基于人工智能的非線性交互式城市綠道探索研究

1人工智能對(duì)城市綠道景觀設(shè)計(jì)的影響

1.1生態(tài)模擬與人群分析

人工智能可以通過大數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)敏感性進(jìn)行評(píng)估來達(dá)到以下目的：機(jī)器學(xué)習(xí)模型可預(yù)測(cè)開發(fā)對(duì)生態(tài)的影響，輔助設(shè)計(jì)避讓敏感區(qū)域等，提高城市綠道設(shè)計(jì)的可持續(xù)性和生態(tài)發(fā)展。同時(shí)人工智能還能對(duì)不同時(shí)間段的不同人群進(jìn)行總結(jié)并分析得出相應(yīng)結(jié)論：例如通過手機(jī)信令、社交媒體，分析居民活動(dòng)熱區(qū)，優(yōu)化綠道入口、服務(wù)設(shè)施布局，將綠道景觀更好地服務(wù)于大眾。

1.2智能生成綠道景觀設(shè)計(jì)方案

參數(shù)化設(shè)計(jì)工具的引入讓綠道景觀設(shè)計(jì)的過程變得更加便捷，AI可對(duì)同一地區(qū)的環(huán)境空間進(jìn)行分析生成多種綠道路線方案。在景觀元素生成方面，AI能夠自動(dòng)設(shè)計(jì)綠化帶、休憩節(jié)點(diǎn)、藝術(shù)裝置等元素，為設(shè)計(jì)人員提供更多的可行性和創(chuàng)意靈感，還可以將多個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)優(yōu)化，利用遺傳算法尋找最優(yōu)解，最終設(shè)計(jì)出綜合性強(qiáng)、符合當(dāng)?shù)匚幕?、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益的景觀綠道方案。

1.3選址植被氣候智能化分析

AI通過對(duì)植物生長(zhǎng)的模擬，建立模型預(yù)測(cè)不同植被配置的長(zhǎng)期生長(zhǎng)效果，優(yōu)化種植策略，為景觀綠道區(qū)域的駁岸設(shè)計(jì)提供實(shí)踐依據(jù)和可行性方案，另外AI會(huì)進(jìn)行氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)，利用其模擬極端天氣對(duì)綠道的影響，優(yōu)化排水系統(tǒng)、遮蔭布局。

1.4優(yōu)化公眾參與個(gè)性化體驗(yàn)

AI技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）兩個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得以運(yùn)用，為景觀設(shè)計(jì)提供了全新的交互式體驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在綠道的動(dòng)線設(shè)計(jì)中，人工智能通過App集成AI算法，為大眾推薦出更具個(gè)性化、更實(shí)用、更具探索性的路線，為用戶推薦符合其偏好的綠道路線。

2非線性概念下的城市景觀綠道

2.1相關(guān)概念及其設(shè)計(jì)作用

2.1.1概念

非線性景觀的概念是指一種基于復(fù)雜系統(tǒng)理論、動(dòng)態(tài)變化的景觀形態(tài)。它打破了傳統(tǒng)景觀設(shè)計(jì)中對(duì)線性、對(duì)稱、穩(wěn)定性的依賴，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)景觀的動(dòng)態(tài)性、不可預(yù)測(cè)性、多維度互動(dòng)以及自適應(yīng)性。非線性景觀的發(fā)展同樣離不開當(dāng)今人工智能技術(shù)的發(fā)展和革新，通過非線性多樣化的景觀形式，為該領(lǐng)域開拓出嶄新的未來。

2.1.2非線性城市景觀綠道的設(shè)計(jì)作用

首先非線性的設(shè)計(jì)豐富了城市綠道區(qū)域的景觀系統(tǒng)多樣性，其獨(dú)有的特性之一是斑塊與基質(zhì)的交錯(cuò)融合，強(qiáng)調(diào)人景互動(dòng)。非線性的設(shè)計(jì)能夠?qū)坝^系統(tǒng)的多樣性產(chǎn)生積極的作用。其次增加生態(tài)景觀的連續(xù)程度，擺脫傳統(tǒng)單一的線性景觀模式促進(jìn)人與自然和諧共生。最后在該概念下的景觀綠道設(shè)計(jì)能夠增強(qiáng)生態(tài)景觀安全，非線性景觀綠道設(shè)計(jì)能夠通過斑塊的多樣性最大程度的為大眾提供安全，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。使景觀綠道不僅僅成為大眾生活?yuàn)蕵返目臻g，更是城市生態(tài)系統(tǒng)中重要的一環(huán)。

2.2非線性城市景觀綠道設(shè)計(jì)方法

2.2.1景觀空間的折疊

在非線性概念下的景觀設(shè)計(jì)中，空間折疊的形式區(qū)別于傳統(tǒng)線性式的景觀設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)造景形式強(qiáng)調(diào)景觀等實(shí)物發(fā)展的不確定性，具有靈活多變的特性。具體的設(shè)計(jì)方式是在特定的景觀區(qū)域?qū)⑵渲黧w進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、折疊、旋轉(zhuǎn)壓縮、疊加等。同時(shí)兼顧了景觀細(xì)部和整體的特點(diǎn)。很多景觀設(shè)計(jì)師在非線性手法的影響下，展現(xiàn)出既動(dòng)態(tài)又復(fù)雜的序列空間形式。非線性景觀的表現(xiàn)形式不是唯一的，而是一種適應(yīng)自然、在復(fù)雜環(huán)境中演化的景觀。通過這種景觀空間的折疊能夠增加空間的層次感和律動(dòng)感，巧妙地利用人與自然的關(guān)系達(dá)到人景合一的目的。

2.2.2景觀空間的分形

分形理論是非線性科學(xué)中另外一個(gè)重要的理論，它是描述、分析、理解混沌運(yùn)動(dòng)的一種工具，也是非線性景觀研究的重要內(nèi)容。在非線性景觀設(shè)計(jì)中起到穩(wěn)定整體景觀生態(tài)的作用。分形具有高連通、復(fù)雜性的特征，非線性式的景觀分形是強(qiáng)調(diào)景觀空間的整體變化。因此非線性式的景觀空間分形手法強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一與平衡?；氐奖疚闹饕擖c(diǎn)中來，城市景觀綠道由于地塊以及不同區(qū)域發(fā)展的復(fù)雜性和多樣性決定了該類型的設(shè)計(jì)體量是龐大的，非線性式的分形手法能夠從局部出發(fā)，兼顧整體的同時(shí)促進(jìn)綠道景觀生態(tài)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.2.3景觀形態(tài)的扭曲

隨著近年來大量的非線性式建筑以及公共藝術(shù)裝置的涌現(xiàn)，其造型越來越受到大眾的喜愛和追捧，主要核心是將原本有序的形體進(jìn)行一定角度和大小的旋轉(zhuǎn)、扭曲等方式創(chuàng)造出一種新的律動(dòng)感形態(tài)，在城市景觀綠道的設(shè)計(jì)中可以更多地營(yíng)造出動(dòng)態(tài)元素，改變步行道、休息區(qū)以及娛樂空間的結(jié)合方式。不規(guī)則的景觀路線和多樣化的景觀設(shè)施能夠更好地調(diào)動(dòng)受眾人群的積極性，增強(qiáng)大眾的體驗(yàn)感。

2.2.4景觀綠道與實(shí)景的模擬

景觀綠道的形式更多的是源自江河湖海等多種自然形態(tài)，非線性景觀為了追求和諧共生的理念會(huì)通過實(shí)景場(chǎng)地模擬的設(shè)計(jì)方式加強(qiáng)景與大自然的融合發(fā)展，最大限度地做到保護(hù)原有地區(qū)的生態(tài)景觀。例如，西班牙貝尼多姆西海岸景觀步行道設(shè)計(jì)，通過對(duì)不同景觀斑塊和基質(zhì)的模擬，設(shè)計(jì)出景觀小品以及休憩路徑等，造型模擬當(dāng)?shù)睾０毒€的基本形態(tài)，構(gòu)建出非線性式的景觀綠道，這種設(shè)計(jì)手法亦可加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，通過變化排水系統(tǒng)的位置提高生態(tài)植物的生存能力。實(shí)景模擬的手法有助于改善傳統(tǒng)景觀綠道設(shè)計(jì)中的不足。

3人工智能與非線性綠道景觀的構(gòu)建

3.1智能場(chǎng)地分析模式

本文第三部分旨在探索人工智能和非線性設(shè)計(jì)在武漢東湖綠道中的可行性。在武漢東湖綠道的區(qū)位分析中，其“一心三帶\"式的構(gòu)造組成了東湖綠道整體的核型架構(gòu)，水域面積達(dá)32.6平方公里，其中包含了多種生物通道、上百種動(dòng)物棲息地。本次非線性景觀設(shè)計(jì)研究的主體位于東湖綠道梨園景區(qū)入口處的湖中道，長(zhǎng)約7公里，植物的結(jié)構(gòu)層次較為稀少，景觀道路多以自然步行道為主。在場(chǎng)地調(diào)研中的具體做法有：通過衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍、激光雷達(dá)等技術(shù)獲取高精度地形數(shù)據(jù)，結(jié)合AI算法進(jìn)行地形特征提?。ㄈ绾械绤^(qū)域的坡度、高程、水系分布），最大程度地提高湖中道區(qū)域的利用率。

自動(dòng)識(shí)別場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域（如滑坡、水土流失區(qū)域）生成風(fēng)險(xiǎn)地圖。由于湖中道區(qū)域整體路線相對(duì)平緩，該功能的運(yùn)用可達(dá)到預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)和防治自然災(zāi)害的目的。

湖中道區(qū)域的植物結(jié)構(gòu)層次相對(duì)匱乏，在數(shù)據(jù)分析的過程中，AI可評(píng)估場(chǎng)地內(nèi)瀕危植物分布，自動(dòng)劃定保護(hù)緩沖區(qū)優(yōu)化綠道植被布局，為該區(qū)域的生態(tài)植物發(fā)展提供更多可行性方案。

3.2人流與行為模式的預(yù)測(cè)

武漢東湖綠道梨園入口多以大學(xué)生以及周邊居民為主，為了體現(xiàn)湖中道業(yè)態(tài)分布多樣化的特點(diǎn)，需多維度考察人流動(dòng)線以及人員構(gòu)成等信息。通過人工智能搜尋歷史數(shù)據(jù)并生成相對(duì)應(yīng)的分析圖，利用熱力圖分析用戶活動(dòng)熱點(diǎn)，優(yōu)化服務(wù)設(shè)施的選址，加強(qiáng)湖中道區(qū)域景觀設(shè)施的互動(dòng)性。人工智能還會(huì)預(yù)測(cè)節(jié)假日高峰人流，提出適當(dāng)拓寬綠道節(jié)點(diǎn)或增設(shè)分流路徑等方案，AI通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，評(píng)估綠道與公共交通站點(diǎn)的銜接效率，最后基于POI（興趣點(diǎn)）數(shù)據(jù)，識(shí)別潛在用戶來源，推薦出具體通勤高峰時(shí)段開放自行車或非機(jī)動(dòng)車的實(shí)施方案提升綠道使用率。綜上所述，人工智能的場(chǎng)地分析能夠幫助設(shè)計(jì)者在東湖綠道前期設(shè)計(jì)中獲取更多有效信息，為綠道設(shè)計(jì)提供更多思考的角度，增強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中的便捷性和準(zhǔn)確性。

3.3非線性景觀的方案生成

為了提高湖中道景觀區(qū)域整體可適用、互動(dòng)、保護(hù)生態(tài)等性質(zhì)，筆者嘗試?yán)萌斯ぶ悄芗夹g(shù)輔助于該區(qū)域景觀方案的設(shè)計(jì)，運(yùn)用Midjourney生成概念草圖，AI結(jié)合參數(shù)化建模工具根據(jù)湖中道的環(huán)境數(shù)據(jù)、光照、風(fēng)向等動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)形態(tài)，優(yōu)化景觀綠道整體的空間布局，利用前文中提到的非線性手法設(shè)計(jì)景觀方案。人工智能還可以在景觀平面圖的繪制中幫助自動(dòng)化繪圖與標(biāo)注，AI通過計(jì)算機(jī)視覺和自然語言處理識(shí)別設(shè)計(jì)意圖，自動(dòng)生成相對(duì)應(yīng)的景觀平面圖，需利用到的軟件：Auto-CAD2024（AI驅(qū)動(dòng)的智能標(biāo)注）Sketch2CAD（AI插件）。最后在方案設(shè)計(jì)的過程中AI還能夠驅(qū)動(dòng)云端CAD平臺(tái)，支持多數(shù)量的設(shè)計(jì)者協(xié)同設(shè)計(jì)，并基于反饋實(shí)時(shí)優(yōu)化湖中道設(shè)計(jì)方案，利用到的軟件有：FusionTeam、On-shape等輔助工具。

3.4人景結(jié)合的交互方式

前文提到非線性式的景觀綠道設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一是強(qiáng)調(diào)人與自然和諧發(fā)展，打造人景互動(dòng)式的綠道體驗(yàn)。AI在東湖綠道湖中道的交互性設(shè)計(jì)中能夠起到關(guān)鍵性作用：首先通過前期AI大數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)該區(qū)域的人流密度、停留時(shí)間、活動(dòng)類型自動(dòng)生成相對(duì)應(yīng)的用戶偏好及需求，同時(shí)對(duì)該區(qū)域的照明霧化控溫系統(tǒng)等進(jìn)行智能化動(dòng)態(tài)管理，滿足大量人群需求。其次在湖中道步行區(qū)域的景觀節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，AI能夠通過結(jié)合自然仿生學(xué)模擬實(shí)景場(chǎng)地，設(shè)計(jì)出環(huán)保性能強(qiáng)、工作效率高的太陽能板或自動(dòng)修復(fù)混凝土等設(shè)施，加強(qiáng)資源利用的同時(shí)提升可持續(xù)性。在湖中道中段區(qū)域人流量相對(duì)較緩，有足夠的空間設(shè)計(jì)景觀公共交互裝置，可通過攝像頭與AI圖像識(shí)別技術(shù)等實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制、動(dòng)態(tài)式投影、AR虛擬導(dǎo)覽，增強(qiáng)人與綠道景觀的互動(dòng)性。因此人工智能對(duì)非線性景觀中的交互裝置設(shè)計(jì)起到了關(guān)鍵性的作用。

4機(jī)遇與挑戰(zhàn)

人工智能已經(jīng)與人類社會(huì)的各個(gè)生活場(chǎng)景呈現(xiàn)出深度交互之勢(shì)。其高適配性可服務(wù)于多種行業(yè)，滿足各種任務(wù)需求。本文研究的人工智能與非線性景觀綠道的構(gòu)建亦是如此，AI為景觀綠道設(shè)計(jì)提供了多樣化、便捷式的服務(wù)，為設(shè)計(jì)師提供了多種思路以及設(shè)計(jì)方案。與此同時(shí)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，首先人工智能機(jī)械化式的處理雖然提高了效率，但是對(duì)于景觀布局中的那些人文因素、人性化的處理相對(duì)匱乏，景觀設(shè)計(jì)需要通過一座城市一個(gè)區(qū)域的文化來與受眾產(chǎn)生共鳴，人工智能的設(shè)計(jì)思考方式能否做到這一步目前還有待商權(quán)。其次人工智能對(duì)于某些區(qū)域相對(duì)極端環(huán)境下的設(shè)計(jì)思考缺乏一定的合理性，對(duì)于多文化、復(fù)雜地理環(huán)境下的景觀適配性需要進(jìn)一步加強(qiáng)。最后人工智能大數(shù)據(jù)對(duì)于人流的檢測(cè)以及行為分析等可能會(huì)過度采集用戶數(shù)據(jù)，導(dǎo)致用戶私密信息的泄漏，這些都是人工智能與非線性景觀綠道設(shè)計(jì)構(gòu)建需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。

5結(jié)論

人工智能技術(shù)正在逐漸改變景觀綠道設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為景觀方案設(shè)計(jì)以及文化的交融提供了更多可能性，幫助設(shè)計(jì)師更全面、精準(zhǔn)地完成綠道設(shè)計(jì)方案。非線性形式的景觀綠道也已然成為該領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)，AI能夠通過多種技術(shù)形式對(duì)非線性景觀綠道進(jìn)行框架構(gòu)建、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以及生態(tài)維護(hù)等。盡管AI運(yùn)用廣泛，但在部分發(fā)展層面仍然受到技術(shù)瓶頸和大眾認(rèn)知不足的考驗(yàn)，AI輔助景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域是大勢(shì)所趨，推進(jìn)其技術(shù)的發(fā)展將引領(lǐng)城市景觀綠道設(shè)計(jì)走向多樣化、智能化以及可持續(xù)發(fā)展的未來，創(chuàng)造人類更舒適的景觀綠道環(huán)境和高質(zhì)量的城市居住空間。

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