LA专题 | 成实 张潇涵 成玉宁 | 数字景观技术在中国风景园林领域的运用前瞻
全文刊登于《风景园林》2021年第01期 P46-52
成实，张潇涵，成玉宁.数字景观技术在中国风景园林领域的运用前瞻[J].风景园林，2021，28（1）：46-52.
数字景观技术在中国风景园林领域的运用前瞻
成实
男 / 博士 / 东南大学至善博士后（城乡规划流动站） / 研究方向为城市设计、风景园林规划设计
张潇涵
男 / 东南大学建筑学院景观系在读硕士研究生 / 研究方向为风景园林规划与设计
成玉宁
男 / 博士 / 东南大学风景园林学科带头人，景观学系系主任、特聘教授、博士生导师 / 本刊编委 / 研究方向为风景园林规划设计、风景园林设计、景园历史及理论、数字景观及技术
摘要：随着数字时代的到来，数字景观技术已成为有效解决现阶段风景园林领域所面临问题的主要途径之一，并呈现出愈发多元化发展的趋势。将现阶段风景园林领域所面临的核心科学问题归纳为：生态与形态的协同、人群需求的满足、设计与实践的革新。为寻求出解决上述核心科学问题的对应数字景观技术手段，首先，以Web of Science中2010—2020年发表的5 328篇论文作为研究对象，采用知识图谱计算工具Citespace软件展开定量研究；其次，结合文献研究的方式，厘清全球范围内数字景观技术的发展方向及新兴技术手段，并探讨新兴的数字景观技术在解决现阶段中国风景园林领域相关问题时的具体作用；最终，提出“跨学科、跨领域”的技术方法融合以及“全流程、精准化”的设计实践协同，将是数字景观技术在我国风景园林领域的未来发展应用趋势。
关键词：风景园林；数字景观技术；Citespace；运用策略；生态形态；公众需求；设计实施
1 中国风景园林领域所面临的核心挑战及应对
在快速城市化时期，城市空间的迅速扩张造成对自然生态、人群诉求等方面的忽视，从而引发一系列城市环境问题。具体而言，目前我国风景园林领域所面临的核心挑战主要体现在以下3个方面。
1.1 过往城市发展与自然演进规律间的矛盾
在快速城市化阶段，我国城市建成空间的迅速扩张使城市发展违背了自然演进规律，从而引发城市生境破坏、生态网络割裂等一系列问题。在新一轮的国土空间规划大范围推广的当下，生态文明建设成为我国风景园林领域发展的首要任务。
1.2 风景园林领域研究对于公众诉求认知的局限
过往城市建设中对于公众空间诉求数据的获取多依赖于问卷、访谈等传统调研方式，无法切实地捕捉到公众对于风景园林环境的真实感知反馈，导致风景园林环境的塑造仍趋于设计师主观意识的传递。当下，城市发展秉承着“以人为核心”的基本理念，风景园林环境的塑造也愈发注重满足公众的不同层面需求。
1.3 传统风景园林规划设计及实践缺少精细化的引导
过往风景园林规划设计受限于绘图技术以及建造方式，方案多依赖于专业人员的自身经验及审美取向，且设计与建造存在环节衔接不当所造成的实施低效化问题。当下，风景园林专业人员开始逐步尝试依托于参数化等规划设计辅助技术，建立全程可控、交互反馈的风景园林设计方法体系。
2 数字景观技术研究梳理
2.1 研究方法
数字景观技术的运用带来了风景园林领域研究范畴与方向的不断变革，为解决上文所述的挑战提供了新方法与新途径。本研究基于文献计量学，通过知识图谱计算工具Citespace软件展开定量分析，在厘清当下数字景观研究与数字技术运用热点的基础上，试图从中挖掘、归纳应对既有三大挑战的数字技术手段，并对数字景观技术在我国风景园林领域运用与发展的方向进行前瞻。
本研究数据来源于Web of Science核心集数据库，首先以主题 = “digital landscape”进行检索，时间跨度为2010—2020年，经筛选检索出共5 328篇论文形成本次研究的样本库。进而，通过Citespace 展开主题词共现网络、主题词聚类和引文突现等文献定量分析并绘制出知识图谱，厘清全球范围内数字景观领域的研究现状，并选取出其中研究与运用的热点文献。
2.2 文献量分析
从研究样本库中的文献发表年限来看，近10年文献年发表量总体呈现出上升趋势，“数字景观”领域的相关研究愈发引起业界学者及专业人员的关注。值得一提的是，自2014年开始，文献年发表量进一步快速增长，年增长率已超过20%（图1）。
1 研究文章年发表量统计
2.3 数字景观研究方向识别
本研究利用Citespace软件对“数字景观”研究方向进行研判，得到主题词共现图①。出现频次较多的词语依次有：数字高程模型、空间分布、地理信息、土壤性质等。通过LLR聚类算法得出知识图谱，结合对过往学者的研究成果的系统解读，对“数字景观”的研究热点加以总结与归纳，将相关研究归为：风景园林空间形态与生态、人类行为活动、设计与实践方法三大方向。
2.4 数字景观技术研究热点判断
以上文所述的三大研究方向为分类依据，对于“数字技术”相关主题词进行归纳整理（图2）。发现数字技术呈现多元化的发展态势，往往通过多种数字技术共同解决同一个研究议题。从数字技术的运用量来看，目前在“风景园林形态与生态”方向的运用最多，以地理与测绘技术为主。
2 数字技术归纳
聚焦于近5年数字景观技术的研究与运用热点，对各主题词进行引文突现分析并筛选（表1）。发现自2015年开始，空间数据采集、数字化分析、大数据、虚拟现实、参数化设计等方向的相关主题词热度较高，其中，以空间数据采集与大数据分析2方面的研究成果居多。与此同时，通过观察研究样本库中各文献引文突现强度，筛选出近5年间使用频度最高的数字景观技术手段依次为：社交媒介、随机森林、机器学习、数字化平台及人工智能。
表1 引文突现表
3 数字景观技术对于当下风景园林领域的作用
3.1 生态与形态的协同：风景园林环境的量化采集、模拟与分析
城市化的进程带来了日益严重的环境问题。对城市形态与生态进行科学、准确的认知显得越发重要，数字化的环境信息采集与量化模拟评价成为助力城市生态与形态协同发展的途径。
3.1.1 数字化环境信息采集：提升调查研究的效率与精准性
现阶段，卫星遥感影像识别与三维的空间数据采集成了数字景观技术的发展热点及重点。至2010年，卫星遥感、地理信息模型等技术手段在风景园林领域已得到广泛运用。回归树、随机森林等算法的出现更为精确解译遥感卫星图中的植物类别及长势、土地利用类型等信息提供了多种可能。
随着机载激光雷达技术运用的普及，令风景园林空间的数据采集与建模愈发精确化。近年来，航拍无人机的普及更是大大降低了空间数据采集的成本与难度。
除此以外，物联网与土壤水分、土壤酸碱度、温度、湿度等传感器配合，也可以对植物的生长、道路的透水率、微气候情况等进行检测，构建风景园林的实时监测系统，为环境评估、效能监测提供了有效的途径。
3.1.2 环境量化模拟与评价：实现对环境要素与自然过程的科学解读
随计算机技术的发展，为处理、分析景观环境数据创造了运算条件。长期以来，在地貌分析、土地利用、水文模拟、生态格局等方面研究中GIS等运算平台均发挥着重要的作用。随着平台计算能力的不断提高及三维实景采集技术的普及，目前可运用点云空间数据进行相应模拟分析以得到更精准的分析结果（图3~4）。
3 清凉山公园南片区景观空间建模图
4 清凉山公园南片区景观空间分析图
3.2 公众诉求的满足：人群在风景园林环境中行为活动的采集与分析
当下，面对复杂的风景园林空间，传统问卷调研、经验推测等方式所获得的结论已无法满足研究及实践诉求，需借助大数据技术、生理检测技术、虚拟仿真技术等技术手段来寻求其背后的规律并指导规划设计。
3.2.1 大数据技术：探究风景园林环境的社会属性
与传统调研方式相比，大数据技术的运用具有信息体量大、及时、微观等特点。研究对象覆盖城市生态服务设施、风景名胜区等各类型及尺度下的风景园林环境。通过计算机技术对手机定位、地图服务POI、社交网络等开放数据展开分析，以解决空间品质评估、绿道规划选址及选线、绿地空间使用规律及影响因素评估等相应问题（图5）。
5 Flickr 照片数据量化图
3.2.2 生理监测技术与虚拟仿真技术：构建环境行为数据与空间特征的关联
借助眼动仪、皮电仪等生理数据监测仪器的运用，基于医学及神经认知学研究中循证试验的研究方式，能够精确地识别人群在景观环境中的生理、心理感知变化，厘清影响人群身心健康的风景环境要素特征。
而虚拟现实（VR）、增强现实（AR）与混合现实（MR）领域中人群与大规模环境数据流进行交互的开创性应用研究正在持续进行，为建构风景园林环境中人群行为心理与空间特征的关联提供了人机交互平台。不仅从时间、交互、视觉和音效等方面对风景园林环境展开了全方位的研究，也改变了公众及专业人员对环境感知的途径（图6）。
6 沉浸式体验及运用 VR 探索景观空间的时间维度
且虚拟呈像技术的推进更带来了多元化发展的可能性，可通过数字建模技术借助三维扫描仪和全息相机将由人类行为或机器驱动所激发的模型变化反馈到数字模型环境中，以增强设计的有效性及真实性等。
3.3 设计与实践的革新：风景园林设计、建造与测控的系统化
3.3.1 参数化设计：促进方案生成及决策的高效化
近年来参数化技术已成为解决多尺度规划与设计问题的有效途径之一。通过计算机软件和脚本编写，实现空间形态与自然过程的分析与模拟，以及实时的多方案生成与比较，大大提高了方案决策及实施的效率（图7~8）。
7 豫园的参数化生成
8 “坝高—水量”的算法规则
3.3.2 数字化建造：控制工程实施的精准化
数字化建造技术的发展为风景园林工程实施提供了新的途径。智慧工地管理系统将多种智能数字技术融入工程监测、管控、决策等方面，促进工程精细化发展。以数字挖掘机、机械臂为代表的工程器械能够精准地执行计算机命令，缩小了施工的误差；而3D打印技术则为建造复杂景观构筑物提供了新可能。
3.3.3 LIM平台：实现设计、建造及运营管理的一体化
风景信息模型（LIM）的运用将实现风景园林工程项目的设计、施工、运营管理全过程的信息化，通过三维建模方式，全面统筹把控设计的生命周期。虽目前LIM在我国仍处于起步阶段，但风景园林领域的信息化建设将成为整体趋势。
4 数字景观技术在我国风景园林领域的应用趋势及前瞻
聚焦于我国风景园林领域现阶段的主要研究方向，发现目前我国风景园林领域的相关研究多关注于国土空间规划、绿地空间规划及管理、人文景观塑造等多个方面，而数字技术则在各研究方向上均得到充分运用。
从国内数字景观技术的应用需求及趋势来看，现阶段空间建模技术、大数据技术及参数化技术等技术手段已在我国风景园林领域有所运用和尝试。其中，动态大数据技术在我国风景园林研究领域中更体现突出的研究优势。现阶段，我国风景园林领域的发展愈发注重精细化、科学化。因此，在应对我国风景园林领域中生态、形态及人群活力等方面的挑战时，诸如三维空间信息采集技术、大数据技术以及虚拟呈像技术等精细化分析技术手段将会得到更为深入的运用、推广及协同发展。
从数字景观技术在我国风景园林领域的应用前瞻来看，笔者认为数字景观技术对于解决我国风景园林领域现阶段“生态与形态协同”“人本诉求满足”以及“设计、实施一体化”3个方面诉求均具有积极作用。在未来风景园林领域发展中，数字景观技术的显著发展优势可能体现在以下2方面：1）技术方法：“跨学科、跨领域”的技术方法融合；2）实践操作：“全流程，精准化”的设计实践协同（图9）。
9 风景园林实践过程中数字技术的协同运用
注释：
① 该图已上传至开放科学平台（Open Science Identity, OSID）。
图表来源：
图1~2、9由作者绘制；图3~4引自参考文献[25]；图5引自参考文献[29]；图6引自参考文献[34]；图7引自参考文献[38]；图8引自参考文献[39]；表1由作者整理绘制。
为了微信阅读体验，文中参考文献标注进行了删减，详见杂志。
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文章编辑 王亚莺
微信编辑 刘芝若
微信校对 王亚莺
审核 曹娟
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