地理信息系統(tǒng)與風景園林夜景設計

汪幼江，何國棟，葛金婷，劉庭風

(1.天津大學建筑學院，天津　300072，2.上海同音照明設計工程有限公司，上海　200092)

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地理信息系統(tǒng)與風景園林夜景設計

汪幼江1，2，何國棟2，葛金婷2，劉庭風1，2

(1.天津大學建筑學院，天津300072，2.上海同音照明設計工程有限公司，上海200092)

摘要：通過對風景園林夜景案例分析可知，要想完成一個好的風景園林夜景設計，采用傳統(tǒng)設計方法是很困難的。地理信息系統(tǒng)在風景園林設計中的成功應用，使得風景園林的夜景設計很容易、很方便。

關鍵詞：照明設計；地理信息；GPS；RS；風景園林

1問題的提出

城市綠地系統(tǒng)是由城市中不同類型、性質(zhì)和規(guī)模的各種綠地共同構成的一個穩(wěn)定持久的城市綠色環(huán)境體系，是衡量城市綜合質(zhì)量的重要指標。對于一些重要的廣場、綠地，也是居民在夜晚休閑漫步的重要區(qū)域，目前這些廣場、綠地夜景設計95%是不合適的。主要存在兩方面問題：

1.1園林元素的過度表現(xiàn)

筑山：許多山水城市對夜晚山體的刻畫非常重視，提出“顯山露水”。用大功率的投光燈打亮山體，造成能源的巨大浪費，形成空間環(huán)境光污染?；蛴肔ED燈滿山點綴，那是燈的海洋不是山體影像。

理水：為了表現(xiàn)水體，許多城市沿岸線布置線狀燈光或在水下設置燈光，造成城市沿河自然景觀形成僵硬構圖和眩光。

植被：植物造型的夜晚塑造對設計師而言是一個挑戰(zhàn)，在植物配置施工圖上植物的定位、高低、數(shù)量都是示意性的，實際情況與施工圖差別較大。為省事有些設計人員在每個樹下都設置一盞燈，既浪費了能源也破壞了夜晚的優(yōu)雅環(huán)境。

建筑營造：不論建筑在園林環(huán)境中處于什么樣的地位，一概表現(xiàn)屋頂、斗拱、柱。至于主次關系、明暗關系、節(jié)奏關系、環(huán)境關系放置腦后。

1.2用功能照明代替景觀照明

很多城市廣場綠地，在園路上布置了許多款庭院燈，設計師認為燈具的不同造型既滿足了功能照明要求，也滿足了景觀照明要求。結(jié)果是夜晚景觀沒看到，到處是燈具，變成了燈具展覽場所(見圖1)。還有5%經(jīng)過認真設計的廣場、園林夜景，那是怎樣完成的呢？

圖1　夜景照明(1)Fig.1　Landscape lighting(1)

根據(jù)園林施工圖初步確定夜景設計方案及燈具布置圖(園林植物配置圖與現(xiàn)場差別很大，有些古建是無圖可查)。對于植物照明燈具的最后定位，根據(jù)現(xiàn)場樹木具體位置確定光源的顏色、功率大小、照明方式。在現(xiàn)場完成草圖后再制成正式施工圖。這樣設計施工圖的精度較差、周期很長、設計人員工作量很大。如業(yè)主提出設計修改，所有工作需重做(見圖2)。

圖2　夜景照明(2)Fig.2　Landscape lighting(2)

現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)在園林環(huán)境中的應用越來越多，能否借助地理信息系統(tǒng)幫助我們很方便地完成廣場、園林的夜景設計呢?

2地理信息系統(tǒng)在園林環(huán)境中的應用

2.1株洲市城市綠地資源調(diào)查

2002年6月，湖南株洲市園林綠化局通過比較分析，認為美國QUICKBIRD(0.61M分辨率)衛(wèi)星空間分辨率最高，最適合城市綠地資源調(diào)查，分五階段進行：1)確定技術方案和編制技術規(guī)定；2)購買衛(wèi)星數(shù)據(jù)和試點培訓；3)綠地資源調(diào)查和區(qū)劃階段；4)資料整理和統(tǒng)計階段；5)系統(tǒng)集成與成果匯總階段。

調(diào)查方法:采用衛(wèi)星遙感技術與地面調(diào)查相結(jié)合的方式。按1%抽查，園林配置、植被類別、綠地類型其調(diào)查精度100%；在樹種方面的調(diào)查96.5%。

圖像處理：采用ERMAPPER公司提供的GID MAPIMAGERY遙感圖像處理軟件將QUICKBIRD數(shù)據(jù)進行處理，繪制1∶5000比例影像圖。

園林綠化地理信息系統(tǒng)：采用MAPINFO桌面地理信息系統(tǒng)軟件，把空間信息(將QUICKBIRD衛(wèi)星影像通過ERMAPPER輸入)與屬性數(shù)據(jù)(ID、區(qū)代碼、綠地類型、園林配置、喬灌草類別、樹種名稱、綠化長度、綠地面積等)有機結(jié)合起來，形成圖形的輸入與編輯、數(shù)據(jù)管理與查詢、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析、圖形圖像輸入與輸出。

2.2日本筑波山梅林公園采用3S技術進行園林規(guī)劃設計

在現(xiàn)狀把握階段使用了GPS 和RS。 GPS和RS所采集的數(shù)據(jù)均在GIS平臺上進行了后期處理(見圖3)， 并做成可用于CAD制圖的基礎電子文檔。通過GIS平臺對樹木進行了分類。從觀賞角度確定了應該采伐、修剪、保持原狀的樹木及其位置，并且確定了道路的鋪設路線、景觀標志物和建筑物的數(shù)量和位置，將經(jīng)GIS 處理過的矢量文件輸入CAD進行施工圖設計。同時，通過GPS對基礎設施和植物的狀態(tài)進行信息采集，輸入數(shù)據(jù)庫，以便管理者使用，并且可以作為下次設計的基礎電子資料(見圖4)。

圖3　GIS平臺處理Fig.3　Processing at GIS platform

圖4　基礎電子資料Fig.4　Basical electrical information

該項目主要軟硬件名稱和用途見表1。

表1　主要軟硬件名稱和用途

2.3GIS在用地區(qū)域劃分審核評估中的應用

我國臺北地區(qū)的YMS公園，也像世界上其他公園一樣，面臨著自然資源保護和土地開發(fā)之間的尖銳矛盾。整個YMS公園分為生態(tài)保護區(qū)、特殊景觀區(qū)、休閑娛樂區(qū)和開發(fā)區(qū)4個區(qū)域。其審核評估標準包括：地理學上不穩(wěn)定的；坡度大于30°的；水體質(zhì)量或容量需要保護的地區(qū)為4級開發(fā)區(qū)。

2.3.1適應性分析模型與GIS

1)搜集信息建立圖層。GIS可以就搜集到的有關自然、政治、經(jīng)濟、文化等空間數(shù)據(jù)信息，建立與項目相關的(植被、水體、地形、土壤、所屬權、行政區(qū)域劃分、規(guī)劃分區(qū))，以點、線、面構成的不同主題圖層。并且還可以根據(jù)需要，合并、拆分圖層及控制圖層的可視與否。

2)評價主題顯示結(jié)果。由于GIS視圖中，點、線、面對象所代表的，是與之相連的屬性數(shù)據(jù)信息。因此，設計者可以根據(jù)自己的專業(yè)知識及經(jīng)驗，依據(jù)屬性精確地對主題圖層中的主題分級、顯示，并隨意編輯代表這些主題的圖例。賦予它們不同的形式(例如線的粗細、形式，點的大小，特殊圖案標志)、色彩、圖案填充、透明度等。

3)尋求結(jié)論。 利用空問分析功能，GIS可以很容易地將滿足一定條件的空間區(qū)域連接在一起，組成新的主題圖層。而所有相關屬性保持不變。

4)動態(tài)修正。由于在GIS中組成視圖的點、線，面對象與數(shù)據(jù)之間保持著動態(tài)的連接，因此可以根據(jù)實際情況，將變動的規(guī)劃大綱數(shù)據(jù)隨時加以調(diào)整，對分析結(jié)果進行實時修正。

2.3.2研究方法

由于從前規(guī)劃者只有一份1∶5000的地形圖，而其他許多用于審核評估的數(shù)據(jù)也十分缺乏；盡管有等高線圖紙，但也無法在有限的時間內(nèi)人工計算出整個公園的坡度；并且有關“可進入地區(qū)”、“定居區(qū)”的概念也十分模糊、主觀，因此，使規(guī)劃部門不得不對原有規(guī)劃做新的審核評估，利用GIS(ARC/1NFO)在現(xiàn)有的規(guī)劃分區(qū)圖中確定“可進入地區(qū)”、“定居區(qū)”及“植被敏感地區(qū)”。

1)可進入地區(qū)。根據(jù)管理者的經(jīng)驗，通常距道路300 m之內(nèi)為可進入距離，據(jù)此劃出距道路300m的緩沖區(qū)作為假定“可進入地區(qū)”，并運用空間分析功能將之與3級開發(fā)區(qū)圖重疊。從而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)分區(qū)圖中28%的3級開發(fā)區(qū)不在假定的可進入地區(qū)中。因此需要對上述地區(qū)進行實地調(diào)查，以確定它們在現(xiàn)有分區(qū)圖上是否被錯誤地分為3級；是否缺失了一些信息(如未被標注的道路)。

2)定居區(qū)。首先確定建筑的中心，然后使用GIS中不規(guī)則三角形網(wǎng)絡(TIN)分析每一個現(xiàn)有的定居區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)定居區(qū)內(nèi)建筑之間的距離約為35m。這就可以從GIS角度明確構成定居區(qū)的必要條件即建筑之間距離在35m之內(nèi)。從而確定了定居區(qū)的概念。因此最終的定居區(qū)分布圖是以35m及7座建筑為標準繪出的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)定居區(qū)中48%的面積處于現(xiàn)在的3級區(qū)域內(nèi)。

3)植被敏感地區(qū)。依據(jù)幾位植物學家的建議，山脊及山谷周圍200m應被劃定為“敏感地區(qū)”。因此使用GIS從高度差數(shù)據(jù)中確定山脊及山谷。然后再劃出距離為200m的緩沖區(qū)作為“敏感地區(qū)”。經(jīng)過上述數(shù)據(jù)分析結(jié)果，繪出了新的分區(qū)草圖；發(fā)現(xiàn)了可能存在問題的地區(qū)；檢驗了一些假定；為三四

級開發(fā)區(qū)制定了可能的政策，而這些數(shù)據(jù)又將系統(tǒng)地進入新一輪的審核評估流程。

3地理信息系統(tǒng)在園林夜景設計中的展望

首先采用ERMAPPER司提供的GID MAPIMAGERY遙感圖像處理軟件(或Trimble公司DGPS設備)將購買QUICKBIRD數(shù)據(jù)進行處理，對基地的現(xiàn)狀，如樹木、道路、溪流、建筑物、基礎設施進行定位和基本屬性采集；并繪制1∶5000比例影像圖。

其次采用MAPINFO桌面地理信息系統(tǒng)軟件，把空間信息進行分層處理：區(qū)塊劃分(ID、區(qū)代碼)；樹木分類(喬木、灌木)；建筑物(構筑物)；山(坡)、水分布。

最后根據(jù)空間信息圖確定各區(qū)域空間夜景方案(可進行空間不同視點分析)；在各分層圖上完成燈具布置圖和線路設計圖,如在樹木分層圖上把需要照的樹標注出來，并且標明色彩、功率、光束角等，用CAD方式輸出。

為了更好的跟業(yè)主溝通，采用PHOTOSHOP、TNTMIPS6.2軟件對夜景方案進行虛擬模擬，是業(yè)主對夜景方案有一個全面的、立體的直觀表達。最終根據(jù)業(yè)主的意見再進行動態(tài)修改(在CAD圖上修改輸入到MAPINFO地理信息系統(tǒng)軟件自動形成三維視圖)。

綜合經(jīng)濟分析，根據(jù)資料可知：購買衛(wèi)星空間數(shù)據(jù)信息費用以及購買軟件費用相對合理，節(jié)約了大量的人力物力，縮短了設計周期，這是園林夜景設計的一個發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 侯碧清.“3S”在株洲園林地理信息系統(tǒng)中的應用研究[J].中國園林,2004(5).

[2] 許浩.3S技術在日本筑波山梅林公園規(guī)劃上的應用[J].中國園林,2005(3).

[3] 杰克·丹哲芒，馬勁武，李乃聰.地理信息系統(tǒng):設計未來[J].中國園林,2010(4).

Geographic Information System and the Design of Landscape Architecture at Night

Wang Youjiang1,2, He Guodong2, Ge Jinting2, Liu Tingfen1,2

(1.TianjinUniversityCollegeofArchitecture,Tianjin300073,China；2.ShanghaiTongYinLightingDesignEngineeringCo.,LTD,Shanghai200092 ,China)

Abstract：By analyzing cases of landscape architecture at night, it shows that it is difficult to complete a nice night landscape design from the design method perspective. The successful application of geographic information system in the landscape architecture design makes the night scenery of the scenery of the landscape architecture design easy and convenient.

Key words:lighting design; geographic information; GPS; RS; landscape architecture

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.03.014