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2018年11月21日  
数字园林
GIS在城市绿地系统中的应用
日期:05/17/2012        浏览次数:1249    
GIS在城市绿地系统中的应用

GIS在风景园林中的应用

摘要:地理信息系统技术(GIS)在风景园林领域中的应用日趋广泛。本文针对GIS技术本身的特点,系统地分析了GIS技术在风景园林中的应用现状,并对其在风景园林领域中的应用前景做出了展望。

关键词GIS技术  风景园林  应用趋势

The Application of GIS in Landscape Architecture

AbstractGeographic Information System is more and more widely in the field of landscape architecture now. In this paper, aim at the characteristics of GIS technology , the Application Status of GIS technology in landscape architecture to be analysis. And for its application prospects in the field of landscape architecture to made the prospect.

Key words: GIS; landscape architecture; current applications and development

园林有着十分久远的历史,随着社会的发展,其含义发生了深刻的变化。尤其是l9世纪中叶以后,园林所包含的内容变得十分广泛和多样,涉及的地理范围也随之扩大,涵盖了不同类型的城市绿地、自然保护区、国家公园乃至城市绿地系统等:相关学科的发展,使人们对园林的认识也趋于多专业化的综合。并从人类生存的角度出发,将园林纳入整个城乡规划管理和大地景观的范畴之中。

园林的这些发展,必然要求园林规划设计也有相应的变化,由早期直观单一的方式趋向于更多理性的综合性思考。而GIS (Geographic Information System)为此提供了一个较为有效的方法[1]。自1963年诺基尔·汤姆逊(Roger FTomlinson)提出GIS的概念以来,GIS已经在许多国家的多种领域中发挥了巨大的作用,并已越来越多地应用在园林规划设计的领域中。

1地理信息系统概述

1.1 地理信息系统概念

GIS是本世纪60年代发展起来的一门介于地球科学、信息科学、空间科学之间的交叉学科,是一种以采集、存储、管理、分析和评价全球或区域与空间地理分布有关数据的空间信息系统。它是随着计算机科学、空间科学、地球科学、测绘遥感学、环境科学、信息科学和管理科学的发展而新兴的一门边缘交叉学科[2]。在发达国家中,信息产业对国民经济增长贡献率和就业动力所占社会劳动力都已超过50%。我国地理信息系统起步稍晚,随着全球化、网络化和知识经济蓬勃发展的新世纪的到来,我国地理信息系统正迅猛地由实验室走向产业化和社会化。由设备引进、技术克隆迈上自主开发、数据挖掘与知识创新的新台阶。

1.2地理信息系统功能

其功能涵盖数据采集-分析-决策应用的全部过程,具体可分为基本功能:(1)数据的采集、检验与编辑。(2)数据格式化、转换、概化,通常称为数据操作。(3)数据的存储与组织。(4)查询、检索、统计、计算功能。(5)空间分析。(6)显示。以及高级功能:空间分析与模型分析功能[3]

2地理信息系统产生的背景及原因

2.1 地理信息系统产生的背景

地理信息系统是一个新兴的科学技术领域,它是从20世纪60年代中后期发展起来的。初期出现的系统主要是在一些关于城市和土地利用方面的信息系统,随着资源开发利用及工业化进程的加快,城市人口迅速膨胀,出现水资源匾乏、能源短缺、用地紧张、良田锐减的严重局面,地球生态环境屡遭破坏,环境恶化等问题日益突出,迫使人们寻找保护生态环境和资源的方法,人类社会迫切需要一种能够有效地分析、处理空间信息的技术、方法和系统,而地理信息系统提供了有效的手段。与此同时,计算机软硬件技术也得到了飞速发展,与此相关的计算机图形学和数据库技术也开始走向成熟,这也为地理信息系统理论和技术方法的创立提供了动力和技术支持[4]

2.2地理信息系统产生的原因

⑴由于遥感、遥测等新技术的应用和迅速发展,使资源与环境信息的数量激增。社会上对这些信息的需求日趋迫切,对质量的要求也越来越高。从定性分析发展到定性、定量和定位相结合,从单一要素发展到多要素、多时空的综合分析,传统的方法已不能适应资源与环境信息科学管理和综合开发的需要,必须充分从现代科学技术中吸取营养。

⑵由于信息科学、计算机科学、网络技术、人工智能,特别是数据库技术的发展,促进了数字测图技术和制图自动化技术的发展,使资源与环境信息的数字化采集、存储、处理、显示和自动输出成为可能。

⑶随着信息时代以多学科跨领域为特征的科学思维的发展,使社会发展和国家宏观决策更趋向于从纵观全局的高度进行系统分析,必须把自然界和人类社会作为一个整体,必须将资源与环境作为一个巨大的系统来支持。这就促进了各种类型的经济信息系统与自然环境信息系统相结合的综合性信息系统的相继建立。

⑷地理信息系统的广泛运用,大大提高了资源与能源的利用率,带来了巨大的经济效益和社会效益。

⑸国际上有关学术组织的诞生,也是促进GIS迅速发展的重要原因之一。“数

字地球”概念的提出,更加奠定了地理信息系统的地位[5]

3 GIS技术在风景园林中的应用

3.1 应用于景观分析评价,辅助绿地规划

   目前GIS技术主要用在绿地系统规划的适宜度评价、绿地景观格局及变迁分析、绿地景观规划辅助分析和环境评估等方面,结合运用景观生态学和地理信息

系统的理论与方法进行景观分析评价。如俞孔坚等借助GIS方法对敏感地段的景观安全格局进行分析,为减少项目对环境的负面影响提供科学依据 [6]Janet Sibernagel运用GIS方法进行过密西根半岛景观变迁分析[7]

利用GIS技术可以对城市绿地景观的特征、分布、生态效益、服务价值等进行资源定量分析和评价,从而指导城市绿地景观建设,改善人居环境质量。可以对城市不同绿地进行分类统计,计算出不同类型绿地的面积、数量等景观单元特征指数,计算出不同类型绿地的多样性指数、破碎化指数、分离度等景观异质性指数,在此基础上进行绿地景观格局分维分析。同时也可以对绿地环境效益进行估算[8]或对城市绿地综合效益定量评价的研究[9]。而基于GIS的城市绿地可达性模型,则可以评价绿地景观格局与服务功能,为城市绿地的规划、营建、格局优

化、管理提供决策支持,既强调城市绿地的空间分布格局的重要性,又强调城市绿地为居民提供服务的有效性。

3.2 应用于绿地信息属性数据库及信息管理系统的建立 

绿地信息属性数据库是数字园林的基础数据库,利用GIS的数据采集和编辑是建立绿地信息库常用的方法,同时GIS具有较强的空间数据管理能力,可以对园林属性信息进行综合管理和应用。园林绿化现状调查数据库(包括基础背景数据、园林绿化专题数据库),可为绿地系统规划提供可靠数据,为城市园林绿化管理工作提供新的技术方法[10]。基于GIS的城市绿化管理系统[11],利用GIS估算城市绿地绿量,同时利用园林资源管理人员的管理界面,进行地图操作、编辑、查询、统计报表输出,利用关键字来联接空间数据和属性数据、实现地图对象编辑一体化,解决网络中的传输问题,同时GIS可以分层显示,具有直观性和数据库与地理位置一一对应的特点,便于管理。

3.3 辅助制图 

GIS具有地图制图、制表和矢量化的功能,可以辅助制图。通过GIS软件,建立风景园林专用符号库,可进行图形输入编辑和整理绘制风景园林图。GIS软件具有明确的空间数据管理能力,能通过地理空间分析产生常规方法难以得到的分析决策信息,随时对有关风景资源信息进行查询、分析、处理、显示和更新,可进行方便、快捷、精确的图形编制,根据需要输出成各种比例尺的各种专用图形。如由陆地卫星影像资料编制的土地利用图,把立体的土地分布类型转换成平面图[12],比手工填图快速、准确。GIS软件的三维立体图的功能,可以采用高程分带光照、立体叠加等方式生成各种立体专题图。

3.4 辅助园林设计 

在风景园林设计领域,高科技的应用与现代规划设计理论相辅相成。GIS在风景园林规划设计中的应用日益广泛,其强大的空间分析功能为场地设计提供了科学依据,它从各个角度对设计师通过视觉感受得到的感性认识加以量化,从而使设计能够更加准确地与基址情况吻合。GIS建立三维景观模型可以对基地的景观视线分析和视域分析,使用数字高程模型(DEM),DEM为基础,则可提取地面单元的平均高程、相对高程、高差、高程变异、坡度、坡向、地面粗糙度、坡面形态、谷脊特征线、沟谷密度、沟谷深度等各种地形结构线,也可提取三维地形立体模型和各种地形剖面,以及地面辐照度的计算和地形阴阳坡的划分等。GIS已经被证明是大尺度园林规划的理想工具。传统风景园林设计主要基于CAD技术,针对小尺度设计(如小游园和小型公园设计等)或非考虑地形因子的设计为主,随着人们对居住环境要求的提高,人与环境的协调和统一是要考虑的客观因素,因此分析环境因子对居住空间的影响尤为重要,GIS在这方面也随着遥感技术的发展而将发挥其优势[13]

4 基于GIS的园林规划设计方法的革新

4.1 实现园林规划设计的实时可视化

以上所述GIS在风景园林中的应用。主要集中在现状信息的收集、景观生态及安全格局、区域开发适宜性、场地空间分析等规划设计的决策支持阶段。并未涉及规划设计的内容和成果。这主要是由于早期的GIS一种二维的空间分析术。无法应用于三维形象的表达。从2O世纪8O年代末开始,三维GIS及其可视化成为了GIS的研究热点。目前已经开始在城市规划、城市设计等相关领域中使用常用的计算机虚拟技术是在三维建模的基础上,利用效果图和三维动画来表现园林规划设计成果的[14]

与常用的计算机虚拟技术比较,可视化GIS有以下特点:可视化GIS可以随着设计师的调整,实时更改构造模块,同时也可以快速修改视点和观赏路线。当前可视化的三维GIS技术.主要是在原先二维的基础上,增加了构筑物的高度值,将其作为一个附属的属性变量对待,并与XY值一起投影到模型上。所以,实质上这只是二维半的系统,这在一定程度上制约了三维形象的表达,尤其是难以表达多个表面交叉的情况(诸如一些复杂的景观构筑物)。另一种空间表达技术是不规则三角网(TIN),它适合于表现由不规则点形成的连续面。这对园林规划中处理大量的复杂地形是非常有用的。在TIN的基础上生成地形的三维模型,可以分析场地的坡度、坡向、可视性等地形特征和空间关系,故设计师和规划师可以利用TIN进行直观的竖向设计。当TIN与二维半GIS结合后,还可模拟一定地貌场地上的景观要素的三维形象,成为规划师、设计师推敲、修改方案的辅助工具。尽管可视化GIS提供的场景细腻性和美观性无法与效果图及动画相媲美,但它的发展前途是广阔的。

    4.2 WebGIS技术提供公众对园林规划设计的反馈机制

园林规划设计由于与公众的利益日益密切,因此,越来越多的园林规划设计成果, 需要争取公众的参与。WebGISIntemetIntranet技术应用于GIS开发的产物。它是在网络环境下的一种存储、处理、分析和显示地理信息的GIS。鉴于公众参与中应尽量将三维的成果形式展现给市民,因此WebGIS可以和虚拟现实建模语言(VRML)结合,形成基于互联网和GIS技术的公众参与方法[15]

5 结语

园林是一个外延内容非常广泛的学科,需要大量的信息。GIS作为一个信息的收集、储存、管理、空间分析和输出的工具。是园林规划设计中一个新的技

术平台。附加了三维空间技术的GIS,更是提供了实时的可视性,有利于规划设

计的反复推敲和公众参与。如今,GIS已被认为是一个强大的、灵活的决策分析系统,但是作为一项工具,它离不开相关理论和技术,如没有景观生态学的理论,就不会利用GIS得出场地的生态适宜性和敏感性。

当然,作为一项新技术,其自身也有一些不足。例如GIS数据的不确定性,实时可视化视觉效果不佳,缺乏三维空间的分析和查询等。但是,可以相信,这些技术问题可以通过不断改进或者辅以其他相关软件加以解决。21世纪是信息化的时代,数字化、全球化是其鲜明特征。作为地学空间信息分析方面的权威技术,GIS将不断得到充实和发展,在园林规划设计中的应用前景,将更加广阔。

参考文献:

[1]伍超奎,林亚平,劳眷等.GISRS3DSMAX在园林三维景观设中的应用[J.广西农业生物科学,2007(12).

[2]郭丽娟,孙洪庆,付影. GISRS技术在风景园林中的应用[J]. 高校理科研究

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[4]潘萍. GIS在城市园林绿化中的研究及应用.昆明理工大学硕士学位论文.2008(5):9-12

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[6]陈春来,石 纯,俞小明.RSGIS技术在城市绿地综合效益研究中的应用现状及展望[J].中国园林,2005,(4):47-49.

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[8]董仁才,赵景柱,邓红兵,.3S技术在城市绿地系统中的应用探讨[J].林业资源管理,2006,(2):83-87.

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[12]金丽芳,等.3s技术在风景区规划中的应用研究[J].中国园林,1997,(6)2325

[13]卢圣,王芳. 3S技术在风景园林中的应用现状与发展趋势[J]. 河北林果研究.2007,12(4):402-405

[14]朱英浩,等.基于Mapinfo的城市3维可视化GIS[J].测绘通报,2000(7)l3

[15]杨葳,梁伊任. 基于GIS的园林规划设计方法的革新[J].中国园林.2003.11.

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