GIS 在乡村文化景观规划设计中的应用

谢智锦，黄文华

（咸阳师范学院设计学院，陕西咸阳 712000）

乡村是人类文明的发源地之一，乡村经济社会的变迁、地理及环境的转变逐渐产生了乡村文化。许多的乡村文化已经成为中华优秀传统文化的组成部分。时至今日，青年们到城市工作，很多乡村只剩下老人和孩童，乡村文化受到现代城市文明的冲击。人们逐渐感受到乡村文化和景观衰败的危机，于是开始自发地开展研究和保护工作。GIS 在乡村文化景观保护中逐渐被使用、被拓展[1]。本研究阐述了GIS 在乡村文化景观规划中的应用现状，总结存在问题，在此基础上展望了GIS 在乡村文化景观规划中的深入应用。

1 乡村文化景观规划发展现状

乡村景观是当前研究的一个热点。对于其定义，各专业体系给出了各自领域对其含义的解释。在地理领域中，乡村景观主要为某地区中存在的独有的景观行为、形态、内容的景观类别；从零星的“农家乐”，到能够进行农业生产生活与服务的村镇，都以农民群体的特殊形态为表现区域。由于农田用途广泛，且人口密度较小，牧区特色明显；从景观生态学的视角来看，农村景观是由城乡中不同的土地单元所嵌入的，它不但受自然环境的约束，而且受人们活动和策略的直接影响。因此，景观规划艺术在尺寸、造型和形状上都存在着较大的异质性，同时富有经济效益、社会、生态价值和审美价值。不同的研究者有不同的观点。上海同济大学刘宾谊[2]教授指出，农村风景所包含的对象是相对于都市风景来说的，二者的主要差异是地理分区和农村自然景观主体特征有所不同。根据中国农业大学刘黎明等[3]对国内外景观和农业生态景观进行系统研究之后，将乡村景观定义为一种在农业中存在的各个互相连接的土地单元，包括：果园、耕地、草场等，这种生态系统是农村地区独有的，是在原有的自然景观上进一步增加科学设计，体现乡村特色的一种综合性的乡村自然景观。同时在乡村景观之中，也包括一些乡村的民俗等内容，这也是景观构成的一部分，独属于乡村的景象。通过设计，让景观能够更好地呈现当地的文化，从而产生更加深远的影响。

乡村和城市景观两者之间存在差异性，在实际景观规划设计方面也有着明显区别。农村地域广阔，外部条件复杂，受到多种因素的影响，不宜照搬采用城市景观规划设计方法进行创作。地理信息系统的广泛应用，为解决乡村景观建设中的学科交叉、碰撞问题提供了平台。

2 乡村景观建设在社会主义新农村建设中的重要性

党的十六届五中全会对乡村规划建设重点提出了二十字方针，明确表示关注乡村产品发展、文明建设、景观设计等内容。乡村规划是乡村容貌建设最核心的内容。因此，政府需要积极组织开展乡村景观设计，促进农村村容的健康发展。农村景观包括地理位置、地势、水体、土地、气候、动物和植被。乡村文化景观规划主观上分为经济社会的发达程度、社区人文、生活习俗等。乡村文化景观规划建筑设计基于人居环境理论，村庄景观建设成为了农村规划的背景，对整体乡村的格局、特色建筑的形成、农村自然环境的维持，起着至关重要的作用；它的面貌、布局、规模与建筑，直接决定着整个农村环境的存亡。

3 GIS 技术

3.1 3D-GIS 技术及其特点 GIS 技术在国内各个行业中普遍应用，3D-GIS 技术是一种新的高科技技术，在内部数据功能结构方面和二维的技术完全相同，不同点在于它能够以空间的视角解析和表现物体，有助于人类更精确、更真切地认识和体验客观世界。在3D-GIS中，空间对象是以3 个坐标轴来界定的，而二维GIS 中则是将物体对应的纵向视角上的空间信息进一步简化成一种属性值，两者对物体的空间信息的处理方式有所不同。3D-GIS 技术将物体在空间中的关系信息给出了不同的坐标值，因此更加复杂。对于3D-GIS 技术来说，对象物体可以划分成点、线、面、体积4 种。其中线不仅仅是平面的各种线，还涉及到空间线。面不仅指原有的平面，还包括三维平面。体积则是三维中独有的一种特性。三维数据库是3D-GIS 的内核，而3D-GIS 研究的实用性又是它所独有的功用。由于3D-GIS 通过三维模型技术能够直观地展示物体空间地理状况，可以多方位、多角度地呈现物体和空间、平面等对象之间的横纵关系，进而形象地、客观地描绘了真实世界[4]。所以，3D-GIS 在景观规划与建筑设计领域有着巨大的应用前景。

3.2 3D-GIS 相关软件开发概述 目前，无论是在国内还是国际，这种3D-GIS 技术都处于发展阶段，还不够成熟，其涉及到的所有系统都是集中在可视化层面的发展，如CAD、EVS 等软件。这些系统并没有完全展现出3D-GIS 技术的全部功能。比较出名的软件是ERDAS 的ArcView 的ERDAS Vir tlalgis、GIS3D 分析师，ESRI 的Lynx、IVM、GOCAD、SGM 等。其中，ERDAS虚拟地理信息系统是Erdasi Magine 软件的附加模块，它是一种功能超强的3D 可视化分析工具，支持网格、矢量、注释和其他数据，它已经实现了简易的三维展示和简易的飞行，能够在三维空间自然环境中观看图形或通过飞机搭建，在虚拟现实的地域及信息环境中实现人机交互使用、数据信息搜索与访问。

4 GIS 在乡村文化景观规划中的应用

景观模拟分析已经成为资源管理人员和科研人员在探讨当代重大环保问题时不得不面临的问题。但是，目前还没有对这些生态单元的布局、构造等特性的量化说明。景观结构（格局和构成）的量化与定性描述有利于人们认识生态单元，从而形成对具体景观决策的框架系统[5]。而GIS 强大的生物数据与空间数据分析功能，也使得对景观结构的定量分析更为便捷、精确、科学。中国农业大学李守成提出将3S 技术在乡村景观设计中的应用展开分析，是国内最早将两者相结合的研究。2011年，北京大学刘培林首次提出聚落景观基因的概念，为人文景观研究提供了新思路。

4.1 辅助乡村景观格局研究 对景观资源进行分类整理，建立数字化平台。数字化平台就是很多事情可以通过数字化平台进行处理，在当前的GIS 使用过程中，其综合能力可以发挥非常大的作用，从而实现景观的有效管理和控制；通过空间分析功能评价乡村景观格局特征，从而更好地布局当前的景观，实现精确的管控。科学定量研究乡村景观空间分布规律和结构形式，避免在景观管理过程中消解乡村本身的一些优势，从而确保乡村的有效发展。提取典型的乡村景观结构应用于乡村景观规划设计，管理人员可以利用摄影测量无人机、GPS 接收机等工具获取数据并入库，实现对区域乡村景观格局的实时更新和展示。

4.2 景观基因的储存与管理 对文化景观因素代际传递进行控制的一种基本遗传单位就是景观基因，它和其他景观类型存在明显区别。因此，可以根据这种独有的性质辨别景观类型。自刘培林提出景观基因的概念以来，景观基因的研究还处于相对早期的阶段，直到近几年才引起了越来越多的学者关注[6]。国内大部分学者基于对现有人文景观要素的权重评价，采用特征编码来区分不同的景观基因。评价标准主要取决于原始时间、原始环境和文化基因辐射对区域的影响。在编码景观基因的基础上，利用GIS 构建由地理数据库组成的聚落数据库（空间数据）和特征数据库（属性数据），空间数据用于表示不同景观基因在空间中的分布和关系，属性数据用于区分各种景观基因。

地貌组合的建立主要使用GIS 空间数据分析功能（如合理的主题选择、重叠图层、相邻对象元素的分析融合、子主题选择等），以最终获取所需要的空间地貌。而GIS 在国土使用规划中的运用则主要集中于构建数据库、扩展数学模型、开展空间数据分析，以及解决“如果——那么”的问题。通过GIS 的土地利用规划审核与评价流程不但使这一流程更为全面和系统，也同时使某些人加入到这一流程中更具有成本效果。可见，地理信息系统无疑是对整个区域利用规划审核流程有力而必要的补充工具，使现场调查、公听会等非计算机化审核流程更具有针对性与效果，最后产生切实可行、科学合理的土地规划。

5 GIS 的现场分析能力

目前，GIS 已被普遍看作是一个功能强大、最灵活的投资决策管理系统。在很多发达国家和地区，地理信息系统已经成为了创建、实施、分析和交换数据库信息的通用媒介，并且是投资决策更为合理的有力工具。它不但存在于大型建设和区域规划、土地资源环境与城市管理工作领域中，也同时被国外诸多与景观设计有关的行业所接纳。相较于其他工具，GIS 能够帮助人们进一步深入了解环境[6]。当然，地理信息系统并不被看作一种单独的设计工具，也与其他工具合作，但GIS 技术起主导作用。例如，一些3D 建模软件在景观规划和设计方面需要帮助。另外，目标地理信息系统的数据分析能力也有限。所以，也需要和其他相关软件结合应用。借助GIS 技术可以实现水、土地、人、社会等各个因素的空间性质和信息，并将这些信息组成一个利用点、线、面等构成的各种专题图层。它能够按照要求组合和分割图层，控制图层的表示样式，分析结论也能够用专题图表的样式表示。

5.1 地形分析 作为景观规划的主要部分，地形分析的结果往往控制了乡村整体景观的空间布局。GIS采集数据与高程数据处理，并结合对规划区域的形状分析，在平面基础上以高程模拟和三维透视的形式直接、形象地表现地形变化，使布局更加合理，使乡村建设更符合实际环境要求。

5.2 坡度和坡向分析 坡度在景观规划中属于一个重要影响因素，其关系到建筑规划和建设规模，坡向则会对建筑后期的布局、采光等产生影响。因此这两个因素的分析也是整个景观规划中的一个主要任务[8]。而GIS 中的分析与扩展模型则具备坡度与坡向分类的功能，可与乡村规划理论相结合，为规划管理人员在区域布局与植物选取等方面提供了直接依据。

5.3 地理信息系统现场分析 作为景观规划设计中一个基本并广泛应用的理论方法，迈克尔海格在1950年首次提出了土壤适应性分析理论。综合了乡村自然环境、政治、经济、人文等各种因素，将乡村土壤适应各种自然环境的能力，对开发与利用情况加以了量化评估。通常，先要明确评估范围，形成评估准则系统，然后再选取具备主要特点的评估因子层。在GIS 中形成数字化单因子层，最后在GIS 空间属性信息库中保存各项有效信息，最后再叠加并通过GIS 数据分析或空间分析评价成果。评估结果可以通过文字、数据和地图等多种形式传递，为规划设计提供了重要依据。

5.4 环境廊道分析 美国景观规划师Philip·H·Lewis 提出了环境廊道这一名词。通过GIS 技术搜集各个环境因素，并完成相应的地图，在地图中逐渐显露出环境廊道。实际的操作方式为：①水层——构建带有缓冲分析功能的环境走廊；②湿层——使现有数字湿地地图中的坐标、精度等属性和其他图层相同；③陡坡层——用栅格文件替换原有的地标模型，计算坡度并过滤陡坡区域；④环境廊道复合图——将上述各层次的重叠组成线性环境走廊，以推断优先保护区。

5.5 水文分析 通过虚拟三维乡村地质空间，并利用空间数据与分析工具中的水文，通过GIS 技术对乡村的流域、集水区、流向、滞水进行了数据分析，并得出深度图和属性数据一致的结论，从而减少了传统的景观规划设计中对乡村水文条件的模糊认识，为乡村景观规划方案设计提供了依据。