山水環(huán)境場地分析與選址的參數(shù)化方法研究

2016-11-16 08:52:24    作者:李哲 卓百會 等     來源:規(guī)劃師雜志     瀏覽次數(shù):

  隨著當代山水環(huán)境規(guī)劃設(shè)計方法的不斷深化,依據(jù)場地—環(huán)境生態(tài)因素的相互作用規(guī)律,運用量化分析技術(shù)輔助進行場地設(shè)計已成為參數(shù)化規(guī)劃設(shè)計的重要趨勢之一。作者東南大學(xué)建筑學(xué)院副教授李哲,東南大學(xué)建筑學(xué)院本科生卓百會,劉海濱,鄭振婷,張穎在《規(guī)劃師》2016年第9期撰文,文章以南京市湯山紫清湖區(qū)域為研究對象,以GIS空間分析技術(shù)為主要手段,系統(tǒng)整合LandsatTM遙感影像數(shù)據(jù)、AHP、ModelBuilder等參數(shù)化研究方法,進行環(huán)境解析與綜合因子評價,為建設(shè)項目選址提供參數(shù)化分析依據(jù)。

  山水環(huán)境場地分析的參數(shù)化方法

  自麥克哈格創(chuàng)立生態(tài)適宜性評價的理論基礎(chǔ)以來,生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)的工作方法逐漸成為現(xiàn)代規(guī)劃設(shè)計的技術(shù)內(nèi)核之一???middot;斯坦尼茲、斯坦納和魯茲卡相繼突破了地圖疊加技術(shù)的機械性及局限性,使基于參數(shù)化理念的場地規(guī)劃由物理疊圖向數(shù)據(jù)化、綜合化、多元化的方向發(fā)展。在理論研究不斷積累、技術(shù)手段不斷更新的時代背景下,數(shù)字化場地分析方法的推陳出新,使得規(guī)劃師能夠在復(fù)雜的地形地貌條件下進行科學(xué)、理性的方案設(shè)計,并不斷推敲設(shè)計方案與自然地形環(huán)境的契合關(guān)系,實現(xiàn)從二維平面到三維空間的交互研究,力求全方位準確把握設(shè)計各個環(huán)節(jié)(圖1)。任何山水環(huán)境規(guī)劃建設(shè)均集生態(tài)修復(fù)、發(fā)展與利用于一體,需要結(jié)合地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感、生態(tài)學(xué)與計算機科學(xué)等學(xué)科知識。其場地環(huán)境解析可以充分利用參數(shù)化手段,通過分析與處理信息數(shù)據(jù),建立分析數(shù)據(jù)庫,并以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),實現(xiàn)多種功能強大的專項分析方法,如空間統(tǒng)計分析、視域分析和最佳路徑分析等。本文的研究方法以場地的構(gòu)成要素集成解析為基礎(chǔ),運用層次分析法確定相關(guān)參數(shù),通過加權(quán)疊加獲取綜合因子;繼而通過對建設(shè)項目選址條件的因子化處理,綜合運用參數(shù)化空間分析技術(shù)進行集成分析,生成選址地理邊界,調(diào)整選址條件直到確定適宜范圍,最終得出場地選址規(guī)劃圖(圖2)。

山水環(huán)境場地分析與選址的參數(shù)化方法研究

山水環(huán)境場地分析與選址的參數(shù)化方法研究

  1

  場地信息的數(shù)字化采集與量化

  科學(xué)認知環(huán)境特征是當代城市規(guī)劃的顯著特點,也是山水環(huán)境規(guī)劃分析與設(shè)計的重要前提,其基礎(chǔ)是場地要素的數(shù)字化采集與信息量化。當前,越來越多的技術(shù)途徑可以將原本限于描述性的環(huán)境特征轉(zhuǎn)化為數(shù)字語言,從而為進一步開展的參數(shù)化設(shè)計構(gòu)建理性的數(shù)字平臺。例如,利用全站儀獲取場域環(huán)境信息,通過三維掃描獲取點陣云數(shù)據(jù),憑借RS系統(tǒng)對場地進行柵格化處理等,為規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)條件的數(shù)字化生成發(fā)揮了重要作用。

  山水環(huán)境普遍具有環(huán)境資源好、空間尺度大和變化豐富等特點,傳統(tǒng)的實地踏勘往往無法獲得完整的場地信息,小型數(shù)字化測繪工具也因受采集范圍的限制,難以在整體規(guī)劃范圍內(nèi)普遍使用。比較而言,遙感影像技術(shù)是山水環(huán)境場地信息數(shù)字化采集的重要而有效的技術(shù)手段,它視域廣泛,能夠客觀真實地反映地表、地貌各構(gòu)成要素的交互關(guān)系。

  遙感影像,英文為LandsatTM,其中,Landsat是美國陸地探測衛(wèi)星系統(tǒng);TM是Landsat衛(wèi)星上安裝的成像設(shè)備,可以對地球表面進行成像。在光譜分辨率方面,TM采用7個波段來記錄遙感器獲取的目標地物信息,基于目前廣泛使用的光譜分析軟件ErdasImagine,人們可以對遙感影像進行信息解析和量化處理。例如,通過對山水環(huán)境衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)不同波段的圖像進行分類解析,獲取矢量數(shù)據(jù)(Shape格式),可以用于場地內(nèi)植被的分層解析,進而獲取喬木、灌木與地被的分布地理邊界和面積;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合CAD測繪高程,可以進行場地豎向信息轉(zhuǎn)化,錄入GIS進行更高精度的三維模型建模,用于隨后的場地分析。

  2

  分析平臺的建立與可視化

  山水環(huán)境場地的分析與評估是一個閉合的、完整的信息集成處理流程,且不同建設(shè)項目選址的基本解析流程一致,所用到的工具具有重復(fù)性和交叉性。為使場地分析方法更具實用價值,必須構(gòu)建一種適用性分析平臺。

  從目前的情況看,基于ArcGIS系統(tǒng)的ModelBuilder平臺能夠滿足這一工作要求。ModelBuilder是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),兼容遙感影像數(shù)據(jù),實現(xiàn)場地數(shù)據(jù)的存儲、分析與三維再現(xiàn),為規(guī)劃分析與空間決策提供良好服務(wù)的人機交互平臺。ModelBuilder具備從場地信息錄入、單因子分析到綜合因子分析全過程的定量分析與可視化能力,同時具有數(shù)據(jù)處理體系清晰、可交互反饋、便于反復(fù)調(diào)試的特點,適用于山水環(huán)境場地問題的量化分析、規(guī)劃預(yù)測與優(yōu)化模擬。

  ModelBuilder平臺可以把分析工具和數(shù)據(jù)集成在一起,實現(xiàn)自動處理。利用ArcGIS操作系統(tǒng),將場地數(shù)據(jù)分類錄入,創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并生成ModelBuilder模型。

  通過ModelBuilder對場地分析與評估流程的整體建模,可以在綜合因子疊加、典型場地分析(如建筑選址、道路選址、水域選址等)中有效簡化分析步驟,提高分析效率與準確性。

  3

  分析平臺的建立與可視化

  參數(shù)化設(shè)計是在量化設(shè)計基礎(chǔ)上產(chǎn)生的,是在原有的分析要素數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)上,強調(diào)用“參數(shù)”確定各個要素之間的線性邏輯,使得局部的數(shù)據(jù)變化都能通過“參數(shù)”來影響整體,并確保整體因子的數(shù)字化協(xié)同。山水環(huán)境是一個復(fù)雜系統(tǒng),具有深層次的邏輯結(jié)構(gòu)和空間秩序。發(fā)現(xiàn)、理解并利用這種動態(tài)的邏輯關(guān)系是參數(shù)化設(shè)計的前提。山水環(huán)境分析要素眾多,如高程、坡度、坡向、地表曲率、道路(距離)、水體(面積)、喬木覆蓋密度、灌木覆蓋密度、草地覆蓋密度及人工設(shè)施(含建筑物、市政設(shè)施等),一方面使得參數(shù)化設(shè)計有了用武之地,另一方面也使得其參數(shù)的設(shè)定難以簡單采用感性的判斷,必須借助于專業(yè)算法。

  山水環(huán)境參數(shù)化分析與評價方法包括層次分析法、模糊綜合評價方法、SPSS(社會科學(xué)統(tǒng)計程序)統(tǒng)計分析和聚類分析等,以及基于GIS的網(wǎng)絡(luò)分析法、疊加分析法等。其中,“層次分析法是由美國運籌學(xué)家薩蒂(A.L.Aaaty)于20世紀70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,通過建立層次體系來確定每個影響因子對綠地系統(tǒng)整體的影響程度,并在不同層次上將各因子或要素兩兩對比,構(gòu)建判斷矩陣,經(jīng)過矩陣運算確定各因子權(quán)重,反映整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境總體及各個不同側(cè)面的質(zhì)量狀況”。

  在本文中,該方法主要應(yīng)用于單因子疊加建立綜合因子的過程。當前,考察單個生態(tài)因子的做法早已過時,對于綜合因子的參數(shù)解析成為參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)優(yōu)勢。AHP的深化應(yīng)用大大推動了參數(shù)化評價技術(shù)的發(fā)展,使其成為現(xiàn)代城市規(guī)劃、景觀規(guī)劃和環(huán)境保護等領(lǐng)域中重要的分析手段之一。在具備場地高程、植被分布和建設(shè)情況等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上,通過AHP方法獲得各類因子的權(quán)重,運用GIS提供的表面分析、疊加分析等信息處理工具,可快速得到場地評價結(jié)果。同時,通過對項目策劃報告的分析,能夠?qū)⒕唧w建設(shè)項目的選址條件進行歸類分析并按照同一數(shù)學(xué)關(guān)系因子化,以確定其參數(shù)。

編輯:lianqi

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