基于空間層面的GIS技術在景觀設計中的應用研究

摘要：隨著科技的進步，越來越多的新興技術被應用到景觀設計領域。空間層面的數據收集分析一直是景觀設計重點關注的問題，空間數據采集具有人工耗時長、現場環境復雜、施工成本大等難點，而GIS技術憑借其強大的功能在眾多設計科技的應用中突出重圍。GIS技術具有綜合性和實用性的特點，相較于傳統的二維制圖，其能通過電子數據幫助景觀設計師更加便捷、快速地模擬三維空間，還原場地現狀，進行場地綜合分析。因具有極強的數據處理能力，GIS技術在景觀設計中的應用愈發廣泛和深入，如今GIS技術對景觀設計起著重要作用。本文主要闡述景觀設計領域中基于空間層面的GIS技術的發展過程、應用、特點以及未來趨勢，并提出有助于其發展的相關建議。

關鍵詞：GIS應用;景觀設計;地理信息系統;應用

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1004-9436（2021）17-0-03

1 GIS技術及其發展歷程

地理信息系統也被稱為GIS系統，是集地理學、城市科學、計算機科學、信息科學和空間科學等為一體的多學科交叉發展的新興學科。景觀設計師在設計初期需要對場地的原始位置、經緯度、高度、地質密度、坡度等進行測量，收集的環境信息包括日照時長、降雨量、天氣、風向等。單憑人工收集以上相關數據，時間成本巨大，已經無法滿足現代社會的景觀建設發展需求。而收集這類數據是前期分析的必要條件，景觀設計應該因地制宜，如做不好前期分析，景觀設計出來的成品也會因不適應性而降低所發揮的效能和施工企業的后期收益。在景觀設計領域，如果一個景觀成品不被人們接受和使用，就會違背景觀設計師的初衷，也會對社會效益造成影響。GIS技術的出現為這一問題的解決提供了幫助。GIS技術擁有空間數據處理與分析功能，可以將得到的景觀現場勘測數據導入系統中進行分析，形成數據可視化表達并且制作相關圖冊，以供景觀設計師對現場進行評估。整個過程方便快捷，并且前期的數據可以得到保留，還可以在原有數據的基礎上不斷更新。

GIS技術順應時代需求而生，根據各個時期的不同特性，可將其發展歷程分為3個階段，分別是啟蒙期、醞釀期、繁盛期。

1994—2003年為啟蒙期。這個時期的景觀設計行業處于發展期，數據收集采用的還是傳統的人工勘測方法，只有少部分景觀設計需要借助計算機設備。景觀方案從設計到定稿再到最終實施的周期長，GIS技術也處于發展初期，尚不成熟，研究范圍較窄，此時期主要有景觀空間格局分析、可達性分析等傳統領域的內容。這一時期的研究數量較少，內容多為具體案例和國外研究進展的介紹。

2004—2008年為醞釀期。這一時期研究開始呈現多元化發展，人們對生活品質有了更高的追求，對生活環境作出審視，期望得到更好的生活空間。景觀設計遍地開花，景觀行業蓬勃發展，對GIS的需求增加，這也成為推動GIS技術發展的重要原因。

2009年至今為繁盛期。這一時期，GIS持續完善相關功能，不斷創造新的模型和數據收集方法，景觀設計對GIS的運用愈發成熟。傳統領域用地適宜性評價和可達性分析經過醞釀期的發展而達到強盛，制圖技術更加精湛，畫面優美，可容納的數據量更多，生態敏感性評價和景觀成像穩步發展，地理設計的方法應用開始出現。GIS技術可用于研究的領域持續增多，在傳統領域如可達性分析和用地適宜性評價方面持續發展，研究內容的廣度和深度都在不斷延伸，GIS三維功能還在進一步探索中。

2 GIS技術在景觀設計中的應用

2.1 用地適宜性

景觀設計前期要仔細考慮周邊的自然環境與人工建筑的搭配能否貼合景觀的設計風格。一般來說，用地的測量數據包括地質結構、大小、形狀等，傳統測量方式耗費時間長，數據測量精確度誤差也會更大，若出現測量數據存誤的情況再去現場測量，則會增加施工單位的人工成本、物力成本。運用GIS技術可以避免這一問題的出現，一般先對選址場地的各項數據進行收集，之后將收集到的環境數據導入GIS軟件，再創建與施工選址場地高度一致的地形模型圖，景觀設計師會運用計算機對得到的地形模型圖進行分析，發現可能影響施工與園林美觀度的綜合因素，還可及時發現用地適宜性、可達性方面的問題，保證施工質量。

2.2 可達性分析

簡單來說，可達性可以理解為一個點到另外一個點的容易程度，其包含意義非常廣泛。在景觀設計領域，GIS對可達性的分析集中在空間層面，GIS有強大的空間數據庫，已有的空間數據信息也可以根據現有的數據信息更新迭代，通過信息共享，得到設計項目地塊的各項數據。利用GIS建立的模型，分析交通可達性，設計場地可達性越高，運輸成本、資金成本就會相應降低，施工工期就會縮短，施工效率也會提高，進而使施工品質得到保障。在景觀設計中，可達性會極大地影響場地的實際效益。將可達性作為重要指標，可達性越高，企業盈利便會呈現正相關的函數關系。因此，在方案設計前期，景觀設計師用GIS技術對項目地塊周圍交通、人流情況、場地輻射范圍等大量數據進行分析后，可為該地塊功能劃分、道路交通規劃、基礎服務設施規劃等提供合理的指導。

2.3 三維景觀建模

傳統的二維制圖方式往往只分平面、立面，景觀設計師只能從固定視角觀察規劃成果，更無法讓其他人參與其中，獲得身臨其境的感受[1]。而且傳統的二維平面制圖效率低、耗時長，已經難以適應當今社會快速變化的現代園林景觀需求。與之相比，GIS技術中三維模型的構建可以解決以往景觀設計采用平面圖的方式無法滿足現實需要的問題，因其可以切換除平面、立面之外的視角，還提供了符合人眼的透視角度及縱覽全景的鳥瞰角度，在三維模型中還可自由伸縮不同距離，以觀察場景之間的尺度是否適宜，并作出相應調整。由于三維景觀模型不需要物質構建，只需要計算機設備運行操作，景觀設計師可以實現多方案設計，并從中選擇最佳方案以達到有限資金下景觀項目成果效益的最大化。此技術通過GIS中的三維場景模擬實現，實時虛擬呈現電子圖像的效果，讓人在數字環境下對地形及地塊氛圍有更直觀的觀察與了解，還可以通過GIS的景觀圖像渲染與動畫制作等對方案進行預覽。具體實現流程如下圖所示。

2.4 工程可達性

工程可達性是判斷景觀方案能否落地的重要指標，這里主要考慮的是交通運輸成本。施工會涉及大量施工材料與人員的運輸，為了節省運輸成本以及縮短工期，景觀設計師需要合理設置運輸線路，為施工方預留便捷的交通區域。由于項目成本管理是經濟效益的源泉，如何把施工成本降低到滿意的地步，提高施工效益是施工企業密切關注的問題，為了達到好的工程收益，成本估算和采取合理的成本控制方案都是施工企業在正式施工前需要考慮的。

3 GIS技術前沿

3.1 城市用地變化及城市化

城市化進程的加快使城市整體物理環境發生了不同程度的改變，這種改變會影響城市氣象與環境，而氣候環境是一個城市最顯著的生態特征，其產生的變化會影響居民在城市空間中的生活舒適度以及城市環境衛生，甚至限制著城市發展。GIS技術能夠同步監控城市用地變化，預測未來城市發展趨向。

3.2 景觀評價工具

通過景觀評價可以對景觀產生的效益有更明確的認識，相關景觀評價指標有空間可達性、空間使用率、綠帶景觀效能等，可利用GIS對設計場地的交通可選擇范圍、安全性、方便程度作出評測，能夠讓人直觀地觀察到景觀地效益點以及產生效益的原因。GIS技術已成為城市結構與空間規劃的依據之一，其極強的功能使得景觀評價更易實現。

4 GIS技術的綜合特點

4.1 GIS的優勢

GIS最顯著的特性就是具有強大的實用性和綜合性，并且運行穩定、可靠，擁有極強的對場地數據進行處理與分析的能力。將各類數據信息與圖像信息結合在一起，可模擬場地真實場景，使得設計方案更好地與周圍環境相適應，幫助景觀設計師在空間層面設計場地時實時提取數據，利用已有數據判斷設計規劃的合理性。不僅如此，GIS技術可將復雜的設計規劃中的決策與管理問題簡單精確化，因為GIS可以根據地理信息數據構建地理數據模型，使風景園林設計有可以依照的參考標準。在景觀設計領域，GIS是不可或缺的。

4.2 GIS存在的問題

4.2.1 數據安全問題

隨著地理信息數據共享的普及，未來社會朝著信息共享膨脹式發展。目前，空間數據庫儲存著大量空間信息，但由于數據庫管理人員對數據庫管理不規范不熟悉，國內數據庫存在一定的安全隱患，信息共享與信息泄露的界限不清，再加之相關人員對數據安全問題的重視程度不夠，如何正確處理信息共享的界限還是需要深思和解決的問題。

4.2.2 技術交流較差問題

發達國家對GIS軟件的研發和使用早于我國，經過長時間的應用與總結提升，使用其輔助設計和施工的流程已經相當完善，在技術層面領先于我國。由于GIS技術在我國應用和普及都較晚，工程項目實際案例的數據還在積累中，我國缺乏與發達國家就GIS技術應用的相關交流，不利于提升GIS技術應用水平。因此，應重視對國產GIS軟件的開發，投入更多精力與資金支持，使其軟件本土化，方便國內從業人員使用，從而使數據更加精確，進而提高我國景觀設計的適配度。

4.2.3 缺乏技術人員問題

高效應用GIS并從中獲益的前提是深度學習并且熟練掌握這種新型技術。先進的工具需要在懂得使用的優秀專業人員手上才能發揮作用。國內市場對GIS技術人員的需求是十分龐大的，而我國應用GIS軟件的時間較晚，景觀設計領域能夠熟練使用GIS軟件的技術人員較少，會使用GIS的技術人員供不應求，且人員質量有待提升。目前，大多從業人員應用GIS軟件進行景觀設計還集中在二維出圖方面，當有更復雜的施工需求時，習慣使用傳統制圖方式的從業人員由于對GIS技術不了解，不會操作相關軟件，無法滿足使用需求。因此，為促進我國GIS技術的發展，景觀設計企業應該開設相關課程，對從業人員進行技術培訓，以適應制圖需求。

5 GIS技術未來發展趨勢

5.1 學科交叉發展

如今，GIS技術的應用除了有地理學、信息科學、城鄉規劃、測繪工程學科的內容外，還延伸到了系統科學與工程、土地資源管理等學科。學科內容相互貫通，GIS的功能和可覆蓋范圍變廣。GIS可以提升景觀生態領域中人類活動與自然環境參數占比結果的準確性。當前，景觀生態結構構想呈現出多學科多維度的現象，完善GIS技術需要完善多學科理論，未來GIS將呈現學科交叉發展的趨勢。

5.2 景觀可視化

運用GIS可以實現景觀可視化，將現實場景相關數據錄入GIS可以得到電子三維圖像[2]，所得圖像經過渲染，畫面細膩絢麗。但渲染過程對計算機設備有較高的要求，若進一步提升渲染技術水平，景觀可視化能夠讓設計師作出更加合理的決策，并縮減決策時間，節省成本。

6 結語

目前，在我國景觀設計領域，GIS技術常用于對設計場地空間進行模擬以及對場地數據進行提取和分析，但是我國GIS技術還存在數據安全、資金不足以及相關技術人員缺乏等問題。因此，應鼓勵相關公司加大資金投入，促進GIS功能本土化研發，鼓勵相關從業人員學習技術，培養能夠應對多種復雜情況的專業人才。從對景觀格局、用地分析等相關應用的初步探索到廣泛開展實證研究，GIS功能與應用持續創新。GIS技術在景觀設計領域的融入，使規劃設計科學合理化、規劃布局可視化。充分運用這一技術可以提升景觀設計的科學性、藝術性、實用性，對提升景觀設計的合理性也有很大的作用。未來GIS的發展復雜化，在景觀設計中可更多用于實地勘測，而虛擬現實技術的應用也將提升景觀設計的可能性與創新性。

參考文獻：

[1] 毛健，蘇笛.基于ArcGlobe的城市三維GIS研究與實現[J].安徽農業科學，2012，40（1）：237-239.

[2] 戴菲，姜佳怡，楊波. GIS在國外風景園林領域研究前沿[J].中國園林，2017，33（8）：52-58.

作者簡介：李慶媛（1996—），女，貴州畢節人，碩士在讀，研究方向：景觀敘事。