ＧＩＳ三維建模在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

劉　京　賈宏濤　常慶瑞　呂　磊

摘要:以江西瑞金為例,利用GIS技術(shù)對(duì)城市規(guī)劃三維建模的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究,在發(fā)展旅游,保護(hù)歷史遺跡需求的前提下,依據(jù)三維模型對(duì)研究區(qū)城市的功能結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理的規(guī)劃。結(jié)果表明,利用GIS三維建?？梢詾槌鞘幸?guī)劃工作提供科學(xué)的決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞:GIS;城市規(guī)劃;三維建模

中圖分類號(hào):TU984.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.013

Application of 3-D Geographical Model in Urban Planning Base on GIS——A Case of Ruijin in Jiangxi Province

LIU Jing1,JIA Hong-tao2,CHANG Qing-rui1,LV Lei1

(1. College of Resources and Environment,Northwest Agriculture and Forestry University,Yangling,Shaanxi 712100, China;2. College of Grassland and Environmental Sciences,Xinjiang Agricultural University,Urumqi830052, China)

Abstract:The method of building 3-D modeling in urban planning was studied using GIS technique, a case study of Ruijin in Jiangxi Province. The structure and layout of this city were carried out planning rationally based on the three-dimensional model of the study area of the city. The results showed that 3-D modeling using GIS could provide the scientific gist for decision-making in urban planning.

Key words: GIS;urban planning;3-D modeling

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,城市信息化的程度越來越高,信息技術(shù)正全方位地滲入城市規(guī)劃領(lǐng)域中,而“數(shù)字地球”(Digital Earth)、“數(shù)字城市”(Digital City)概念的提出和相關(guān)技術(shù)的逐步完善,也使得城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的技術(shù)手段越來越豐富,運(yùn)用“數(shù)字城市”相關(guān)技術(shù)來進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)將是規(guī)劃行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[1-4]。

3D-GIS的研究、建立與應(yīng)用是目前GIS學(xué)科的熱點(diǎn)之一,在自然資源管理、城市規(guī)劃、作戰(zhàn)模擬演練等應(yīng)用領(lǐng)域顯示出重要的價(jià)值和巨大的潛力[5-8]。三維數(shù)據(jù)模型和三維城市規(guī)劃模型就是這樣一個(gè)基于GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的平臺(tái),利用在計(jì)算機(jī)中所建立的模型、場景和數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)地再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的任何物體,在計(jì)算機(jī)的虛擬世界里就能直觀地體會(huì)到現(xiàn)實(shí)世界中的各種感覺[9,10]。筆者對(duì)三維地形模型的建立予以闡述,使其成為數(shù)字城市建設(shè)系統(tǒng)中一個(gè)強(qiáng)大的工具平臺(tái)和建設(shè)數(shù)字城市課題中一個(gè)有效的手段。

1研究區(qū)概況

1.1地區(qū)簡介

瑞金市位于江西省南部、贛州地區(qū)東部、武夷山脈西麓,地處東經(jīng)115°42″~116°22″,北緯25°30″~26°20″。是贛閩兩省交匯處,瑞金市東、西、北三面環(huán)山,地勢高峻,群山重疊,山勢逐漸向中心和西南方向降低,以象湖鎮(zhèn)為中心的10個(gè)盆地組成了一個(gè)窄長的綿江河畔山間盆地帶。境內(nèi)以低山為主,山地海拔一般在400~800 m之間。

境內(nèi)按地形特征可分為侵蝕構(gòu)造低山丘陵地形、河谷侵蝕堆積地形和侵蝕地貌類型。其中,以丘陵地形為主,面積1 967.85 km2,占該區(qū)總土地面積的80.35%。山地面積243.89 km2,占該區(qū)總土地面積的9.96%。崗地平原面積237.26 km2,占該區(qū)總土地面積的9.69%。崗地平原地區(qū)是瑞金村鎮(zhèn)集中地區(qū)。

城區(qū)地處綿江河與古城河交匯處,屬河谷侵蝕堆積地形,為三面環(huán)山(向東北方向敞開)的盆地。城區(qū)是瑞金境內(nèi)10個(gè)盆地中最大的一個(gè),綿江河呈“S”形由東北向西南方向通過,另有古城河、羅溪河、七堡河與其相通。地勢東北高、西南低,高程在191.2~206.4 m之間。古城河南鵝嶺腦一帶為崗地,高程在206.4~215.2 m之間,與古城河以北一帶相對(duì)高差15~18 m。南部山區(qū)丘陵地帶高程337~442 m(新茶亭一帶)。西部為丘陵山區(qū),高程在400～473.3 m。東北部為丘陵地帶,綿江河以北(洋溪村附近)高程在197.5~237.4 m之間。

1.2數(shù)據(jù)采集及前期處理

將收集到的相關(guān)資料,如城市規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)文檔、研究區(qū)域的地形圖(如1∶10 000地形圖)掃描成柵格圖像,再用Photoshop軟件消除噪音,然后應(yīng)用Geoway空間數(shù)據(jù)加工處理軟件進(jìn)行圖像配準(zhǔn),進(jìn)行格網(wǎng)精校正,保證圖像在校正過程中的精度,再進(jìn)行數(shù)字化并建立拓?fù)潢P(guān)系,錯(cuò)誤檢查并進(jìn)行修改,最后將其轉(zhuǎn)為Shape格式,或者轉(zhuǎn)換為E00格式文件保存,完成地形圖的矢量化。對(duì)于規(guī)劃效果的三維表示,同樣先對(duì)規(guī)劃圖與地形圖的矢量圖層進(jìn)行配準(zhǔn),然后對(duì)各個(gè)規(guī)劃區(qū)塊進(jìn)行數(shù)字化,按照規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)予以賦色。

2三維模型的建立及顯示

2.1三維模型的建立

TIN模型把不規(guī)則分布的離散數(shù)據(jù)點(diǎn),按優(yōu)化組合成的三角形面來逼近地形表面。該模型是一種三維空間的分段線性模型,其數(shù)據(jù)格式在概念上類似二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中帶拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[11]。TIN是根據(jù)不規(guī)則三角網(wǎng)的算法來實(shí)現(xiàn)的,在眾多不規(guī)則三角網(wǎng)生成算法中,Delaunay三角網(wǎng)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用,Delaunay三角網(wǎng)生成方法主要有逐步生成法、逐點(diǎn)插入法、分割歸并法(分而治之法)等,其中,逐步生成法應(yīng)用最為廣泛。

逐步生成算法的基本思路是,先找出點(diǎn)中相距最短的兩點(diǎn)連接成一條Delaunay邊,然后按Delaunay三角網(wǎng)的判別法則找出包含此邊的Delaunay三角形的另一端點(diǎn),依次處理所有新生成的邊,直至最終完成。算法的關(guān)鍵是如何搜尋“第三點(diǎn)”。

在本研究中,利用Arcview3.2,加載3D Analysis擴(kuò)展模塊,激活矢量化的等高線圖層,利用convert to TIN功能,自動(dòng)生成TIN(圖1),根據(jù)所需突出表現(xiàn)的主題調(diào)整顏色級(jí)數(shù)和色階,如要表現(xiàn)規(guī)劃區(qū)塊,則用綠色遞減色階即可。也可將3D模型TIN轉(zhuǎn)成DEM文件。

2.2研究區(qū)三維顯示

三維場景的屬性主要包括三維場景的名稱、創(chuàng)建者、創(chuàng)建日期、制圖單位、二維投影、垂直縮放因子等。由于瑞金市高程地形差異小,表示不明顯,所以,將垂直比例放大4倍,背景色修改為白色,太陽方位角主要是為了達(dá)到整套圖的色調(diào)協(xié)調(diào),調(diào)整至不同的角度、太陽高度角,見圖2。

對(duì)于含有現(xiàn)狀或者規(guī)劃區(qū)塊的三維效果圖(圖3,4),Base Heights賦值為主題的基本高程值,所有的區(qū)塊都將建立在此給定的基準(zhǔn)高程上。高程的偏移量設(shè)為0。并在延伸命令選擇Adding to Base Height。最后調(diào)整方向角度輸出三維地形圖。

3基于三維模型的城市規(guī)劃

三維城市規(guī)劃還將在實(shí)時(shí)漫游的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息進(jìn)行集成與分析的基本功能,具體來說具備以下幾種主要功能:實(shí)現(xiàn)各種信息的二維查看、查詢和測量等一系列功能;實(shí)現(xiàn)二維與三維的交互性查看、漫游。利用數(shù)據(jù)模型的一些特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的加工處理,要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與模型庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系,同時(shí)要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息的查詢、調(diào)用、分析和處理,就必須利用GIS及相關(guān)工具建立一個(gè)高效率的數(shù)據(jù)庫,并使之具備對(duì)信息進(jìn)行搜集、分析、處理和更新的功能,將數(shù)據(jù)庫中的信息與實(shí)時(shí)場景中的模型進(jìn)行綁定,從而達(dá)到對(duì)各種信息的即查即用,實(shí)現(xiàn)豐富的查詢和分析、決策功能。

本項(xiàng)目為瑞金市歷史文化名城長期規(guī)劃,旨在發(fā)展旅游,保護(hù)歷史遺跡的前提下對(duì)城市的功能結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理的規(guī)劃。按照城市規(guī)劃規(guī)范,三維規(guī)劃圖中黃色區(qū)域R1代表一類居住用地,淡黃色R2代表二類居住用地,紅色區(qū)域分別為:C1行政管理用地;C2商業(yè)金融用地;C3文化娛樂用地;C4體育用地;C6教育科研用地。棕色M1代表一類工業(yè)用地,紫色W代表倉儲(chǔ)用地,淺綠色G1代表公共用地,深綠色G2代表生產(chǎn)防護(hù)綠地,黑色線條代表鐵路,紅色線條代表高速公路。

通過三維地形的建立,能夠很直觀的表達(dá)城市規(guī)劃理念,直觀地觀察不同功能區(qū)域的分布,為后期規(guī)劃的完善提供了便利。另一方面,降低了經(jīng)濟(jì)代價(jià),減少了實(shí)地勘探,卻達(dá)到相同的效果。

4結(jié) 語

三維城市規(guī)劃可以使城市規(guī)劃中原有的一些可以意會(huì)而不可言傳的東西,以一種直觀的面貌展現(xiàn)出來,這無疑對(duì)于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)水平的提高、城市景觀恢復(fù)和研究等,都有著非常重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。三維城市規(guī)劃可以建立一個(gè)三維的、動(dòng)態(tài)的、可視化的景觀來形象、生動(dòng)和真實(shí)地表現(xiàn)城市的自然和人文現(xiàn)象,進(jìn)行三維空間分析,更好地幫助城市規(guī)劃、建設(shè)和管理。GIS在城市規(guī)劃中應(yīng)用是一次大的革新和嘗試,會(huì)大大提高城市規(guī)劃的效率和統(tǒng)計(jì)分析功能,能夠更直觀、更準(zhǔn)確的表達(dá)規(guī)劃區(qū)域的狀況和城市規(guī)劃理念,為區(qū)域的發(fā)展提供更有力、高效的支持。

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