朱志欣

（麗水學(xué)院中國青瓷學(xué)院，浙江麗水323000）

0 前言

GIS全稱為地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，以下簡稱GIS），是一門知識涵蓋面廣，技術(shù)要求較高的綜合性學(xué)科。景觀設(shè)計與GIS的融合，是將地理的空間概念、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、設(shè)計場地的前期調(diào)研結(jié)果通過GIS可視化地圖的語言，形象化為能夠輕松理解的表達(dá)方式，并實現(xiàn)景觀設(shè)計全生命周期對空間地理數(shù)據(jù)的存儲、計算、集成和分析。

1 景觀設(shè)計類專業(yè)對GIS輔助設(shè)計的應(yīng)用需求

1.1 學(xué)科教學(xué)發(fā)展的需要

傳統(tǒng)景觀設(shè)計任務(wù)的前期是對場地現(xiàn)狀的調(diào)研理解和總結(jié)分析，要求設(shè)計者對目標(biāo)場地進(jìn)行較深入的感知和理解，在教學(xué)上強(qiáng)調(diào)學(xué)生對設(shè)計場地現(xiàn)狀調(diào)研時的主觀能動性。然而，學(xué)生對現(xiàn)狀調(diào)研的結(jié)論常伴有自身價值觀的體現(xiàn)和他人理論影響，帶有一定的主觀性。同時，個體對設(shè)計場地的本能感知與理解能力也因人而異。后天的能力培養(yǎng)則受到相關(guān)學(xué)習(xí)經(jīng)歷和不同實踐內(nèi)容的影響，并受到生活成長環(huán)境等條件的制約，具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性。鑒于以上因素，為了便于學(xué)生在早期的學(xué)習(xí)中樹立一種理性的設(shè)計思維和科學(xué)的分析方法，考慮需要一定軟件工具和技術(shù)的介入。同時，在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，通過將地理信息系統(tǒng)技術(shù)與景觀設(shè)計的教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來。

1.2 行業(yè)技術(shù)更新的需要

目前我國GIS與景觀設(shè)計的結(jié)合運用還處在一個相對初級的階段。一方面受限于技術(shù)平臺和人才的缺失，另一方面則是相關(guān)數(shù)據(jù)的流通不暢。國家相應(yīng)的地理勘測、數(shù)據(jù)處理部門，擁有的數(shù)據(jù)成果其實非常詳實，但這類數(shù)據(jù)一方面因為涉密和有償因素不便向大眾開放，另一方面則是大量的設(shè)計規(guī)劃部門對這方面的技術(shù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)格式非常陌生，甚至鮮有了解，產(chǎn)生相關(guān)數(shù)據(jù)對接和轉(zhuǎn)換上的阻礙。目前景觀設(shè)計最為常見的數(shù)據(jù)存儲格式基于AutoCAD平臺，但該軟件缺乏數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計功能，其應(yīng)用更多建立在設(shè)計者對基礎(chǔ)二維數(shù)據(jù)的主觀分析上。而GIS平臺則憑借其帶有空間屬性的數(shù)據(jù)，以及相關(guān)軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與分析功能，成為景觀設(shè)計新時代的技術(shù)補(bǔ)充[1]。

2 GIS在景觀設(shè)計中的輔助功能

景觀設(shè)計是一門對土地空間創(chuàng)作的科學(xué)，是建立在廣泛的自然科學(xué)和人文藝術(shù)學(xué)科基礎(chǔ)上的應(yīng)用學(xué)科，學(xué)科涉及的知識內(nèi)容繁多，涵蓋尺度范圍廣。由于設(shè)計創(chuàng)作的過程受自然環(huán)境制約和人類用途約束，勢必要求學(xué)生的學(xué)習(xí)建立在多學(xué)科、涉及多門類知識的基礎(chǔ)之上[2]。相較于傳統(tǒng)景觀設(shè)計常從藝術(shù)和哲學(xué)的角度直面空間形態(tài)的構(gòu)成創(chuàng)作，運用GIS技術(shù)能幫助我們將土地空間內(nèi)眾多設(shè)計要素進(jìn)行信息化的整合，從而體現(xiàn)學(xué)科交叉協(xié)同工作的優(yōu)勢。這種基于客觀地理空間數(shù)據(jù)的評價結(jié)果可以是設(shè)計前期調(diào)研總結(jié)，亦或是當(dāng)做設(shè)計靈感來源的基礎(chǔ)，也可以是針對設(shè)計階段性成果可行性的驗證。

在綜合學(xué)科背景下，景觀設(shè)計專業(yè)學(xué)生本身就需要付出大量的時間與精力去學(xué)習(xí)碎片化的知識，面臨無法在短期內(nèi)完成系統(tǒng)性的知識整合的問題。其在早期學(xué)習(xí)與訓(xùn)練過程中也缺乏對要素信息收集的有效指引，容易造成對設(shè)計信息的誤讀，產(chǎn)生主觀的理解。這就要通過借助技術(shù)與工具的力量，結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)管理功能將調(diào)研過程中收集的多方位、多角度的零碎的內(nèi)容提煉為統(tǒng)一的記錄格式，并將散布在其他學(xué)科中的信息轉(zhuǎn)換輸出為景觀設(shè)計中的可理解的語言和信息。由于景觀設(shè)計與GIS兩門學(xué)科均基于交叉學(xué)科背景，從長遠(yuǎn)來看，學(xué)生能夠?qū)⒕坝^設(shè)計專業(yè)學(xué)習(xí)中廣泛涉獵的多學(xué)科綜合知識遷移到GIS的應(yīng)用學(xué)習(xí)之中；專業(yè)學(xué)習(xí)與工作具有良好的契合性，能夠促進(jìn)綜合知識的整合。這種針對景觀的數(shù)據(jù)凝練和輸出的成果表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)的可視化地圖，即將大量抽象的，或是數(shù)字的信息由計算機(jī)輸出人類視覺系統(tǒng)可以直觀識別的圖像內(nèi)容，這種設(shè)計在景觀設(shè)計中被歸類為虛擬設(shè)計的一種?？梢暬治龅貓D不僅提供了設(shè)計依據(jù)，也為同行之間的交流帶來了信息的直觀表達(dá)。在景觀設(shè)計的應(yīng)用中，可視化地圖類型可概括為遙感數(shù)據(jù)的可視化、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可視化以及適宜性分析模型的可視化。在相關(guān)教學(xué)設(shè)計的研究與融合中，這類景觀要素的數(shù)據(jù)可視化學(xué)習(xí)的內(nèi)容將是麗水學(xué)院環(huán)境設(shè)計系景觀設(shè)計方向考慮研究建設(shè)的重點內(nèi)容。

2.1 遙感數(shù)據(jù)處理與可視化應(yīng)用

遙感圖像通過像元值的差異反映地物的光譜信息及空間變化原理來表示地物差異[3]。遙感數(shù)據(jù)有多種產(chǎn)品類型，通過相應(yīng)的指標(biāo)和算法劃分為不同的類別[4]，需通過軟件對遙感影像中的不同標(biāo)準(zhǔn)的地物的光譜信息和空間信息進(jìn)行調(diào)整。目前，我國遙感數(shù)據(jù)的獲取數(shù)據(jù)云與共享平臺有很多，如地理空間數(shù)據(jù)云、地理國情監(jiān)測云平臺、全球變化科學(xué)研究數(shù)據(jù)出版系統(tǒng)等。高分辨的遙感影像為商用付費模式，這類遙感影像因其有豐富的光譜和空間信息，廣泛應(yīng)用于城市土地利用制圖和各個環(huán)節(jié)監(jiān)測[5]。遙感數(shù)據(jù)可以作為景觀上對地理空間信息處理的第一環(huán)節(jié)，是數(shù)據(jù)對自然地物現(xiàn)狀最直觀的反映，也是學(xué)生在設(shè)計時最常接觸的景觀要素內(nèi)容。通過遙感數(shù)據(jù)的處理，我們可以生成設(shè)計場地的等高線地形圖（圖1）、坡向坡度圖（圖2），幫助我們更好地了解設(shè)計場地的地形起伏。也可以提取植被覆蓋數(shù)據(jù)（圖3）和地表溫度數(shù)據(jù)（圖4）來為景觀設(shè)計的生態(tài)方面內(nèi)容提供數(shù)據(jù)補(bǔ)充，提供設(shè)計分析論證。

圖1 基于DEM影像的麗水市蓮都區(qū)等高線地形圖

圖2 麗水市蓮都區(qū)坡度地圖

圖3 基于landsat8的麗水市蓮都區(qū)森林區(qū)域圖

圖4 基于landsat8的麗水市蓮都區(qū)地表熱度反演

2.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)的收集與可視化應(yīng)用

統(tǒng)計數(shù)據(jù)是反映國民經(jīng)濟(jì)和社會現(xiàn)象的數(shù)字資料以及與之相聯(lián)系的其他資料的總稱。在GIS支持的軟件中，統(tǒng)計的對象、范圍可大可小，存儲的內(nèi)容也不受限于數(shù)字?？筛鶕?jù)具體數(shù)據(jù)存儲的方法和特性，將設(shè)計數(shù)據(jù)如樹、道路、水面相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為點、線、面的形式進(jìn)行統(tǒng)計。其中，ArcGIS軟件提供了多種關(guān)于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的工具，自帶工具包已基本能滿足學(xué)生需求。圖5為分析大學(xué)城附近犯罪與人口關(guān)系的散點圖矩陣，是基于對不同類型的人口數(shù)據(jù)，如人種、年齡、收入等要素與犯罪要素進(jìn)行對比，進(jìn)而探討設(shè)計區(qū)域內(nèi)人口結(jié)構(gòu)與引發(fā)不安定因素的關(guān)聯(lián)性。這對于景觀設(shè)計專業(yè)的學(xué)生來說，是綜合運用多學(xué)科知識解決多學(xué)科數(shù)據(jù)和成果的收集管理、合成可視化、分析評價的手段之一。

圖5 大學(xué)城居住區(qū)人口組成與犯罪類別之間的關(guān)系分析

2.3 適宜性分析模型可視化應(yīng)用

針對景觀設(shè)計而進(jìn)行的地理數(shù)據(jù)量化計算是基于多種數(shù)據(jù)可視化成果疊加的分析計算，其成果形式同樣以可視化展示。對于景觀GIS的教學(xué)來說，適宜性評價地圖則是最直接的利用形式，也是重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。景觀適宜性評價是根據(jù)設(shè)計場地的自然特征、社會風(fēng)俗、人文經(jīng)濟(jì)等權(quán)重要素來研究該地塊對設(shè)計內(nèi)容的適合程度。其成果整合了多種數(shù)據(jù)分析成果并對設(shè)計內(nèi)容的土地空間適宜性進(jìn)行了分級評價（圖6），對設(shè)計的選址、功能分區(qū)、可行性分析提供了目標(biāo)方向和探索依據(jù)。適宜性分析能幫助設(shè)計者之間更好地論證建設(shè)內(nèi)容的選址或布局，而選擇適當(dāng)?shù)耐恋赜猛臼菍崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最重要步驟之一[6]。

圖6 基于適宜性分析的新學(xué)校選址評價地圖

3 教學(xué)應(yīng)用探討

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS以及相關(guān)聯(lián)的技術(shù)層出不窮，會逐步成為景觀設(shè)計不可分割的一部分，這在建筑學(xué)科以及城市規(guī)劃學(xué)科中已早有先例。盡早針對景觀設(shè)計專業(yè)方向開展信息技術(shù)輔助設(shè)計教學(xué)研究，合理規(guī)劃安排關(guān)聯(lián)課程的教學(xué)結(jié)合，科學(xué)規(guī)劃學(xué)生將GIS應(yīng)用于學(xué)習(xí)、實踐和工作之中，保證在未來的景觀設(shè)計行業(yè)環(huán)境中具有較高的技術(shù)優(yōu)勢。

3.1 教學(xué)目標(biāo)

熟悉GIS應(yīng)用相關(guān)基礎(chǔ)地理知識；熟悉GIS軟件基本操作，主要了解關(guān)于數(shù)據(jù)的查詢、編輯和轉(zhuǎn)換空間分析等功能;熟悉遙感影像如Landsat系列和DEM的獲取與模型建立;熟練使用可視化地圖解決景觀設(shè)計中的多項問題；逐步掌握景觀要素信息化轉(zhuǎn)換的能力，將所學(xué)的理論和實踐的經(jīng)驗結(jié)合起來，建設(shè)屬于自己的信息庫并運用于未來的設(shè)計實踐之中。教學(xué)的重心在GIS軟件操作、景觀要素信息化和結(jié)合數(shù)據(jù)可視化的空間分析運用等方面。

3.2 教學(xué)內(nèi)容

景觀設(shè)計GIS課程由三大模塊組成:GIS理論部分、實踐操作和綜合課程設(shè)計。這一系列內(nèi)容將以大章的形式設(shè)計于計算機(jī)輔助設(shè)計的課程之中，成為景觀設(shè)計分析制圖章節(jié)的一部分。

理論部分以講授的方式進(jìn)行，以GIS相關(guān)的基礎(chǔ)地理知識為主，主要包括入門介紹、發(fā)展概況、應(yīng)用實例等。通過結(jié)合不同類型的案例分析，引起學(xué)生的興趣，并加深學(xué)生對GIS在景觀設(shè)計中多種應(yīng)用功能的認(rèn)識。

實踐操作以上機(jī)練習(xí)為主，田野調(diào)查為輔。機(jī)房學(xué)習(xí)針對軟件操作的練習(xí)，學(xué)生在此過程中深化對GIS相關(guān)理論的理解，熟練掌握GIS數(shù)據(jù)信息的搜索、下載、二次編輯、轉(zhuǎn)換、輸出和分析等內(nèi)容，了解部分工具包的使用與組合，拓展遙感數(shù)據(jù)的處理。田野調(diào)查則側(cè)重于對設(shè)計場地所有地物數(shù)據(jù)、人文數(shù)據(jù)以及細(xì)節(jié)信息的記錄。外出采集數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)可穿插于其他設(shè)計課程的調(diào)研活動之中。

綜合課程設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際設(shè)計項目展開，結(jié)合學(xué)生所學(xué)的景觀設(shè)計理論方法，利用GIS對項目進(jìn)行調(diào)研、分析與初步設(shè)計，完成一套相對完整的方案設(shè)計?；贕IS的景觀綜合設(shè)計更側(cè)重于設(shè)計的分析與討論能力，要求方案文本結(jié)合匯報表達(dá)，旨在指導(dǎo)學(xué)生建立起利用GIS輔助解決問題、完善設(shè)計的思路與框架。

3.3 熟悉相關(guān)軟件平臺

熟悉相關(guān)軟件的操作是一切基礎(chǔ)工作開展的前提，在針對景觀設(shè)計專業(yè)的教學(xué)中應(yīng)把握核心設(shè)計內(nèi)容，避免將GIS的內(nèi)容過度開展，避免多軟件多平臺，保證軟件本身操作的流暢性以及學(xué)生未來自我擴(kuò)展的可能性。

在傳統(tǒng)應(yīng)用型研究與學(xué)習(xí)中，GIS工作所依托的軟件最多為ESRI旗下的ArcGIS商用軟件，該軟件是目前在景觀設(shè)計實踐中的最優(yōu)選擇。同時，該軟件是最適合單用戶的桌面軟件之一，其集成了多種已開發(fā)成熟的分析工具，是目前應(yīng)用最廣的軟件。在歐美發(fā)達(dá)國家GIS相關(guān)課程的教學(xué)中，均以ArcGIS的使用為軟件基礎(chǔ)，圍繞ArcGIS的功能進(jìn)行空間分析的訓(xùn)練。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一些院校也開放了WebGIS進(jìn)行多維度的學(xué)習(xí)，這是一種基于互聯(lián)網(wǎng)對地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用的方式。它將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與GIS相結(jié)合，較好地克服了傳統(tǒng)GIS技術(shù)面向范圍小、空間數(shù)據(jù)共享困難等問題[7]。此外，基于GEOJSON的WebGIS還能直接利用API的優(yōu)勢，將開源已有的服務(wù)與技術(shù)轉(zhuǎn)化到自身項目之中。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有其便攜性，在桌面版GIS軟件上一直進(jìn)行著革新，一些學(xué)校開始推進(jìn)ESRI旗下更先進(jìn)的ArcGIS Pro的學(xué)習(xí)和使用，數(shù)據(jù)的處理開始由2D轉(zhuǎn)向3D，最新版本支持與BIM建筑信息系統(tǒng)的協(xié)同工作，這些發(fā)展和進(jìn)步都進(jìn)一步拓展了學(xué)生設(shè)計學(xué)習(xí)的無限可能性。此外，若使用遙感數(shù)據(jù)，則需要使用ENVI來做處理再轉(zhuǎn)換為ArcGIS可讀取的文件類型。

3.4 景觀要素信息化的能力培養(yǎng)

景觀要素信息化是將具象的環(huán)境要素以及抽象的人文經(jīng)濟(jì)要素轉(zhuǎn)換為計算機(jī)數(shù)字存儲信息。在大尺度設(shè)計下展現(xiàn)對遙感數(shù)據(jù)的獲取與轉(zhuǎn)換，并接入統(tǒng)計數(shù)據(jù)；小場地設(shè)計包括對設(shè)計中相關(guān)地物數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換與使用。訓(xùn)練時收集的手段、媒介、平臺不限，更多的是一種綜合能力的培養(yǎng)，在有限的環(huán)境下也能靈活使用身邊的工具對如尺度、溫度、濕度，甚至人的態(tài)度等要素，結(jié)合地理空間坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一記錄。該能力的培養(yǎng)須結(jié)合景觀設(shè)計調(diào)研與綜合信息整理展開，并與景觀設(shè)計方向相關(guān)設(shè)計課程產(chǎn)生良好的聯(lián)動。在早期教學(xué)中便引入景觀信息化、參數(shù)化的概念，讓學(xué)生在設(shè)計中鍛煉對空間場地的把控能力。在訓(xùn)練中難免會出現(xiàn)無關(guān)信息或冗余數(shù)據(jù)，學(xué)生可通過實踐練習(xí)不斷剔除該類無效內(nèi)容，提煉最優(yōu)數(shù)據(jù)。通過教學(xué)實踐操作做到一放一收相結(jié)合，即從大量數(shù)據(jù)收集，到數(shù)據(jù)的精煉，再到核心要素信息的提取，逐步提升學(xué)生對場地有效要素信息的敏感度，并在實踐中提升客觀分析的能力。

3.5 景觀數(shù)據(jù)可視化的操作與運用

景觀數(shù)據(jù)的可視化建立在景觀要素信息化之后，是利用GIS軟件相關(guān)算法或模型產(chǎn)生的直觀成果，是對原始信息反復(fù)雕琢后產(chǎn)出的數(shù)據(jù)圖形精華。首先，可視化成果可以輔助人們客觀分析場地空間，充分了解場地信息。學(xué)生可通過經(jīng)GIS處理后的可視化圖了解場地現(xiàn)狀，并通過場地現(xiàn)狀圖所傳達(dá)的直觀信息完成設(shè)計概況部分的撰寫練習(xí)。其次，可根據(jù)可視化圖產(chǎn)出的信息分類成果展開主觀能動性的延展分析。嘗試鼓勵學(xué)生從不同角度去思考問題，如根據(jù)自身學(xué)科角度歸納評價因子、設(shè)定權(quán)重，并獲得用地適宜性分析圖。最后，可利用可視化圖進(jìn)行輔助決策，針對備選設(shè)計方案進(jìn)行模擬預(yù)測，嘗試評價設(shè)計內(nèi)容對未來周邊環(huán)境的影響，根據(jù)結(jié)果做出合理科學(xué)的判斷和調(diào)整。綜合而言，GIS可以較好適應(yīng)景觀設(shè)計的全生命周期。

4 結(jié)語

GIS地理信息系統(tǒng)已是一門較為成熟的學(xué)科，但適用于景觀設(shè)計的本科教學(xué)模式和應(yīng)用研究還處于一個相對初級的階段，特別是對地方院校相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和相關(guān)教學(xué)案例建設(shè)的研究還比較少。然而，隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，信息化對設(shè)計的輔助和決策功能開始突顯，相信GIS技術(shù)將在景觀設(shè)計教學(xué)中揮更大的作用。盡快引入景觀GIS輔助設(shè)計課程，將為麗水學(xué)院環(huán)境設(shè)計專業(yè)景觀設(shè)計方向的發(fā)展提供更開闊的思路，符合學(xué)科技術(shù)更新發(fā)展的趨勢，有利于學(xué)生適應(yīng)未來行業(yè)的飛速變化。通過對GIS技術(shù)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力和邏輯思維能力，逐漸將景觀設(shè)計專業(yè)的學(xué)習(xí)由主觀感性經(jīng)驗的積累上升到感性與理性結(jié)合、美學(xué)感受和科學(xué)分析相輔相成的高度。

對于教學(xué)而言，首先要把握該技術(shù)課程在學(xué)校相關(guān)教學(xué)中的體量關(guān)系。對內(nèi)容的選擇逐步精煉，循序漸進(jìn)地引入相關(guān)知識和概念，把握技術(shù)課程與設(shè)計課程之間的比重關(guān)系。其次，要克服當(dāng)前社會上優(yōu)質(zhì)共享數(shù)據(jù)來源少的問題，逐步累積高分辨率和高精準(zhǔn)度數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)與地理影像、統(tǒng)計數(shù)據(jù)資源服務(wù)商達(dá)成教育資源分享，提供面向?qū)W校的地理信息教育WEB庫。也要從麗水地方出發(fā)，基于教學(xué)，優(yōu)先建設(shè)屬于麗水學(xué)院的麗水地區(qū)地理信息數(shù)據(jù)資源庫。最重要的是，鍛煉景觀設(shè)計專業(yè)方向?qū)W生運用GIS形成一套科學(xué)理性的評價方法，做好GIS與其他課程的銜接聯(lián)系，培養(yǎng)未來景觀設(shè)計專業(yè)復(fù)合型人才。