GIS 在鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

謝智錦，黃文華

（咸陽(yáng)師范學(xué)院設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000）

鄉(xiāng)村是人類(lèi)文明的發(fā)源地之一，鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)的變遷、地理及環(huán)境的轉(zhuǎn)變逐漸產(chǎn)生了鄉(xiāng)村文化。許多的鄉(xiāng)村文化已經(jīng)成為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的組成部分。時(shí)至今日，青年們到城市工作，很多鄉(xiāng)村只剩下老人和孩童，鄉(xiāng)村文化受到現(xiàn)代城市文明的沖擊。人們逐漸感受到鄉(xiāng)村文化和景觀衰敗的危機(jī)，于是開(kāi)始自發(fā)地開(kāi)展研究和保護(hù)工作。GIS 在鄉(xiāng)村文化景觀保護(hù)中逐漸被使用、被拓展[1]。本研究闡述了GIS 在鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃中的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)存在問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上展望了GIS 在鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃中的深入應(yīng)用。

1 鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)狀

鄉(xiāng)村景觀是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。對(duì)于其定義，各專(zhuān)業(yè)體系給出了各自領(lǐng)域?qū)ζ浜x的解釋。在地理領(lǐng)域中，鄉(xiāng)村景觀主要為某地區(qū)中存在的獨(dú)有的景觀行為、形態(tài)、內(nèi)容的景觀類(lèi)別；從零星的“農(nóng)家樂(lè)”，到能夠進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活與服務(wù)的村鎮(zhèn)，都以農(nóng)民群體的特殊形態(tài)為表現(xiàn)區(qū)域。由于農(nóng)田用途廣泛，且人口密度較小，牧區(qū)特色明顯；從景觀生態(tài)學(xué)的視角來(lái)看，農(nóng)村景觀是由城鄉(xiāng)中不同的土地單元所嵌入的，它不但受自然環(huán)境的約束，而且受人們活動(dòng)和策略的直接影響。因此，景觀規(guī)劃藝術(shù)在尺寸、造型和形狀上都存在著較大的異質(zhì)性，同時(shí)富有經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)、生態(tài)價(jià)值和審美價(jià)值。不同的研究者有不同的觀點(diǎn)。上海同濟(jì)大學(xué)劉賓誼[2]教授指出，農(nóng)村風(fēng)景所包含的對(duì)象是相對(duì)于都市風(fēng)景來(lái)說(shuō)的，二者的主要差異是地理分區(qū)和農(nóng)村自然景觀主體特征有所不同。根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)劉黎明等[3]對(duì)國(guó)內(nèi)外景觀和農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀進(jìn)行系統(tǒng)研究之后，將鄉(xiāng)村景觀定義為一種在農(nóng)業(yè)中存在的各個(gè)互相連接的土地單元，包括：果園、耕地、草場(chǎng)等，這種生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)村地區(qū)獨(dú)有的，是在原有的自然景觀上進(jìn)一步增加科學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)鄉(xiāng)村特色的一種綜合性的鄉(xiāng)村自然景觀。同時(shí)在鄉(xiāng)村景觀之中，也包括一些鄉(xiāng)村的民俗等內(nèi)容，這也是景觀構(gòu)成的一部分，獨(dú)屬于鄉(xiāng)村的景象。通過(guò)設(shè)計(jì)，讓景觀能夠更好地呈現(xiàn)當(dāng)?shù)氐奈幕?，從而產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

鄉(xiāng)村和城市景觀兩者之間存在差異性，在實(shí)際景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方面也有著明顯區(qū)別。農(nóng)村地域廣闊，外部條件復(fù)雜，受到多種因素的影響，不宜照搬采用城市景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)方法進(jìn)行創(chuàng)作。地理信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，為解決鄉(xiāng)村景觀建設(shè)中的學(xué)科交叉、碰撞問(wèn)題提供了平臺(tái)。

2 鄉(xiāng)村景觀建設(shè)在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中的重要性

黨的十六屆五中全會(huì)對(duì)鄉(xiāng)村規(guī)劃建設(shè)重點(diǎn)提出了二十字方針，明確表示關(guān)注鄉(xiāng)村產(chǎn)品發(fā)展、文明建設(shè)、景觀設(shè)計(jì)等內(nèi)容。鄉(xiāng)村規(guī)劃是鄉(xiāng)村容貌建設(shè)最核心的內(nèi)容。因此，政府需要積極組織開(kāi)展鄉(xiāng)村景觀設(shè)計(jì)，促進(jìn)農(nóng)村村容的健康發(fā)展。農(nóng)村景觀包括地理位置、地勢(shì)、水體、土地、氣候、動(dòng)物和植被。鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃主觀上分為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)達(dá)程度、社區(qū)人文、生活習(xí)俗等。鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)基于人居環(huán)境理論，村莊景觀建設(shè)成為了農(nóng)村規(guī)劃的背景，對(duì)整體鄉(xiāng)村的格局、特色建筑的形成、農(nóng)村自然環(huán)境的維持，起著至關(guān)重要的作用；它的面貌、布局、規(guī)模與建筑，直接決定著整個(gè)農(nóng)村環(huán)境的存亡。

3 GIS 技術(shù)

3.1 3D-GIS 技術(shù)及其特點(diǎn) GIS 技術(shù)在國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)中普遍應(yīng)用，3D-GIS 技術(shù)是一種新的高科技技術(shù)，在內(nèi)部數(shù)據(jù)功能結(jié)構(gòu)方面和二維的技術(shù)完全相同，不同點(diǎn)在于它能夠以空間的視角解析和表現(xiàn)物體，有助于人類(lèi)更精確、更真切地認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)客觀世界。在3D-GIS中，空間對(duì)象是以3 個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)界定的，而二維GIS 中則是將物體對(duì)應(yīng)的縱向視角上的空間信息進(jìn)一步簡(jiǎn)化成一種屬性值，兩者對(duì)物體的空間信息的處理方式有所不同。3D-GIS 技術(shù)將物體在空間中的關(guān)系信息給出了不同的坐標(biāo)值，因此更加復(fù)雜。對(duì)于3D-GIS 技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)象物體可以劃分成點(diǎn)、線、面、體積4 種。其中線不僅僅是平面的各種線，還涉及到空間線。面不僅指原有的平面，還包括三維平面。體積則是三維中獨(dú)有的一種特性。三維數(shù)據(jù)庫(kù)是3D-GIS 的內(nèi)核，而3D-GIS 研究的實(shí)用性又是它所獨(dú)有的功用。由于3D-GIS 通過(guò)三維模型技術(shù)能夠直觀地展示物體空間地理狀況，可以多方位、多角度地呈現(xiàn)物體和空間、平面等對(duì)象之間的橫縱關(guān)系，進(jìn)而形象地、客觀地描繪了真實(shí)世界[4]。所以，3D-GIS 在景觀規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。

3.2 3D-GIS 相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)概述 目前，無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)際，這種3D-GIS 技術(shù)都處于發(fā)展階段，還不夠成熟，其涉及到的所有系統(tǒng)都是集中在可視化層面的發(fā)展，如CAD、EVS 等軟件。這些系統(tǒng)并沒(méi)有完全展現(xiàn)出3D-GIS 技術(shù)的全部功能。比較出名的軟件是ERDAS 的ArcView 的ERDAS Vir tlalgis、GIS3D 分析師，ESRI 的Lynx、IVM、GOCAD、SGM 等。其中，ERDAS虛擬地理信息系統(tǒng)是Erdasi Magine 軟件的附加模塊，它是一種功能超強(qiáng)的3D 可視化分析工具，支持網(wǎng)格、矢量、注釋和其他數(shù)據(jù)，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易的三維展示和簡(jiǎn)易的飛行，能夠在三維空間自然環(huán)境中觀看圖形或通過(guò)飛機(jī)搭建，在虛擬現(xiàn)實(shí)的地域及信息環(huán)境中實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互使用、數(shù)據(jù)信息搜索與訪問(wèn)。

4 GIS 在鄉(xiāng)村文化景觀規(guī)劃中的應(yīng)用

景觀模擬分析已經(jīng)成為資源管理人員和科研人員在探討當(dāng)代重大環(huán)保問(wèn)題時(shí)不得不面臨的問(wèn)題。但是，目前還沒(méi)有對(duì)這些生態(tài)單元的布局、構(gòu)造等特性的量化說(shuō)明。景觀結(jié)構(gòu)（格局和構(gòu)成）的量化與定性描述有利于人們認(rèn)識(shí)生態(tài)單元，從而形成對(duì)具體景觀決策的框架系統(tǒng)[5]。而GIS 強(qiáng)大的生物數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)分析功能，也使得對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的定量分析更為便捷、精確、科學(xué)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李守成提出將3S 技術(shù)在鄉(xiāng)村景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)分析，是國(guó)內(nèi)最早將兩者相結(jié)合的研究。2011年，北京大學(xué)劉培林首次提出聚落景觀基因的概念，為人文景觀研究提供了新思路。

4.1 輔助鄉(xiāng)村景觀格局研究 對(duì)景觀資源進(jìn)行分類(lèi)整理，建立數(shù)字化平臺(tái)。數(shù)字化平臺(tái)就是很多事情可以通過(guò)數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行處理，在當(dāng)前的GIS 使用過(guò)程中，其綜合能力可以發(fā)揮非常大的作用，從而實(shí)現(xiàn)景觀的有效管理和控制；通過(guò)空間分析功能評(píng)價(jià)鄉(xiāng)村景觀格局特征，從而更好地布局當(dāng)前的景觀，實(shí)現(xiàn)精確的管控?？茖W(xué)定量研究鄉(xiāng)村景觀空間分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)形式，避免在景觀管理過(guò)程中消解鄉(xiāng)村本身的一些優(yōu)勢(shì)，從而確保鄉(xiāng)村的有效發(fā)展。提取典型的鄉(xiāng)村景觀結(jié)構(gòu)應(yīng)用于鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，管理人員可以利用攝影測(cè)量無(wú)人機(jī)、GPS 接收機(jī)等工具獲取數(shù)據(jù)并入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域鄉(xiāng)村景觀格局的實(shí)時(shí)更新和展示。

4.2 景觀基因的儲(chǔ)存與管理 對(duì)文化景觀因素代際傳遞進(jìn)行控制的一種基本遺傳單位就是景觀基因，它和其他景觀類(lèi)型存在明顯區(qū)別。因此，可以根據(jù)這種獨(dú)有的性質(zhì)辨別景觀類(lèi)型。自劉培林提出景觀基因的概念以來(lái)，景觀基因的研究還處于相對(duì)早期的階段，直到近幾年才引起了越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注[6]。國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者基于對(duì)現(xiàn)有人文景觀要素的權(quán)重評(píng)價(jià)，采用特征編碼來(lái)區(qū)分不同的景觀基因。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要取決于原始時(shí)間、原始環(huán)境和文化基因輻射對(duì)區(qū)域的影響。在編碼景觀基因的基礎(chǔ)上，利用GIS 構(gòu)建由地理數(shù)據(jù)庫(kù)組成的聚落數(shù)據(jù)庫(kù)（空間數(shù)據(jù)）和特征數(shù)據(jù)庫(kù)（屬性數(shù)據(jù)），空間數(shù)據(jù)用于表示不同景觀基因在空間中的分布和關(guān)系，屬性數(shù)據(jù)用于區(qū)分各種景觀基因。

地貌組合的建立主要使用GIS 空間數(shù)據(jù)分析功能（如合理的主題選擇、重疊圖層、相鄰對(duì)象元素的分析融合、子主題選擇等），以最終獲取所需要的空間地貌。而GIS 在國(guó)土使用規(guī)劃中的運(yùn)用則主要集中于構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)、擴(kuò)展數(shù)學(xué)模型、開(kāi)展空間數(shù)據(jù)分析，以及解決“如果——那么”的問(wèn)題。通過(guò)GIS 的土地利用規(guī)劃審核與評(píng)價(jià)流程不但使這一流程更為全面和系統(tǒng)，也同時(shí)使某些人加入到這一流程中更具有成本效果?？梢?jiàn)，地理信息系統(tǒng)無(wú)疑是對(duì)整個(gè)區(qū)域利用規(guī)劃審核流程有力而必要的補(bǔ)充工具，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、公聽(tīng)會(huì)等非計(jì)算機(jī)化審核流程更具有針對(duì)性與效果，最后產(chǎn)生切實(shí)可行、科學(xué)合理的土地規(guī)劃。

5 GIS 的現(xiàn)場(chǎng)分析能力

目前，GIS 已被普遍看作是一個(gè)功能強(qiáng)大、最靈活的投資決策管理系統(tǒng)。在很多發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)成為了創(chuàng)建、實(shí)施、分析和交換數(shù)據(jù)庫(kù)信息的通用媒介，并且是投資決策更為合理的有力工具。它不但存在于大型建設(shè)和區(qū)域規(guī)劃、土地資源環(huán)境與城市管理工作領(lǐng)域中，也同時(shí)被國(guó)外諸多與景觀設(shè)計(jì)有關(guān)的行業(yè)所接納。相較于其他工具，GIS 能夠幫助人們進(jìn)一步深入了解環(huán)境[6]。當(dāng)然，地理信息系統(tǒng)并不被看作一種單獨(dú)的設(shè)計(jì)工具，也與其他工具合作，但GIS 技術(shù)起主導(dǎo)作用。例如，一些3D 建模軟件在景觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面需要幫助。另外，目標(biāo)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力也有限。所以，也需要和其他相關(guān)軟件結(jié)合應(yīng)用。借助GIS 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水、土地、人、社會(huì)等各個(gè)因素的空間性質(zhì)和信息，并將這些信息組成一個(gè)利用點(diǎn)、線、面等構(gòu)成的各種專(zhuān)題圖層。它能夠按照要求組合和分割圖層，控制圖層的表示樣式，分析結(jié)論也能夠用專(zhuān)題圖表的樣式表示。

5.1 地形分析 作為景觀規(guī)劃的主要部分，地形分析的結(jié)果往往控制了鄉(xiāng)村整體景觀的空間布局。GIS采集數(shù)據(jù)與高程數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合對(duì)規(guī)劃區(qū)域的形狀分析，在平面基礎(chǔ)上以高程模擬和三維透視的形式直接、形象地表現(xiàn)地形變化，使布局更加合理，使鄉(xiāng)村建設(shè)更符合實(shí)際環(huán)境要求。

5.2 坡度和坡向分析 坡度在景觀規(guī)劃中屬于一個(gè)重要影響因素，其關(guān)系到建筑規(guī)劃和建設(shè)規(guī)模，坡向則會(huì)對(duì)建筑后期的布局、采光等產(chǎn)生影響。因此這兩個(gè)因素的分析也是整個(gè)景觀規(guī)劃中的一個(gè)主要任務(wù)[8]。而GIS 中的分析與擴(kuò)展模型則具備坡度與坡向分類(lèi)的功能，可與鄉(xiāng)村規(guī)劃理論相結(jié)合，為規(guī)劃管理人員在區(qū)域布局與植物選取等方面提供了直接依據(jù)。

5.3 地理信息系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)分析 作為景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中一個(gè)基本并廣泛應(yīng)用的理論方法，邁克爾海格在1950年首次提出了土壤適應(yīng)性分析理論。綜合了鄉(xiāng)村自然環(huán)境、政治、經(jīng)濟(jì)、人文等各種因素，將鄉(xiāng)村土壤適應(yīng)各種自然環(huán)境的能力，對(duì)開(kāi)發(fā)與利用情況加以了量化評(píng)估。通常，先要明確評(píng)估范圍，形成評(píng)估準(zhǔn)則系統(tǒng)，然后再選取具備主要特點(diǎn)的評(píng)估因子層。在GIS 中形成數(shù)字化單因子層，最后在GIS 空間屬性信息庫(kù)中保存各項(xiàng)有效信息，最后再疊加并通過(guò)GIS 數(shù)據(jù)分析或空間分析評(píng)價(jià)成果。評(píng)估結(jié)果可以通過(guò)文字、數(shù)據(jù)和地圖等多種形式傳遞，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

5.4 環(huán)境廊道分析 美國(guó)景觀規(guī)劃師Philip·H·Lewis 提出了環(huán)境廊道這一名詞。通過(guò)GIS 技術(shù)搜集各個(gè)環(huán)境因素，并完成相應(yīng)的地圖，在地圖中逐漸顯露出環(huán)境廊道。實(shí)際的操作方式為：①水層——構(gòu)建帶有緩沖分析功能的環(huán)境走廊；②濕層——使現(xiàn)有數(shù)字濕地地圖中的坐標(biāo)、精度等屬性和其他圖層相同；③陡坡層——用柵格文件替換原有的地標(biāo)模型，計(jì)算坡度并過(guò)濾陡坡區(qū)域；④環(huán)境廊道復(fù)合圖——將上述各層次的重疊組成線性環(huán)境走廊，以推斷優(yōu)先保護(hù)區(qū)。

5.5 水文分析 通過(guò)虛擬三維鄉(xiāng)村地質(zhì)空間，并利用空間數(shù)據(jù)與分析工具中的水文，通過(guò)GIS 技術(shù)對(duì)鄉(xiāng)村的流域、集水區(qū)、流向、滯水進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并得出深度圖和屬性數(shù)據(jù)一致的結(jié)論，從而減少了傳統(tǒng)的景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)鄉(xiāng)村水文條件的模糊認(rèn)識(shí)，為鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃方案設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。