GIS在城市景观规划中的应用

杨欣宇 汤巧香

摘 要：地理信息系统（GIS）作为一项新技术，在当今城市景观规划中所起到的作用越来越多，参与了多个层面的规划设计工作。该文回顾了GIS技术的发展历程，分析了GIS技术的应用模型，总结了GIS在城市景观规划中具体的应用方法，梳理了GIS在我国城市景观规划应用中存在的问题及展望。对今后国内城市景观规划中的GIS应用，具有一定借鉴意义。

关键词：地理信息系统（GIS） 城市景观规划 应用

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0003-03

在近年我国的城市建设与更新过程中，城市景观规划受到了更多的关注，而地理信息系统（GIS）技术在其中起到了重要作用，其在城市景观规划中的应用为规划工作打开了新的思路。在当前大数据和智能城市建设的背景下，GIS技术的应用将会对处理城市景观规划中越来越复杂多元的功能要求起到积极作用。

1 GIS技术的概念与发展

1.1 GIS技术的概念

地理信息系统（Geographic Information System），简称GIS，是指在计算机支持下，对各类地球空间数据进行采集、存储、检索、运算、显示、分析的管理系统，其核心在于对各项数据的分析与管理功能，通过使用GIS相关软件，如AcrGIS，可以完成统计分析、地形分析、叠置分析和决策分析等，不同的软件或模块会有不同的功能侧重。GIS的数据可分为两大类，空间数据与属性数据[1]。

1.2 GIS的起源与发展

当前业界普遍认为，20世纪60年代美国景观规划师伊恩·麦克哈格对于GIS技术的产生出现起到了重要作用，在其编写的《设计结合自然》一书中，提出规划应当尊重自然过程，通过规划师的实地调研，对土地现状剥层分析，再层层叠加，最终确定出最为合理的规划方案[2]。这种叠加早期是通过透明纸来完成的，随着计算机技术的发展，逐渐被改为在计算机中进行，并最终形成地理信息系统。

随着GIS相关软件的成熟和国内对景观规划要求的提升，景观规划工作已有意识地开展GIS技术应用，如俞孔坚团队借助GIS技术对香山滑雪场进行景观安全格局分析，取得了很好的效果。

2 用于景观规划的GIS模型

2.1 适应性分析模型

20世纪60年代中期，伊恩·麦克哈格提出适用性分析模型，该模型是土地景观规划中应用最为广泛的理论模型。其理论核心在于对自然、政治、经济、文化等诸要素进行定量分析，从而了解当地的环境状况与政策经济现状，对土地适于不同开发利用的能力做出相关评价。在该理论中，使用了图层重叠系统分析方法，即千层饼模式（Layer-cake model），这与现今GIS通过空间数据建立主题图层的理念近乎相同。适应性分析模型理论的方法首先需要搜索信息、建立图层，将搜集来的空间数据信息进行整合编排，建立主题图层，其次对图层叠置后显示的结果进行分析评价，最后得出结论，应用于景观规划中，同时也要根据实际情况及时对数据进行动态修正[3]。

2.2 环境廊道模型

环境廊道概念（E-Way）的提出者，是美国景观规划大师菲利普·路易斯。20世纪50年代，他倡导必须尽快对敏感环境构成进行确认，建立图纸及资源目录档案。只有这样人们才能更好地对那些区域实施保护，以使其免遭未来开发的不利影响。在其理论框架下，地区性景观类型可分为坡地、湿地、矿藏、植被、地下水等，将其分别绘制成图，进行图层叠置，研究分析后可得出“环境廊道”，据此可建立指导当地未来发展的方案。其理论方法分为4步：建立水体层，建立湿地层，建立陡坡层，建立环境廊道[4]。

3 GIS在城市景观规划中的应用

3.1 用地适宜性分析评价

根据麦克哈格提出的适宜性分析模型所阐述的方法，对城市土地的自然、政治、经济、文化等进行定量分析，掌握当地情况，对城市建设的适宜性作出评价。GIS可由栅格或矢量两种方式记录数据，因而需要基于这两种数据结构进行土地适宜性分析。在城市景观规划的实际应用中，该方法已衍生出公园选址评价与土地利用分析模型两种，为GIS技术参与城市景观规划提供了更成熟的模式。

3.2 地势地形分析

地形地势情况会对城市景观规划设计产生深刻的影响，所以地势地形分析是城市景观规划前期调研的重要组成部分。通过对需要规划地段进行实地调研、测量和数据采集，将资料汇总、录入计算机，在GIS软件中绘制地形的平面图，在此基础上，根据之前得到的数据，可以建立数字高程模型（DEM），通过GIS软件的三维模拟功能模块，就可以导出三维立体的地形模型，更加直观地观察、分析，再据此为城市做出适当的景观规划。

3.3 坡度坡向分析

在上文地势地形分析中，还有一个重要的环节，即坡度坡向分析。坡度的大小将会直接影响景观规划方案，以及日后施工过程中的土方量、施工难度和工程预算；而坡向将会直接影响场地内的建筑物采光通风朝向和植物生长状况。两者都会对城市景观规划方案产生重要影响，需要着重考虑。而在GIS软件的3D模块中，包含坡度坡向分析，导入DEM，生成坡度坡向分析图。通过对软件参数的调节，赋予不同范围的坡度值以不同的色彩，用颜色的深浅更直观地表现用地的坡度坡向现状，这将为城市景观规划工作提供非常直接的参考信息。

3.4 景观视线视域分析

视域，是指从一个观察点，或多个观察点可视的地面范围。在城市中，不同的视域范围内的景观会给参与者带来迥然不同的景观体验，所以景观视线视域分析在城市景观规划设计中有着重要的作用，它将影响城市整体景观的景点选取与布局。在城市的景观规划中，要注重疏密有致，既要有景点集中、层次丰富的区段，也要有开阔空旷、疏朗平远的区段，还要注意用景观来遮蔽不良的景观视域，引导参与者的视线，只有把这些问题统筹规划，才能处理好城市景观规划。此外，景观视线视域分析还可以用于对城市区域内已建成景观的布局进行评价。

在ArcGIS软件中，可以通过三维扩展模块（3D Analysis）来完成上述景观视线视域分析，利用平面图和DEM，再结合其他栅格和矢量数据，生成可视化的三维模型。视线分析可借助GIS三维模型判断景观区域表面上任意两点之间是否可以通视，在GIS三维模型中选取观察点和目标点，连接两点，绘制出一条直线，再沿该直线生成模型的纵剖面，便可直观地观察判断两点间的视线遮挡情况。视域分析是用来判断在景观中的某一位点可看到的周围区域范围，或是沿着某一路径运动时可以看到的视线范围[5]。

3.5 城市绿地的服务半径和居民可达性分析

在城市中，绿地的首要服务对象即是城市居民，所以在城市景观规划设计中对绿地景观进行布局安排时，必须要考虑到绿地的服务半径和可达性，这在以往的规划过程中会是一个复杂繁琐的任务，但现今借助于GIS软件，这一分析过程已变得精确而且简便。使用AcrGIS软件中的“缓冲区分析（Buffer）”功能，基于矢量数据，被分析绿地周围将自动绘出等距线。在等距线以内，离开或到达绿地的直线交通距离小于服务半径；在等距线外，则大于服务半径。若基于栅格数据进行分析，则分析也以栅格的数据形式输出结果，显示为离开被分析绿地按一定距离递增的、连续的栅格，每个栅格的取值即是离开被分析绿地的距离[6]。

在现代城市中，交通通常是沿着道路展开的，而不同的路况、交通方式会有不同的运动速度，产生不同的可达距离。利用GIS软件中的网络分析技术，再导入相关数据参数后，可以计算出受速度、道路走向、交通管理等因素所影响的各类交通方式的等时线，从而直观地分析出绿地的居民可达性，作为城市景观规划设计的参考。

3.6 三维可视分析

城市景观规划设计是一个三维立体的设计过程，传统的二维平面上的设计方式已经不能满足日益提升的设计水准要求，今日的城市景观规划设计需要的是精准而科学的理性分析，而不再是单凭规划设计人员的想象或推测等感性经验来行事。GIS软件的3D可视化功能组件为设计人员提供了一个三维立体化设计的新方式，通过DEM和平面图，再结合栅格和矢量贴图，即可得出场地的可视化三维立体模型。这个模型可以加入人口、地形、风向等多种参数，随意设置观察点和观察方向角度，为设计者提供身临其境的观察体验，甚至可以做到实地考察所不能及的更为丰富的观察视角——可以模拟出游览路径乃至飞行路线。此外，三维模型将便于其他专业人士参与城市景观规划设计，给出评价与建议[7]。

3.7 应用实例

GIS技术在城市景观规划设计上的广泛应用前景已经为越来越多的设计人员所认识，近年不少城市在景观规划中，有意识地采用了GIS技术，出现了很多优秀的设计成果。比较著名的有杭州“西湖西进”后景观区域的规划设计，设计人员在GIS软件的3D模块中构建了西湖西进后的三维景观环境模拟，从广域层面上模拟西湖西进后的实景，有效协调了城市景观规划中的山与水、自然与人工，保护了西湖现有景观环境；开封市借助于RS和GIS技术，进行了城市建成区的城市绿地调查，为开封市未来绿化规划提供了新依据；依托以GIS技术为基础的城市绿地景观空间结构调查，宁波市建立了城市绿地景观生态系统规划设计的生态学依据，并为“生态园林城市”建设提供了理论与数据的支撑。

4 问题与展望

随着GIS技术在当代城市景观规划设计中越来越广泛的应用，GIS系统和配套软件以及相应的方式方法也日趋成熟实用，其在城市建设大数据的存储、检索、计算、输出等功能上的能力，已经使其具有不可替代的地位。但该系统在推理和逻辑判断上仍旧存在着不少的缺陷，例如栅格与矢量数据相互转化的准确率仍然差强人意，所以，虽然GIS在城市景观规划设计中所起的作用越来越大，但依然只能作为参考与辅助，真正在规划中起主导地位的依然是人工的规划设计。另外，GIS在数据采集与更新上尚存在着很大的困难，数据的收集与录入任务异常繁杂、成本高、工作周期长；而在我国，由于国家尚未建立起一套统一的数据标准体系，再加上地理数据保密的问题，所以各地不同的部门、单位之间的数据，在经过耗时费力的采集整理后却无法进行共享。这些都严重阻碍了GIS系统在我国城市景观规划设计行业的发展与应用。

解决上述问题，一方面需要整个景观规划行业的不断努力，在GIS软件的实际应用中不断总结经验规律，并据此在原GIS软件基础上进行软件的二次开发，以使其更适合于城市景观规划设计，甚至可以尝试以此为契机，在景观规划行业内部建立GIS数据的标准化。另一方面，也需要由政府进行主导，建立国家地理信息系统数据的统一标准规范，使整个行业更加科学化与规范化。

5 结语

随着GIS技术的不断发展进步，更多的行业开始受益于此，而在智慧城市、大数据的时代背景下，GIS技术在城市景观规划设计中的应用正方兴未艾，有着良好的应用前景和广阔的发展空间。对于城市景观规划来说，GIS还是一个新技术，在应用中必然要出现一些缺陷和问题，但也为规划设计带来了不少新思路和新方法。在今后的城市景观规划中，只有继续把GIS技术与城市景观规划设计相结合，才能令整个景观规划行业更好地为城市建设服务。

参考文献

[1] 徐明珠，杨洋，王海荣.GIS在景观规划中的应用综述[J].技术与市场，2010（7）：67-68.

[2] （美）麦克哈格（Mcharg IanL.），著.设计结合自然[M].芮经纬，译.中国建筑工业出版社，1992.

[3] 李伟.基于GIS的园林规划设计方法变革探索[J].福建农业，2015（8）：103，278.

[4] 周晓.GIS在景观规划设计中的应用[J].科技资讯，2005（27）：19-21.

[5] 刘森，闫红伟.论地理信息系统GIS在景观规划设计场地分析中的价值及应用[J].沈阳农业大学学报，2006，8（2）：280-282.

[6] 岳峰，戴菲，贾行飞.中国风景园林规划设计领域GIS的应用研究进展[J].风景园林，2014（4）：47-52.

[7] 张艳军，曾晅.GIS技术在景观视觉分析中的应用[J].地理空间信息，2008（8）：87-89.