摘要： 以现有园林设计的过程为基础，分析其中存在的问题，通过人工智能技术加以改进，重点分析人工智能的优势，及实现过程。着重分析了专家系统及智能CAD技术在系统设计中的应用。在实际应用中，系统基本实现了预期功能。对实际应用中的园林系统的设计有很大的帮助。
Abstract： Based on the existing process of landscape design， this paper analyzed the problems， and improved it through artificial intelligence technology， and focused on the advantages of artificial intelligence and the implementation process. It focuses on analysis of the application of expert system and Intelligent CAD technology in the design. In practical application， this system basically achieves the intended functionality， and has a great deal of help for the landscape system design in practical application.
关键词： 人工智能；园林设计；专家系统；智能CAD
Key words： artificial intelligence；landscape design；expert systems；intelligent CAD
中图分类号： TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）32-0217-02
1 现有园林设计所面临的问题
随着人们环保意识的提高，绿化已成为城市建设中的重要一环，而园林的设计与建设更是城市绿化的重要组成部分。园林设计是研究如何应用艺术和技术手段处理自然、建筑和人类活动之间复杂关系，达到和谐完美、生态良好、景色如画之境界。艺术的设计通过设计者的艺术修养能够很好的完成和提高，但是在工程技术方面，却会面临很多问题，主要有以下几个方面：
1.1 由于系统本身的原因，参与设计的人员需要有非常广的知识面，不光计算机知识要懂，建筑知识，植物知识等等都需要精通，这对工程技术人员要求太高，不易实现。
1.2 所设计园林重用性很低，由于不同地区的气候，地形等原因，使得设计的园林系统不能在其他地方得到复制，浪费较多人力物力。
1.3 现有的CAD技术只能给客户提供单一图形，客户很难在设计成型前看到效果，不利于技术人员与客户及时沟通。很容易造成设计人员与客户想法的偏差，造成损失。
2 智能园林系统的设计
本系统完全按照园林规划设计的流程，用计算机模拟了园林规划设计的各个环节。每一个环节不仅可以独立成为孤立的环节，同时也动态关联影响到其他环节的结果，方便了各环节的设计人员、评审人员的协作、交接，并且使园林的设计过程可以迭代修改。
根据一般的园林规划设计流程，本软件分如下几个子系统：
2.1 项目概要设定子系统 用计算机进行建模的前提，首先是需要对项目进行基本设定，以确定项目自动生成的基本规则。之后把搜集到的信息，输入计算机，需要输入基本信息有：建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象、地理位置、气温、光照、季风风向等等。这些信息会作为全局的参数，影响计算机的推理结果。如建筑面积、建筑风格、植被花卉的选型等等。
2.2 地形子系统 地形子系统实现的目标是用输入的地质勘测数据根据推理机计算，输出目标园林的地形设计图。首先，需要人工处理的是地质勘测工作，这是目前计算机无法取代的。勘测工作根据又分前期的粗堪和后期的细堪。粗堪的目的是为了初步评审或投标准备的设计初稿，投入的人力较少获得勘测数据也较粗糙。细堪的目的是为项目施工准备施工图纸，需要对整个现场做详尽的勘测。我们的软件系统，可以在粗堪与细堪的数据间做平稳的过度。输入粗堪数据后，再次输入细堪数据，系统会自动细化修正设计结果。这里需要输入的勘测数据包括基地现状图、等高图、水文分布图、土壤酸碱性分布图等，作为推理机的输入参数。之后，推理机会参考之前步骤输入的基本信息，包括建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象、地理位置、气温、光照、季风风向等数据，同时参考一般园林的基本设计规范以及现有其他园林的设计，演绎推导出地形的初步模型。
我们选用了规则引擎作为推理机。规则引擎起源于基于规则的专家系统，而基于规则的专家系统又是专家系统的其中一个分支。专家系统属于人工智能的范畴，它模仿人类的推理方式，使用试探性的方法进行推理，并使用人类能理解的术语解释和证明它的推理结论。利用它就可以在应用系统中分离商业决策者的商业决策逻辑和应用开发者的技术决策，并把这些商业决策放在中心数据库或其他统一的地方，让它们能在运行时可以动态地管理和修改，从而为企业保持灵活性和竞争力提供有效的技术支持。简单地说：让程序的业务逻辑可以通过规则配置进行处理。
本次开发中采用了Drools.NET作为规则引擎。Drools.NET是.NET版的Drools，基于Charles Forgy的RETE算法的开源的业务规则引擎。推理的总体规则如下：
R1：输入建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象、地理位置、气温根据一般园林的基本设计规范计算出绿地占比、水体占比、空地占比、建筑面积、地形改造费用在总体造价中的占比等。 R2：输入等高图和R1的结果数据根据园林设计模板数据库，计算出中推荐地形。
R3：用推荐地形等高图和原始等高图计算出总进、出土方量。用土方定额表，计算出造价，是否符合投资情况。
R4：用推荐地形图，根据园林设计模板数据库划分出绿地、建筑、水体、空地的区域。
R5：人工调整地形模板、地形设计细节、区域划分等，放入R2、R3、R4的规则中迭代计算，得出满意的结果。
2.3 主干道路子系统 主干道路子系统实现的目标是用地形子系统输出地形数据生成主干道路。地形设计完成后，在开始其他设计开始前，首先需要设计道路，以避开同时圈定建筑、花园和树木等。推理的总体规则如下：
R1：根据建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象等，计算出道路的选型（柏油、水泥、鹅卵）、费用在总体造价中的占比等数据。
R2：根据之前输出的地形，生成推荐道路图。
R3：道路的密度符合园林设计规范。
R4：用推荐道路图，根据道路建设定额表，计算出造价，是否符合投资情况。
R5：人工调整道路图，放入R2、R3、R4的规则中迭代计算，得出满意的结果。
2.4 建筑子系统 有了地形和主干道路的设计后，园林的区域已经被划分清楚了。接下来，建筑、树木、花卉的设计可以并行进行，为了描述方便，我们从建筑系统开始介绍。
建筑系统的目标是生成园林中建筑的设计图。推理的总体规则如下：
R1：根据建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象等，推导出设计风格，并计算出建设费用在总造价中的占比等数据。
R2：根据之前输出的地形图和主干道路图，参考R1推导出的设计风格和建筑设计模板库，生成推荐的建筑设计图。
R3：用推荐的建筑设计图，根据建筑建设定额表，计算出造价，是否符合投资情况。
R4：人工调整建筑设计图，放入R2、R3的规则中迭代计算，得出满意的结果。
2.5 树木、花卉子系统 树木、花卉子系统的目标是生成园林中的树木、花卉分布图。推理的总体规则如下：
R1：根据建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象、地理位置、气温、光照、季风风向等，推导出树木、花卉的选型，并计算出建设费用在总造价中的占比等数据。
R2：根据之前输出的地形图和主干道路图，参考R1推导出的数据与树木、花卉数据库，生成推荐的树木、花卉种植分布图。
R3：树木、花卉的种植位置，参考地质土壤图（酸碱性、地下水位），推导出是否合适种植，如不合适种植，推导出是否需要移动树木、花卉或改善地质土壤。
R4：用树木、花卉种植分布图，根据树木、花卉定额表，计算出造价，是否符合投资情况。
R5：人工调整树木、花卉种植分布图，放入R2、R3、R4的规则中迭代计算，得出满意的结果。
2.6 水电管网子系统 地形、主干道路、建筑、树木、花卉设计完成后，需要设计相关的路灯、房屋、厕所、喷泉、灌溉等系统配套的给水供电系统。推理的总体规则如下：
R1：根据建设规模、投资规模、是否可持续发展、服务对象等，计算出水电管网系统的建设费用在总造价中的占比等数据。
R2：根据之前输出的地形图、主干道路图、建筑设计图、树木花卉种植分布图等，生成推荐的水电管网图。
R3：用推荐的水电管网图，根据水电管网建设定额，计算出造价，是否符合投资情况。
R4：人工调整水电管网图，放入R2、R3的规则中迭代计算，得出满意的结果。
2.7 图纸、图表输出子系统 在完成园林各个环节的设计后，需要输出相关的图纸进行评审与施工。本系统可以输出的图纸有：
总平面放样定位图（方格网图），竖向设计图（土方地形图），主要剖面图，土方平衡表（包括总进、出土方量），水的总体上水、下水、管网布置图，主要材料表，电的总平面布置图、系统图等。
由于采用计算机程序处理的优势，输出的各种图纸图表有如下优点：①各专业的图纸相互一致，可以自圆其说。②各专业图纸有准确的衔接和连续关系。③出图快，所见即所得，设计完成后，可以一键导出各种专业图纸，节约排版时间。
3 结束语
以上介绍了人工智能在园林设计中的应用具体的实现过程。人工智能研究处于计算机科学结构中的上层，由于之前软硬件条件上的限制，很长一段时间都没有突破性的进展。当前，软硬件的基础已经打好，人工智能的研究突破到了一个临界点，所以科研人员应该加大对其关注的力度。
参考文献：
[1]尼尔逊（N.J.Nilsson）著，石纯一译.人工智能原理.
[2]刘白林主编.人工智能与专家系统.
[3]陈文伟，廖建文著.决策支持系统及其开发Decision support system and development.
[4]Drools.NET规则引擎.http：//droolsdotnet.codehaus.org/.