鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計研究

毛 穎

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421005）

鄉(xiāng)村景觀設(shè)計是對鄉(xiāng)村地區(qū)自然環(huán)境和人文特色進行整體規(guī)劃和設(shè)計的過程，旨在實現(xiàn)人與自然的和諧共生，提升鄉(xiāng)村地區(qū)的生活質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展水平。多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計是鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中的重要組成部分，通過合理規(guī)劃和布局綠地系統(tǒng)，可充分發(fā)揮其在社會、環(huán)境和經(jīng)濟方面的多重功能[1]。合理規(guī)劃和布局綠地系統(tǒng)，可以創(chuàng)造鄉(xiāng)村綠地系統(tǒng)多樣化的用途和功能，滿足不同人群的需求并增強鄉(xiāng)村的可持續(xù)性發(fā)展。在進行多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，GIS技術(shù)發(fā)揮了重要作用。該文基于GIS技術(shù)對鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計進行研究，運用GIS技術(shù)整理鄉(xiāng)村地理信息數(shù)據(jù)，分析了鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中的綠地需求、可達性、緩沖區(qū)以及空間插值等技術(shù)手段，衡量了鄉(xiāng)村居民在特定條件下到達目標地點的便利程度，并探討了如何運用相關(guān)技術(shù)進行綠地系統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)化和布局，為鄉(xiāng)村綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。以期實現(xiàn)鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃的有效、持續(xù)發(fā)展，不斷提高鄉(xiāng)村居民的生活質(zhì)量。

1 基于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方法

基于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方法結(jié)合了GIS技術(shù)的應(yīng)用，通過收集、整理和分析地理空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)科學(xué)、精確地規(guī)劃與布局[2]。通過將GIS技術(shù)應(yīng)用于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中，可以提供科學(xué)、精確的空間數(shù)據(jù)分析和決策支持，促進鄉(xiāng)村地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和，提升景觀設(shè)計質(zhì)量。基于GIS技術(shù)的多功能綠地系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)流程方法如圖1所示。

GIS技術(shù)具有強大的空間分析、數(shù)據(jù)管理和可視化功能，可以評估鄉(xiāng)村特色、生態(tài)環(huán)境和社區(qū)需求，促進綠地系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。利用GIS技術(shù)可以分析鄉(xiāng)村綠地需求、空間分布，并進行緩沖區(qū)分析以及沖突分析等，從而確定基于鄉(xiāng)村景觀的最佳綠地規(guī)劃方案[3]。同時，GIS技術(shù)還可以進行空間優(yōu)化和決策支持，通過模擬和優(yōu)化算法，確保綠地系統(tǒng)具有最佳配置。這種基于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計方法結(jié)合了科學(xué)、技術(shù)和人文因素，為鄉(xiāng)村地區(qū)提供規(guī)劃與設(shè)計方案，促進鄉(xiāng)村的可持續(xù)發(fā)展，提升景觀設(shè)計的質(zhì)量。

2 基于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)收集與整理

在基于鄉(xiāng)村景觀設(shè)計的多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃中，GIS（地理信息系統(tǒng)）發(fā)揮了重要的作用，采用GIS技術(shù)可以高效地對相關(guān)地理空間數(shù)據(jù)進行收集與整理。GIS數(shù)據(jù)收集整理流程如圖2所示。

圖2 GIS數(shù)據(jù)采集流程圖

由圖2可知，GIS在數(shù)據(jù)采集構(gòu)成中，通過獲取地形數(shù)據(jù)、土地利用、人口數(shù)據(jù)以及交通網(wǎng)絡(luò)等信息，對收集圖像進行投影轉(zhuǎn)換，可確保數(shù)據(jù)的一致性和準確性。在投影轉(zhuǎn)換過程中，首先需要設(shè)置坐標系統(tǒng)，其次配置投影參數(shù)，最后進行中投影轉(zhuǎn)換。若轉(zhuǎn)換結(jié)果復(fù)合預(yù)期，則對其命名進行規(guī)范。將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的GIS數(shù)據(jù)庫中，可確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性，滿足規(guī)劃需求[4]。最后，利用GIS工具進行空間和屬性查詢，根據(jù)需要篩選和提取所需的數(shù)據(jù)子集，可快速獲取特定條件下的數(shù)據(jù)，滿足規(guī)劃設(shè)計的要求。在進行數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)期間，會涉及距離計算、面積計算以及空間插值等問題。在GIS數(shù)據(jù)收集期間，采用歐幾里得距離（Euclidean distance）可衡量2個點間的直線距離。其計算如公式（1）所示。

式中：（x2-x1）和（y2-y1）是2個點的坐標。

將坐標差的平方和相加，再取平方根，就可以計算兩點間的歐幾里得距離。該公式可以用于計算點與點間的相似性、聚類分析以及路徑規(guī)劃等任務(wù)，對基于空間位置的問題具有重要的意義。對多邊形面積進行計算，如公式（2）所示。

式中：A為多邊形的面積，（x[i]，y[i]）是多邊形的頂點坐標。求和符號Σ為對多邊形的所有頂點進行循環(huán)求和，i從0到n-1，n是多邊形的頂點數(shù)量。

該公式通過將多邊形分割為一系列的梯形，計算每個梯形的面積并求和得到多邊形的總面積。每個梯形的面積通過底邊的長度和高度計算得出，其中，底邊長度是2個相鄰頂點的橫坐標差值，高度是底邊2個頂點的縱坐標之和，面積為正為多邊形為順時針方向，面積為負為多邊形為逆時針方向。通過計算多邊形面積，可以量化鄉(xiāng)村綠地規(guī)劃地理空間中的區(qū)域大小關(guān)系，有助于確定綠地的布局和規(guī)模，合理分配資源，保護生態(tài)環(huán)境，提升鄉(xiāng)村地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展能力。同時，利用其他空間分析和評估工具可以進行鄉(xiāng)村綠地規(guī)劃與管理工作，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，改善人居環(huán)境。

2.2 空間分析與評估

利用GIS技術(shù)進行空間分析可以幫助理解和解釋地理空間數(shù)據(jù)間的關(guān)系，并從中提取有用的信息[5]。利用緩沖區(qū)分析評估地理要素空間接近程度流程如圖3所示。

圖3 評估地理要素空間接近度流程圖

通過創(chuàng)建以點、線或多邊形為中心的緩沖區(qū)，確定給定地理要素周圍的特定距離范圍內(nèi)的其他要素，可以用于分析和評估地理要素間的空間接近程度、沖突區(qū)域等。考慮鄉(xiāng)村空間異質(zhì)性和地理自相關(guān)性，該文選用地理加權(quán)回歸（Geographically Weighted Regression，GWR）分析方法，在空間尺度上探索變量間的關(guān)系。GWR模型如公式（3）所示。

式中：Yi為因變量；X1，X2，...，Xk為自變量；β0（ui），β1（ui），...，βk（ui）為位置ui上的回歸系數(shù)，εi為誤差項。

在加權(quán)回歸模型中，通常使用權(quán)重函數(shù)為高斯函數(shù)（Gaussian function），如公式（4）所示。

式中：w（ui，uj）為位置ui和uj間的權(quán)重；d（ui，uj）為位置ui和uj間的距離；b為權(quán)重帶寬。

通過高斯函數(shù)的定義和調(diào)節(jié)帶寬參數(shù)，可以實現(xiàn)不同程度的空間權(quán)重衰減和空間平滑效果，從而得到更合理和準確的分析結(jié)果。

2.3 可達性分析

利用GIS網(wǎng)絡(luò)分析工具，可計算從不同地點到綠地的最短路徑，進而分析和確定綠地覆蓋的范圍，評估綠地對鄉(xiāng)村居民的便利程度。可達性分析步驟如圖4所示。

圖4 基于GIS技術(shù)的綠地系統(tǒng)規(guī)劃可達性分析步驟

首先，根據(jù)收集的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型[6]。網(wǎng)絡(luò)模型是進行可達性分析的基礎(chǔ)，其中包括道路拓撲結(jié)構(gòu)建模、設(shè)定道路等級和速度限制等。其次，選擇需要進行可達性分析的起點和終點。起點可以是居民區(qū)、鄉(xiāng)村廣場或其他感興趣的地點，終點可以是綠地、交通站點等，該部分內(nèi)容可根據(jù)具體分析目的和需求進行選擇。最后，使用網(wǎng)絡(luò)分析工具進行路徑分析。根據(jù)起點和終點，計算從起點到終點的最短路徑或最佳路徑，通過使用最短路徑算法、最快路徑算法等都能夠?qū)崿F(xiàn)。最短路徑算法用于找到兩點間路徑長度最短的路徑。其中，Dijkstra算法和A算法是最常用的最短路徑算法之一。Dijkstra算法根據(jù)節(jié)點間的邊權(quán)重來計算最短路徑。算法通過逐步擴展最短路徑集合，不斷更新節(jié)點的最短路徑長度。Dijkstra算法如公式（5）所示。

式中：d（v）為節(jié)點v的最短路徑長度；d（u）為起點到節(jié)點u的最短路徑長度；w（u，v）為節(jié)點u和v間的邊權(quán)重。

A算法是一種啟發(fā)式搜索算法，結(jié)合最短路徑算法和啟發(fā)式評估函數(shù)。它通過評估節(jié)點的代價和啟發(fā)式估計來選擇最有可能的路徑，其計算如公式（6）所示。

式中：f（n）為節(jié)點n的估計代價；g（n）為從起點到節(jié)點n的實際路徑代價；h（n）為從節(jié)點n到終點的啟發(fā)式估計。

當計算最快路徑時，需要考慮道路速度限制、交通流量等因素。基于實際道路數(shù)據(jù)建立模型，最快路徑算法的具體公式中包括道路速度限制、交通流量等參數(shù)。一般應(yīng)用基礎(chǔ)速度距離公式可對其進行計算，如公式（7）所示。

式中：t為時間；s為距離；v為速度。

具體的最短路徑算法和最快路徑算法的實現(xiàn)方式因不同的軟件和算法庫而有所差異。在GIS軟件中，可以使用相關(guān)的工具或函數(shù)來進行最短路徑和最快路徑分析，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)和需求進行設(shè)置和調(diào)整。根據(jù)路徑分析的結(jié)果，可計算起點到各個目標地點的可達性。其中包括距離、時間以及成本等指標，通過對每個目標地點進行可達性計算，可以評估其對起點的便利程度。在可達性分析中，曼哈頓距離（Manhattan Distance）公式可以評估其對起點的便利程度。曼哈頓距離計算如公式（8）所示。

式中：（x1y1）和（x2y2）分別為兩個地點的坐標。

通過獲取以上可達性分析結(jié)果，可有效幫助規(guī)劃者和決策者更好地了解鄉(xiāng)村區(qū)域的交通狀況和服務(wù)分布情況，指導(dǎo)鄉(xiāng)村綠地規(guī)劃布局。同時，可達性分析也有助于評估規(guī)劃方案的可行性和可持續(xù)性，促進鄉(xiāng)村區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，提升鄉(xiāng)村居民的生活質(zhì)量。

2.4 空間優(yōu)化及布局

利用GIS軟件的可視化功能，將規(guī)劃方案通過地圖、圖表、圖形等形式呈現(xiàn)，考慮到空間的功能需求、人流量和工作流程等因素，確定需要優(yōu)化的流線布局、空間分區(qū)以及設(shè)備位置等[7]。

2.4.1 流線布局

設(shè)計流線路徑是流線布局的關(guān)鍵步驟之一，旨在優(yōu)化人員在工作過程中的流動路徑，提高工作效率，減少沖突。根據(jù)工作流程的特點和優(yōu)化目標，首先，應(yīng)了解工作任務(wù)的流程、先后順序和關(guān)聯(lián)性，識別出工作流程中的關(guān)鍵區(qū)域，了解人員在工作過程中的主要流動路徑。這些區(qū)域可能是人員頻繁出入或工作交叉的區(qū)域，需要特別關(guān)注，通過觀察、記錄和分析工作現(xiàn)場，確定關(guān)鍵區(qū)域的位置和特征。其次，基于工作流程和關(guān)鍵區(qū)域的識別結(jié)果，確定主要的流線路徑。這些路徑應(yīng)考慮人員的流動方向、工作任務(wù)的順序以及路徑間的關(guān)聯(lián)性，確保流線路徑能夠滿足工作任務(wù)的順序和要求，盡量減少人員的行走距離和時間。在設(shè)計流線路徑的過程中，盡量減少路徑的交叉和重疊，以減少人員間的沖突或干擾。通過調(diào)整路徑的位置、寬度和方向，使不同工作任務(wù)的路徑交叉降低，避免人員間發(fā)生沖突或干擾。最后，在設(shè)計流線路徑的過程中，要保障人員的安全，保證路徑的設(shè)計符合安全標準，避免人員與設(shè)備、材料等產(chǎn)生碰撞或意外。可以通過設(shè)置標識、警示牌或防護設(shè)施，提醒人員注意安全。

2.4.2 空間分區(qū)

將優(yōu)化區(qū)域劃分為網(wǎng)格，每個網(wǎng)格代表一個空間單元。利用插值方法將現(xiàn)有的綠地數(shù)據(jù)在網(wǎng)格上進行插值，生成連續(xù)的綠地分布表面。應(yīng)用克里金插值公式可實現(xiàn)網(wǎng)格插值，其計算如公式（9）所示。

式中：Z（x）為插值點x處的屬性值；λi為權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整插值點的影響力；d（x，xi）為插值點x與數(shù)據(jù)點xi間的空間距離；c是常數(shù)項。

通過空間插值分析，可以利用GIS技術(shù)對綠地布局進行優(yōu)化，使綠地分布更均衡、覆蓋范圍更廣，提高綠地的利用率，使空間配置更合理。

2.4.3 設(shè)備布局

設(shè)備位置規(guī)劃布局是鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的重要步驟之一，它涉及設(shè)備的選擇、布局和安放位置，保證綠地系統(tǒng)正常運行。首先，需要詳細了解綠地系統(tǒng)中所需設(shè)備的類型及數(shù)量。通過對系統(tǒng)功能、任務(wù)和運營要求的分析可對其進行確定。根據(jù)設(shè)備需求，選擇適合的設(shè)備類型和規(guī)格[8]。通過評估設(shè)備的空間需求，確定設(shè)備的尺寸、工作區(qū)域和安全間距等，劃定設(shè)備所需的活動空間及設(shè)備周圍的工作環(huán)境要求。最后，考慮設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性、操作流程以及人員流動等因素，確保設(shè)備間的協(xié)調(diào)性和便利性。此外，在設(shè)備位置規(guī)劃布局過程中，須及時考慮設(shè)備安全性和可訪問性。在優(yōu)化設(shè)計設(shè)備位置期間，應(yīng)確保設(shè)備的安裝位置不會影響人員和環(huán)境的安全性，確保設(shè)備能對其進一步維護管理。

3 結(jié)語

GIS技術(shù)為鄉(xiāng)村景觀設(shè)計中多功能綠地系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計提供強大的數(shù)據(jù)收集、分析和管理能力，有助于鄉(xiāng)村綠地規(guī)劃者更科學(xué)、更有效地進行空間規(guī)劃和布局設(shè)計。在實際應(yīng)用中，須綜合考慮鄉(xiāng)村特色、生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)性以及社區(qū)需求，靈活運用GIS技術(shù)及相關(guān)方法，根據(jù)具體情況對綠地系統(tǒng)進行規(guī)劃，創(chuàng)造同鄉(xiāng)村環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠地系統(tǒng)，提升鄉(xiāng)村地區(qū)的可達性和景觀質(zhì)量，提高鄉(xiāng)村的居民生活水平。