邹 初 红

(皖西学院 艺术学院，安徽 六安 237012)

0 引 言

随着经济的快速发展，城镇化建设逐渐加快，农民对自己的生活提出了更高的要求，乡村发展迎来了自己的春天，乡村生态建设被提上了日程[1]。乡村地域和乡村人口在全国总人口中占据了大部分，加快乡村生态建设势在必行，建设必须以人们的需求为基础，对乡村景观植物进行重新整合和规划，提高广大乡村地域群众的满意度和生活幸福感[2]。

针对这一研究课题，国内众多研究学者根据乡村自然景观资源的不同，归纳总结出了目前比较常见的几种布局规划模型，如基于实景三维的景观布局规划模型、基于植被分布特征的布局规划模型以及基于层次分析法的布局规划模型。国外研究中，一些欧美国家为了实现乡村可持续化发展，将乡村旅游作为研究重点，从这一点来说，西方欧洲国家的研究更加成熟，经过几十年研究发展，布局规划模型越来越完善，对乡村景观植物规划起到了很好的推动作用[3-5]。无论是国内研究的布局规划模型还是国外的布局规划模型，这些规划布局模型的提出帮助乡村生态建设进一步加强。但是这几种模型在实际应用中，受到限制性因子温度的影响，很难在布局规划中兼顾环境效益问题和美观程度，在限制性因子的限制下布局规划模型的适宜性需要进一步提高[6-8]。因此，提出基于特征约束的乡村景观植物布局规划模型，解决上述传统的布局规划模型中存在的问题。

1 基于特征约束的乡村景观植物布局规划模型设计

1.1 乡村景观植物特征提取

乡村景观植物的布局规划与村庄地域范围内的人类生活、生产活动息息相关，为了更好地提取乡村景观特征，从多个方面提取景观植物特征，一般情况下，乡村景观分为自然景观和人为景观，其中自然景观能够直接反映乡村区域的植物自然生长环境和生长状况；人为景观往往人为干预比较多，多数是由人类活动产生，是自然环境与人类活动相互作用的结果[9]。

基于地理信息系统动态采集乡村景观植物特征，确定所需要的固定样点数量，计算公式为

(1)

公式中η表示可靠性指标，P表示所设固定样点的理论值，实际工作中一般增加10%～20%的安全系数，Z表示资源变动值，也是资源净增量的变动系数，e表示相对误差[10]。确定固定样点后，采用系统抽样的方法，将固定样点均匀地布设在总体范围内，布设完成后，将样点坐标输入GPS，利用GPS找到样点，通过这些样点采集到乡村景观植物特征，将采集的特征结果录入到数据库中，完成乡村景观植物特征数据库的建立。

上述特征采集的实现主要依据地理信息系统和信息管理系统，特征采集中数据库采用Oracle，遥感图像处理软件为ER MAPPER，该软件主要提供卫星图像的校正、判读和信息提取等工作，能够实现多视角、多光照角的图像显示，地理信息系统软件主要使用Mapinfo，可以提供空间数据的快速访问以及图像信息的分析功能[11]。具体的乡村景观特征提取动态采集技术体系如图1所示。

图1 动态采集技术体系

将采集的特征作为输入，在特征约束关系下，建立乡村景观植物布局规划模型。

1.2 建立模型中特征信息的约束关系

在乡村景观植物布局规划模型中，景观植物的特征之间主要通过特征约束进行联系，在建立约束过程前，将特征约束分为特征内约束和特征间约束，用于区分模型内景观植物特征信息。特征间约束主要分为定位约束、依存约束和形状依赖3种约束关系，特征类约束为定性约束[12]。对于特征类约束，定义一对主、子特征，在景观植物特征类内的某一子特征子集中存在(w1,w2,…,wn)，对应的关系为K(w1，…，wn)=0，其中K表示特征信息子集(w1,w2,…,wn)上的定性约束。对于特征间约束，同样是在一对主、子特征之间，如果删除主特征a，主特征对应的子特征b在特征空间内将失去存在意义，面对这种情况，定义子特征b对主特征a存在依存约束，此时主特征与子特征之间为依存约束关系；另外，删除主特征后，子特征能够自己寻求新的主特征或者使自己进化为根特征，能够在特征空间内确定子特征的位置，则说明子特征b对于主特征a存在定位约束，两者之间为定位约束关系；对于主、子特征，主特征a的某一特征属性子集与特征b的某一特征属性子集(wb1,wb2,…,wbn)之间存在关系：

K((wa1,wa2,…，wan),(wb1,wb2,…,wbn))=0

(2)

限定(wa1,wa2,…，wan)为主动属性集，(wb1,wb2,…，wbn)表示被动属性集，则定义特征b对于特征a存在形状依赖[13]。特征间坐标变换关系如图2所示。

图2 特征间坐标变换关系

在乡村景观植物布局规划模型中，特征内约束和特征间约束的约束关系确定后映射到布局规划模型中，实现乡村景观植物布局规划。

1.3 构建特征信息布局规划模型

以特征来表示景观植物，在规划布局中不仅需要景观完整信息，还需要景观植物的几何信息，考虑到布局规划模型涉及的应用需求比较多，为了建立相对通用的布局规划模型，依据特征约束关系将景观植物特征信息分为3个层次结构，分别是空间信息层、特征层以及几何层[14],如图3所示。

图3 景观植物信息的数据层次结构

依据模型中的约束关系，可知几何特征的约束度见表1。

表1 景观植物几何特征的约束度

在布局规划中，综合考虑景观植物的各项信息，结合植物周围生态环境之间的综合作用，建立布局规划模型：

(3)

公式中，S(β)表示植物的温度适宜度，S(δ)表示景观植物的位置适应度，S(ω)表示景观植物的角度适应度[15]。在得到计算结果后，从景观植物格局上对结果进行评估。相关计算公式如下：

(4)

(5)

(6)

公式中，R表示景观植物密度指数，d表示规划布局区长度，S表示规划布局区总面积，η表示规划布局区域环通度，M表示规划布局区域网络中实际存在的景观植物环通节点，Mmax表示最大可能的环通节点数，ξ表示衡量景观植物布局连通度，D表示布局规划中实际存在的连接数，Dmax表示最大可能的连接数，V表示节点数。密度指数主要从数量上描述布局规划区内景观植物的布置情况，在考量实际景观布局情况，景观植物之间的最适宜距离为100～150 cm；环通度及连接数表示景观植物的实际布局情况，是结合规划布局区域内的道路设施或建筑设施确定的布局情况。当公式(3)计算结果满足公式(4)的要求即为最佳布局规划结果，反之重新计算。

2 乡村景观植物布局规划模型实验研究

2.1 实验准备

乡村景观植物布局规划模型实验研究中，选取某乡村风景区为案例区进行实证，该地区环境优越，地形地貌复杂多样，自然景观类型丰富。实验研究主要以对比实验研究为主，选择传统的基于实景三维的景观布局规划模型、基于植被分布特征的布局规划模型以及基于层次分析法的布局规划模型与提出的基于特征约束的布局规划模型进行对比分析。实验内容包括环境效益与景观美学评估，实验中为避免外在因素影响实验结果，设置统一的实验指标，具体内容见表2。

表2 实验指标设置

2.2 环境效益实验结果及分析

在科学合理的景观植物布局下，其环境效益比较高，在环境效益实验中，主要从碳氧平衡效益、吸收SO2效益、滞尘效益分析、蓄水效益、调温效益5个方面进行分析论证。使用不同的景观植物布局规划模型，以表1中指标作为基础，在第三方软件上进行仿真实验，以上述5个方面的月度变化作为实验结果，实验完成后通过第三方软件输出结果。具体结果如图3所示。

图中标记的数字分别对应着碳氧平衡效益、吸收吸收SO2效益、滞尘效益分析、蓄水效益、调温效益。对比观察图中结果，从图4a中结果可以看出该模型吸收SO2效益和滞尘效益分析比较差；图4b中结果显示整体效益增长比较缓慢，其中以吸收SO2效益和滞尘效益最差；图4c中结果显示整体效益偏低，与前两组结果相比，碳氧平衡效益增长差比较明显；图4d中结果显示，整体效益水平较高，与前三组实验结果相比，效益增长快。综上所述，提出的基于特征约束的乡村景观植物布局规划模型规划效果满足环境效益需求，环境效益高。

(a)基于实景三维的布局规划模型实验结果 (b)基于植被分布特征的布局规划模型实验结果

2.3 景观美学评估结果及分析

实验区域内主要的景观有草本植物、松柏植物、灌木、乔木、园路、假石以及各类花卉，在使用不同的景观植物布局规划模型进行布局规划后，对规划结果进行美学评估。评估结果见表3。

表3 不同景观植物布局规划模型景观美学评估结果

表中的3种不同的角度分别是观察景观布局的左视角度、俯视角度和主视角度。从表中数据可以看出，在3种不同的角度下，左视角度美学评估分数比较低，主视角度的美学评分最高，对比不同布局规划模型的结果可知，在不同角度下，提出的基于特征约束的布局规划模型美学评分均在9.0以上，相比之下，传统的布局规划模型美学评分比较低。结合环境效益结果可知，提出的基于特征约束的乡村景观植物布局规划模型能够在布局时同时保证较高水平的环境效益和高水平的审美，该模型优于传统的布局规划模型。

3 结束语

为了提高乡村景观植物布局规划的合理性，设计基于特征约束的乡村景观植物布局规划模型，从理论与实验两方面对模型的性能进行了验证。运用该模型进行乡村景观植物布局规划，具有较高的环境效益与景观美学评分。因此，说明此次设计模型能够更好地满足乡村景观布局规划的要求。但是研究过程受到时间和能力的限制，模型不够完美，还存在一些不足之处，在后续研究中还需要更深入细致的分析与讨论。