景观学系学术云之十暨研究生高水平实验课程之：“数字技术支持下的城市绿量研究进展”讲座报导
2018年1月12日上午8:30-11:30，南四楼110教室，景观学系殷利华老师邀请了华中农业大学姚崇怀教授进行了一场题为“数字技术支持下的城市绿量研究进展”的精彩专题讲座（图1-图3），并作为景观学系戴菲教授领衔的本学期“硕士研究生高水平实验课程”的收官之课。
图1 讲座海报
姚教授将整个讲座分为三个问题展开：（1）为什么要用数字技术？（2）数字技术怎样应用于景观设计？（3）数字技术如何应用于城市绿量研究？
一、为什么要用数字技术？
A.缘起:严峻的现实——全球生态负债时代
当今世界资源紧缺、环境污染等问题严重，已经进入全球生态负债时代。恩格斯在《自然辩证法》中说，“我们不要过分陶醉于人类对自然的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行了报复。”在这样的时代背景下，我们呼唤新的文明形态——绿色生态。
B.认知——生态文明的呼唤
三百年的工业文明以人类征服自然为主要特征，世界工业化的发展使征服自然的文化达到极致，一系列全球性的生态危机说明地球再也没有能力支持工业文明的继续发展，需要开创一个新的文明形态来延续人类的生存，这就是“生态文明”。如果说农业文明是“黄色文明”（改造自然，主张顺天应时），工业文明是“黑色文明”（征服自然，做自然的主人），生态文明就是“绿色文明”（尊重自然、顺应自然、保护自然）。
C.园林是生态文明的重要内容
城市环境问题可以通过调整人类行为得到改善。既然城市环境问题是由于人类自己的过失行为引起的，必然可以通过合理的管理、调整人类的需求欲望与行为准则、把病态的城市
环境医治成优美、宁静、宜于人类长久生存的生态环境。城市园林建设就是治理城市环境的重要手段，园林绿地是城市中唯一有生命的绿色基础设施。
园林作为第二自然，它的营建是从花园到绿地系统的历程。农业社会的古典园林强调赏心悦目，工业社会的现代园林注重环境、社会效益，形成了以城市开放空间为主要形态的绿地系统，后工业时代(信息时代）则为可持续景观，注重以人为本、生态优先，重建人与自然关系。可持续景观以保护、重建为主，建设园林城市、生态城市，创建理性生态系统，鼓励多学科协作、公众参与。
随着园林内涵和外延的不断发展变化，园林问题也越来越综合，越来越复杂，必然呼唤新的研究方法和技术手段的加入。
D.另一扇窗——数字景观技术
景观信息包括地形植被、水体、建筑等环境要素，大气、土壤、降水等自然要素，及人类个体的时空行为数据等。传统的描述景观信息的方法有地形图语言文字、绘画、摄影图片或观察记录等，其记录的介质以纸质、胶片为主。数字化景观信息的采集即是将现有的记录在纸质、胶片上的景观信息数字化，或通过现代数字仪器设备直接将景观信息以数字方式记录在存储介质中。数字化过程使用的硬件设备有多种，如数字化仪、扫描仪、数码照相机数码摄像机遥感传感器以能记录海量数据的存储器等。将不同来源的时空数据按照一定的映射方式建立景观信息数据库，为后期规划、管理及修复服务。除上述主动式的采集方式、结构化的数据特征不同，随着互联网、移动互联网、云计算技术的发展，手机信息、社交网、微博、微信、支付宝、电子邮件等各种网络服务加入到数据生产中，通过用户与设备的交互操作，用户的空间与时间行为状态无意识地转换为数据，为风景园林中非空间事务数据的获取和空间化提供了新的途径。
图2：姚崇怀教授开讲
二、数字技术怎样指导景观规划？
1）.景观分析与评估技术
风景园林学被认为是诠释人与自然之间的自然观、人文观和审美观的学科，景观价值评估一直是其理论研究热点，而研究方法也开始从定性评价转向定性与定量相结合。风景园林师也在积极探索、借鉴相关学科定量分析技术，并与风景园林理论结合，提出更多的数学分析模型。借助相关数学模型对景观进行分析和评价的技术，应是数字景观技术的核心所在。
如以数字化的景观信息为研究对象，进行生态敏感区分析、用地适宜性分析、景观美感度分析、可达性分析、视线视域分析、风热条件分析、景观格局分析等。地理信息系统技术(Geographical Information System,GIS) 被认为是可嵌入各种分析模型的技术平台之一，它在存储管理景观信息方面有特殊的优势和强大的空间分析和数据处理功能，无疑成为目前广为应用的分析评估技术。
2）.景观模拟与可视化技术
可视化技术是将来自测量或科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据，借助计算机图形学和图象处理等技术，用几何图形和色彩、纹理、透明度、对比度及动画技术等手段，以图形图像信息的形式，直观、形象地表达出来，并进行交互处理。建立在对景观发展规律认识的基础上，对景观过程(生态过程、风、热等自然条件变化过程等) 和特定时段(过去、现状、规划设计) 景观的可视化，可以帮助风景园林师加深对区域或场地景观的观察、理解和解释，增强对景观现象和规律的认识，促进将数理抽象逻辑思维与图形、图像形象思维的结合，产生新的洞察力和创造力。
目前景观模拟和可视化技术发展非常迅速，有通过马尔科夫模型、元胞自动机、神经网络分析等模型模拟景观发生发展的过程并以图式展现，有利用虚拟现实技术、三维视景仿真技术实现观赏者的交互性、沉浸性的现实感受。而近几年来三维GIS技术(如Skyline) 的出现使得融合海量的遥感航测影像数据、高程、矢量数据、具有地理坐标的精确三维模型信息系统的基础上，进行多种空间分析和交互式、精准性的规划设计成为可能。
由以上可以看出，数字景观不仅是景观空间表达放大的变革，更是风景园林分析方法的革命。它能使得风景园林表达和分析结果更直观、便捷、精准，可以预见，数字景观技术方兴未艾，将逐步成为风景园林学科的研究热点之一。数字景观未来的发展将受到相关技术领域的发展趋势及风景园林学科需求的影响。
(1) 景观数字模拟仍是未来的研究热点之一。如何使模拟的景观空间形态更逼真、更容易、速度更快，如何将模拟的景观形态参与到规划设计中，如何将景观过程进行动态模拟并预测推演等。
(2)地理设计将是风景园林中的参数化设计。尽管地理设计(Geodesign)的理念近几年才提出，还处于发展之中，但它集成了现有城乡规划与风景园林研究所需的一些主要成果和理念，如情景分析、循环评估、动态规划、公众参与、即时评价、参数化设计等。规划设计人员可将大脑中的构思方案通过系统所提供的智能化设计工具绘制出来，也可方便地通过系统所提供的各种分析工具，对所绘制的方案进行分析和评估。方案的每次局部调整，都可通过所设定的指标参数得到反馈。
(3)大数据及数据挖掘技术将是景观规划重点攻关的热点。随着互联网的快速发展以及云计算进行大容量数据存储和访问，以物联网促使数据的实时产生，以社交网络将人的喜好、情绪转变为数据，以智能终端诱使市民将出行、活动等无意识的转变为数据，改变了信息的形成过程，为风景园林中非空间事务数据的获取和空间化提供了新的途径。人们获取信息（数据）的途径、规模、数据种类正以极快的速度增长，如何构建海量时空数据生产与获取，多源异构数据集成、基于主题的时空数据建模与分析、智能决策支持等将是研究热点。
图3 讲座现场
三、数字技术如何应用于城市绿量研究？
在城市绿地规划和建设过程中，三个核心问题值得关注：
1）.城市绿地的“量”：关心城市有多少绿和应该有多少绿？
2）.城市绿地的“位”：关心绿地在城市中的空间分布如何？即绿地布局，它侧重的是一定量的绿地在城市空间中的分配及相互关系。
3）.城市绿地的“用”：关心城市数量与分布格局与环境、人的相互关系。
在量的方面，当下城市绿量主要用二维平面绿化指标进行度量，如：绿地率、绿化覆盖率、人均绿地面积、人均公共绿地(公园)面积等，并强制性地沿用至今。随着对城市生态环境及绿地系统研究的不断深入，二维绿量在反映城市绿地与城市生态系统之间的关系上逐渐显示出其局限性，尤其是在对城市绿地的生态效益进行系统分析方面更是捉襟见肘。主要体现在以下几个方面：1）与绿地结构缺乏关联。绿地率、绿化覆盖率等指标关心的重点是地面有无植物覆盖和覆盖度高低，其核心是绿地面积或绿化覆盖面积，如何覆盖地面则没有关注，1h㎡草坪和1h㎡疏林草地或丛林没有任何差异，不能通过上述指标判断或推演绿地的结构类型。2）与绿地功能缺乏对应。绿地植物组成、群落结构层次、植物配置方式、植物生长状况的不同导致绿地功能差异明显，例如，乔灌草复层群落结构的碳氧平衡功能是单层草坪的2-3倍，森林覆盖的地面其涵水量和保土量分别是草坪的2.7倍和2倍。3）与绿地强度缺乏联系。城市绿地计量评价时主要只有绿地率、绿化覆盖率这些指标，缺乏类似容积率这样的三维计测指标，难以对绿地建设强度状况进行理性判定。4）与宏观引导缺乏对接。近年来国家层面出台了一系列政策要求加强功能性绿地建设，强调在城市绿化中应关注树木、关注遮荫、关注绿地生态服务功能、反对大草坪、大铺装等等，这些宏观导向在具体操作层面上需要有相应的评价指标进行度量，使功能性绿地建设得以落实到具体的城市绿地建设实践之中，绿地率等二维评价指标明显难以担负该方面的重任。因此，构建三维绿量指标成为构建城市绿地评价体系的迫切需要。
三维绿量有以下两类表述：
1）.平面派：植物叶面积的总量(LAI)。LAI的地面测量方法分为两个主要别:具有破坏性的直接测量法和无破坏性的间接测量法。直接测量法包括称重法、求积仪法、收获法和点接触法等;间接测量方法是借助TRAC、Hemiview.ACCUPAR、LA1-2000、Cl-110等光学仪器，测量简便，可以快速对固定点测量LAI,测量值为有效LAI。
2.立体派:“三维绿量又称绿化三维量(Living Vegetation Volume,LVV)”，生长中的植物茎叶所占据的空间体积，单位为m3；通过茎叶体积计算三维绿量。通过计算机“以平面量模拟立体量”，针对某一特定的树种，利用冠高与冠径之具有的某种统计相关关系，建立回归方程，根据航空像片上测量树木的冠径来计算冠高，最终得到树冠的体积。
三维绿量计测在范围、实施上也是困难重重，工作量巨大。姚教授通过分享四个国家自然科学基金项目的研究，来探讨由此引发的问题。
1）“城市绿色开放空间及其绿量研究”，通过遥感反演、GIS分析、规划表达、建立植物群落模型，通过GPS定点，用仪器进行叶面积实测（有严格的环境条件要求）得到场地植被指数。通过总叶面积推算出三维绿量来代替绿地覆盖率。
2）“基于叶面积反演的三维绿量及格局研究”，通过冠层分析仪参数设置回归方程，拟合更高精度的数据，提出绿量格局。
3）“基于遥感和地理信息系统的城市绿量变化与绿量制图研究”，即通过遥感、地理信息系统获取不同年份的绿量数据，使绿量在时空上均可分析；将数据、方程等转换为易懂的图，使用“等绿线”（类似于等高线）的方法制图，构建三维绿量地形模型。
4）“城市绿容积率及规划调控”，研究三维绿量与环境质量的关系（固碳、释氧、通风等）；三维绿量与人对绿色空间利用的响应问题。
图4 绿量研究成果展示（来源于姚老师讲座，兀晨拍摄）
姚老师对研究生寄语：
对“乱花渐欲迷人眼”的学术现状，我们需要平心静气的冷思考；相比“概念先导、”“观点先导”、“问题先导”更能解决现实出现的问题。
我们应:1）.加强学习，了解掌握技术前沿。应善于通过形象思维处理问题，面对复杂的、日新月异的计算机技术、信息技术、互联网等新技术，以及众多分析工具软件应用的技术门槛，有必要加强学习，迅速掌握基本的分析表现技术手段，了解前沿技术的发展动态及在风景园林领域中的应用潜力，提高逻辑思维能力，培养数字文化素养，积极主动地迎接新技术的应用。
2）.协同创新，跨越技术鸿沟。必须承认，数字技术和风景园林研究之间存在着“技术鸿沟”，使得其在风景园林研究中的应用出现诸多的困难和障碍。数字技术自身专业性较强，且在不断完善，相关专业由于缺少对风景园林专业的了解，无法开展有针对性的研究，另外，多源异构数据的获取与集成、处理分析等简洁实用的技术方法缺乏，一般风景园林师难以掌握等。风景园林师应立足专业需求，积极寻求与相关技术领域的专家学者合作，通过学科交叉产生智慧。
3）.固本守元，立足完善风景园林理论。数字景观技术终究是为风景园林专业研究服务的工具。风景园林面对的是复杂易变、富有生命力的复杂巨系统，数字景观具有理性、科学和高效特征，但其功能的发挥仍然有赖于风景园林理论与背景知识，风景园林理论才是应该固守的“本”、“元”。新技术也不可能完全取代传统的研究方法。唯数据论、唯技术论均是不可取的。风景园林师应该加快探讨新技术应用的理论依据，并在新技术的支持下不断完善风景科学理论。
姚崇怀教授的这场讲座使同学们对数字技术有了更深的理解，对应用数字技术解决问题也思考良多。殷利华老师对讲座做了总结，“研究生风景园林专业高水平实验课程”的主要负责人戴菲教授也对同学们提出了新的要求。数字技术的教学到此，不是结束，而是开始。接下来需要同学们自主探索，应用数字技术去解决实际问题，在相关论文、设计中有所体现。
图4 姚老师投入报告
图5 讲座后师生和姚老师合影留念
撰稿：2017级风景园林硕士研究生，兀晨
修订：殷利华
海报：2017级风景园林硕士研究生，王颖洁
拍摄：殷利华
