基于三维点云数据的遗产景观空间模式识别研究

Spatial pattern of heritage landscape indicates the specific way of spatial organization of landscape elements. The essence of spatial pattern is the methodology for spatial problems, which contains significant historic values and implications for sustainable development of human settlement. However, many important spatial patterns of heritage landscapes are fading away as the result of weak conservation tools and the lack of quantitative methods for pattern recognition. This project will use 3D point cloud data to cover the shortage of high-quality spatial information in previous research on landscape spaces, and then to rebuild the theory, method and parameter system for spatial pattern recognition in heritage landscapes. As the key concept of this project, ‘spatial pattern’ will be translated into different technical indicators and parameters. Space configuration, visual characteristics and landscape elements of heritage landscapes will be analyzed in different scales using GIS and Space Syntax tools, and the result will be compared with the findings from qualitative research. At the same time, spatial information of heritage landscape will be extracted from ancient ruler paintings using Virtual Reality technologies. The spatial patterns of historic and current conditions of heritage landscapes will be compared in terms of intelligibility, integration value, and connectivity value. This project will finally integrate the theory, indicators and parameters in spatial pattern recognition to create a reference system for heritage landscape monitoring, which could be applied in conservation practices in China.

遗产景观空间模式是指景观中各种要素的空间组合方式，其本质是处理景观空间问题的方法论，不仅具有重要的历史价值，也对当代人居环境的可持续发展具有重大指导意义。然而传统的空间模式识别方法缺乏科学的参量体系，导致相关保护手段的无力及景观特征的消失。本项目通过运用点云技术弥补遗产景观空间研究中高精度三维空间信息的缺失，并以此重新建构空间模式识别的原理、方法和参数体系。研究将“空间模式”这一核心概念转译为技术性因子以及量化指标，一方面基于地理信息系统和空间句法工具对遗产景观不同尺度上的空间构形、视觉特征和要素组成进行定量化分析，并与定性研究相互验证；另一方面利用虚拟现实技术提取古代景观界画中的空间信息，并与现状空间在连接值、整合度、可理解度等变量上展开比较，构建古今空间模式匹配度评价模型。最后整合空间模式识别中的理念、因子及指标进行应用转化研究，构建适用于我国遗产景观保护实践的空间监测参数体系。

自然灾害、环境污染、快速城市化和无序的旅游开发带来的快速景观变化造成了遗产景观空间特征的消失，而基于感性经验和定性描述的传统景观分析方法无法应对这种快速变化，缺乏科学性和定量化手段的遗产景观空间特征保护已经成为其核心价值丧失的重要原因。数字化技术正逐渐成为遗产景观保护的日常工具，为空间管理的方法带来革命性的变化，相应的原理、方法和技术都亟待基础性、前瞻性研究。本项目基于当代前沿空间信息技术，以遗产景观的空间模式为研究对象，依托申请人多年来对遗产景观的研究积累，建立了一套适用于我国遗产景观空间模式数字化识别的基本原理、操作方法和相关技术参数体系。研究创新性引入三维点云技术，在多个尺度范围开展空间数据采集和分析实验，构建了多传感器集成平台下遗产景观复杂空间数字化信息采集和分析工作流程。通过在典型景观案例中开展数据实验，建立了遗产景观模式分析变量集合及相应的技术参数体系。本研究验证了点云数据及相关技术在遗产景观空间模式识别中的重大技术优势和应用前景，提出了一种直观、准确和多维度的景观空间模式识别方法。研究结果包含数字化遗产景观空间模式识别的理论框架、技术流程、设备参数、数据采集技术指标等。相较于传统空间信息采集方法，本研究所建立的新途径在采集范围、采集效率、采集精度、数据成果应用范围等方面具有革命性的提升。新方法能够极大地提升遗产景观研究和保护的科学性，精准三维空间数据可以弥补传统二维线划地图的不足，并提升空间信息采集的效率和自动化程度。以往需要数周甚至几个月的基础工作，利用新方法可以在几周内完成，对于快速变化的景观来说具有巨大的应用价值。运用点云模型可以直接对景观空间特征进行可视化，无需再次人工转换和建模，提升了模型精度并节约了研究成本。本研究成果能够支撑遗产景观空间特征定量化研究，有助于探明遗产景观特征的本质和核心价值，为解读传统景观智慧提供全新的视角和工具。