GIS在高校风景园林专业教学中的应用研究

马 琳 刘 兵

1.山东省城乡风景园林示范工程技术研究中心 山东泰安 271018

2.山东农业大学林学院 山东泰安 271018

GIS(地理信息系统)是计算机科学、测绘遥感学、地理学、环境科学、城乡规划学等多学科交叉的产物[1]，因其强大的数据存储、处理与空间分析功能，近年来在风景园林规划设计实践中的应用越来越广泛和深入。

从绿地系统规划层面的绿地监测评价(景观格局分析、可达性分析等)，到设计层面的空间数据分析(地形地势分析、视线视阈分析等)与植物配置，再到施工层面三维模型构建及内部元素布局，GIS能为风景园林规划设计的各个层面和阶段提供有效的辅助决策，提高方案的合理性和施工进程的效率[2]。因此，国内外很多高校都已将GIS应用引入风景园林教学课程体系。

1 国内外相关高校GIS课程开设现状

目前，GIS课程在国外很多高校的城市规划专业和风景园林专业都有开设[3]。美国近50所设置风景园林专业的高校中，一半以上都开设了GIS课程，如哈佛大学、宾夕法尼亚大学、佐治亚大学等[4]，某些著名建筑院校(如英国卡迪夫大学、美国伊利诺斯大学)认为，在专业软件应用方面，GIS和CAD(计算机辅助设计)处于同等重要的位置[5]。

国内设置风景园林专业的高等院校也普遍认识到GIS课程在专业教学中的重要性，进而相继开设[6]。我国开设风景园林专业的本科院校有114所，专业排名前20的院校中有15所(多为综合类和理工类)已经开设了GIS应用相关课程教育，而农林院校开设较少[7]。相关的课程研究论文也很少，截至2018年10月，在中国知网搜索“GIS；园林；教育或教学”结果仅有5篇文章，其中核心期刊论文仅有2篇。把GIS应用于风景园林教学实践，合理安排GIS课程体系，使学生能够将GIS熟练运用于风景园林规划设计项目，迫在眉睫。

2 GIS在风景园林专业教学中的应用实例及分析

2.1 风景园林规划设计课程中的应用

2.1.1 地形分析

在地形测量的基础上，GIS可以建立数字高程模型(DEM)，对点标高差值进行计算，同时进行高程分析、坡度分析、坡向分析、日照分析等[8](数据来源：同济大学宋小冬精品课程地理信息系统原理与应用)。

(1)高程分析：不同的高程信息用不同的颜色显示，根据需要设置不同的等高距(如图1所示)。

(2)坡度分析：根据等高线分布及其高程信息，通过计算栅格单元内高差得到坡度变化数值(如图2所示)。

(3)坡向分析：能够计算坡面法线与南北方向的夹角，是建筑场地选址、日照间距计算、观景方向确定和植物种植设计的基础(如图3所示)。

(4)日照分析：根据太阳的高度角和方位角计算日照强度和遮挡情况，为游憩场地选择和植物生长提供参考(如图4所示)。

图1 高程分析

图2 坡度分析

图3 坡向分析

图4 日照分析

2.1.2 视觉分析

GIS能准确检验视觉空间，提供视线分析、视阈分析等，从而对视觉序列进行规划设计，进而对借景、障景等造景手法在景点和设施布局中的应用提供科学指导。

视线分析：通过添加景观元素如建筑、道路等，建立三维景观模型，可对某个视点进行特定方向的视线分析(如图5所示)。

视阈分析：可以计算场地内所有能看到该点的区域范围(如图6所示)，进而设置不同的视高、视角和视阈进行分析(如图7所示)。

图5 视点视线分析

图6 基于视点的可视性分析

图7 视点视阈分析

2.1.3 道路系统规划

以山地公园为例，在地形分析的基础上，结合景点分布，进行主园路系统(坡度成本最低)规划。首先初拟主园路草图，分批确定不同的源和起始点(入口和景点)，进而生成成本距离和成本方向栅格数据，执行最短路径分析，得到各起始点到源的坡度成本最低即坡度最缓的道路，构成公园主园路系统[9]。

2.2 园林绿地系统规划课程中的应用

2.2.1 绿地景观格局分析

采用GIS软件可以建立矢量化的城市绿地系统资料库，得到绿地景观类型分布图(如图8所示)，再通过相关命令将矢量数据(SHP)转化为栅格数据(GRID)，进而应用景观生态软件FRAGSTATES计算一系列景观生态指数[10]，进行绿地景观格局分析。

图8 南京市主城区公园绿地景观类型分布图[10]

2.2.2 绿地适宜性分析

绿地适宜性分析是通过对影响城市生态环境质量的各环境因子的评价，确定城市生态环境敏感性、脆弱性分区，以此划分城市绿地建设适宜性分区等级，为城市绿地系统规划提供科学依据[11]。首先选择适当的绿地适宜性因子(如地形、植被、水体、建筑用地、道路用地、人口密度等)并利用遥感影像提取上述因子信息，确定各因子权重，进而利用GIS空间分析对各因子进行基于加权线性组合模型的叠加分析，得到绿地适宜性分析结果[12]。

2.2.3 绿地可达性分析

绿地可达性用于衡量绿地给城市居民提供休憩、娱乐、保健等各项服务的可能性或潜力，是评价一个城市绿地系统布局合理性和居民到达绿地便捷程度、公平性的重要指标。采用GIS软件可以建立矢量化的城市绿地系统资料库，同时结合道路分布、人口分布数据，采用空间分析工具实现上述大量空间数据的分析处理，得到城市绿地可达性等级分布图(如图9所示)[13]，为城市绿地系统布局结构优化提供科学指导。

图9 步行、非机动车、机动车方式下南京市主城区公园绿地可达性等级分布图(单位：分钟)

3 GIS课程设置体系

GIS课程信息量大、知识点较多，而风景园林专业学生在这方面基础薄弱，这就要求在教材的选择、教学内容的设置上都要紧密结合风景园林专业特点，贴近专业实际，选用风景园林专业领域的案例进行分析讲解。

3.1 教材选择

目前，有关GIS应用的教材较多，但大部分面向地理信息系统专业的学生，对风景园林学生而言过于深奥晦涩。中国林业出版社的《景观规划GIS技术教程》和中国建筑工业出版社的《城市规划GIS技术应用指南》，均将GIS空间分析理论与风景园林规划案例相结合，对风景园林专业的学生而言较为适用[14]。

3.2 开设时间

风景园林专业的GIS课程可以安排在大三下半学期，此时学生已经学习了风景园林规划设计、园林绿地系统规划、风景园林工程、城市规划原理、旅游规划原理等专业课程，具备了系统的专业理论知识，对GIS在城市、区域、风景区等较大场地规划设计中的应用能够尽快掌握。

3.3 学时内容

风景园林专业的GIS课程教学内容包括课堂理论讲解与上机实践练习两部分，以总学时40学时为例，课堂理论讲解16学时，上机实践练习24学时。在课堂理论讲解过程中加入一定量的案例分析，以某种具体的景观规划GIS技术为主线，把相关GIS、空间分析的理论知识和景观规划GIS技术的实际应用案例结合，对重点和难点部分穿插大量上机实践环节，既能让学生掌握GIS的基本命令、基本功能与扩展功能，又能培养学生自主设计实验方案、解决实际问题的能力，提高学习和操作兴趣[9]。理论讲解和上机实践教学体系设置见表1和表2。

表1 GIS理论讲解教学体系设置

表2 GIS上机实践教学体系设置

表2(续)

3.4 考核办法

本课程侧重培养学生应用GIS技术分析、解决实际问题的能力，建议采用综合考核形式，包括平时成绩考核和期末成绩考核。在实验课后布置与教学内容相关的任务，安排学生课下完成，作为平时成绩考核；期末考核结合同时期风景园林设计课程的设计任务，要求学生应用GIS技术做出相应的现状分析和三维景观模拟。

4 结语

风景园林专业是集艺术与技术于一身的学科，教学中可以参考城市规划的教学方式[15]，结合本专业教学案例，合理分配理论课时与实践课时，通过更多实际案例的操作练习，提升风景园林设计师的GIS应用水平，更加紧密地与行业社会需求接轨。