地理信息系統(tǒng)在景觀地形設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

王 琦 周李曄 王江博

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

0 前言

ArcGIS 本身作為科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合的一種產(chǎn)物，在歷經(jīng)了漫長的發(fā)展與演變，在目前的景觀設(shè)計(jì)學(xué)、西方生態(tài)學(xué)等許多方向受到了普遍認(rèn)可，也被應(yīng)用在很多領(lǐng)域中，發(fā)揮出非常大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。但是相較于國外，國內(nèi)的ArcGIS 在景觀中的應(yīng)用和發(fā)展的力度和進(jìn)度卻并不太好。20 世紀(jì)80 年代至今，我國的ArcGIS 技術(shù)經(jīng)歷了初期發(fā)展期、飛速發(fā)展期以及繁盛期[2]。2008 年以來，國內(nèi)的ArcGIS 有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是，中國的ArcGIS 技術(shù)在發(fā)展與應(yīng)用方面還不成熟，還存在比較大的空間去完善和推廣。

目前我國景觀中有關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用一般分為兩種：其中一種是把景觀設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為重點(diǎn)和地形研究應(yīng)用方面的地理信息系統(tǒng)技術(shù)，即ArcGIS 軟件系統(tǒng)，另一種是把建立景觀設(shè)計(jì)模型和效果展示、應(yīng)用作為重點(diǎn)的一般意義上的圖像處理軟件，比如PS、CAD、SU 和LU[3]。為了彌補(bǔ)景觀設(shè)計(jì)過程中前期分析基礎(chǔ)資料不充足的缺點(diǎn)，使景觀設(shè)計(jì)更具規(guī)范、合理與科學(xué)性，提出直接將ArcGIS 前期分析應(yīng)用于景觀中，采用ArcGIS 技術(shù)將所設(shè)計(jì)區(qū)域的數(shù)字化高程模型建立起來[4]，進(jìn)而使用這一模型分析自然條件，比如坡向、坡度、光照、土質(zhì)、環(huán)境等，以不同的分析類型及分析結(jié)果為依據(jù)對地形進(jìn)行分類與整理，使景觀設(shè)計(jì)師在構(gòu)思方案之前就充分了解了場地目前的基本狀況，使得設(shè)計(jì)過程有理有據(jù)，從而提高所設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量[5]。

1 ArcGIS 在景觀地形設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

1.1 場地可視化

地形地勢的處理是地形設(shè)計(jì)種最復(fù)雜、最重要的問題。由于地形環(huán)境多變，景觀設(shè)計(jì)師在對景觀林進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析時(shí)往往會(huì)面臨很多困難，這也需要他們具有更高的綜合分析能力，在豎向規(guī)劃場地時(shí)提供了非常大的空間待其發(fā)揮[6]。ArcGIS 系統(tǒng)可以建立一個(gè)可視化平臺(tái)供景觀設(shè)計(jì)師使用，生動(dòng)地將景觀地形等真實(shí)狀況顯示出來，還可以把分析的視線和地勢地形等內(nèi)容存儲(chǔ)為圖表或數(shù)據(jù)，以便于設(shè)計(jì)人員隨時(shí)查閱[7]。

ArcGIS 的可視化功能夠幫助景觀設(shè)計(jì)師在需要時(shí)及時(shí)查看地形空間，使其高效、定量地評(píng)估方案所達(dá)到的效果。直觀、便捷且真實(shí)，是進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)時(shí)必需的工具，其在分析三維數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確度、對學(xué)科進(jìn)行分類、對景觀效果進(jìn)行預(yù)測和改進(jìn)等方面都比其他技術(shù)好很多。

1.2 布局規(guī)劃科學(xué)化

傳統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要進(jìn)行定性和定量分析，完成這樣一個(gè)方案設(shè)計(jì)靠的主要是景觀設(shè)計(jì)師的專業(yè)知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)，其個(gè)人喜好與經(jīng)驗(yàn)匯兌方案的設(shè)計(jì)產(chǎn)生比較大的影響，尤其是在設(shè)計(jì)地形時(shí)，一旦出現(xiàn)復(fù)雜的情況，以往的分析與布局方法已經(jīng)不能精確地分析地形了。為了開展定性分析，使設(shè)計(jì)的方案更加完善，在二維尺度內(nèi)進(jìn)行的三維尺度內(nèi)的設(shè)計(jì)是層次較低的地形設(shè)計(jì)；在地理信息系統(tǒng)中開展的地形設(shè)計(jì)以三維模型為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的成果不僅需要滿足方案設(shè)計(jì)要求，更重要的是將生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益考慮進(jìn)去進(jìn)行地形的設(shè)計(jì)，從而保證發(fā)展可持續(xù)化。

1.3 三維空間動(dòng)態(tài)化

ArcGIS 在三維模擬、綠地監(jiān)測、空間分析、景觀設(shè)計(jì)等方面具有較大的應(yīng)用潛力，在三維空間中開展動(dòng)態(tài)模擬擴(kuò)大了景觀設(shè)計(jì)的范圍，所設(shè)計(jì)的方案科學(xué)性很高[8]。在進(jìn)行三維模擬時(shí)，ArcGIS 不能單獨(dú)使用，需要同時(shí)配合使用其他矢量設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)地形時(shí)，Sketch-Up 和Auto-CAD 是經(jīng)常被使用的軟件。在地形處理過程中，人們經(jīng)常使用Auto-CAD 處理平面圖元信息和它們相互之間的位置關(guān)系，經(jīng)常被用于二維空間中，一般情況下，其使用的圖元信息的構(gòu)成元素一般是點(diǎn)、線、面；而Sketch-Up 的用途是在Auto-CAD 處理完成的二維圖像后進(jìn)一步建立三維模型并進(jìn)行展示，用三維空間將圖元間的體量和立面之間的關(guān)系與位置進(jìn)行表達(dá)，一般情況下，其使用的圖元信息的構(gòu)成元素一般是點(diǎn)、線、面、體，主要進(jìn)行效果展示，但是不能開展定量分析。

2 ArcGIS 在景觀地形設(shè)計(jì)中的分析應(yīng)用

2.1 地形地勢分析

在進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)時(shí)，土地是其承載者。設(shè)計(jì)改造規(guī)劃區(qū)域時(shí)，一定要先分析地形地勢，這樣才能使原有自然生態(tài)系統(tǒng)受到人參與的影響最小，特別是在原始地形地貌特別繁雜時(shí)[9]。為了確保整個(gè)方案的準(zhǔn)確性與合理性，可以對基本的地理信息分析圖進(jìn)行繪制，讓景觀設(shè)計(jì)師對整體方案能了解地更加直觀。

2.2 景觀視覺分析

景觀設(shè)計(jì)中視覺享受是要重點(diǎn)考慮的要素，根據(jù)游客自身直接的視覺感受，同時(shí)分析視線視點(diǎn)的通透性、可視范圍及其他環(huán)境因素，獲得公園整體可視域。為了順利進(jìn)行項(xiàng)目，一般會(huì)精確計(jì)算節(jié)點(diǎn)可視域范圍，既要保證景觀有一個(gè)最大的可視面，還要保證有一個(gè)最好的空間尺度感，這就對景觀設(shè)計(jì)師提出充分了解當(dāng)前實(shí)際的地形信息的要求，避免起伏變化的地形地勢遮擋視線。為了得出符合情況的景觀可視域，需要在ArcMap 中分析視點(diǎn)可視范圍及空間通透性。

2.3 地形的三維可視化展示

ArcGIS 的另外一個(gè)強(qiáng)大功能是三維可視化，歷來的景觀設(shè)計(jì)中，二維平面圖是地形處理的主要方式，地形的三維空間都是通過二維平面的等高線信息來表示的，這就要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的人員必須要有很強(qiáng)的空間想象能力，能夠利用平面等高線上的這些數(shù)據(jù)信息想象出地形的三維架構(gòu)，最后再對其進(jìn)行分析計(jì)算。但是Z 軸信息的缺失，使得設(shè)計(jì)人員僅依靠自己的經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)來分析地形所得結(jié)果出現(xiàn)一些差異。憑借ArcGIS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的三維模擬技術(shù)，可以在設(shè)計(jì)師面前將地形信息用三維視圖的方式顯示出來，在從多種角度觀察地形起伏的同時(shí)，還能隨時(shí)切換地形設(shè)計(jì)的二維和三維空間。

3 結(jié)論

在分析地形地勢時(shí)，我們能夠根據(jù)對山體陰影、高程、坡向、坡度等的研究結(jié)果，快速精確地獲得我們想要的數(shù)據(jù)，這在提供技術(shù)手段和科學(xué)依據(jù)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)的同時(shí)。還能讓我們在很短的時(shí)間內(nèi)成功繪制出地形的剖面圖，也使得我們可以更方便快捷地進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)。同時(shí)，ArcGIS 還能夠通過分析視點(diǎn)可視域和空間通透性，將某個(gè)視點(diǎn)的可視域范圍圖繪制出來，使布置景點(diǎn)更具科學(xué)性。最后，還可以開展對相對應(yīng)坡度與可視域面積的分析獲得陽性及半陽性區(qū)域；在展示三維模型時(shí)，ArcGIS 可以迅速精確地展示出三維模型的形式的高程數(shù)據(jù)，這種直觀的地形模型成為設(shè)計(jì)師進(jìn)行地形分析的一種參考。