智慧园林研究进展

祝遵凌

（南京林业大学 a.艺术设计学院；b.风景园林学院；c.南方现代林业协同创新中心；d.金埔研究院，江苏 南京 210037）

智慧园林是指在园林绿化数字化管理的基础上，深入运用物联网、云计算、移动互联网、地理信息等集成的新一代信息技术，以网络化、感知化、物联化、智能化为目标，构建的园林绿化立体感知、管理协同、决策智能、服务一体的综合管理体系[1]。

智慧园林建设将全方位提升园林绿化建设、管养、监督和服务水平，推动园林绿化事业更加健康、高效地发展，具有十分重要的现实和发展意义。本文将从园林苗圃、城乡园林规划、园林实施、养护管理、智慧园林文化科普、园林“双碳”管理、智慧园林教育等七个方面，总结国内外智慧园林的研究进展，基于现状提出对未来发展的思考，以期对我国未来智慧园林发展之路提供参考。

1 智慧园林苗圃—智慧园林的材料源泉

苗木是园林绿化建设重要的物质基础，园林苗圃的养护管理水平直接关系着园林绿化的建设与发展。园林苗圃的智慧管理，主要是基于移动互联网、物联网、大数据等技术，对苗木配置、苗木栽植、出圃入圃管理、在线交易等方面进行智慧化的监控、监测及管理，实现实时精准控制，并形成一套从种植、养护管理到销售的全面数字化、智慧化的体系，力求实现园林苗圃的绿色化、标准化、网络化以及全智能化发展（图1）。

图1 智慧园林苗圃云系统架构Fig.1 The cloud system architecture of smart garden nursery

在国外林业发达的国家，园林苗圃已经形成了相对健全的专业化生产体系，基本实现了苗圃的信息化管理。美国在苗圃信息化管理系统开发中处于先进水平，领先于各发达国家[2]。20 世纪70 年代，美国伊利诺伊大学开发了大豆病虫害诊断系统（PLANT/ds），成为了世界上应用最早的农业专家系统[3]。20 世纪90 年代，美国进入新经济时代，信息化发展迅猛，各类农林业管理系统应运而生[4]。进入21 世纪以后，美国的电子信息技术得到了空前发展，人工智能技术广泛应用于各个领域，最大的农业计算机网络系统AGENT，覆盖了全美、加拿大及美国以外的多个国家，除此之外，美国还在生产中广泛应用无线传感器网络进行灌溉智能化[5]和环境监测[6-7]，减少用户养护精力，实现量化管理。除美国之外，其他国家在智慧苗圃管理方面也有诸多研发与应用。意大利设计了一种基于区块链的Web 应用程序，这是一个用于林业苗圃智能管理的NFC（近场通信）追溯系统，一方面这个系统可以实时对植物进行监视管理，另一方面这个系统也提供了对植物产品追根溯源的可能性[8]。日本东京大学开发出了栽培管理专家咨询系统、培养液管理专家系统日本千叶大学利用原MICCS 工具开发了多种作物的病害诊断专家系统、花卉栽培管理支持系统等[2]。2020 年，印度设计了基于Web 的苗圃应用程序，进行苗木交易在线选购与支付，形成“电子苗圃”平台，为苗木交易的智能化、数字化提供保障[9]，同时，还引入了“使用人工智能和物联网的智能植物苗圃管理系统”，基于增强现实、机器学习、物联网等技术进行苗木数据可视化、高度集成化应用，有效减少苗木数据手动集成以及管理开销成本，助力苗木行业数字化发展[10]。2021 年，马来西亚对油棕从园区清洁能源设备的布设到全方位可持续环境监测系统的设计，进行了全面数字化精准管理，有效减少了种植园管理不善而导致的不必要成本支出[11]。

我国在数字化智能苗圃的研究与探索中也开展了大量工作。随着我国机械化水平的不断提升，苗圃机械化也跟上时代步伐，通过引进苗木机械智能管理系统来监测与管理苗木生产状况，进而提升苗木生产品质，成为苗木种植机械化关键技术的提升方向[12]。杨博等[13]设计的一种低碳智能种植小车，通过STM32 系统控制电磁阀开闭来控制气压缸的往返运动和WiFi232 模块对种植机进行无线遥控制电磁阀的开闭，从而完成挖口、投苗、覆土、镇压、铺设滴灌植树的一般流程，实现智能种植。此外，对于苗圃智能培育，伍艾琪等[14]在安徽亳州市涡阳县城东农场基地智能水肥一体化试验区进行试验，研究阐述了滴灌条件下土壤水分动态变化规律及水肥对刺槐苗木生长的影响，这为探寻适合大规格苗木苗圃养护管理方案提供了一定的借鉴和指导。随着“互联网+”和云计算等信息技术的快速发展和跨界融合，大数据技术也被融入造林全过程管理，逐步形成信息化、现代化、智慧型苗圃管理模式。在苗木异地移栽施工控制、采购质量控制、进场验收追踪、栽植及RTK 定位等方面均发挥着举足轻重的作用[15]。何斌等[16]利用无人机载激光雷达遥感技术对广东省四会市的3 个苗圃苗木进行低空遥感测量，从中提取各苗圃信息和每株苗木基本信息，结果表明利用无人机激光遥感技术可以使苗木数据采集更直观清晰且效率更高，从而实现苗圃的信息化管理。Zhang 等[17]在基于成本效益基本原则的基础上，通过现代智能技术的应用，建立了一个分为“五层、五模块”的智能苗圃，形成了智能苗圃完整的技术支撑体系和产业链。

2 智慧园林规划—智慧城市的绿色篇章

城市园林规划技术的智慧化发展，主要是基于增强现实、大数据分析、数据库技术、物联网技术、信息及通信技术等，对风景园林规划、视觉规划、城市空间设计、绿色城市建设部署等方面进行不同程度的应用开发。传统的园林规划设计是基于经验的感知理解和积累，把个体的感知与外部世界规律之间相关联，从而建立起对外部世界的认知。智慧园林规划中的数字景观则直接指向的是环境客观变化规律，更多地揭示事物发展的趋势[18]。所以，数字时代的规划设计思维更具系统性、动态性和连续性[9]。

智慧园林规划设计，总让人想起近年来的热点词汇“智慧城市”。“智慧城市”这一名词最早可追溯到1999 年在美国旧金山举行的一次国际会议，会议围绕“智慧城市”、快速系统、全球网络展开[19]。2007 年，欧盟在《欧盟智慧城市报告》中首次提出了建设“智慧城市”的设想；2009 年2 月，IBM 正式提出了智慧城市的概念。而后引起世界各个国家开展智慧城市建设的浪潮。2019 年，英国学者San 等[20]提出了“智慧城市森林管理”的定义和对前景的分析，既强调数字基础设施在提高森林效益方面的潜力，又强调在绿地规划中促进公民管理和赋权，以期将城市森林和其他绿地有效地纳入智慧城市规划，以最大限度地为所有城市居民带来绿色效益。由于城市景观的复杂空间结构，高成本、高劳动力投入或空间分辨率差阻碍了绘制城市绿地分布，美国研究者Seiferling 等[21]于2017 年使用计算机视觉分析来量化街道层面的城市树木覆盖，可以高度精确地分割和量化街景图像中树木覆盖的百分比，并对其进行再生和分布模型重现，以居民视角重现、量化城市街景树木的重建和分布特征。

目前在智慧园林规划的技术因素中，最为重要的可能就是物联网(IoT)技术，该概念最早出现于1995 年比尔·盖茨的《未来之路》中。新的物联网技术应用提供了远程监控、管理和控制设备的能力，以及从大量实时数据流中创建新的洞察力和可操作信息的能力，进而推动了全球范围内的智慧园林城市计划[22]。智慧园林城市越来越多地成为城市可持续性讨论的一部分，人们越来越有兴趣了解公民参与、互联技术和数据分析如何支持可持续发展。2021 年，沙特阿拉伯、爱尔兰、也门、澳大利亚、中国、印度、马来西亚等国家的学者联合研究表明IoT 技术的发展及其与智慧城市的融合改变了我们的工作和生活方式，丰富了我们的社会。但对于能耗的增加，促使我们转向绿色物联网，智慧园林城市应用在未来仍然面临很大的挑战和机遇[23]。为了迎合不断增长的高度复杂的应用，智慧园林城市的研究必须利用来自各种来源的数据，并从多个方面评估其性能。捷克学者于2021 年对布尔诺市的案例进行研究，在考虑智能交通、技术、治理、经济、生活等要素的条件下，智慧城市未来仍有较大的发展空间[24]。

在国内，随着智慧园林城市信息化建设热潮的日益高涨，各地政府纷纷响应国家号召打造智慧园林城市应用典范。利用GIS 技术建立综合信息管理监测平台，可实现对园林景观旅游点的监控、古典园林的监测、园林绿化工程项目信息把控、视频监控、景点位置地图查询、统计分析不同景点数据等功能。以期在大数据的作用下实现智慧互动（图2）。徐进[25]通过搭建客流监测系统，为园林工作者提供了视频点播、定点客流量分析和定区域客流密度分析等功能，有利于园林的空间设计和活动安排、合理调配资源，对相关管理和决策起到重要作用。于小兵等[26]以生态城市、智慧城市理论研究为基础，构建了“生态智慧”城市建设体系，并运用TOPSIS 法计算了江苏各城市综合排名，指出江苏省生态智慧地区发展界限明显，部分地区态势良好，但个别城市缺乏活力。在国土空间规划方面，秦萧等[27]通过引入能够直接反映人类活动时空变化的大数据，重点从适宜性评价、生态空间规划、农业空间规划及城镇空间规划四个环节探讨了大数据应用的方向与具体方法框架。2019 年，林博等[28]通过建立城市空间案例数据库，利用机器学习和深度学习两种算法来训练计算机对城市空间进行设计，并在温州市中央绿轴的应用案例中证实其可行性。Liu 等[29]于2020 年通过基于位置的社交网络(LBSN)数据，收集上海市中心绿色公园访问的时空模式，对研究游客的喜好用于绿色环境的智慧城市的城市规划开展研究。

图2 智慧园林的体系构建与实现路径Fig.2 System construction and implementation path of smart gardens

随着第五代移动通信技术的加速普及，以5G为代表的信息技术也开始进一步应用到风景园林规划设计及园林生态可持续发展中。2021 年，钟汝淇等[30]分析了在5G 技术承载下的智慧园林的应用发展，提出“5G +智慧园林”在应用特性和场景方面的设计构想，表明5G 技术能优化提升园林保护、管理和服务等，从而推动人们共建共享智慧园林，实现人与自然的和谐互动，为探索符合我国国情的“5G +智慧园林”发展之路提供参考。智能技术逐渐在智慧园林城市规划方面产生作用，随着数字技术的出现，城市景观设计不再单纯依靠真实的物理空间，利用数字多媒体技术，可使得城市景观设计空间在外观颜色等方面更加具有表现力[31]。规划设计层面，风景园林领域出现的LIM（Landscape Architecture Information Modeling）平台是实现智慧化规划设计流程的有力支撑，数字景观的定义分为两个大方面，一个是风景园林的数字化途径，将从项目立项到场地勘测，方案生成再到施工落地，最后到项目审查存档的全部生命周期纳入到整个数字化模型中，能够实现多平台、多领域、全过程的合作推进与信息无损交流，侧重于工作方法的革新；另一方面是指数字风格的景观营造方法，具体侧重在表达和营建层面。

3 智慧园林实施—高效的管理体系

园林工程是市政工程以及公共基础设施建设中不可或缺的一部分，智慧化研究主要体现在智慧园林设施的建设及施工管理等方面[32-33]，从物联网、大数据、新一代信息技术等方面集成开发，形成信息数字化、决策数字化、办公数字化的发展趋势，集监管、服务、管理于一体（图3）。

图3 智慧园林实施的研究进展Fig.3 Research progress on the implementation of smart gardens

在园林工程施工过程中，其智慧化程度更多地体现在建设高度集成的一体智慧化管理系统中，如邵左淯[32]根据智慧园林建设规范行业标准，建立了北京智慧园林建设服务平台，包括公众服务系统、环境监测系统、管理指挥系统及统计分析系统。仅少数研究成果涉及施工手段，如基于智慧园林的乔木种植挖坑装置[34]、低碳智能种植小车[12]等。随着全球互联网技术的不断发展，在5G大建设的背景下，互联网将绿化设计、施工管理、绿化养护等主要园林建设节点串联起来，构建成系列的智慧园林系统[35]。

在园林实施管理方面，意大利学者Luvisi[36]早在2014 年即提出了通过在生物监测系统中实施RFID 标签来保证实时数据通信，RFID 智能物联网技术目前可应用于人员定位、安全预警等施工管理系统[37]，此外，使用传感器和移动设备对绿地进行虚拟化可以实现绿地施工过程的智能管理，并有可能在整个区域内实施实时导航。2020 年，俄罗斯学者Matasov[38]进行了城市树木生态系统服务的物联网监测系统研究，在莫斯科市中心的绿地上使用IoT 技术运行的无线、低成本和多参数监控设备网络，对人类健康和环境政策有意义的实时监控，以指标的形式提供生态系统服务。物联网监测系统还可应用于施工环境监测，对施工现场的噪声、风速、颗粒物浓度等环境因素实时监测，当污染物浓度超标时系统发生预警并开启除尘降噪装置[39]。2021 年，芬兰学者Kankaanhuhta等[40]对其本国森林服务进行了数字化转型研究，所研究的森林服务涵盖了一个连续统一体，例如通过木材的采购和幼林管理，到综合森林财产管理服务，侧重于提供满足零售或企业对企业(B2B)的微型、小型和中型服务企业(SME)的需求，对服务流程进行了概念建模，以实现精确、弹性地保护森林中有价值部分；澳大利亚学者Sarah[41]则提出超人类和超现实的城市园林管理，表示应更多地考虑和承认超越人类以及对超越现实的数字技术及其应用的共同创造和共同设计。

目前国内园林施工的智慧化研究仍处于探索阶段，而智慧苗圃、智慧工地、智慧建筑等研究领域对于智慧园林的实施具有借鉴意义。基于苗圃物联网平台的建设，如花卉苗木电商交易平台、苗木期货交易平台等，可以高效协调施工过程中苗木采购与工程施工管理之间的关系，确保苗木采购工作透明及采购成本的真实性，为企业资金安全提供保障[42]。智慧工地主要是指在施工过程中应用智能化管理系统，对施工过程中产生的动态数据进行全面收集与处理，通过BIM 技术、物联网技术、大数据、云计算、移动网络及智能化终端协调工程[43-44]，目前多应用于建筑工程中，除此之外，园林工程、道路工程、桥梁工程等大型施工项目中也有涉及，董则奉[45]将智慧工地“嫁接”至园林施工中，将电子版园林施工图存储在网盘中进行管理和运用，通过网络和电子设备终端共同替代纸质蓝图，具有共享方便、保密安全、使用高效和修订快捷等一系列优势，从而使园林工程的施工过程更加高效便捷。积极推广应用5G技术、工业互联网、数据中心技术等，建设智慧工地管理系统，能够为园林绿化施工的质量控制、进度控制、成本控制、安全管理等方面提供有力支持[46]。

4 智慧园林养护管理—园林健康发展的保障

目前，智慧园林养护管理主要侧重于对公园、景区和绿地的空间格局、管护管理、苗木生长预测分析等方面进行模拟和研究，广泛应用在林场运营、公园建设、城市行道树管护[47]、街道绿化管护等方面，对城市园林绿化管理实现全方位、全时空、全覆盖的管理。

在时代发展过程中先后出现了多种形式的智慧化管理模式，包括智慧管理平台、可视化信息管理系统、自动养护系统以及机器人管理系统等（表1）。唐新梅等[48]基于移动互联网和大数据技术，采用PID 控制器，构建智慧园林机器人管理系统，实现了机器人的远程监测和协同作业时施药量的定量控制。提高了园林机器人管理系统的自动化水平，实现机器人的精准化管理，通过引入移动互联网大数据传输技术，采用大数据分析和处理技术实现了多机器人协同作业时的数据管理（图4）。北京共青林场于2017 年上线首个利用信息化技术每木定位的管理平台，向林场提供专业化、技术化、数据化、信息化的森林资源现状，为各种经营、造林及财务实施计划提供决策支持[49]。2021 年山东省东营市从土壤监测、苗木管理、养护管理、人员管理、统计分析、车辆管理、统计分析综合展示这7 大功能板块建立了智慧化管理平台，打造了“养护科学、监测智能、监管有效”的园林绿化智慧化管理体系，有效提升城市园林绿化的精细化管理水平[50]。

图4 智慧园林养护管理体系构建Fig.4 Construction of the intelligent garden maintenance system

智慧化管理平台体系能从优化绿化、灌溉控制、资源管理、专家服务、预防治理等方面实现智能化管理[51]。而基于GIS 的智慧园林信息集成管理系统能够应用于园区综合信息查询、集中监控管理、虚拟旅游服务、智能环境监测等多方面，其建立对提高各类信息的利用效率和管理的信息化水平具有重大意义[52]。智慧化管理与公园建设及应用也逐渐广泛，杭州西溪打造国内首个智慧景区，建立“云3DGIS”引擎的“智慧西溪”旅游信息服务集成总平台，实现智能化科学管理，并逐步提升智能化水平[53]。公园智能化管理从监控系统、设施系统、浇灌系统、污水系统等多方面打造智能化自动养护系统，从太阳能光伏供电系统、虫情测报灯、手持式土壤温湿度一体速测设备，结合联动控制系统和互动主站平台实现实施监控与养护的目的[54]。而机器人管理系统则从植保、采摘、移栽多类机器人管理入手，利用机器人实现实施监测、夜间作业及监测、双向语言远程控制、作业移动状态侦测和录取功能[51]。

宋思贤[55]提出了校园行道树可视化信息管理系统，实现开源图像数据获取、树木空间定位、树木信息展示等功能，为后期城市行道树的可视化信息管理提供参考。Seiferling[21]等利用城市街景的开源图像数据（谷歌街景），以多步骤计算机视觉算法，高精度分割和量化了街道景观图像中的树木覆盖率，为街道绿化的智能管理提供新思路。石家庄绿化管护中心结合大数据平台应用，对街道绿化管理模式进行了创新实践，从任务计划与实施管理、智能监控管理、考核管理、养护巡查管理、档案和资源管理五个平台提出解决方案，各平台独立又相互关联，为实现任务监控、趋势分析、预警预判以及科学决策提供依据。

智慧园林养护管理体系是园林健康发展的重要保障。在互联网发展的新形势下，将传统养护管理模式与大数据技术相结合，建立智能园林数据库，构建高效管理平台系统，提高养护管理效率，有效连接人与自然，实现两者间的相互感受与互动[56]，保证园林智慧发展。

5 智慧园林化科普—传承园林文化的科技驱动

在“互联网+”背景下，各类新型智慧化技术在传统行业中锋芒毕露，不断更新变化的媒体数据和网络环境也促使了其与园林行业的进一步融合，当代的民众已不仅仅满足于普通的园林观光游憩，对休闲方式和产品的需求也日渐多元。其中，智慧科普在其发展的历程中，可以分为三个阶段：第一阶段是19 世纪中叶前，由于科学体系的不成熟，科普活动只由简单的技能教授或讲座完成[57]。第二阶段是从19 世纪中叶至20 世纪上半叶，因第二次工业革命导致科学进一步发展，科技助推造物能力得到提升，智慧科普开始通过器械辅助认知，使得观测更直观形象。第三阶段是从20 世纪下半叶至今，此时科普除了基础地向大众传播知识，更要求民众理解知识并参与其中，开始强调参与性和互动性[58]（图5）。

图5 智慧园林科普发展Fig.5 Development of the science popularization of smart gardens

智慧科普园林作为一种新颖的园林模式，可以满足民众的求知欲，而智慧园林文化科普，则利用园林互动装置，科普APP 或者小程序等，通过构建识别系统、数据资源库、服务系统、反馈系统，搭建智慧平台，可以开展交互体验、智能展示及解说等活动[59]。安乾等[60]研建了基于Cordova 的北京市园林植物科普App，不仅融合了市面上现有的植物科普类App 的拍照识别功能，还进行了集成创新，应用个性化推荐技术和即时通信技术，对园林绿地进行科学的管控，有效提高了政务管理水平，对植物科普教育的发展起到了积极的推动作用。同时，也有将智慧技术应用在校园园林里，通过智慧化提示牌、智慧化灯光设计、智慧化语言讲解二维码系统等技术不仅增加了学生对校园园林的认知和审美，对探究校园智慧园林和智慧校园的建设具有重要的实践参考价值[61]。国外则开发智慧园林的先进园艺系统[62]及构建智能弹性园林套件[63]等，通过植物数据以及植物电流和预定义状态之间的匹配来提供定制的园艺指导，例如通过评估环境因素来生长哪种植物、应该使用哪种肥料、何时修剪、预计收获时间、是适合发芽所需植物的季节和适当的灌溉时间表，可为园艺等初学者或对此感兴趣者提供科普及可视化的操作支持[64]。

6 智慧“双碳”管理—智慧园林的时代响应

2020 年9 月，我国长期温室气体低排放发展战略明确提出2030 年前碳达峰与2060 年前碳中和目标（简称“双碳”目标），这既是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署，也是在进入新发展阶段后我国所面临的重大理论和实践问题[65]。实现“双碳”目标需久久为功，作为园林建设的重要组成部分，各类绿地具有从大气中去除碳及碳储存的能力，园林绿地建设是推进生态文明建设的重要途径之一。如何充分利用新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，构建园林立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的园林数字化管理平台，推动园林智能、安全、生态与和谐发展，回答和解决园林对“双碳”的贡献，是时代交给我们的命题。

本节总结了“双碳”理念下的智慧园林系统建设，如图6 所示，系统通过智慧园林“一张图”实施全方位综合构架，通过监测、管理和服务三大类达到资源整合目的和精细化管理措施[66]，将不同类型数据分类存储，构建以城市园林绿地现状分析与评价、专题数据库、园林绿地空间数据管理、园林绿地施工与养护管理、在线业务数据处理和公众参与等途径为主的智慧园林全要素多途径数据收集处理系统[67-69]。

图6 “双碳”理念下的智慧园林系统建设Fig.6 Construction of smart garden system under the concept of “double carbon”

国外对于“双碳”管理的研究开展较为广泛，主要集中于推进气候友好型林业发展模式。例如Pace 等[70]于2018 年在公园树木生态系统服务建模研究中采用全新的自动化方法结合i-Tree 模型，模拟单株树木的光合效益，将植物功能类型、物种群或单个物种特性与其对特定生态系统服务的影响联系起来，使用算法和模型模拟树木如何影响碳固存等，帮助城市园林做出如何选择种植合适树种以缓解气候变化和减少空气污染的决策。瑞典学者Isabella[71]于2022年提出“气候智能型林业”的理论，它是近年来在欧洲兴起的一种建立在“可持续森林管理”标准和指标之上的新的森林经营理念，旨在整合减缓和适应气候变化，以维持和增强森林对人类和全球议程的贡献，同时，根据研讨确定了39项气候智能型林业指标，展现了在整个欧洲推广气候智能型林业实践的重要性。

我国则是把积极应对气候变化作为关系经济社会发展全局的重大议题，纳入经济社会发展中长期规划。“双碳”管理的实施和探讨在一系列政策引导下有序开展。2021 年7 月11 日，生态文明贵阳国际论坛发布了全球首个“碳达峰、碳中和”智慧监测管理平台（“双碳”监管平台）并首次揭幕“碳中和2060”网站。2021 年7 月16 日，全国碳排放权交易市场正式启动[72]，这是利用市场机制控制和减少温室气体排放、推进绿色低碳发展的一项重大制度创新，也是推动实现碳达峰目标与碳中和愿景的重要政策工具。全国碳市场的建设运行，意味着相关行业碳排放量核算已具备较为完善的机制。以天津水上公园为例，该公园内植物群落年固碳效益约为36 254 kg/hm2，使用与维护管理阶段所产生的年碳排放量约为33 052 kg/hm2，碳收支量约为3 203 kg/hm2，可见在景观全生命周期内碳汇作用明显，表明智慧园林能够对城市碳循环起到积极的影响[73]。

“双碳”背景下，智慧园林建设为推动城市绿色高质量发展提供创新性思路和理念。例如，天津大学王洪成教授推动搭建、运营的低碳数字植物园平台。该平台通过数字化的模式，旨在实现低碳园林学科前沿资讯与数据信息的共享，传播低碳建设理念，分享低碳园林营造途径，为城市低碳景观营造提供理论依据与数据支撑[73]。说明智慧园林不仅使得城市管理更加便捷，同时可以在宏观管理层面对城市绿地系统进行更精准和合理的统一规划布局，对实现城市更新、降低碳排放、增加城市韧性具有重大的意义[66]。

7 智慧园林教育—智慧园林发展的基石

园林专业是一门具有实践性突出、周期性明显等特点的学科，涉及内容领域繁多，但在后疫情时期，传统行业发展受到严峻的考验，园林行业亦是如此，在人工智能的信息时代大环境下处于向智慧园林转型的关键时期。人工智能的出现为风景园林研究智能化、数字化提供了机遇与挑战。随着数字化技术的应用发展，基于公共大数据的监测、侦查、反馈等技术也逐渐被应用到风景园林专业[74]。在教育方面处于从传统的理论知识教育向智能化、共享化、数字化、移动化的智慧园林教育过渡阶段，直接关系其能否从真正意义上实现转型之本。

在一些欧美国家，目前其园林教育设施、教育手段及经验已远远领先我国。以苏黎世联邦理工学院为例，由克里斯托弗·吉鲁特教授[75]带领的团队，成立了风景园林可视化及建模实验室，并以此为基础指引学生进修风景园林高级课程，探索一系列适合风景园林学科发展以及行业转型的前沿数字化软硬件和新型技术开发，以“让技术为人服务，而不是被技术所绑架”为理念，培养学生活跃创新思维能力。其次在智能教育设施应用方面，国外已形成了多种功能齐全且强大的应用系统，包括3D 打印机、建模设备、航拍无人机以及各类设计和分析软件，以此为基础探索新的实践应用方法。最后，以物联网和互联网为载体的高新技术为手段，已建立健全智慧园林教育体系且日益受到高校和政府部门的重视，更多的学者和资本投入其中，形成园林行业发展转型的必然之大势。

在智慧园林教育方面，我国也做出一系列应用探索。2015 年，蔡凌豪等[76]以北京林业大学学研中心景观为例，进行了风景园林规划设计的数字实践，论述了日照、光合有效辐射及风环境分析，结构有限元分析、流体分析、参数化设计、传感器驱动的动态景观等5 种数字技术的基本原理在项目中的具体应用及实践经验，得出数字技术可有效提高风景园林设计的科学性和逻辑性，使风景园林突破了感性的艺术创作的范畴，而与时代同步，形成了与其他学科协同设计的对话平台和数据接口。同年，江苏信息职业技术学院机电研究所也针对物联网技术专业人才培养的需要，以智慧苗圃为研究平台，开发基于物联网的智慧苗圃实训系统，利用ZigBee 将苗圃内各个前端测控终端连接成无线测控网络。构建真实的物联网应用环境，将物联网相关专业知识融入具体的实训项目中有效激发学生的学习兴趣，从而提高了学生的动手能力以及解决实际问题的能力[77]。2018年，Wang 等[78]在智慧城市的背景下，对现有景观设计课程的教学模式进行了探索和研究，提出应充分利用信息技术，形成智慧景观设计的教学模式。2020 年，赵晶等[79]基于机器学习在风景园林中解决问题角度的不同，从场地信息提取、景观分析与评价和基于深度学习的方案自生成系统3个应用角度，对国内外已有实验的方法过程进行举例分析，最后基于对机器学习技术在风景园林应用的不同领域间的关系、同领域间的不同应用的关系的分析对未来的趋势进行了展望。

智慧园林教育与传统理论教育不同之处主要有以下3 点（图7）：

图7 智慧园林教育体系Fig.7 The education system of smart gardens

“动态”植物信息资源：从纵向看，园林植物生长、繁殖、演化等都是动态变化的过程；在横向上植物形态、色彩等各有千秋，通过植物溯源、物联网、VR/AR、人工智能等信息技术和智能技术构建新型植物信息数据资源库，将难以呈现理解的知识转化为具体的、生动的植物图片、三维模型及专题数据库等[80-81]。

“互联网+”模式实践实训：园林专业的培养目标是“培养具有植物学、生态学、风景园林规划和设计等方面知识技术人才”，对于植物栽培与养护、病虫害防治、土壤检测、设计绘图等方面学习需要较多的实验实训学习，对实践能力要求较高，传统基础课、专业基础课、专业课的“三段式”教学容易造成理论与实践的脱轨，不能运用理论解决实际问题。在“互联网+”模式下，加强信息技术与学科课程的整合，实现基于信息技术的生态监测的教学科研活动[82]，此外可利用虚拟场景、构建三维立体模型、运用卫星影像观察和侦测环境因子条件、引入GPS 地位设备、采用遥感数据处理城市绿地现状等实践活动来与专业知识相融合。

智慧课堂精准教学：以“互联网+教育”的模式构建植物类课程资源大数据中心，以共享的方式展现丰富的教学素材；同时学者也会根据个人兴趣、需求等利用大数据资源采集、汇聚互联网上丰富的教学、科研资源来进行学习。

智慧园林教育对于学者、专业人士或大众人群来说都可以极大地提高其园林专业知识，提升其信息技术思维和创新实践能力，有效地推动园林传统理论教育向网络化、数字化、移动化、智能化终身化方向过渡发展，顺应时代选择，建立建成系统化、一体化智慧园林体系；在此基础上，园林资源、社会资源和行业资源可获得质的飞跃发展，促进园林专业向信息化转型成功。“智慧”发展是各行各业发展之大势，智慧园林发展目前还处于初级阶段。就智慧园林教育而言，好比地基，只有基础教育稳固，才能有其上层建筑不断蓬勃发展，实现可持续化、高质量发展的目标。

8 结束语

总的来说，目前智慧园林建设主要体现在以下五大方面：1）智慧园林苗圃的生产和管理模式趋向于信息化、现代化和智慧化，在经济产出方面逐渐形成完整的技术支撑体系和产业链；2）智慧园林规划和实施流程逐渐体系化、模块化，在建设城市绿地水平和管理方面，大数据对实现信息化发挥了重要作用；3）智慧园林管养综合技术在“双碳”背景下推进实施完成了GIS 信息集成、机器人养护体系、行道树可视化等环节；4）智慧园林科普教育方面，不断利用VR 等技术逐步实现科普大众化，推动园林文化向科学化、专业化、精细化迈进；互动课堂和教改新模式为高等院校的园林专业增添了新的创新模式，并提升了整体的水平，利用新型的植物信息资源、实践实训模式、精准教学等创新教学模式培养了新型的人才；5）基于“双碳”背景的智慧园林相关政策得到了不断程度的实施，相关促进新技术也在不断产生和履践。基于此，为了进一步发展智慧园林创新研究，引领智慧城市发展和绿色产业技术创新，未来我国在该领域应规范和实行持续性“双碳”配套政策和法规；加强智慧园林苗圃的信息化、智慧化生产和管理综合水平；在实践环节提高智慧园林规划和项目实施联系度，提升整体的协作水平；转变传统园林发展模式，以科技驱动园林文化大众科普；增加不同学科间的交叉融合发展，综合提升园林学科建设水平。

智慧园林的不断创新与应用是顺应时代发展的必然结果，在提升城市生态功能、降低城市碳排放、建设绿色生态文明城市过程中发挥着重要作用。目前，正是园林绿化行业向智慧化、智能化、现代化转型的关键阶段，除了各项先进的信息技术、数据分析技术、智慧感知设备在园林中不断地落地、应用，提高园林可持续发展水平，也应着眼于强调人与园林之间的智慧交互，即不仅仅只在园林景观设计、实施和管理过程中体现智慧化手段，还应注重发展人对园林的新体验和新收获。同时，也要深度研究和发展智慧园林在科普教育以及“双碳”目标等方面的策略和路径。