GIS在城市景觀規劃中的應用

楊欣宇 湯巧香

摘 要：地理信息系統（GIS）作為一項新技術，在當今城市景觀規劃中所起到的作用越來越多，參與了多個層面的規劃設計工作。該文回顧了GIS技術的發展歷程，分析了GIS技術的應用模型，總結了GIS在城市景觀規劃中具體的應用方法，梳理了GIS在我國城市景觀規劃應用中存在的問題及展望。對今后國內城市景觀規劃中的GIS應用，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：地理信息系統（GIS） 城市景觀規劃 應用

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0003-03

在近年我國的城市建設與更新過程中，城市景觀規劃受到了更多的關注，而地理信息系統（GIS）技術在其中起到了重要作用，其在城市景觀規劃中的應用為規劃工作打開了新的思路。在當前大數據和智能城市建設的背景下，GIS技術的應用將會對處理城市景觀規劃中越來越復雜多元的功能要求起到積極作用。

1 GIS技術的概念與發展

1.1 GIS技術的概念

地理信息系統（Geographic Information System），簡稱GIS，是指在計算機支持下，對各類地球空間數據進行采集、存儲、檢索、運算、顯示、分析的管理系統，其核心在于對各項數據的分析與管理功能，通過使用GIS相關軟件，如AcrGIS，可以完成統計分析、地形分析、疊置分析和決策分析等，不同的軟件或模塊會有不同的功能側重。GIS的數據可分為兩大類，空間數據與屬性數據[1]。

1.2 GIS的起源與發展

當前業界普遍認為，20世紀60年代美國景觀規劃師伊恩·麥克哈格對于GIS技術的產生出現起到了重要作用，在其編寫的《設計結合自然》一書中，提出規劃應當尊重自然過程，通過規劃師的實地調研，對土地現狀剝層分析，再層層疊加，最終確定出最為合理的規劃方案[2]。這種疊加早期是通過透明紙來完成的，隨著計算機技術的發展，逐漸被改為在計算機中進行，并最終形成地理信息系統。

隨著GIS相關軟件的成熟和國內對景觀規劃要求的提升，景觀規劃工作已有意識地開展GIS技術應用，如俞孔堅團隊借助GIS技術對香山滑雪場進行景觀安全格局分析，取得了很好的效果。

2 用于景觀規劃的GIS模型

2.1 適應性分析模型

20世紀60年代中期，伊恩·麥克哈格提出適用性分析模型，該模型是土地景觀規劃中應用最為廣泛的理論模型。其理論核心在于對自然、政治、經濟、文化等諸要素進行定量分析，從而了解當地的環境狀況與政策經濟現狀，對土地適于不同開發利用的能力做出相關評價。在該理論中，使用了圖層重疊系統分析方法，即千層餅模式（Layer-cake model），這與現今GIS通過空間數據建立主題圖層的理念近乎相同。適應性分析模型理論的方法首先需要搜索信息、建立圖層，將搜集來的空間數據信息進行整合編排，建立主題圖層，其次對圖層疊置后顯示的結果進行分析評價，最后得出結論，應用于景觀規劃中，同時也要根據實際情況及時對數據進行動態修正[3]。

2.2 環境廊道模型

環境廊道概念（E-Way）的提出者，是美國景觀規劃大師菲利普·路易斯。20世紀50年代，他倡導必須盡快對敏感環境構成進行確認，建立圖紙及資源目錄檔案。只有這樣人們才能更好地對那些區域實施保護，以使其免遭未來開發的不利影響。在其理論框架下，地區性景觀類型可分為坡地、濕地、礦藏、植被、地下水等，將其分別繪制成圖，進行圖層疊置，研究分析后可得出“環境廊道”，據此可建立指導當地未來發展的方案。其理論方法分為4步：建立水體層，建立濕地層，建立陡坡層，建立環境廊道[4]。

3 GIS在城市景觀規劃中的應用

3.1 用地適宜性分析評價

根據麥克哈格提出的適宜性分析模型所闡述的方法，對城市土地的自然、政治、經濟、文化等進行定量分析，掌握當地情況，對城市建設的適宜性作出評價。GIS可由柵格或矢量兩種方式記錄數據，因而需要基于這兩種數據結構進行土地適宜性分析。在城市景觀規劃的實際應用中，該方法已衍生出公園選址評價與土地利用分析模型兩種，為GIS技術參與城市景觀規劃提供了更成熟的模式。

3.2 地勢地形分析

地形地勢情況會對城市景觀規劃設計產生深刻的影響，所以地勢地形分析是城市景觀規劃前期調研的重要組成部分。通過對需要規劃地段進行實地調研、測量和數據采集，將資料匯總、錄入計算機，在GIS軟件中繪制地形的平面圖，在此基礎上，根據之前得到的數據，可以建立數字高程模型（DEM），通過GIS軟件的三維模擬功能模塊，就可以導出三維立體的地形模型，更加直觀地觀察、分析，再據此為城市做出適當的景觀規劃。

3.3 坡度坡向分析

在上文地勢地形分析中，還有一個重要的環節，即坡度坡向分析。坡度的大小將會直接影響景觀規劃方案，以及日后施工過程中的土方量、施工難度和工程預算；而坡向將會直接影響場地內的建筑物采光通風朝向和植物生長狀況。兩者都會對城市景觀規劃方案產生重要影響，需要著重考慮。而在GIS軟件的3D模塊中，包含坡度坡向分析，導入DEM，生成坡度坡向分析圖。通過對軟件參數的調節，賦予不同范圍的坡度值以不同的色彩，用顏色的深淺更直觀地表現用地的坡度坡向現狀，這將為城市景觀規劃工作提供非常直接的參考信息。

3.4 景觀視線視域分析

視域，是指從一個觀察點，或多個觀察點可視的地面范圍。在城市中，不同的視域范圍內的景觀會給參與者帶來迥然不同的景觀體驗，所以景觀視線視域分析在城市景觀規劃設計中有著重要的作用，它將影響城市整體景觀的景點選取與布局。在城市的景觀規劃中，要注重疏密有致，既要有景點集中、層次豐富的區段，也要有開闊空曠、疏朗平遠的區段，還要注意用景觀來遮蔽不良的景觀視域，引導參與者的視線，只有把這些問題統籌規劃，才能處理好城市景觀規劃。此外，景觀視線視域分析還可以用于對城市區域內已建成景觀的布局進行評價。

在ArcGIS軟件中，可以通過三維擴展模塊（3D Analysis）來完成上述景觀視線視域分析，利用平面圖和DEM，再結合其他柵格和矢量數據，生成可視化的三維模型。視線分析可借助GIS三維模型判斷景觀區域表面上任意兩點之間是否可以通視，在GIS三維模型中選取觀察點和目標點，連接兩點，繪制出一條直線，再沿該直線生成模型的縱剖面，便可直觀地觀察判斷兩點間的視線遮擋情況。視域分析是用來判斷在景觀中的某一位點可看到的周圍區域范圍，或是沿著某一路徑運動時可以看到的視線范圍[5]。

3.5 城市綠地的服務半徑和居民可達性分析

在城市中，綠地的首要服務對象即是城市居民，所以在城市景觀規劃設計中對綠地景觀進行布局安排時，必須要考慮到綠地的服務半徑和可達性，這在以往的規劃過程中會是一個復雜繁瑣的任務，但現今借助于GIS軟件，這一分析過程已變得精確而且簡便。使用AcrGIS軟件中的“緩沖區分析（Buffer）”功能，基于矢量數據，被分析綠地周圍將自動繪出等距線。在等距線以內，離開或到達綠地的直線交通距離小于服務半徑；在等距線外，則大于服務半徑。若基于柵格數據進行分析，則分析也以柵格的數據形式輸出結果，顯示為離開被分析綠地按一定距離遞增的、連續的柵格，每個柵格的取值即是離開被分析綠地的距離[6]。

在現代城市中，交通通常是沿著道路展開的，而不同的路況、交通方式會有不同的運動速度，產生不同的可達距離。利用GIS軟件中的網絡分析技術，再導入相關數據參數后，可以計算出受速度、道路走向、交通管理等因素所影響的各類交通方式的等時線，從而直觀地分析出綠地的居民可達性，作為城市景觀規劃設計的參考。

3.6 三維可視分析

城市景觀規劃設計是一個三維立體的設計過程，傳統的二維平面上的設計方式已經不能滿足日益提升的設計水準要求，今日的城市景觀規劃設計需要的是精準而科學的理性分析，而不再是單憑規劃設計人員的想象或推測等感性經驗來行事。GIS軟件的3D可視化功能組件為設計人員提供了一個三維立體化設計的新方式，通過DEM和平面圖，再結合柵格和矢量貼圖，即可得出場地的可視化三維立體模型。這個模型可以加入人口、地形、風向等多種參數，隨意設置觀察點和觀察方向角度，為設計者提供身臨其境的觀察體驗，甚至可以做到實地考察所不能及的更為豐富的觀察視角——可以模擬出游覽路徑乃至飛行路線。此外，三維模型將便于其他專業人士參與城市景觀規劃設計，給出評價與建議[7]。

3.7 應用實例

GIS技術在城市景觀規劃設計上的廣泛應用前景已經為越來越多的設計人員所認識，近年不少城市在景觀規劃中，有意識地采用了GIS技術，出現了很多優秀的設計成果。比較著名的有杭州“西湖西進”后景觀區域的規劃設計，設計人員在GIS軟件的3D模塊中構建了西湖西進后的三維景觀環境模擬，從廣域層面上模擬西湖西進后的實景，有效協調了城市景觀規劃中的山與水、自然與人工，保護了西湖現有景觀環境；開封市借助于RS和GIS技術，進行了城市建成區的城市綠地調查，為開封市未來綠化規劃提供了新依據；依托以GIS技術為基礎的城市綠地景觀空間結構調查，寧波市建立了城市綠地景觀生態系統規劃設計的生態學依據，并為“生態園林城市”建設提供了理論與數據的支撐。

4 問題與展望

隨著GIS技術在當代城市景觀規劃設計中越來越廣泛的應用，GIS系統和配套軟件以及相應的方式方法也日趨成熟實用，其在城市建設大數據的存儲、檢索、計算、輸出等功能上的能力，已經使其具有不可替代的地位。但該系統在推理和邏輯判斷上仍舊存在著不少的缺陷，例如柵格與矢量數據相互轉化的準確率仍然差強人意，所以，雖然GIS在城市景觀規劃設計中所起的作用越來越大，但依然只能作為參考與輔助，真正在規劃中起主導地位的依然是人工的規劃設計。另外，GIS在數據采集與更新上尚存在著很大的困難，數據的收集與錄入任務異常繁雜、成本高、工作周期長；而在我國，由于國家尚未建立起一套統一的數據標準體系，再加上地理數據保密的問題，所以各地不同的部門、單位之間的數據，在經過耗時費力的采集整理后卻無法進行共享。這些都嚴重阻礙了GIS系統在我國城市景觀規劃設計行業的發展與應用。

解決上述問題，一方面需要整個景觀規劃行業的不斷努力，在GIS軟件的實際應用中不斷總結經驗規律，并據此在原GIS軟件基礎上進行軟件的二次開發，以使其更適合于城市景觀規劃設計，甚至可以嘗試以此為契機，在景觀規劃行業內部建立GIS數據的標準化。另一方面，也需要由政府進行主導，建立國家地理信息系統數據的統一標準規范，使整個行業更加科學化與規范化。

5 結語

隨著GIS技術的不斷發展進步，更多的行業開始受益于此，而在智慧城市、大數據的時代背景下，GIS技術在城市景觀規劃設計中的應用正方興未艾，有著良好的應用前景和廣闊的發展空間。對于城市景觀規劃來說，GIS還是一個新技術，在應用中必然要出現一些缺陷和問題，但也為規劃設計帶來了不少新思路和新方法。在今后的城市景觀規劃中，只有繼續把GIS技術與城市景觀規劃設計相結合，才能令整個景觀規劃行業更好地為城市建設服務。

參考文獻

[1] 徐明珠，楊洋，王海榮.GIS在景觀規劃中的應用綜述[J].技術與市場，2010（7）：67-68.

[2] （美）麥克哈格（Mcharg IanL.），著.設計結合自然[M].芮經緯，譯.中國建筑工業出版社，1992.

[3] 李偉.基于GIS的園林規劃設計方法變革探索[J].福建農業，2015（8）：103，278.

[4] 周曉.GIS在景觀規劃設計中的應用[J].科技資訊，2005（27）：19-21.

[5] 劉森，閆紅偉.論地理信息系統GIS在景觀規劃設計場地分析中的價值及應用[J].沈陽農業大學學報，2006，8（2）：280-282.

[6] 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.

[7] 張艷軍，曾晅.GIS技術在景觀視覺分析中的應用[J].地理空間信息，2008（8）：87-89.