基于可视化技术的数字化风景园林景观规划系统设计

周 艳，郑忠标

(泸州职业技术学院，四川 泸州 646000)

0 引 言

风景园林景观设计，自古就有，但是，随着计算机技术的发展，研究出Autocad、photoshop、3Dsmax等画图软件，促使风景园林景观的设计具有了系统、全面、真实、合理、美观、精确、高效和易修改等特点。然而，随着社会的发展，在新的生态文明和信息化要求基础上，风景园林规划行业，已经涵盖都市生态区域和基础设施的建设，使得城市风景园林规划难度不断增加。为此，有学者提出数字化风景园林景观规划，运用计算机的运算和图形能力，分析风景园林景观规划区域空间环境，理性建构客观严密的设计逻辑，使风景园林景观兼具科学、艺术和社会价值[1-2]。

目前，国内外对数字化风景园林景观规划方法研究需要从谱系、参数化设计、计算机生成设计等几个方面进行规划。国外还从局部至整体和整体至局部两个方面，建立了具有数化模型-敏感系统-网络城市主义-自我实现4个过程的数字化风景园林景观规划方法，完成数字化风景园林景观规划，但是，该套方法，却只停留在研究层面，未曾进行具体实践。国内则从景观参数化设计角度出发，研究出基本体系框架和参数构成类型，以其作为基准，在计算机上，通过数字化的方式，规划风景园林景观，却存在风景园林景观不能利用软件完全参数化的问题[3-4]。为此引入可视化技术，根据风景园林景观空间地理信息，数据化规划风景园林景观，提出基于可视化技术的数字化风景园林景观规划系统设计。

1 基于可视化技术的数字化风景园林景观规划系统

1.1 设计系统总体架构

此次设计数字化风景园林景观规划系统，将在传统数字化风景园林景观规划系统硬件设计基础上，设计数字化风景园林景观规划系统软件。系统考虑到了数字化规划风景园林景观需求以及系统设计的实用性、先进性、安全与可靠、开放与共享、经济和易于推广等原则[5-6]。设计的数字化风景园林景观规划系统总体架构如图1所示。

图1 数字化风景园林景观规划系统总体架构

图1所示的数字化风景园林景观规划系统总体架构图中，将系统总体架构分为了数据服务层、空间数据引擎和可视化技术、应用程序客户端3层[7-8]。

应用程序客户端，用于展示系统应用程序，由服务层中的办公模块为客户端服务，提供用户所需的数字化风景园林景观空间和非空间数据，用户在数字化风景园林景观配置工具中，可以根据数字化风景园林景观空间和非空间数据，通过可视化技术，规划数字化风景园林景观，形成可视化的数字化风景园林景观模型[9]。其中，数据库参数配置工具模块用于连接数据服务层，每次使用办公模块时，数据库参数配置工具模块就会进行一次参数配置，连接数据库参数文件；系统维护模块，则是保证系统的运行，用于维护系统业务和数据，包括人员业务管理、地图管理、工具管理3个单元；办公模块为用户规划数字化风景园林景观操作层，包括办案单元(接件和办公栏)、地图操作、地图管理、工具单元[10]。

数据库引擎为系统的中间层，其中，ArcSDE数据库引擎用于调取数据服务层中的空间和非空间数据，也可以通过ArcSDE数据库引擎存储数字化风景园林景观规划过程中所需要的空间和非空间数据，其具有的编程接口可以提高数据服务层的访问率，且对系统内存和磁盘空间的占用率低。可视化技术是为赋予系统数据外轮廓和特定样貌的认知，如树木、建筑物等。

1.2 确定系统拓扑结构

根据图1所示的数字化风景园林景观规划系统总体架构，系统需要具有灵活、方便的网络运行模式，能够及时处理系统数据，过滤危及系统的数据信息，防止外来入侵，破坏系统运行安全[11-12]。本文设计的数字化风景园林景观规划系统确定的系统拓扑结构如图2所示。

图2 系统拓扑结构

1.3 建立系统数据库

建立的系统数据库考虑到数字化风景园林景观数据存在可视化数据，在数据调整的过程中对数据库要求较高，根据数据库的安全性、共享性、独立性、高效性和可扩展性5项原则[13]，选择级别较大、运行速度快的Oracle 9i数据库，作为此次建立的系统数据库。

此外，在实际应用过程中，数字化风景园林景观数据，会一直处于增长状态[14]。所以，需要考虑数据库数据的存取率，因此需要将数据库中的数据，进行归档处理，形成数据库表和数据库档案共存的数据库管理模式，减少数据库缓存中的数据量，从而提高数据查询过程中数据库数据响应效率。当用户查询数据时，不能只通过查询判定条件查询数据库中的数据信息，影响用户数据查询效率。因此，在此次建立的数据库中，设计数据库索引，提高数据库服务器自身固有特性。为此，依据数字化风景园林景观数据的实体、属性、联系3个部分，形成数据库E-R图(图3)。

图3 数据库E-R

图3中，M和N表示不同数量的关系，其中，1∶1表示一对一关系；1∶N表示一对多的关系；M：N表示多对多的关系[15]。图3所示的系统数据库E-R图，将数据分为用户信息、管理员、施工图和施工图分类4个部分，存储着用户正在规划或已经完成规划的数字化风景园林景观数据，即数据库中的非空间数据。除此之外，在系统数据库中，还包括数字化风景园林景观规划的空间数据。空间数据根据类型，可以分为图形数据和非图形数据，其数据组织如图4所示。

图4 系统数据空间数据组织

从图4中可以看出，系统数据库中存储的图形数据主要为矢量数据，非图形数据主要包括数据库E-R图中所包含的业务以及文字数据。

1.4 规划数字化风景园林景观

数字化风景园林景观规划系统设计的系统架构采用可视化技术，规划的数字化风景园林景观采用参数化的方式。设计的数字化风景园林景观规划流程如图5所示。

图5 数字化风景园林景观规划流程

图5的数字化风景园林景观规划流程是根据风景园林景观场地分析其中存在的量化因素和不可量化因素，并将两种因素数据存储至系统数据库中，通过系统的办公模块，生成数字化风景园林景观定量数据算法，输出风景园林景观图形。采用可视化技术，运用风景园林景观图形，构建数字化风景园林景观模型，完成数字化风景园林景观规划。此时，就可以针对规划后的数字化风景园林景观，进行下一步的建造、管理和维护。

此次设计数字化风景园林景观规划系统，确定系统总体架构，根据架构确定系统网络拓扑结构，保证系统网络运行安全以及运行速度，建立系统数据库，存储风景园林景观数据。将设计的数字化风景园林景观规划流程转化为系统运行代码，储存至系统服务器芯片中，即完成数字化风景园林景观规划系统设计。

2 系统测试

采用对比实验的方式，以某数字化风景园林景观区域作为实验对象，验证此次研究的数字化风景园林景观规划系统。并将此次设计的数字化风景园林景观规划系统记为A系统，两组传统的数字化风景园林景观规划系统分别记为B系统和C系统。

2.1 实验准备

此次实验选择的数字化风景园林景观区域，地势从西南向东北呈梯形倾斜，总面积高达786 m2。目前，该区域已经建设住宅楼39栋，需要在这39栋楼之间，规划小区园林景观。

根据此次实验选择的3组系统，选择TCP/IP的Windows TN作为此次实验的系统网络环境。3组系统的运行环境见表1。

表1 系统运行环境

2.2 实验结果

2.2.1 测试规划效果

基于此次实验设置的实验参数，进行第一组实验。依据此次实验选择的数字化风景园林景观，采用常用的规划Landmark命题，作为本组实验对比对象。从数字化风景园林景观规划区域中，选取A、B、C、D 4栋建筑物，在这4栋建筑物中，规划出一片休闲区域和停车场，休闲区域包含小亭、草坪、健身器材，停车场分为自行车、电动车两个区域。建筑物的位置如图6所示。

图6 A、B、C、D四栋建筑物位置 图7 三组系统的规划求解结果

根据图6所示的A、B、C、D 4栋建筑物位置，采用3组系统分别规划A、B、C、D 4栋建筑物中的休闲区域和停车场，3组系统的规划求解结果如图7所示。

根据图7所示的3组系统，求解可以得到3组方法的所需求解时间、花园面积和停车场面积，以及花园和停车场面积是否超出小区的规划面积。3组系统的求解对比结果见表2。

表2 三组系统的求解对比结果

从表2中可以看出，C系统规划求解，虽然所用时间相对较短，但是，花园面积和停车场面积都超出规划面积，求得的规划解最差；B系统规划求解，虽然花园面积和停车场面积都未超出规划面积，但是所用时间最长；A系统规划求解，不仅用时最短，且花园面积和停车场面积都未超出规划面积。由此可见，此次设计的数字化风景园林景观区域规划系统可以根据风景园林的景观面积具体规划风景园林景观，且用时较短。

2.2.2 系统功能测试

根据第一组实验结果进行第二组实验。根据3组系统的功能模块，设计系统测试案例，检测系统运行功能。从用户管理、数据库、系统维护和规划设计四个方面，设计如下案例：①增加用户信息时，不填写必须输入项，是否会弹出提示框；②删除或修改用户信息时，是否存在提示框；③意外删除数据信息后，系统是否存在备份；④检索数据库中数据，检索出的内容是否与检索内容一致；⑤更改用户设置时，是否存在安全验证；⑥连接打印机，是否可以打印数据信息，弹出验证；⑦更改、删除、增添图纸，是否存在提示框；⑧检索施工图纸，检测施工图纸是否按照项目类别分类。根据上述设计的8个案例验证系统功能是否符合预期结果，以及在运行时是否存在遗留问题，实验结果见表3。

表3 系统功能测试结果

从表3中可以看出，B系统和C系统都存在不通过的测试案例，即测试结果与实际预期不符，且不通过的案例中，还存在一定的遗留问题；A系统所有案例均通过，不存在遗留问题。由此可见，此次设计的数字化风景园林景观规划系统功能完善。

2.2.3 数字化风景园林景观规划精度对比

依据第一组实验和第二组实验结果进行第三组实验，提取第一组实验中，数字化风景园林景观规划精度，为保证实验严谨性验算50次，3组系统规划数字化风景园林景观精度如图8所示。

图8 数字化风景园林景观规划精度

从图8中可以看出，B系统规划数字化风景园林景观精度，精度波动差高达14，且最高精度仅有81%，规划精度最低；C系统规划数字化风景园林景观精度波动差虽然较小，但是规划精度依然未达到90%；A系统规划数字化风景园林景观精度，不仅规划精度差小，且规划精度最低也达到了89%，最高可达95%。由此可见，此次设计的数字化风景园林景观区域规划系统具有较高的规划精度。

3 结 论

为了提高数字化风景园林景观规划系统的规划精度，缩短规划时间，本文设计了一种基于可视化技术的数字化风景园林景观规划系统。

1)在当前数字化风景园林景观规划系统软硬件研究的基础上，设计数字化风景园林景观规划系统软件，并充分利用可视化技术，构建数字化风景园林景观模型，进行实时的三维空间表达，简化数字化风景园林景观规划流程。

2)本文设计的基于可视化技术的数字化风景园林景观规划系统的数字化风景园林景观规划精度较高，并且提高了规划效率。

3)此次设计的数字化风景园林景观规划系统曾考虑规划后的数字化风景园林景观评价问题以及实际应用效果。因此在今后的研究中，还需要深入研究数字化风景园林景观规划系统，对规划后的数字化风景园林景观进行评价以及对实际应用效果进行实验，进一步提高数字化风景园林景观规划系统实用性。