上海近代公園信息管理系統及三維可視化建構*

Construction of Information Management System and 3D Visualization for Modern Public Gardens in Shanghai

周向頻 李劭杰

?

上海近代公園信息管理系統及三維可視化建構*

周向頻

同濟大學建筑與城規劃學院

高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室

教授，博士生導師

李劭杰

同濟大學建筑與城規劃學院

碩士研究生

上海近代公園①本文研究的上海近代公園是指建于1840年至1949年對公眾開放的城市園林，大多經歷多次改造，甚至部分已湮滅，但其遺存者仍為市民游憩使用。類型上包括租界公園、政府及私人所建公園、經營性私園及其他類型（陵園、戶外游園、廣場綠地等），劃分依據詳見周向頻、陳喆華的《上海公園設計史略》一書，同濟大學出版社，2009年。在上海公園發展史上具有重要地位，代表了上海特定歷史時期下的園林類型，屬于20世紀遺產②關于“20世紀遺產”詳見張松的《歷史城市保護學導論:文化遺產和歷史環境保護的一種整體性方法》，同濟大學出版社，2008年。的范疇。它既體現了多元文化下造園風格的嘗試和本土語言的探索，也是上海近代社會和政治事件的承載場所，同時又是中西文化交流在近代上海變遷中的物化表現，眾多社會、經濟、文化現象均在近代城市與公園的互動共生中得到表現。許多經歷不同時期改造的近代公園在當代城市公共空間中仍發揮著積極的作用，是“活著的遺產”。

近年來，上海陸續啟動了幾批“老公園”的改造項目，其中就包括了一些近代公園，如魯迅公園、復興公園、中山公園等，但改造方案、改造過程和改造結果都帶來較多的爭議。在快速城市化與自身功能轉變帶來的使用壓力下，近代公園的改造和更新是必然的，但應處理好“活的遺產”與“動態保護”之間的關系，以全面的遺產價值認知及科學評價作為改造更新的依據。而開展上海近代公園信息管理工作，摸清家底，充分了解上海近代公園本體的生存狀況，則是進一步發掘與評價上海近代公園的歷史、藝術、科學等遺產價值的基礎。作為一項基礎性工作，目前上海近代公園的資料收集整理面臨著許多問題：①分散化，資料龐雜、來源不清，許多珍貴數據面臨損壞和遺失的危險；②封閉性，記錄形式自我封閉，缺少靈活、可擴展的開放分類體系來應對海量的數據存儲；③無標準，缺乏針對性強、統一性高、共享性佳的上海近代公園數據記錄的分類方法，資源有效配置利用率低；④無組織，缺少常設的機構部門負責統一管理上海近代公園的資料檔案，數據的記錄管理缺乏統籌安排，導致無序、重復性的工作時有發生。因此，推進上海近代公園信息管理工作向前發展，不僅十分必要，而且特別緊迫。

傳統的資料收集整理方式是以“手工”勞動為主要特征，勞動強度大、耗時、信息采集成本高、共享性差。近年來，數字化技術已經在歷史建筑調查、環境調查、地質普查、地籍測量等領域發揮了重要作用；同樣，在上海近代公園調查中，數字化技術的有效合理利用也會大大提高上海近代公園調查的準確性、有效性和全面性。由于在背景及現狀調查過程中獲取的大量圖文資料和信息都具有空間屬性，因此需要利用3S技術，特別是2D和3DGIS技術，來構建上海近代公園信息管理系統，實現三維可視化，有效獲取、管理、利用現狀調查所獲取的各種資料，為遺產價值的認知評價提供依據。

上海近代公園信息管理系統及三維可視化建構的意義體現在：①建立數字檔案，利用虛擬空間對歷史遺存進行修復、復原研究，為保護利用提供技術支持；②彌補傳統人工手段的諸多不足，將研究成果高效整合與轉化，提高工作效率；③使專業人員快速獲取大量空間信息，分析處理復雜環境并可視化展現；④借助數據庫平臺，保存珍貴檔案數據，最大限度地共享文化遺產資源，加深公眾對上海近代公園遺產的認知和理解。

1 上海近代公園數據采集

1.1 數據分類

1.1.1 數據的特點

上海近代公園相關資料涉及多維度的海量數據，這些數據具有如下特點：①多學科，涉及歷史、考古、城市建設、工程技術、文化、藝術、社會、政治、生態環境等；②跨時代，從近現代一直延續到當代；③多維度，包括空中、地表及地下、水上及水下；④多尺度，涉及區域、市域、園域、單體要素；⑤海量化，隨時間和事物的變化，其數據量逐漸遞增，具有海量特征。

1.1.2 數據的內容分類

許多國內外法規準則均對文化遺產信息的內容記錄做了規定。例如《威尼斯憲章》（1964）第16條、《古跡、建筑群和遺址的記錄準則》（1999）、《建筑遺產分析、保護和結構修復準則》（2003）、第三次全國文物普查、《全國重點文物保護單位保護規劃編制要求》（2005）第27條、《中國文物古跡保護準則》（2004）以及相關行業標準等，為本文進行上海近代公園數據分類提供了權威的參考。

上海近代公園作為一類特殊的文化遺產，有別于歷史建筑、歷史街區等其他類型遺產，其信息的記錄有其特殊性。因此，本文在充分借鑒上述國內外相關法規的基礎上，以《中國文物古跡保護準則》和《全國重點文物保護單位保護規劃編制要求》為主要依據，擬定上海近代公園信息記錄的數據內容分類框架，用以指導上海近代公園的背景及現狀調查工作。通過建立開放性的體系，使上海近代公園數據信息能隨時間和事物的變化進行延展和補充。

按照涵蓋的內容，上海近代公園所涉及的數據可分為6大類：歷史資料檔案、現狀環境記錄、文物勘測報告、保護工程報告、監測檢查記錄、使用管理檔案。

1.2 數據采集方式

數據采集是將空間及有關屬性數據輸入計算機的過程。根據是否具有空間屬性作為劃分依據，可將數據分為兩類：一類是文本類數據（歷史檔案、歷史圖片、書籍、論文等）；一類是空間類數據（遙感影像數據、高程數據、矢量數據、地質數據、三維模型數據等）。

1.2.1 文本類數據及其采集方式

文本類數據是最為常見的一類數據，可以通過不同的方式進行采集，如文獻資料收集、現場調研、民間走訪、問卷調查等，最后將收集到的資料進行歸總分類，放入紙質文件夾或錄入掃描到計算機中。以上海近代公園的文獻資料收集為例，其主要來源有：上海市及各區縣的檔案館、圖書館、展覽館、文獻館；高校及科研單位；政府機關及其相應網站；知網、萬方等電子資源數據庫等。

1.2.2 空間類數據及其采集方式

上海近代公園的空間數據來源，包括各種尺度的地形圖、航空影像圖、遙感影像圖，市域不同范圍的行政地圖，各種專題地圖，上海近代公園個案的總平面圖、剖面圖，城市及園林的三維空間模型。通過處理，可從地圖中獲取相應的地形要素數據，主要包括從宏觀到微觀多尺度的數字線劃圖（DLG）、數字柵格圖（DRG）、數字高程模型（DEM）和數字正射影像圖（DOM）。

普通紙質地圖是最廣泛的空間類數據來源之一。地圖數據可以從地圖上用手工、半自動或全自動的方式獲得。根據所應用的方法，以模擬方式描繪的紙質地圖可轉換成數字化的矢量格式或柵格格式。

在某些情況下，現存地圖并不能提供所需的空間數據，而必須由設計單位通過其他渠道獲取。目前有兩類獲取空間數據的辦法，即“地面測量”和“遙感”，也就是野外數據采集的方法。

野外數據采集的流程分為兩大部分：外業數據采集和內業數據整理。進行外業操作的方法主要有：航空攝影測量法、激光掃描法、傾斜攝影法、野外實地測量法。需要選擇的測量設備，常用的有經緯儀、全站儀、GPS設備、3D激光掃描儀等。內業工作主要是進行數據的質量把關，進行初步的編輯和修正，統一規范化控制。例如，在一個GIS系統中，不同比例尺的地圖及不同的地圖投影方法常常混合使用。為了使它們互相兼容，必須將數據轉換成相同的比例尺并采用相同的投影方法。所以，內業整理的部分工作是將不同數據處理成相同的格式。

利用現代勘察測量技術和數據采集技術獲取上海近代公園及周邊環境信息，按照數據采集標準進行規范化處理后進入上海近代公園數據庫。這些數據的比例、格式和數據來源取決于應用的目的。例如，上海近代公園的遙感影像宜采用QuickBird或IKONOS影像，即能達到一個較為滿意的分辨率。

2 上海近代公園信息管理系統設計

2.1 系統架構

2.1.1 基本組成要素

上海近代公園信息管理系統是具有數據采集、管理、分析和表達數據能力的系統，它能夠為上海近代公園遺產價值評價和保護利用提供有用的信息。一個基于數字化技術的上海近代公園信息管理系統包括計算機硬件、軟件、數據（構成數據庫）和用戶四大要素，四者缺一不可。

2.1.2 數據元和元數據

兩者均是信息系統的基本概念。數據元（data element）在特定的語義環境中被認為是不可再分的最小數據單元。元數據是關于數據的數據（data about data），是對數據的說明。《城市基礎地理信息系統技術規范》（CJJ100－2004）中定義元數據（metadata）為“說明數據的內容、質量、狀況和其他有關特征描述的信息”。

數據元是相對固定的，而元數據則依賴于其描述的數據實體，是相對的，當數據元用來描述它的上級組合實體時，就成為實體的元數據。以上海市復興公園基本信息表為例，包含的屬性字段有公園名稱、曾用名、建成時間、公園面積、園林風格等。以上字段屬于描述復興公園基本信息的數據，是它的元數據。與此同時，這些字段有自己的元數據，即描述數據，分別是長度、類型、值域等。

2.1.3 基本體系架構

上海近代公園信息管理系統的體系架構采用數據層、管理層、服務層、應用層4層結構設計（圖1）。

數據層是在數據標準化的基礎上建立數據庫，實現對上海近代公園多源、多時相、多分辨率數據的集成和統一存儲。該信息管理系統的數據層由兩個相互關聯的數據庫組成：①以上海近代公園屬性與其空間位置相關聯的GIS空間信息數據庫；②以上海近代公園原始文件資料為主的圖文影音數據庫。

管理層主要實現服務層與數據庫之間的鏈接與控制，完成對數據庫中數據的定義、維護、訪問和修改，同時管理和滿足服務層的數據請求，包括執行數據的增、刪、改、查、數據導入導出等操作。常見的數據庫管理產品有Microsoft Access、Microsoft SQL Server、Oracle、DB2等。本系統采用ArcGIS 10.2以及Microsoft Access2007完成對上海近代公園信息管理系統的管理和服務操作。

服務層主要提供各種空間信息服務工具，包括對數據層中空間數據的組織管理、查詢檢索，以及空間分析、三維建模與顯示等。通過結構化查詢語言（Structured Query Language，SQL）、ArcGIS下的ArcToolBox、ArcScene/ ArcGlobe以及3Ds MAX/SketchUp完成一系列二維、三維的查詢、分析、建模、顯示等功能需求。

應用層主要為上海近代公園保護相關科研、設計、管理人員和普通公眾提供應用服務，因此分為兩類用戶的應用，即普通客戶端用戶和專業應用客戶端用戶。普通客戶端主要采用B/S（Brower/Server）模式，基于網絡瀏覽器，為用戶提供上海近代公園及保護相關的信息內容；專業應用客戶端用戶則采用C/S（Client/ Server），使用強大的數據處理、空間分析以及地圖制圖等功能，進行遺產價值評價、保護規劃制定、空間分析模擬和輔助決策等。應用層需要ArcGIS Engine以及相關的編程語言（如C++、VB.NET、Java等）進行二次開發。

圖2　Microsoft Access建立的上海市復興公園圖文影音數據庫

2.2 圖文影音數據庫設計

圖文影音數據庫，即原始文件資料匯總整理的檔案庫。把之前數據采集工作獲取的各種關于上海近代公園資料信息的原始文件，通過掃描、拍攝、影印、拓片等方式轉化成電子版本，借助Microsoft Access歸類存檔（圖2）。

原始文件包括文本、位圖、矢量圖、三維模型、視頻、音頻、網站網址7大類（表1）。

上海近代公園圖文影音數據庫的元數據應該包括：①對文件的基本表述，名稱、類型、來源、作者、創建時間/獲取時間；②對文件質量的描述，文件大小、比例尺、精度、分辨率等。在此采用科研型元數據，其主要目標是幫助用戶獲取上海近代公園各種資料的來源及其相關信息，便于用戶可以快速進行瀏覽、檢索，同時減少重復存儲造成的數據冗余。以上海復興公園為例，文件“200907-C1-01 上海市復興公園毛氈花壇總平面圖.dwg”（表2）。

表1　圖文影音數據庫的文件類型分類

表2　矢量圖信息表范例

圖3　上海近代公園GIS空間信息數據庫結構

2.3 GIS空間信息數據庫設計

GIS技術可以輔助設計師和管理者進行上海近代公園的數據管理。通過整合園內及其背景環境的歷史文化資源數據，構建完善、科學的上海近代公園二維、三維GIS空間信息數據庫（圖3）。該數據庫具有將上海近代公園屬性與其空間位置相關聯的優點，包括上海近代公園的全面文字描述，例如上海近代公園的風格、出處、發展歷史等；并且該信息管理數據庫能夠結合到二維地圖和三維空間中，精確地記錄園林及園內要素的二維和三維信息。

2.3.1 二三維數據一體化

當前，傳統的二維GIS已經遠遠不能滿足園林信息管理的需求。三維GIS作為地理信息系統新的發展趨勢，可以提供更多的信息，表現更多的空間關系，同時接近人們的視覺習慣而顯得更加真實。盡管三維GIS跟二維GIS相比具有不可比擬的優勢，但在上海近代公園信息管理系統中還無法完全替代二維GIS的作用。由于二維也有比三維更宏觀、更抽象、更綜合的優點，在部分研究分析中也需要忽略真實細節、呈現關鍵信息，此時二維就可能比三維更合適。

二維和三維GIS各有優點，人們常常希望在一個系統中能夠同時包含二維和三維GIS的功能，或者在原有的二維GIS系統增加三維GIS系統。因此，本文通過ArcMap和ArcScene/ ArcGlobe等軟件，構建了一個二三維協同操作的信息管理系統。

2.3.2 基本構成

無論是二維還是三維GIS數據庫，都是由空間數據庫和屬性數據庫兩個基本數據庫類型構成的。

（1）空間數據庫

空間數據庫中兩種常用的數據模型分別是矢量數據模型和柵格數據模型。空間數據庫存儲了地理空間實體的自身的位置、大小、形狀、方向，以及空間實體之間的幾何關系和拓撲關系。空間關系定義了實體間的地理關系，通常包括：①度量關系，如兩個景觀小品之間的距離遠近、兩棵樹的間距；②延伸關系或方位關系，如建筑與景觀地物之間的相對方位；③拓撲關系，定義了地物之間的連通、鄰接等關系，是GIS分析中最基本的關系，如建筑與院落的從屬關系、植物組團之間的銜接關系、園路節點與園路網絡間的樞紐關系等。

（2）屬性數據庫

本屬性數據庫所建立的數據主要有兩種：一種是以人工或半人工方式輸入的文本數據，例如植物要素表中的年份、植物種類名稱、植物種類數量、樹種比例、數量/面積、植物配置方式、保存狀況等；另一種是在ArcMap中建立空間數據文件時自動生成的屬性數據。第二種屬性數據與一般數據庫中的文本數據的重要區別在于它具有空間標識，即每一個數據總是與某一空間實體相對應的。

在此基礎上，還可通過超媒體（hypermedia）系統，將空間信息數據庫與圖文影音數據庫集成，實現圖片、文本文件、視頻、網站、應用程序等非表狀屬性數據的鏈接。GIS與超媒體進行集成，將大大加強上海近代公園信息管理系統的可擴展性。

3 二維GIS數據庫的具體搭建

3.1 框架體系設計

按照“二維總庫—二維子庫—圖層”的邏輯組成進行劃分，上海市近代公園二維GIS總數據庫由市域和園域兩個子數據庫組成：市域子數據庫從宏觀角度出發，歸納總結全市所有近代公園的基本信息；園域子數據庫詳細記錄每個公園園內具體要素的空間信息。圖層則是依據公園類型、時期年份、園林要素類型的不同進行分類（圖4）。

3.2 市域子數據庫

市域子數據庫收集記錄了全市范圍內所有近代公園的基本信息、發展歷程、相關歷史事件信息以及空間位置信息。

3.2.1 市域空間數據庫的設計

市域子數據庫分為2個Ⅰ級圖層“按公園類型劃分”和“按時期年份劃分”，分別體現了兩種建構思路：同一類型上海近代公園在不同年份的信息分類，不同年份的所有類型上海近代公園的信息分類。

“按公園類型劃分”往下分為4個Ⅱ級圖層：租界公園、華人自建公園、經營性私園和其他類型公園。同時，每種公園類型的圖層按自身發展歷程，選取若干年份作為Ⅲ級圖層。Ⅲ級圖層中的每一個要素代表了某個公園，并且是以點要素（point feature）的數據類型存在于視圖中，這樣可以直觀展現同一類型公園在不同發展階段的空間分布情況（圖5）。

“按時期年份劃分”往下分為若干個Ⅱ級圖層：選取上海近代公園的重要時期年份，展現同一年代所有類型的公園分布狀況。同時，每一年份下又分為2個Ⅲ級圖層：存在、不存。圖層中的每一個要素同樣代表了某個公園，以點要素的數據類型存在。這樣通過開關圖層，可以檢索某個公園在特定年份下是否已存在或者不存在的狀態（圖6）。

由于上海近代公園過去的許多數據已經丟失或者沒有記錄，我們很難收集所有年份的“時間序列數據”③時間序列數據（time series data） 是指含隨著時間連續變化的空間對象的GIS數據。，建立一套時間連續變化的上海近代公園GIS空間信息數據庫。因此，在數據庫的構建上，本文吸收了歷史地理信息系統（Historical Geographic Information System，HGIS）的建構思想，2015年以前采用時間斷面的分析方式，選取在上海近代公園發展中的幾個重要時期年份的“時間斷面數據”④時間斷面數據（time slice data）是指含單一年份的空間對象，或“截取一個時間斷面” 的GIS數據。使用時間斷面數據時，文件中的所有空間對象都共同存在于某一年度。時間序列數據（time series data） 是指含隨著時間連續變化的空間對象的GIS數據。，進行近代公園的發展變遷梳理。從2015年開始，可以逐年對數據庫進行補充更新，構建“時間序列數據”。

3.2.2 市域屬性數據庫的設計

（1）要素屬性表及相應屬性字段

基本信息總表：編號、公園名稱、曾用名、建成時間、公園類型、地址、公園面積、園林風格、管理單位、始建管理單位、始建單位/設計師、保護級別、荒園時間、公園性質、存在/不存（圖7）。

下面以基本信息總表為例，羅列部分屬性字段詳細信息（表3）。

（2）作為超鏈接的屬性表及相應屬性字段

通過超鏈接的方式從外部打開相應的表（圖8）。發展歷程表：編號、歷史時期、歷史階段、公園建設階段、年份、所處地段、用地名稱/別名、用地性質、用地面積、開發單位、管理單位、設計師/設計單位、建造風格、建園/改造構想、實施改造、周邊環境變遷、開放對象、備注（圖9）。歷史事件表：編號、年份、事件名稱、事件地點、組織單位、事件類型、重要歷史人物、事件始末。

圖5　按公園類型劃分的市域子數據庫界面

圖6　按時期年份劃分的市域子數據庫界面

圖7　在市域子數據庫中打開1943年的屬性表

圖8　通過超鏈接把復興公園的外部屬性表與數據庫進行關聯

圖9　通過超鏈接打開復興公園發展歷程表

3.3 園域子數據庫

園域子數據庫指的是各個園林單體不同時期的造園要素信息檔案。下面以復興公園為例進行具體分析。

3.3.1 園域空間數據庫的設計

從初建至今，復興公園的許多歷史數據處于缺失狀態，我們無法建立一套時間連續變化的復興公園園域子數據庫。因此在數據庫的構建上，依然采用與市域子數據庫相同的做法，選取了1925年、1955年、1992年、2009 4個不同年份的“時間斷面數據”，進行復興公園的發展變遷梳理。從2015年開始，可以逐年對數據庫進行補充更新，構建“時間序列數據”（圖10）。

復興公園的園域數據庫按1925年、1955年、1992年、2009年4個不同年份建立了4個Ⅰ級圖層。Ⅰ級圖層往下按照造園要素又分為8個Ⅱ級圖層：建筑、植物、硬質場地、小品、水體、物理邊界、園路、假山。其中，線要素（line feature）有園路、物理邊界；面要素（polygon feature）有建筑、植物、硬質場地、小品、水體、假山。

3.3.2 園域屬性數據庫的設計

由于現狀資料是最容易獲取的，也是最能保證數據的真實和質量，園域屬性表記錄的信息絕大部分是現狀信息，輔以部分的歷史信息（圖11）。與空間數據庫相對應，園域的要素屬性表主要包括了以下幾大類：建筑、小品、植物、硬質場地、水體、物理邊界、園路、假山、古樹名木等。以建筑要素表為例，其屬性字段有：編號、建筑名稱、最初來源方式、最初落成時間、最初園中位置、最初建造風格、最初占地面積、最初建筑面積、最初建筑層數、最初建筑高度、最初類型、最初功能、設計手法、施工工藝、建筑結構、建造材料、保護級別、歷史事件、紀念意義、現狀使用人群、現狀容納活動類型、保存狀況等。

4 三維GIS數據庫的具體搭建

目前雖然有眾多平臺提供三維場景顯示，而且非常逼真，但它們均缺乏三維空間分析功能，缺乏二維矢量圖形跟三維場景的互動，無法滿足設計、科研、管理等需求，因此需要利用ArcGIS下的ArcGlobe、ArcScene、ArcCatalog產品來構建上海近代公園三維GIS數據庫。

通過構建上海近代公園三維GIS數據庫，為規劃設計研究人員、園林管理人員提供一個在可視化環境中探尋上海近代公園的時空演變過程，探究城市變遷下的城園互動關系，探討上海近代公園的規劃和保護以及直觀描繪上海近代公園未來的平臺。

4.1 框架體系設計

本文主要針對園域尺度，即上海近代公園個案，進行三維數據庫的構建。框架體系按照“三維總庫—三維子庫—圖層”的邏輯組成進行劃分。上海近代公園三維GIS總數據庫（圖12）由3個子數據庫構成，分別是：現狀三維園林子庫、歷史三維園林子庫、規劃三維園林子庫。按照《三維地理信息模型數據產品規范》（CH/T 9015—2012）的分類，上海近代公園的圖層應分為7大類：地形要素、建筑要素、園路要素、水系要素、場地要素、植被要素和其他要素（如輔助設施和美化設施）。

圖10　復興公園園域子數據庫界面

圖11　在復興公園園域子數據庫中打開建筑屬性表

圖12　上海近代公園三維GIS數據庫框架

圖13　上海近代公園三維可視化實現的流程

4.2 操作流程

整個實現過程包括以下幾個關鍵步驟：原始數據（空間數據和屬性數據）的獲取和整理，三維建模貼圖以及三維空間數據管理（圖13）。

4.3 三維可視化管理的實現

仍以上海市復興公園為例，詳解三維可視化的實現過程。

4.3.1 數據獲取及整理

二三維數據的一體化可以使得通過數據共享來實現三維數據庫的屬性信息管理。而對于模型空間數據的采集，則可根據不同類型采用不同方式。

（1）現狀三維模型

針對現狀三維模型，主流的三維測繪包括：基于近景和航空攝影測量、三維激光掃描和基于實地外業測量。針對復興公園，2009年同濟大學景觀學系2007級本科生曾進行一次詳細的外業測量。時至今日，公園的整體布局未發生較大改變，但園中的造園要素部分發生了變動，為保證數據的現勢性，在本次三維模型建庫前進行了實地的復查、校正，更新了數據。

（2）歷史三維模型

對缺失的不同時期空間形態、要素進行數字化復原。歷史三維庫的建設擬在反映不同年代上海近代公園整體風貌和造園要素的變遷，選擇有重大變化的時間節點是反映上海近代公園變遷的關鍵。以復興公園為例，從資料收集情況來看，能夠完整全面記錄復興公園變遷歷史的資料并不完善，需要進一步補充。特別是與現狀三維模型數據相比，上海近代公園的三維空間信息獲取相對困難，僅有少量平面圖紙，輔以部分歷史照片及文字記錄。因此，本文僅重點復原了1925年和1992年復興公園的基本面貌。

（3）規劃三維模型

對于不同保護原則的上海近代公園，三維模型制作工藝也不盡相同。對于以修繕維修為主的上海近代公園，規劃三維模型應以現狀三維模型為主，制作主要依據設計方案對現狀三維模型進行局部修改。對于改造為主的上海近代公園，規劃模型制作需結合現狀三維模型和保護規劃總平圖共同制作。

4.3.2 三維建模貼圖

本文采用3Ds MAX進行模型建構。首先，在ArcGIS Desktop中加載復興公園某個年份的平面圖CAD，進行數據格式轉換、圖形和屬性數據編輯處理、精確配準地理坐標，并存入Geodatabase，建立拓撲關系。然后在ArcMap中利用導出CAD工具（ExportCAD），將所需要建模的區域導成CAD格式；在3Ds MAX中建模，進行材質貼圖，并根據圖層分別導出3Ds格式的各要素模型。最后利用Import 3D Files將文件轉換成MultiPatch（*.mdb）格式，保存入Geodatabase數據庫。

4.3.3 三維空間數據管理

對于ArcGIS而言，創建三維場景跟創建二維場景類似，需要將獲取的幾類數據，如影像數據、矢量數據、地形數據、文本數據、模型數據等，進行相應的編輯、格式轉換以及地理配準之后，加載到三維GIS數據庫中。在應用方面，三維GIS提供了常用的三維瀏覽、信息查詢、空間測量、可視性分析、表面分析、天際線等功能。

5 應用展望

在進行遺產價值評價之前，需要對上海近代公園有一個整體全面的價值認知。因此，本文在上海近代公園信息管理系統的基礎之上，從源流譜系、時空演變、城園互動3個層面出發，構建上海近代公園的整體圖景，展望如何應用GIS技術和信息管理系統認知上海近代公園的遺產價值。

5.1 源流譜系梳理

基于上海近代公園信息管理系統的建立與完善，梳理上海近代公園的圖文資料，為發掘、登錄、保護、利用上海近代公園遺存提供可依據的基礎資料；借助GIS提供的多種信息檢索查詢功能以及屬性表的關聯和連接，運用譜系學的理論方法，研究上海近代公園總體特征及演化脈絡，梳理設計的風格和思想流變及時空交織關系，建構上海近代公園的“風格”和“思想”譜系，并綜合兩者獲得整體演變的綜合圖譜。

5.2 時空演變模擬

借鑒“時空GIS”的理念，通過處理時態數據⑤時態數據可視化是按照時間順序展示地理數據隨時間變化的趨勢。ArcGIS 10實現了時態數據的有效存儲，提供了時空數據的可視化界面。可以通過“時間滑塊”工具瀏覽時態數據、創建時間動畫，利用“追蹤分析”功能創建追蹤圖層，以及利用“數據圓環圖”對時態數據進行分析。，展現上海近代公園的演變軌跡，揭示內在的發展規律。選取上海近代公園典型案例，以GIS技術為主，輔以VR技術、三維建模技術等建立公園個案空間模型，對缺失的不同時期空間形態、要素進行數字化復原。以時間為軸，通過與Web的集成，鏈接聲音、照片、遙感影像、視頻動畫，對園林空間模型進行全方位虛擬。在此基礎上，闡明在西方近代園林技術、制度、觀念的影響下以及近代民眾思想轉變下，上海近代公園內部空間結合功能變化的演進過程，分析、提煉其所呈現的典型空間特征，為價值認知提供更為直觀的依據。

5.3 城園互動分析

借助GIS、VR等技術研究近代公園和城市空間在不同尺度（市域—園域）下的互動關系，探究上海公園與上海近代的社會政治、文化藝術、城市發展等多種因素的相互影響和作用，從城市空間的角度剖析近代公園的遺產價值所在。具體將歷史地理信息系統“時間+空間+事件”的概念融入城園互動分析當中。市域層面上，可以模擬一個完整連續時期下，不同年份上海近代公園的發展歷程，以及歷史事件對不同類型近代公園發展變遷的影響；研究上海華界—租界雙城模式，以及晚清—民國多重權力下的公園發展與分布格局，描繪上海公園以租界為基點輻射至全城的發展規律。園域層面上，由于近代上海城市空間形態懸殊，破碎化嚴重，在對上海城市空間進行類型學劃分的基礎上，運用GIS技術，結合三維模型，對上海近代公園邊界、內部及外部空間的通視性、可達性進行定量分析，研究公園空間界面與城市公共空間的交互關系。

參考文獻References

[1]朱鈞珍. 中國近代園林史（上篇）[M].北京：中國建筑工業出版社，2012. ZHU Junzhen. History of modern gardens in China[M]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2012.

[2]周向頻，陳喆華.上海公園設計史略[M].上海：同濟大學出版社，2009. ZHOU Xiangpin, CHEN Zhenhua. Brief history of park design in Shanghai[M]. Shanghai: Tongji University Press, 2009.

[3]張松.歷史城市保護學導論：文化遺產和歷史環境保護的一種整體性方法[M].上海: 同濟大學出版社，2008. ZHANG Song. Introduction to integrated conservation: a way for the protection of cultural heritage and historic environment[M]. Shanghai: Tongji University Press, 2008.

[4]王紹增.上海租界園林[D].北京林業大學碩士論文，1982. WANG Shaozeng. Concession gardens in Shanghai[D]. The Dissertation for Master Degree of Beijing Forestry University, 1982.

[5]保羅·鮑克斯. 地理信息系統與文化資源管理：歷史遺產管理人員手冊[M].南京：東南大學出版社，2001. Paul Box. GIS and cultural resource management:a manual for heritage managers[M]. Nanjing：Southeast University Press, 2001.

[6]毛峰，周文生，黃健熙.空間信息技術在京杭大運河文化遺產保護中的應用[M]. 北京：科學出版社，2011. MAO Feng, ZHOU Wensheng, HUANG Jianxi. Applying spatial information technology in Jinghang canal heritage protection[M]. Beijing: Science Press, 2011.

[7]吳蔥，梁哲. 建筑遺產測繪記錄中的信息管理問題[J]. 建筑學報，2007（5）：12-14. WU Cong, LIANG Zhe. Information management problems about surveying and recording in building heritage[J].Architectural Journal, 2007(5):12-14.

[8]宋小冬，鈕心毅. 城市規劃中GIS應用歷程與趨勢——中美差異及展望[J]. 城市規劃，2010（10）：23-29. SONG Xiaodong, NIU Xinyi. History and trends of GISapplication in urban planning:a sino-US comparison and prospect[J]. City Planning Review, 2010(10):23-29.

[9]岳峰，戴菲，賈行飛. 中國風景園林規劃設計領域GIS的應用研究進展[J].風景園林，2014（4）：47-52. YUE Feng, DAI Fei, JIA Xingfei. Application research of GIS in China's landscape architecture planningand design[J].Landscape Architecture, 2014(4):47-52.

[10]李揚，馮學兵，賈光軍等. 面向四合院保護規劃研究的三維地理信息系統設計與實現[J]. 測繪通報，2014（3）：114-117. LI Yang, FENG Xuebing, JIA Guangjun, et al. Design and development of 3D GIS facing the courtyard protection planning[J].Bulletin of Surveying and Mapping, 2014(3):114-117.

[11]周向頻，劉曦婷. 遺產保護視角下的中國近代公共園林譜系研究：方法與應用[J]. 風景園林，2014 （4）：60-65. ZHOU Xiangpin, LIU Xiting. Genealogical study of Chinese modern public gardens from the perspective of heritage protection: Methods and application[J]. Landscape Architecture, 2014(4):60-65.

Construction of Information Management System and 3D Visualization for Modern Public Gardens in Shanghai

周向頻 李劭杰

摘 要在快速的城市化發展及緊迫的遺產保護背景下，上海近代公園的改造更新必須要有科學的依據。上海近代公園的信息管理作為一項基礎性工作，是開展遺產評價和保護工作的第一步，但卻一直處于缺失狀態。提出運用GIS技術、數據庫技術建立上海近代公園信息管理系統的思路，搭建圖文影音數據庫和二三維GIS空間信息數據庫。其中，二維GIS空間信息數據庫又分為市域、園域兩個子數據庫。在實現信息有效管理的基礎上，從二三維數據一體化的角度出發，建立上海近代公園三維GIS數據庫，實現三維可視化，為規劃設計、科研、管理人員提供了一個在三維環境中進行上海近代公園整體圖景遺產價值認知的有效途徑。

AbstractUnder the rapid urbanization and the urgent heritage conservation in China, there must be a scientific basis for the renovation of modern public gardens in Shanghai. As a fundamental work, the information management for modern public gardens in Shanghai remained unfilled. Using the technologies of GIS and database, this paper presents a way of establishing information management system for modern public gardens in Shanghai, which includes graphic-video database and 2D&3D GIS spatial information databases. Among them, 2D-GIS spatial information database consists of two sub-databases at city and garden levels. Meanwhile, on the basis of effective management of information, from the perspective of the integration of 2D&3D data, 3D-GIS spatial information database realizes 3D visualization, offering an effective approach to the recognition of heritage values of modern public gardens in Shanghai for designers, scientific researchers and administrators.

關 鍵 詞近代公園 | 20世紀遺產 | 信息管理系統 | 三維可視化 | 上海

KeywordsModern public gardens | The 20th century heritage | Information management system | 3D visualization | Shanghai

*基金項目：上海市社科基金項目“上海近代公共園林空間演變研究”（批準號：2014JG008-BLS1321）。

作者簡介

文章編號1673-8985（2016）02-0064-08

中圖分類號TU981

文獻標識碼A