地理信息系統(tǒng)對風景園林規(guī)劃的作用

秦慧彬，張鴻翎

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000）

1 研究背景

隨著城鎮(zhèn)化建設加快、城市自然格局被割裂、空間破碎化現(xiàn)象嚴重[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)展標準，科學合理地進行風景園林規(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)風景園林設計主要注重地形、植物、建筑、水體，然而現(xiàn)代風景園林規(guī)劃又加入了生態(tài)保護、調(diào)節(jié)小氣候、人文歷史等因素，疊加社會、經(jīng)濟、環(huán)境三方面的功能。設計要素的逐步增多，對風景園林規(guī)劃的從業(yè)者來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的風景園林規(guī)劃過程中，規(guī)劃設計人員與專家學者憑借專業(yè)知識、工作經(jīng)驗、場地實測等對景觀場地進行用地分析，但在面對地形復雜多變或有輻射的危險地區(qū)進行景觀設計時，難以進行實地觀測，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，極少部分擁有園林數(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，導致一些科研項目在需要數(shù)據(jù)分析時，只能耗費大量人力物力去收集，或?qū)嵉販y量后再對數(shù)據(jù)進行整理分析。所以，利用地理信息系統(tǒng)建立地理信息數(shù)據(jù)庫，輔助風景園林規(guī)劃，是必要且迫切的。

2 地理信息系統(tǒng)對風景園林規(guī)劃的意義

地理信息系統(tǒng)是運用航空器和衛(wèi)星的多個傳感器、攝像機、數(shù)字掃描儀和激光雷達遠距離記錄目標物的電磁波特性對目標物進行數(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、土壤變化情況進行觀測，利用不同波段的光譜亮度值進行像元的自動分類。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 天進行1 次?？衫闷鋽?shù)據(jù)反饋，分析在特定時間內(nèi)建設場地的環(huán)境變化。MODIS 系統(tǒng)專門為地表物體反饋設計了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、修復、調(diào)查和保護中也有運用，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、植被的成活率低的地區(qū)，對植被、古樹名木生長狀況進行實時監(jiān)測，對日后發(fā)展狀況進行預見性分析，提高植被的成活率，確保養(yǎng)護效果。所以MODIS 系統(tǒng)對于風景園林規(guī)劃中的植被選擇、后期養(yǎng)護具有指導意義[3]，為風景園林規(guī)劃提供了豐富的數(shù)據(jù)資料。

MODIS 系統(tǒng)用于對項目建設用地的地理數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀資源、環(huán)境容量進行系統(tǒng)化的評價分析，建立3D 立體模型，達到數(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、地形情況進行數(shù)據(jù)分析，降低風景園林規(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度，有利于風景園林規(guī)劃方案的設計。

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)境建設要求進行基礎(chǔ)構(gòu)建，同時面對生態(tài)環(huán)境、功能承載、服務對象等方面的復雜性，選擇不同的方式進行保護，能最大程度地減少人類活動對園林生態(tài)安全造成的負面影響。確定風景園林規(guī)劃的生態(tài)、安全兩個目標導向，實現(xiàn)利用地理信息系統(tǒng)完成對風景園林規(guī)劃中的地形、植物等關(guān)鍵因素統(tǒng)籌規(guī)劃的目標。

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

3.1 生態(tài)目標

在維護場地原有生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，加強風景園林規(guī)劃對園林生態(tài)系統(tǒng)服務的指導，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，對建設場地的生態(tài)功能進行合理性量化分析，根據(jù)地形、道路、氣候、植物等要素進行科學合理的規(guī)劃，營造舒適的生態(tài)環(huán)境[4-5]。運用地理信息系統(tǒng)獲得基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)，需要利用軟件進行幾何校正和大氣矯正，達到精度要求，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。通過有限數(shù)量點的數(shù)據(jù)，估計出整個地表的特征，進行景觀生態(tài)修復設計，引種鄉(xiāng)土植物[6]，在植物景觀設計中，注重發(fā)揮速生樹種及自播野花的特點，形成多樣的群落結(jié)構(gòu)，涵養(yǎng)水源，預防干旱，利用植被設計調(diào)節(jié)小氣候，預防雨洪，或體現(xiàn)地域特色，形成疏林、喬灌、野花、草坪、水生植物的復合植物景觀層次[7]?；蛘呃镁彌_區(qū)分析技術(shù)進行定量分析，實現(xiàn)可達性數(shù)字化分析，為實現(xiàn)綠地設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)成等進行直觀的圖像反饋，展示規(guī)劃多角度的細節(jié)。可通過建立空間模型，設定飛行路線，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，因地制宜進行設計，適地適樹進行配置分析、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)中的擴展速度、擴展系數(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)點進行綠色空間分析[8]，使規(guī)劃設計人員了解原有植被生長速率、景觀效果、生態(tài)環(huán)境，通過風景園林規(guī)劃達到生態(tài)修復的作用，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

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，產(chǎn)生了一系列氣候問題，導致了自然災害的頻繁發(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，利用拓撲分析、緩沖區(qū)分析、空間統(tǒng)計分析、可達性分析，對園林綠地的防災避險功能進行布局、面積的計算，使用地理信息系統(tǒng)的監(jiān)測功能，對城市綠地進行防災預演及災難預警分析[9]。例如，MODIS 數(shù)據(jù)可對園林火災的災前、災時、災后進行監(jiān)測，提高城市安全性[10]。對項目地塊防災避險進行科學理性的分析，依據(jù)分析結(jié)果建立應急預案，提前計算出應急反應時間，對文化古跡、古樹名木等歷史文物制定應急響應方案，在災難發(fā)生前進行避險設計。例如針對可能發(fā)生的災難例如火災，選擇不易燃燒的、防火能力強的植物種類，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)揮出園林的防災避險功能，進一步保障城市安全[11]。

可利用地理信息系統(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 等進行監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進行樹種選擇[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，進行監(jiān)測分析，科學地規(guī)劃布局；將人工設計與生態(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)進行網(wǎng)絡建模，利用風景園林規(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)護管理工作實施效果，科學地監(jiān)督綠地建設，進行綠地評價考核。

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)、安全兩個目標進行分析。設計人員把握場地建設要求的基礎(chǔ)情景，利用地理信息系統(tǒng)進行資源整合、數(shù)據(jù)分析，從而得到不同的風景園林規(guī)劃方案，為科學技術(shù)與風景園林規(guī)劃協(xié)同提供更加科學、精準的手段。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，缺少實際上的運用。未來希望加大地理信息系統(tǒng)在風景園林專業(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，提升風景園林規(guī)劃的科學性與合理性。