GIS与公路景观设计

GIS与公路景观设计摘要：本文主要介绍了GIS系统、GIS在公路景观设计中的应用及应用流程，随着信息技术的发展和高分辨率卫星遥感影像价格的下降，突出了GIS在现代公路设计中的重大作用，GIS技术在交通领域必将会得到广泛应用。关键词：GIS公路景观设计GISandHighwayLandscapeDesignAbstract：ThispaperdescribestheGISsystem,GISinHighwayLandscapeDesignandapplicationprocess,withthedevelopmentofinformationtechnologyandhigh-resolutionsatelliteimagerypricesfall,highlightingtheGISinmodernmajorroleinhighwaydesign,GIStechnologyinthetransportsectorwillcertainlybewidelyapplied.Keywords：GISHighwayLandscapeDesign0前言地理信息系统（GIS）是一个收集、储存、分析和传播地球上关于某一地区信息的系统。GIS以其强大的地理信息空间分析功能，在景观规划设计项目中发挥着越来越重要的作用，它的发展与景观设计领域的实践是相互促进的。作为一个强大、灵活的决策系统，地理信息系统（GIS）技术能够应用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划等各方面，国内外许多景观设计相关的行业也正在接受这一技术，其中也包括公路景观设计。1GIS系统简介及其发展过程地理资讯系统（GIS,GeographicInformationSystem）是一门综合性学科，结合地理学与地图学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo—Informationsystem,GTS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS（GeographicInformationSystem地理信息系统）是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科，规划设计、计算机技术等多学科的交叉学科。1963年加拿大测量学家R.FTomlinson首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个GIS（加拿大地理信息系统CGIS）,并用于自然资源的管理和规划。不久，美国哈佛大学提出了较完整的系统软件SYMAP。进入70年代以后，由于计算机软硬件水平的提高,促使GIS朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立了许多专业性的GIS,在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。80年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。同样GTS也在公路勘察设计领域得到了充分的利用。目前，发达国家普遍利用GIS建立公路数据库；通过计算机模拟，建立多种分析、评价模型，制订并多次修订通行能力手册，为规划、设计提供了理论依据、决策方法与分析手段。全面利用GPS卫星定位、航测遥感技术代替传统的人工勘察，将采集来的数据通过数字地面模型与CAD系统相衔接，具有越来越强大的集成功能；如英国的MOSS系统不仅可完成控制点的比选、景观的布局，而且可提供动态的景观评价。为设计人员从宏观角度进行公路路域景观规划设计提供了强有力的辅助工具。GIS可以分为以下五部分：1）人员，是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。熟练的操作人员通常可以克服GIS软件功能的不足,但是相反的情况就不成立。最好的软件也无法弥补操作人员对GIS的一无所知所带来的负作用。2）数据，精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。3）硬件，硬件的性能影响到处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。4）软件，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。5）过程，GIS要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。2公路景观设计的基本要求公路景观设计是以公路工程学、建筑艺术、交通心理学、生态学和园林学等学科为基础的，公路景观设计的基本要求有以下几点：①公路平、纵、横线形协调，使空间线形顺适，无突然转折，让行车者看到公路的连续性，增强安全感,从而能镇静自如地在公路上驱车。②使公路及其构筑物与周围环境融成一体，并为周围环境增添美感。要求在设计和施工中避免大填大挖，使路线环绕天然景物或突出的地形，而不破坏地形和景物的完整。公路桥梁等人工构筑物的造型应与周围景物协调。③公路交通设施如行道树、交通标志、道路交通标线、交通信号、照明设施等均应布置得体，起自然诱导行车的作用。行道树过密、过近就有可能阻碍视野；对有碍观瞻的物体，则应适当遮蔽。3Gls在公路景观设计中应用公路景观分为内部景观和外部景观。行驶在公路上的司乘人员见到的路上的景观、在停车场、服务区等附属设施内所看到的景观称为内部景观，这是动景观;从公路沿线居住地和其他道路上看到的公路景观称为外部景观，这是静景观。公路景观也可分为点式景观和线形景观，如在景致优美处建造的休息设施或独立景点及造型独特的桥梁等称为点式景观，而公路线形以及沿线不断变化的边坡及植被等称为线形景观。公路景观是一个三维空间景观，具有韵律感和美感，同时又包含一定的社会、文化、地域、民俗等涵义。GIS在景观设计中的应用现在以包括很多方面，例如：1)基于GIS技术的城市三维景观动态仿真技术研究2)基于GIS与ES的公路生态景观评价系统■计算机工程3)遥感和地理信息系统在公路景观生态学中的应用4)基于遥感与GIS的公路景观空间格局分析以上几个应用实例大都并不是单独的应用GIS进行研究的，而事实上的情况也是如此，GIS在景观设计研究中，也需要和“3S系统”中的其他两部分，遥感技术(RS)和全球定位系统(GPS)以及信息技术、计算机技术、VR和数字摄影测量等技术配合使用。这些技术手段与GIS的整合，使公路景观设计三维可视化分析成为可能，在大型工程招投标中，三维动画几乎己成为不可缺少的基础展示手段。而在公路设计行业，目前的设计大都是在二维地图上进行，包括选线、设计等等各个阶段。二维地图上地貌和地物是用等高线、地物边界线和特定符号表示的，设计人员不仅需具备地图学专业知识和经验才能正确判断地形或地貌的特征，而且不够直观。4GIS在公路景观设计中的应用流程对于通常的公路景观设计，通常是在公路CAD透视图中先建立景观设计模型，然后再3DSP3DSMAX或Photo2shop等进行图像处理、渲染和动画制作。这种设计方式的不足是：(1)要生成大量的行使动画耗时巨大；(2)不能实现实时行使和观察；(3)动画播放只能沿设置好的路径播放；⑷透视图不具有可量测性。如果能够在地形的三维真实感立体模型上进行设计，使设计过程和设计结果可视化，从而实现三维可视化工程设计，一直是设计人员的梦想和追求目标。现在，GIS与其他相关技术为实现这种技术提供了可能。GIS在公路景观设计中的作用主要体现流程中的空间分析与信息提取、景观评价、动态监测与管理三个过程中，整个公路景观设计的流程可以分为:1）资料收集、数据共享与信息交流。应用多媒体技术和网络技术，各景观设计单位、高等院校、景观生产单位之间，可以进行科学研究、规划设计、远程教学等方面的广泛交流与合作，包括在网络上实现信息目录检索与查询、景观信息发布、方案征集、网络会议、网上方案评审等。全国乃至全球该领域内的网络用户都可以通过互联网实现信息的共享,这对于促进景观业发展具有重要意义。2）空间分析与信息提取。地理信息系统（GIS）为景观设计专业人员提供了直观而理性的空间分析工具。通过GIS对遥感技术（RS）、全球定位系统（GPS）等收集的各种资料进行各种领域的信息提取分析，可以在风景评价和规划中建立所需的空间数据库，并可以对各种信息进行提取查询，可以将反映基地的各种景观要素信息进行统计，可以对各地图要素进行操作、编辑、提取和输出。3）景观表达。运用电子信息数据形式来描述景观，主要有两种形式：一种是静态形式，一种是动态形式。4）景观评价。采用“3S”技术，能够更客观地对景区的资源状况进行评价。5）动态监测与管理。利用不同时期的遥感图像，通过GIS软件的叠加分析，可以对区域绿地变迁、城市绿地发展、景观建设进行动态监测，这对于营造大地景观，促进城市绿化，控制绿地流失，建设人居环境具有重要意义。6）虚拟景观。景观工程的VR虚拟仿真演示。5GIS在公路景观评价中的应用及其优点公路景观评价是环境评价中的一个新领域。公路景观环境评价是指运用社会学、美学、心理学等多门学科和观点，对拟建公路所在区域景观环境的现状进行调查与评价，预测拟建公路在其建设和运营中可能给景观环境带来的不利和潜在影响，提出景观环境保护、利用、开发及减缓不利影响措施的评价。公路是一种线形工程结构物，穿越荒原、沙丘、农田、湿地、丘陵、湖泊等各种地理地貌，所经过地区的生态结构复杂，景观类型多样，评价因子众多。景观评价的数据资料包括定量数据和定性数据，类型众多，如航空影像，卫星遥感影像，各种照片，数字地面模型（DTM）,地形图，规划文件，建筑物，水文，地理、土壤和土地利用土地覆盖图，历史遗迹、考古和生态数据，测量数据，统计资料等。如此复杂的数据，只有利用GIS技术才能进行有效的管理。GIS具有对空间数据进行采集、存储、更新、检索、统计、制图、模型应用和空间分析的强大功能。利用数字摄影测量系统生成的正射影像和立体匹配片建立的大范围地形三维立体模型及三维可视化动态景观影像图，设计师可从不同的视点观察分析路线周围环境，从微观到宏观的不同层次上充分搜集景观信息，进行多方案探讨与分析评价，做到了从选线规划阶段就开始考虑景观的建设，避免景观已经破坏了再事后弥补的缺点。在地形的三维真实感立体模型上，建筑结构物、土地利用、土地覆盖、植被和动物廊道等信息能够准确确认和统计，方便对景观进行数量化评价。三维环境下的实时行驶，给人一种身临其境的感觉，真正做到所见即所得，可以判断设计结果是否满足使用者的视觉和心理要求，公路的功能、美观及经济是否一致，以使公路线形及沿线设施与沿途空间环境相协调。结合虚拟现实和地理信息系统技术还可以进行景观模拟，预测若干年后的景观情况，三维动画技术，对于专家和公众参与评价，起到立竿见影的效果。采用GIS可以：（1）将不同格式、零散的数据和图像资料（如各类图表、记录）加以综合并存储在一起，便于长期、有效的利用；（2）将各类地图（空间资料）和有关图中内容的文字和数字记录（特征资料）完善地融为一体：（3）方便的检查和更新空间资料及其相关信息；（4）为进行景观分析和建立景观模拟模型提供技术构架，有利于景观及生态学家等进行复杂的数学计算和模拟研究；（5）提高景观资料的质量，大大增加了对资料的存取速度和分析能力，促进景观规划设计、评价和资源管理的效率。（6）功能强大的数字化功能，克服了传统数字化方法费时、费力，精度不容易控制的不足。（7）界面友好，操作方便，是一个开放式的研究平台。可视化、虚拟现实（VR）、3DGIS和WcbGIS是GIS技术的最新发展。GIS可视化是采用计算机图形图像技术，将复杂的自然景观，•其至十分抽象的地理概念图形化，以便了解自然现象，发现规律和传播知识。VR技术的研究促进了GIS与Internet、Web的集成，通过链接声音、照片、遥感影像、视频动画等，使用户在三维虚拟地理环境中实现观察、触摸、操作和检测。6小结公路景观设计与景观环境评价是一个全新的课题，没有固定的模式，设计方法、理论认识还不够成熟。GIS及一些配套技术在公路景观设计与评价方法中的应用，使公路设计及景观评价更为直观、方便，该方法同样适用于公路战略环境评价和区域环境评价以及公路规划、施工和管理等各个阶段。GIS参与工程设计