續(xù)的設(shè)計(jì)中更好地達(dá)成“天人合一”的愿想。

2 數(shù)據(jù)科學(xué)在城市景觀分析中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)科學(xué)在城市景觀分析中應(yīng)用的成因

人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到城市化對(duì)于環(huán)境對(duì)于生活的改變，目前城市化與環(huán)境之間的關(guān)系研究已經(jīng)由知其然向知其所以然發(fā)展，從模式研究轉(zhuǎn)向了機(jī)制研究，并且更加注重跨學(xué)科多方法的融合與公眾的參與[2]。數(shù)據(jù)科學(xué)之所以能夠在城市相關(guān)學(xué)科中成為熱點(diǎn)，從設(shè)計(jì)需求上來說，數(shù)據(jù)科學(xué)革新了城市相關(guān)設(shè)計(jì)行業(yè)的工具，可持續(xù)性與人本性的設(shè)計(jì)要求需要設(shè)計(jì)師對(duì)場(chǎng)地與受眾具有充分的、延續(xù)性的理解，對(duì)設(shè)計(jì)后的進(jìn)程進(jìn)行預(yù)判，經(jīng)驗(yàn)性與傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能充分滿足這些需求，然而數(shù)據(jù)背后所能代表的既有現(xiàn)實(shí)規(guī)律，使得研究者與從業(yè)者能夠借助數(shù)據(jù)科學(xué)，從現(xiàn)象的背后窺探一點(diǎn)韻律與成因，幫助相關(guān)從業(yè)者更好地理解城市。而從時(shí)代背景上來看，人們?cè)桨l(fā)重視系統(tǒng)性地看待和解決問題，技術(shù)與知識(shí)的學(xué)科間遷移已經(jīng)由多學(xué)科（Multidisciplinary）轉(zhuǎn)向了跨學(xué)科（Inter-disciplinary）且逐漸形成趨勢(shì)[3]。越來越多高校在學(xué)生培養(yǎng)過程中注重?cái)?shù)字化技術(shù)的學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)科學(xué)結(jié)合設(shè)計(jì)可以說是“應(yīng)運(yùn)而生”，隨著基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)水平的發(fā)展、從業(yè)人員編程意識(shí)的覺醒，越來越多輔助設(shè)計(jì)分析的軟件、插件得到開發(fā)與普及。

2.2 數(shù)據(jù)科學(xué)在我國城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)前期分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)科學(xué)結(jié)合的城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)分析總體上可以分為“相地”和“相人”。

相地，即分析場(chǎng)地本底，可以分為對(duì)地形地貌的分析、對(duì)場(chǎng)地氣候環(huán)境的分析以及對(duì)場(chǎng)地生態(tài)條件的分析，其數(shù)據(jù)源以地理空間數(shù)據(jù)為主，包括DEM數(shù)據(jù)、LANDSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)的各波段、NDVI數(shù)據(jù)等。其中，DEM數(shù)據(jù)結(jié)合ARCGIS軟件分析并在城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃中應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展十分成熟，包括對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行徑流模擬、坡度坡向分析、地形起伏度分析、視線分析等等，為后續(xù)的地形整理、適建評(píng)估、天際線控制、視點(diǎn)選擇等內(nèi)容起到巨大幫助。根據(jù)中國知網(wǎng)的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，基于LANDSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)的研究自2013年起激增，其中與城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃較為相關(guān)和常見的是熱波段的溫度反演，對(duì)于城市熱島研究、城市風(fēng)廊構(gòu)建、城市景觀格局研究等都具備一定的指導(dǎo)意義。而近年來對(duì)于溫度反演的研究也不再局限于反映現(xiàn)象本身，而是集中在將溫度與其他城市現(xiàn)象或特征進(jìn)行同期進(jìn)行結(jié)合來探索作用機(jī)制與背后成因，如通過地表溫度反演結(jié)合溫濕指數(shù)對(duì)南京市熱舒適度進(jìn)行分析，結(jié)合南京市的景觀格局指數(shù)來探討宏觀與微觀尺度下城市景觀格局與熱舒適度之間的關(guān)聯(lián)，并對(duì)城市建設(shè)提出一系列建議[4]。基于NDVI進(jìn)行的研究是LANDSAT數(shù)據(jù)研究的延伸，主要集中在植被相關(guān)空間的研究上，但也不再單純地集中在對(duì)植被空間的演變延伸的森林修復(fù)、城市綠地變化、景觀格局研究，同樣將這些數(shù)據(jù)與更多城市要素或居民進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)行如城市微氣候、居民活動(dòng)相關(guān)的研究，如將NDVI數(shù)據(jù)與青少年活動(dòng)軌跡與心情數(shù)據(jù)相結(jié)合的研究來探討居住區(qū)周邊綠地對(duì)于青少年心理健康的影響[5]?？傮w來看，與數(shù)據(jù)科學(xué)相結(jié)合的“相地”不再局限于地本身，而是更加系統(tǒng)地理解地理空間中各自然進(jìn)程、城市發(fā)展進(jìn)程的機(jī)制或是地理空間與人類活動(dòng)之間的關(guān)系。

相人，即對(duì)于空間服務(wù)群體的分析與理解，如前文所述，當(dāng)下城市空間服務(wù)的群體數(shù)量更大、成分更加復(fù)雜，經(jīng)驗(yàn)性的數(shù)值與尺度往往不能滿足要求。隨著數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展與介入而使城市相關(guān)學(xué)科在對(duì)于“人”的理解上得到巨大發(fā)展，數(shù)據(jù)科學(xué)提供了巨大的樣本量與強(qiáng)大的分析能力，一方面加強(qiáng)了現(xiàn)象與空間之間的聯(lián)系使之更加直觀，另一方面也使得在城市尺度下理解人成為可能。這方面的數(shù)據(jù)源主要可以分為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)和政府?dāng)?shù)據(jù)等，其中后三者需要合作和購買才可以取得，而互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相對(duì)開源，部分互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以通過爬蟲等手段進(jìn)行獲取，也是目前大熱的數(shù)據(jù)類型。在時(shí)空動(dòng)態(tài)分布上的研究已經(jīng)較為全面，如共享單車數(shù)據(jù)、公交刷卡數(shù)據(jù)、手機(jī)信令起止數(shù)據(jù)等都能夠反映人流的時(shí)空分布和在各類城市空間的作息規(guī)律，以這些起止數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)所進(jìn)行的研究涵蓋了城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)、城市空間分析等各方面，如結(jié)合了地理空間數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)與各類規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行的北京市北郊森林公園選址研究[6]以及基于北京特殊的上下公交刷卡行為的公交數(shù)據(jù)的城市綠道研究[7]等。除了起止數(shù)據(jù)之外，另一種較為常用的數(shù)據(jù)是社交數(shù)據(jù)，主要分為情緒反饋與簽到反饋2種，前者反映群體喜好，如通過爬取大眾點(diǎn)評(píng)數(shù)據(jù)來分析人們對(duì)于公園綠地的評(píng)價(jià)信息來評(píng)估其社會(huì)服務(wù)[8]，后者反映空間事件，如利用微博簽到數(shù)據(jù)研究綠地使用空間分布[9]，更加宏觀也更加直觀地反映城市綠地的使用情況。在總體層面上還有以整個(gè)城市系統(tǒng)為研究對(duì)象的研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)與城市空間的精細(xì)化城市模擬以幫助評(píng)估城市規(guī)劃或重要項(xiàng)目的結(jié)果[10]。

3 結(jié)語

盡管數(shù)據(jù)科學(xué)為城市景觀研究的前期分析帶來了變革與便利，但是當(dāng)前也因技術(shù)限制和從業(yè)人員知識(shí)構(gòu)成等而存在的不少問題，主要可以分為2個(gè)方面，即人才與數(shù)據(jù)。

人才短缺，從業(yè)人員專業(yè)水平不足，即跨專業(yè)趨勢(shì)使得“T型人才”（本專業(yè)能力縱向深度發(fā)展，跨專業(yè)能力橫向廣泛掌握的人才）成為時(shí)代需求，但實(shí)際能夠在景觀專業(yè)擁有雄厚實(shí)力并且了解如何應(yīng)用數(shù)據(jù)科學(xué)相關(guān)能力進(jìn)行分析與研究的人才目前還很少，如目前如何進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、整理與清洗、如何使用算法、規(guī)避誤差等內(nèi)容，往往需要多學(xué)科人員的合作來進(jìn)行，而不同專業(yè)的溝通往往會(huì)存在一些問題，而如何發(fā)展T型人才也備受爭(zhēng)議，跨學(xué)科知識(shí)體系如何構(gòu)建以免本末倒置也是討論熱點(diǎn)。

數(shù)據(jù)獲取受限于數(shù)據(jù)精度不足，如上文所示，雖然目前NATURE已推出數(shù)據(jù)開源期刊Scientific Data鼓勵(lì)數(shù)據(jù)的共享探索，但城市相關(guān)的大數(shù)據(jù)也由于安全考量而難以開源。數(shù)據(jù)精度問題在景觀學(xué)科上體現(xiàn)明顯，大數(shù)據(jù)以其低個(gè)體精度為顯著特點(diǎn)，不論是公交數(shù)據(jù)還是手機(jī)信令數(shù)據(jù)，受到站點(diǎn)限制往往反映的是一個(gè)空間范圍的內(nèi)容，在景觀學(xué)科上常常止步于宏觀表達(dá)，而難以具體而微地應(yīng)用。

但是以上問題是當(dāng)下時(shí)空切片內(nèi)的問題，由于能力與時(shí)間問題，筆者僅對(duì)近年來數(shù)據(jù)科學(xué)結(jié)合設(shè)計(jì)的研究進(jìn)行粗略的整理，隨著技術(shù)手段的發(fā)展，數(shù)據(jù)科學(xué)或許能夠或許能夠擁有更高的精度，將來的社交變革或許能夠帶來社交數(shù)據(jù)的變革而使意向采集變得更加便利，這些需要整個(gè)行業(yè)的共同努力。