GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用與發(fā)展

1、GIS 在城市規(guī)劃中的應(yīng)用與發(fā)展1. 引言城市規(guī)劃是指導(dǎo)城市建設(shè)的藍(lán)圖， 也是城市建設(shè)管理的依據(jù)， 其 在城市的建設(shè)和發(fā)展過程中的作用越來越受人們重視。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì) 的飛速發(fā)展，城市建設(shè)的步伐進(jìn)一步加快，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、管 理和監(jiān)測手段已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需要。 隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的發(fā)展，城市規(guī)劃的信息化程度正逐年提高， 特別是以 GIS 技術(shù)為核 心的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用， 提高了城市規(guī)劃管理水平， 促進(jìn) 了城市管理的現(xiàn)代化。2. GIS 的概念與基本功能2.1 GIS 的概念地理信息系統(tǒng) (Geographical Information System) 是以采集、 存儲

2、、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面 (包括大氣層在內(nèi) )與空 間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)空間信息系統(tǒng)。 它是一種決策支持 系統(tǒng)。GIS具有信息系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。它與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別 在于其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的， 地理位置及與該位置有 關(guān)的地物屬性信息。GIS把空間位置數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來 了，這個(gè)突出的特點(diǎn)是其他數(shù)據(jù)庫所不及的。2.2 GIS 的基本功能2.2.1 空間可視化 (Spatial Visualization)(1)空間地物輪廓特征的可視化地理信息系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的模擬， 使我們對于在空 間中各事物的狀態(tài)有一個(gè)非常直觀的感受。 無論是在屏幕上展

3、示一幅 可以無級縮放和信息查詢的地圖， 還是展現(xiàn)一幅三維的地形模型， 都 使我們對現(xiàn)實(shí)世界空間關(guān)系的認(rèn)識更為直觀、具體。(2)空間地物專題屬性信息的可視化 地理信息系統(tǒng)的空間可視化功能還包括對空間分布的地物的屬 性信息的圖形可視化， 這一點(diǎn)是由地理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要特征來保 證的，即 GIS 實(shí)現(xiàn)了空間信息和屬性信息的集成管理， 并能夠完善地 建立二者之間的聯(lián)系。2.2.2 空間導(dǎo)向 (Spatial Navigation) 一個(gè)完善的地理信息系統(tǒng)提供了空間數(shù)據(jù)庫功能， 可以以小比例 尺查看全局，以中比例尺查看局部，以大比例尺查看細(xì)部。在比例尺 不斷增大的同時(shí)， 展現(xiàn)給用戶的空間信息內(nèi)容會(huì)不斷

4、更新。 地理信息 系統(tǒng)的空間導(dǎo)向功能還可以從空間查詢功能中得到體現(xiàn)。2.2.3 空間思維 (Spatial Thinking) 地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫在存貯各地物的空間描述信息的同 時(shí)，還存貯了地物之間的空間關(guān)系， 這一特點(diǎn)為進(jìn)行空間分析提供了 基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)的空間思維， 就是要利用 GIS 數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存貯 的信息，通過GIS的工具(例如緩沖區(qū)分析、疊置分析)，生成GIS空 間數(shù)據(jù)庫中并沒有存貯的信息。 地理信息系統(tǒng)的空間思維功能能夠揭 示空間關(guān)系、 空間分布模式和空間發(fā)展趨勢等其它類型信息。 城市與 區(qū)域規(guī)劃是地理信息系統(tǒng)技術(shù)體現(xiàn)空間思維特征的最典型的應(yīng)用領(lǐng) 域。3. GIS 在城市

5、規(guī)劃中應(yīng)用現(xiàn)狀3.1 在城市規(guī)劃編制中的應(yīng)用3.1.1 規(guī)劃方案的可視化平面設(shè)計(jì)不利于規(guī)劃方案的展示， 不能給規(guī)劃人員與用戶直觀的 感受，不能展示規(guī)劃方案與周邊環(huán)境之間的關(guān)系， 規(guī)劃方案可能會(huì)隱 藏著不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷 1 。利用 GIS 三維技術(shù)，規(guī)劃人員可以實(shí) 時(shí)交互地觀察各方案在城市環(huán)境中的效果， 可以沿任意角度， 任意路 線對不同方案加以比較， 可以對規(guī)劃方案與周圍山體之間的關(guān)系進(jìn)行 分析，對方案中建筑高度、 體量、外觀以及整個(gè)城市的空間關(guān)系進(jìn)行 分析，還可以對一些總要的景觀 進(jìn)行視線與視域分析，更好地控制 好城市的整體景觀效果。3.1.2 用地適宜性評價(jià) 地形地勢是城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一

6、個(gè)主要條件， 不同的地形是制約 和引導(dǎo)規(guī)劃用地功能的重要因素之一。 作為規(guī)劃者，在方案初始階段， 首先必須研究用地條件， 然而當(dāng)遇到一些用地范圍較大的規(guī)劃， 尤其 延伸到幾平方公里以上的范圍的時(shí)候， 僅僅憑借人在地面的感覺是無 法準(zhǔn)確把握地形地勢條件的， 而借助 DEM 模型可較好地解決這個(gè)問 題。相對于 CAD 圖中原有信息的二維平面的表現(xiàn)形式， DEM 模型 可以更加直觀地表現(xiàn)基地的情況，從而快速生成準(zhǔn) 3D 模型，并可進(jìn) 行任意角度甚至漫游式的觀察。 借助 GIS 獨(dú)有的高程分析、 坡度坡向 分析、拓?fù)浞治龅榷喾N分析工具， 可有針對性地對基地的用地條件進(jìn) 行客觀分析，輔助后期規(guī)劃方案的決

7、策和設(shè)計(jì)。3.1.3 公共設(shè)施布局優(yōu)化城市公共設(shè)施是維持城市健康運(yùn)轉(zhuǎn)的基本保證。 目前，大多數(shù)城 市的公共設(shè)施是伴隨著城市居住區(qū)的開發(fā)而建設(shè)的， 居住區(qū)開發(fā)中往 往從滿足自身需求為出發(fā)點(diǎn)來配建公共服務(wù)設(shè)施 .由于居住區(qū)受規(guī) 模、形式的限制， 居住區(qū)配建的公共服務(wù)設(shè)施不能完全滿足城市整體 的需求。從大的區(qū)域范圍看，就會(huì)存在很多服務(wù)盲區(qū)，這些地方缺乏 相關(guān)公共設(shè)施，人口稠密區(qū)公共設(shè)施布置相對較少等問題。利用 GIS 的緩沖區(qū)分析， 很方便的發(fā)現(xiàn)服務(wù)盲區(qū)， 便于規(guī)劃設(shè)計(jì)中進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)整，在生成的緩沖區(qū)下面再疊加上人口密度圖， 就能很方便的統(tǒng)計(jì) 出每個(gè)公共設(shè)施所需服務(wù)的人口， 與其現(xiàn)狀服務(wù)規(guī)模進(jìn)行比

8、較， 就能 很快知道那些公共設(shè)施服務(wù)規(guī)模不夠，需要新建服務(wù)設(shè)施或擴(kuò)建規(guī) 模。利用GIS的緩沖區(qū)分析、空間分析和統(tǒng)計(jì)功能，可以擺脫傳統(tǒng)的 根據(jù)規(guī)范， 依據(jù)規(guī)劃師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行公共設(shè)施規(guī)劃布局的方法， 方 便規(guī)劃設(shè)計(jì)人員更加科學(xué)合理地進(jìn)行公共設(shè)施規(guī)劃布局。3.1.4 指標(biāo)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析GIS 很好的將空間屬性與非空間屬性有機(jī)的結(jié)合在一起，利用 GIS 技術(shù)，我們能非常方便地進(jìn)行基于空間數(shù)據(jù)的各類非空間屬性的 統(tǒng)計(jì)分析， 非常方便地生成各類技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表， 同時(shí)也能生成多種 多樣的統(tǒng)計(jì)專題圖，像直方圖、柱狀圖、餅狀圖、折線圖等等。非常 方便、直觀地進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的比較分析， 為規(guī)劃人員的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供

9、數(shù)據(jù)支持。例如， 在規(guī)劃范圍涉及到舊城區(qū)改造的情況下，統(tǒng)計(jì)每個(gè) 街區(qū)的現(xiàn)狀建設(shè)強(qiáng)度可以為合理確定舊城改造的范圍、 時(shí)間安排以及 改造強(qiáng)度等決策提供數(shù)量化的依據(jù)。 因此，進(jìn)行街區(qū)建設(shè)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)對 于控制性詳細(xì)規(guī)劃、 尤其是涉及舊城改造的控制性詳細(xì)規(guī)劃工作， 是 很有幫助的輔助決策手段。3.2 在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用3.2.1 城市規(guī)劃專業(yè)數(shù)據(jù)庫 城市規(guī)劃是以地理空間數(shù)據(jù)作為其設(shè)計(jì)與管理的基礎(chǔ)， 因此，進(jìn) 行城市規(guī)劃信息系統(tǒng)建設(shè)的首要工作就是建立城市規(guī)劃數(shù)據(jù)庫， 動(dòng)態(tài) 地存儲和管理城市空間信息及各種規(guī)劃專題信息， 為城市規(guī)劃提供綜 合性的信息服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上， 建立城市規(guī)劃的空間分析模型， 提供決

10、策支持， 實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃管理的科學(xué)化與智能化。 依據(jù)城市規(guī)劃 工作的業(yè)務(wù)性質(zhì)與相關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 城市規(guī)劃數(shù)據(jù)庫主要包含 3 種類型的數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)地理信息，規(guī)劃專業(yè)信息，規(guī)劃文檔信息。3.2.2 規(guī)劃方案的評價(jià)和審核 針對規(guī)劃方案， 進(jìn)行土地價(jià)格分布、土石方填挖平衡、房屋拆遷 量計(jì)算等經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)合專業(yè)模型進(jìn)行城市外圍用地建設(shè)適宜性評 價(jià)、內(nèi)部用地功能更新時(shí)序分析、發(fā)展方向與用地布局優(yōu)化研究，可 以預(yù)測和評價(jià)規(guī)劃方案的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)合理性。3.2.3 日常業(yè)務(wù)辦公與公眾信息服務(wù)基于 GIS 技術(shù)的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)是以實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)和管理為 主要目標(biāo)， 在功能上支持空間信息的查詢、 支持規(guī)劃工作的日

11、常業(yè)務(wù)辦公流程以及公眾的信息服務(wù)， 因此，基于 GIS 技術(shù)的城市規(guī)劃信息 系統(tǒng)屬于城市規(guī)劃部門的操作型的實(shí)用系統(tǒng)。系統(tǒng)以 GIS 技術(shù)為基 礎(chǔ)，面向辦公自動(dòng)化管理，對圖、文信息進(jìn)行有效集成。3.3 在城市規(guī)劃監(jiān)測中的應(yīng)用利用 GIS 技術(shù)實(shí)施城市規(guī)劃監(jiān)測工作的基本思路是以城市規(guī)劃 為監(jiān)測對象，基于 RS 技術(shù)、 GIS 技術(shù)、 GPS 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新 技術(shù)，快速獲取與處理城市現(xiàn)狀空間信息，采取 RS、地形、總規(guī)、 分規(guī)數(shù)據(jù)比對和專家判讀的方法實(shí)現(xiàn)大范圍、 可視化、短周期的動(dòng)態(tài) 監(jiān)測效果，為政府宏觀決策和依法行政提供科學(xué)依據(jù) 2 。4. GIS 在城市規(guī)劃中應(yīng)用發(fā)展4.1 GIS 技術(shù)向

12、集成化推進(jìn)目前在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域， 除了利用 GIS 技術(shù)外， 還要使用一些 其他圖形技術(shù)軟件，比如，繪制矢量工程藍(lán)圖的 CAD 軟件、繪制平 面效果圖的 PHOTOSHOP 軟件、繪制 3D 模型的 3DMAX 、 SKETCHUP 軟件。加強(qiáng)與這些軟件的兼容和集成可以提高規(guī)劃設(shè)計(jì) 工作的效率，同時(shí)可進(jìn)一步開發(fā)利用好 GIS 的功能。比如， Google SketchUp 軟件與 ArcGIS 相結(jié)合，就可以將 SketchUp 的 3D 模型 導(dǎo)入 ArcScene 中進(jìn)行空間分析。 CAD 軟件與 ArcGIS 相結(jié)合， 利用 CAD 技術(shù)輔助繪圖 ;利用 GIS 技術(shù)進(jìn)行疊加分析、緩沖

13、分析、門檻分 析、專題圖，并建立規(guī)劃數(shù)據(jù)庫3。RS技術(shù)、GPS技術(shù)與ArcGIS 相結(jié)合，可將衛(wèi)星圖片和衛(wèi)星定位坐標(biāo)作為 GIS系統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)44.2 GIS 技術(shù)向時(shí)空多維拓展 動(dòng)態(tài)城市規(guī)劃要求城市規(guī)劃結(jié)果不能成為一個(gè)不變的藍(lán)圖， 而是 要隨著現(xiàn)狀的改變而不斷進(jìn)行調(diào)整， 以往人們往往忽視時(shí)態(tài)信息的存 在，使得規(guī)劃基礎(chǔ)資料不完整，降低了城市規(guī)劃的科學(xué)性和預(yù)見性 5 。同時(shí)傳統(tǒng)的二維 GIS 雖然有強(qiáng)大的分析功能，但損失了空間位 置信息，不能完整反映客觀世界 6-7 。要想真實(shí)表達(dá)處于三維空間 中的現(xiàn)實(shí)世界， GIS 技術(shù)需要向時(shí)空多維拓展。比如：以三維 GIS 為 技術(shù)平臺的地下管線信息系

14、統(tǒng)和以時(shí)態(tài) GIS 技術(shù)為平臺的城市動(dòng)態(tài) 規(guī)劃管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 GIS 技術(shù)向時(shí)空多維拓展。4.3 GIS 技術(shù)與智能技術(shù)結(jié)合GIS 不僅要處理海量的地理數(shù)據(jù)， 還要進(jìn)行與地理數(shù)據(jù)相關(guān)的分 析，預(yù)測，輔助決策等工作。對于 GIS 來說，在地理信息的采集、存 儲、加工處理、表示等方面功能比較強(qiáng)大，但在進(jìn)行預(yù)測、輔助決策 等方面還比較薄弱， 而進(jìn)行預(yù)測和輔助決策正是人工智能中重點(diǎn)研究 的知識工程、問題求解、推理、決策等核心問題。 GIS 技術(shù)與智能技 術(shù)結(jié)合就是要把專家系統(tǒng)與 GIS 集成成一個(gè)系統(tǒng)，使得這個(gè)系統(tǒng)不僅 能存儲、管理空間數(shù)據(jù)，還能利用系統(tǒng)中的地理信息進(jìn)行深加工，智 能化地分析與運(yùn)用數(shù)據(jù)

15、進(jìn)行推理，強(qiáng)化系統(tǒng)在空間分析、預(yù)測預(yù)報(bào)、 決策支持方面的能力。4.4 GIS 技術(shù)向開放化推廣 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 客戶服務(wù)器技術(shù)、 ODBC(Open Database Connectivity) 技術(shù)、 GIS 技術(shù)等的不斷發(fā)展與成熟 .傳統(tǒng)的 GIS 技術(shù)正朝著 0PENGIS 、COMGIS 、WEBGIS 方向發(fā)展，特別是 OPENGIS 的技術(shù)與規(guī)范的成熟以及 Oracle Spatial 空間數(shù)據(jù)庫軟件的推出， 使 開發(fā)完全基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫一體化存儲空間圖形與屬性數(shù)據(jù)的 GIS 系統(tǒng)成為可能，并且有效的解決了 GIS 數(shù)據(jù)庫的共享與并發(fā)操作問 題。4.5 GIS 技術(shù)向?qū)ｍ?xiàng)化開發(fā) 信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展和融合， 為地理空間數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的條件， 以新技術(shù)新方法構(gòu)造的先進(jìn)數(shù)據(jù) 庫系統(tǒng)正在或?qū)⒁獮榈乩硇畔?shù)據(jù)庫系統(tǒng)帶來革命性的變化。比如： 由專業(yè)地理信息系統(tǒng)和常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)融合形成的業(yè)務(wù)化地理 信息系統(tǒng) (Office GIS) ，地理信息系統(tǒng)和社會(huì)科學(xué)及 WebGIS 技術(shù)、 協(xié)同式空間決策