历史名园植物数字化管理与展示发展策略

收稿日期：2023-12-25

第一作者：逯雨晴（1995- ），女，助理工程师，研究方向为园林绿化养护管理。E-mail：luyuqing12@126.com

通信作者：杨志豪（1993- ），男，工程师，研究方向为园林绿化养护管理。E-mail：1023415237@qq.com

摘要：历史名园拥有丰富的植物资源和深厚的文化底蕴，并具有极高的研究价值和观赏价值，而数字化改革为植物信息管理与展示的快速发展提供了机遇。文中梳理历史名园植物管理与展示的发展概况、实施历史名园植物数字化管理与展示的必要性，总结历史名园植物数字化管理与展示存在的主要问题，包括：1）管理模式落后，系统集成度低；2）缺少数字化监测、分析设备以及相关技术；3）植物展示模式落后，无法满足多样化需求；4）缺乏个性化游览和线上实时反馈系统。在此基础上，提出历史名园植物数字化管理与展示的对策建议：1）加强构建植物数字化管理与展示平台所需的配套设施及前期准备；2）建立完善的植物数字化管理平台；3）建立完善的植物数字化展示平台。

关键词：风景园林;历史名园;数字化管理;数字化展示;智慧公园

中图分类号：F326.20;F49 文献标识码：A 文章编号：2096-9546（2024）02-0069-08

DOI： 10.12344/lczcyj.2023.12.25.0001

逯雨晴，王凯琳，李念奇，等.历史名园植物数字化管理与展示发展策略［J］.林草政策研究，2024，4（2）：69-76.

Development State and Future Path of Plants Digitalization in Historical Gardens：

An Analysis Based on Management and Presentation

Lu Yuqing Wang Kailin Li Nianqi Yang Zhihao

（Administration Office， Beihai Park， Beijing 100034， China）

Abstract： Historical gardens have rich plant resources and cultural heritage， with high values in research and ornament， while the digitalized reform provides opportunities for the rapid development of plant information management & display. This paper reviews the current development and necessity of digitalized management and display of plants in historical gardens， and summarizes the main problems in digitalized management and display of plants， including： 1） laggard management modes and low degree of integration; 2） lack of facilities and technologies for digitalized monitoring and analysis; 3） shortage of advanced model to display plants for satisfying the diversified needs; and 4） lack of individualized navigation system and realtime online interaction system. In view of the problems， the countermeasures and suggestions for digitalized management and display of the plants in historical garden are proposed， including： 1） Increasing the supply of supplement facilities and strengthening preparation for the setup of digitalized management/display platform; 2） Establishing a sound platform for digitalized plant management; and 3） Establishing a sound platform for digitalized plant display.

Keywords： landscape architecture; historical garden; digitalized management; digital display; smart park

历史名园是体现一定历史时期代表性的造园艺术、需要特别保护的园林^［1］。随着人们对园林古朴美的追求不断提高和花园城市建设的不断推进，历史名园在植物管理与展示方面也面临着更严峻的考验。

在习近平总书记关于数字中国，特别是数字化改革的重要论述中强调，要运用大数据提升国家治理现代化水平，建立健全大数据辅助科学决策和社会治理的机制，实现政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化。植物景观可以还原历史名园的风貌，无疑是展现传统文化传承的最好凭证，历史名园植物数字化的建设也必将成为未来的发展趋势。本文将梳理历史名园植物数字化管理与展示的发展进程及现存问题，并在此基础上提出相关对策建议，以期为历史名园乃至各类公园绿地的科学管理、智慧管理、数字宣传奠定基础。

1 历史名园植物数字化管理与展示的重要意义

历史名园植物数字化管理是利用现代数字化技术和信息系统记录、跟踪、管理和保护植物资源的方法，通过将有关植物资源的信息、数据、图像等进行数字化处理，实现对这些信息的收集、存储、分析和管理，以便更有效地了解、监测和管理植物的生长、分布、多样性、疾病和保护状态，为保护和保育植物资源提供详细的数据支撑。

历史名园植物数字化展示是利用现代数字技术和信息化手段，通过展示平台，将植物资源的信息、图像、数据进行数字化呈现和展示的一种方式。通过数字媒体和互联网，与社会积极互动，提升对历史名园植物的保护效果，并将历史名园植物文化以多种形式更广泛地传播给公众 ^［2］。

历史名园中的植物不仅反映了特定历史时期的文化价值、审美标准以及古人对人与自然关系的思考，也承载着城市厚重的历史记忆，成为城市的靓丽名片，其背后蕴藏了丰富的价值。数字化管理与展示将通过现代化的方式对历史名园中的各种花木进行信息统计，更加科学系统地对植物加以管理，用更加便捷全面的手段对植物进行宣传和保护，对历史名园文化的研究、传承和发扬有着重要意义。

2 历史名园植物数字化管理与展示的发展概况

2.1 历史名园植物数字化管理与展示发展历程

1） 数字化信息库建立阶段。20世纪80年代末期，国内植物园尝试利用计算机建立植物数据库，以便对植物种质资源进行记录、管理和科学研究。1988年，南京中山植物园开始了“植物种质数据的计算机管理系统”研究，建立了南京中山植物园活植物信息管理子系统，并于1994年正式投入使用^［3］，弥补了当时国内植物数据管理系统的空缺，开启了植物记录的数字化管理模式。

2） 信息化技术手段介入阶段。20世纪90年代末期至21世纪00年代初期，随着计算机技术的广泛应用，部分植物园开展相关研究，并在植物信息数字化方面取得了一定进展。基于地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）等技术，北京植物园、华南植物园将植物资源数据库与植物定植地理信息关联并对植物进行精确定位，制作植物定植电子地图，初步实现了植物信息数字化管理^［4］；与此同时，中国科学院下属多所植物园尝试了植物建模和构建虚拟三维景观^［5］，开展了基于地理信息系统的植物网络数字化工作，以及包括植物标牌信息、景区网络地图、植物展示活动信息等科普活动信息服务，继而研制了三维动画导游导视系统，并在科普网站上进行了应用^［6-7］。

3） 数字化综合信息平台建设阶段。21世纪00年代中期，植物数字化管理技术不再局限于植物园等科研单位，而是广泛应用到更多有植物保护需求的管理单位；管理平台的功能逐渐丰富，呈现多元化和综合化的趋势。2005年7月起，拙政园、艺圃率先搭建苏州古典园林监测预警动态信息系统管理平台。该系统是具有信息网络功能的系统模型，可以对园林景观（植物）、自然环境、文物资料等重点保护项目进行监测^［8］。国家林业和草原局推出全国草原有害生物普查系统、林草系统多样性检测平台，用于对包括历史名园在内的全国大范围区域进行林业有害生物统计。

4） 智慧化数字平台建设阶段。21世纪10年代以来，随科技高速发展和互联网迅速普及，大数据、物联网等先进信息技术被广泛应用于各行各业，基于这些技术，政府职能部门和专业科研机构开始研发推广智慧化数字管理平台，利用计算机强大的分析能力和数据处理能力，逐渐推进园林绿化的高效管理和精细化管理。2011年，国家住房和城乡建设部城乡规划管理中心启动研发“城市园林绿化信息管理与辅助决策系统”，通过该系统平台能够快速了解城市园林绿化建设现状、准确量化评估城市园林绿化建设水平、科学决策城市园林绿化投入方向，从而实现园林绿化高效管理和精细化管理^［9］。2017年，开封市以智能巡管养模式，建立了以移动APP为数据采集工具，集人员管理、园林养护、巡查管理、日常办公、绩效考核于一体的综合监管体系，构建了城市园林绿化智慧化管理新模式^［10］。历史名园作为城市园林的组成部分，也随之进入了管理模式转型的探索阶段。

2.2 历史名园植物数字化管理与展示存在的主要问题

总体而言，目前历史名园在植物的管理与展示方面有明显不足，特别是在使用现代化科技手段对历史名园植物进行管理、展示的研究领域缺乏广度和深度，缺少完善的植物数字化管理和展示平台。

2.2.1 管理模式落后，系统集成度低

在植物数字化建设以及信息化手段介入时期，历史名园植物数字化管理的建设取得了一定的经验和初步成果，但涉及范围较窄。而在数字化综合平台以及智慧化数字平台建设时期，多个平台对历史名园植物管理产生了积极影响，但主要是从宏观角度对基础空间数据、绿地监管与感知数据进行统计、分析与管理，主要突出顶层设计与系统性建设思路，缺少对底层设计以及原始数据获取与反馈。问题主要体现在：1）在新技术的应用上存在一定差距。随着云服务、区块链、虚拟现实、人工智能的兴起，智慧城市的实施，城市数字化改革的推进，要实现更丰富的植物数字化信息提取，利用大数据智慧化处理分析信息以及实现区域自动化反馈与调控显得尤为紧迫。2）数字景观偏简单粗糙、数据规模偏小、应用范围偏窄。由于经费的限制，历史名园的植物数字化建设往往仅限于示范和探索阶段，主要集中在景观的数字化和基础数据库建设方面，公园系统集成度不高。相关研究显示，历史名园的监测、运营及内部管理自成系统是导致其信息化、数字化结果均未达预期的主要原因^［11］。3）缺乏统一的数字化建设标准。各种数字化管理系统之间的数据协调和集成难以实现，不同行业之间没有建立数据共享机制，系统建设重复。4）对园林中除古树名木以外的其他花木关注度较低，对园内植物管理的覆盖度较低，无法满足全面数字化管理的需求。5）管理模式相对落后。目前依然以传统的人工管理模式为主，即仅凭借一代代积累下来的经验制定植物养护和保护措施，缺乏对于数字化的认知，基础较为薄弱，更新与融入较为困难。

2.2.2 缺少数字化监测、分析设备及相关技术

目前，历史名园植物养护数据获取还处于人工数据收集阶段，误差大、数据不全面、不系统，缺乏数字化设备如物联网传感器、智能监测设备以及遥感技术、数据分析软件等技术手段，无法进行自动预警、智能决策和智慧调控。具体表现在：1）在林业有害生物控制方面，在利用计算机视觉技术对林业有害生物进行静态检测与识别的研究已较为成熟，但由于昆虫在自然界中的状态与昆虫模式标本有差距，加上同种类昆虫个体差异、同种类昆虫不同生长阶段差异及光线、异物遮挡等条件变化，使得视觉主动探测在历史名园中实现较为困难^［12］，缺少更为智能以及综合化的检测分析技术。2）在植物管理过程中对植物地下根系探查的技术手段相对较少，无法得到有效的树木地上、地下三维测绘数据，缺乏对植株生长状态的数据定量分析以及科学全面评价。由于基础数据不全面，植物根系、树体内部状况难以数字化体现，导致难以针对每株古树的立地条件、树势衰弱的问题制定相应的高效保护、复壮措施。3）现阶段部分监测设备会损坏树体，使用不当可能对植物造成不可挽回的负面影响，甚至造成植物死亡。古树名木资源不可再生，极其珍贵，一旦死亡将是社会的重大损失。

2.2.3 植物展示模式落后，无法满足多样化需求

历史名园的古树和花卉历史悠久、备受关注，如每年不同季节的花展都吸引了大量游客前往观赏。现有植物展示途径主要包括历史代表性植物主题展示、植物相关知识科普讲解、植物科普宣传折页发放、悬挂古树和花卉名牌、公众号植物知识云科普、植物相关内容手工制作，及代表性植物培育与养护教学等多种线下展示活动。虽然近期探索并开展了少量电视台节目录制、植物栽培课程录制、重点植物养护过程网络直播等传播度更广泛的宣传模式，但植物数字化媒介依然不够丰富、宣传范围较小、信息提供相对较少、参与人数与交互性有限，缺少现代化、多元化的途径，缺少定制化、个性化的内容，对当代年轻人的吸引力仍有待进一步提升。

2.2.4 缺乏个性化游览和线上实时反馈系统

近几年，随着游客对植物观赏的热情和需求越来越高，历史名园在游览线路及互动等方面的个性化服务方面仍有不足：1）无法迅速检索到正在观赏的植物景观信息；2）难以定位导航到想要观赏的植物的具体位置；3）植物观赏等相关科普指导信息展示不足，导致游客错过最佳观赏时期；4）在参观中遇到问题无法实时反馈。造成这些问题的主要原因是缺少一个可以检索植物信息、个性化定制植物游线、自主生成植物导览、实时信息收集反馈的综合化系统，及可进行线上互动科普活动的综合数字化展示平台。

3 历史名园植物数字化管理与展示发展策略

3.1 构建植物数字化管理与展示平台所需配套设施及前期准备

植物数字化管理与展示平台是借助智能养护设施、数字化监测设备等新兴科技建立的一套平台体系，线下设备运行和线上数据处理围绕云地图和植物信息库进行关联，需要引入配套设施并完成前期数据采集录入才能实现平台的预期功能（图1）。

3.1.1 升级现有养护设施，设置数字化监控设备

部分历史名园地势复杂、土壤条件变化较大、山地土壤板结度高，为稳定山地结构、防止土壤流失，不能轻易改善土质，这就造成了在同样灌溉条件下旱涝程度不同的情况，严重影响植物正常生长。为达到科学管控、安全高效和节约资源的目的，应进行养护设施升级改造，增加监控以及调节设备。

1）设置智能监控设备。在植物关键位置安装温度、湿度、光照、振动、应力、导电率、氮磷钾、有机质、酸碱度、微生物、金属、气体等智能传感器，以小气候监测、地下土壤监测等物联网技术，实现对地上环境温湿度、地下土壤养分等植物养护指标的实时监控，指导植物修剪、栽植与疏伐，对植物进行智能养护管理。在历史名园中加装高清摄像头，结合人工智能（AI）视频分析技术，实现全天候远程监控，防止古树破坏的同时监控人员养护行为。采用地面穿透雷达（GPR）或电阻率成像等技术对植物地下根系分布进行无损探测，了解植物根系健康状况。2）升级自动灌溉排水等养护设施。安装区域智能开关阀和土壤温湿度传感器，综合分析气象台未来气候条件预测情况和土壤温湿度，根据土壤状况自动进行排水、补水，实现灌溉的精准化控制；增加灌溉设备故障智能检测等功能，快速找到管线问题发生具体位置。3）设置植物环境数字化调控设备。根据监控设备读取的数据，通过智能算法以及AI分析技术评估植物环境现状与理论值的差距，利用遮光网、夜间补光灯控制植物受光量；设置喷雾或除湿设备调控周围空气湿度；设置温控设备进行冬季保暖和防风，并结合灌溉对植物根部和叶部进行智能施肥，做到植物养护数字化精准调控。

3.1.2 制作植物定位网络地图，构建植物信息库

借助GPS定位、遥感、GIS等技术，采用自动化数据采集工具全面采集历史名园内的植物品种、基因、原产地、数量、位置分布等基础信息，制作精准的植物定位网络地图，构建植物基础信息库。引入并发展摄影测量、三维扫描、数字化模型构建、自动化数据分析等新兴技术，通过计算对植株生长状态、内部结构进行加权成像以及数据定量分析，形成较为完整的数字化植物信息库。实施严格的数据采集和录入标准，建立数据校验和审查机制，定期进行数据质量检查和修正，提高数据采集的效率和准确性。

3.2 建立完善的植物数字化管理平台

建立日常养护管理、古树数字化管理、林业有害生物数字化监测、数字化后勤管理4个模块，并通过植物数字化综合管理平台进行统筹管理。管理平台采用云计算技术，灵活调配计算资源；优化数据压缩和存储策略，提高数据利用效率；建立定期更新机制，跟踪新技术的发展，保持系统的先进性和适用性，实现对历史名园植物系统管理和信息统计的全面覆盖。

3.2.1 建立日常养护管理子平台

通过数字化监控设备和养护设施，实时记录、统计、分析监控数据和养护记录，制定养护措施和养护计划。养护作业工单经由日常养护管理子平台直接下发至调控设备或区域负责人，可减少响应时间、提高工作效率；养护人员在巡查过程中发现的树木倾倒、植物病虫害、绿化草坪损坏、设施损坏等各类园林问题，可通过该子平台及时上报。同时，管理者可通过日常养护管理子平台快速查询历史名园植物的养护记录以及问题整改记录，核实人员队伍是否定期进行养护以及整改各类巡查问题，实现精细化管理。

3.2.2 建立古树数字化管理子平台

借助植物信息库和新兴技术，将古树名木体检的各项信息数据及配套复壮措施，包括树种、树龄、树高、冠幅、胸径、实地照片等数据进行录入，将树木位置、复壮沟井等在地图上进行精准定位标注，形成便于查阅使用的古树名木数字档案，并定期进行更新和完善，丰富数字档案的内容和功能。

对重点古树名木设置古树生长监测仪、立地条件监测系统、小气候系统等智能化监测设备，采集土壤养分情况、土壤酸碱度（pH值）、土壤可溶性离子浓度（EC值）、树体倾斜度等地下土壤指标和周边环境小气候数据。通过三维扫描与摄影测量等技术对古树空洞进行测绘，构建数字化模型，进行植物生物力学—形态—结构的综合分析；通过理化指标分析古树生长势衰弱的问题；建立古树数字化管理子平台进行实时动态监管，在生长环境出现异常时发出警报通知，结合日常养护管理系统，调度专人进行风险排查并采取相应措施解决问题。

通过多种数字化管理手段的综合应用，对古树名木基本信息、位置分布、生长状况、养护情况等信息进行系统管理，建立较为完善、有实际应用价值的古树数字化管理子平台。实现古树名木自身生长状况及生长环境的实时动态监测管理，全面系统准确地掌握公园古树名木资源的动态变化，帮助分析判断古树健康状况；在此基础上，科学有效地制定古树养护复壮方案，达到有效保护古树名木资源的目的。

3.2.3 建立林业有害生物数字化监测子平台

在建立林业有害生物数字化监测子平台过程中，需将深度学习法结合昆虫的声音、信息素、反射光谱以及危害识别等多种综合条件进行数字化训练分析。可以采用固相微萃取技术、动态顶空吸附法提取并检测空气中的昆虫性信息素^［13］，利用孢子捕捉仪实现对空气中病原菌孢子的捕捉、计数和识别，并结合往年林业有害生物发生规律以及实时气候条件等多种关键因子预测病虫害发生情况。数据采集设备包括基准站和流动站两部分，可在指定位置设置几个基准站对历史名园实施全园覆盖，并采用流动监测车、人工外业监测等多种元素进行综合分析得出当前林业有害生物发生情况，并给出相应的解决方案。

3.2.4 建立数字化后勤管理子平台

数字化后勤管理子平台能够实现对化肥、药品、园林工具等资源及设备的录入、配发、回收等流程的管理统计，并对比往年数据科学预测药肥用量和工具损耗，快捷查找资源设备的存量和分配去向，提升后勤存储、农药配药、出入库管理过程的安全性，实现安全高效管理。通过产品条码识别和物品及设备名称识别录入、规格核验等诸多方法，对入库物品及设备进行详细记录、分类，自动分配空间并码放至相应位置。在需要物品及设备时，使用人获得许可后凭借身份信息在领取处进行登记并签字确认，系统根据通过审核的物品及设备的种类自动传输、发放；使用完成后把需要归还的物品及设备以及空药瓶放置于指定回收处，便于统计养护情况。后勤管理子平台还可以控制完成药物自动混配，做到精准施药、精细养护。

3.3 建立完善的植物数字化展示平台

3.3.1 增加植物科普展示方式和制定专题游览路线

丰富植物数字化媒介，增加网络课程、公众号、信息检索、定位导航等现代化、多元化展示方式。依托植物定位网络地图和植物数字信息，开发具备植物电子导览地图、植物专题游览路线、植物信息库、植物趣味科普等多种功能的植物科普展示平台。

通过植物电子导览地图，可以对植物种类、数量、分布等信息进行快速检索和定位。游客在出行前可预览目标游览区域周边的植物种类、指定植物的分布情况，提前规划游览路线。在花期较短、文化价值高及游客喜爱程度高的花卉展示中加入虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等技术应用，模拟盛花期景观效果，通过数字技术描绘植物一年四季的动态生长状况以及模拟不同历史时期植物景观变化，创建历史名园植物数字孪生体。在平台上建立植物数字博物馆，收集完整植物历史、植物数字化标本、种质资源信息，配合植物数字化技术管理平台的多种植物数字信息，提供沉浸式、互动式的线上植物科普展览。

针对历史名园植物特色，制定古树名木游览路线图、四季赏花路线图、经典文化植物游赏路线图等植物专题游览路线。游客可根据游览路线图的指引，找到想看的植物景观和最佳观赏期。植物数字化展示平台也会根据植物种类、花期、花色等关键词提供系统推荐游览路线。游客还可以根据自己的游览需求，输入检索词，生成专属游览路线。

在植物上悬挂印有植物基本信息和二维码的科普名牌，扫描后可在植物信息库内的植物介绍页面获取植物基本信息、园林应用价值、植物小趣闻等内容，在科学、准确、便捷进行科普的基础上兼顾趣味性、文化性，更好地普及宣传植物保护知识和植物文化。

3.3.2 建立健全反馈机制

通过平台收集信息，了解游客的真实需求和反馈，及时处理游客提交的数据和问题，保持与游客的良好沟通。利用数字化展示平台构建一个既能够收集游客意见，又能根据反馈迅速做出反应的植物数字化展示反馈机制，提升游客满意度，促进植物数字信息的进一步发展以及文化遗产的保护与传承。

制定积分认定以及印章收集等反馈奖励机制，并提供相应的植物文创、证书、植物盆栽等多种纪念品作为提交反馈的奖励，增加游客反馈参与度。在现有线下收集反馈的基础上，利用数字化展示平台及官方网络宣传平台设置在线调查问卷，有效收集反馈信息；同时，在平台上利用大数据集成分析，如热图跟踪、点击率分析等技术，自动收集用户行为数据，提高信息收集准确性。

在植物数字化展示平台上开发实时问答与游客帮助系统，对历史名园植物信息进行数据收集、数据预处理、特征提取，再利用机器学习以及深度学习算法（如决策树、支持向量机、循环神经网络RNN、长短时记忆网络LSTM、注意力机制、Transformer架构等）对预处理后的数据进行多次训练与迭代，以适应各种语言模式和游客行为，形成一个较为完备的模型。对游客提出的问题进行解析和理解，提供及时、准确的响应，并生成合适的回复，力求在少量人工干预下快速解决游客的各类问题，建立快捷有效的反馈机制。此外，使用统计软件处理数据，对反馈信息与行为数据进行量化分析、定性分析并汇总上报，寻找植物展示的新模式和新趋势。运用数字化手段建立全面、细致的反馈机制，统计、筛选、处理游客主动反馈信息与潜在反应信息，优化植物数字化展示的内容和游客体验。

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