淺析GIS技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

劉寶華，張立濤

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266032)

1 引言

城市規(guī)劃是為了實(shí)現(xiàn)一定時(shí)期內(nèi)城市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，確定城市性質(zhì)、規(guī)模和發(fā)展方向，合理利用城市土地，協(xié)調(diào)城市空間布局和各項(xiàng)建設(shè)所作的綜合部署和具體安排［1］。城市規(guī)劃涉及城市建設(shè)與管理的各個(gè)方面，包括土地利用、人口、安全衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)、公共設(shè)施、道路交通、城市更新與保護(hù)、景觀風(fēng)貌規(guī)劃等。

GIS(地理信息系統(tǒng))是對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究的一門學(xué)科，它將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的空間位置形狀及分布特征和與之有關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等專題信息以及這些信息之間的聯(lián)系等進(jìn)行獲取、組織、存儲(chǔ)、檢索、分析，以解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。

由于GIS技術(shù)在空間數(shù)據(jù)管理與計(jì)算方面的特殊優(yōu)勢(shì)，將其引入城市規(guī)劃進(jìn)程中具有歷史必然性［2］。隨著GIS在80年代以來(lái)的推廣使用，GIS也越來(lái)越多地應(yīng)用到城市規(guī)劃領(lǐng)域并從政府規(guī)劃管理向教學(xué)科研及規(guī)劃設(shè)計(jì)擴(kuò)散。隨著城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃手段已遠(yuǎn)不能滿足城市飛速發(fā)展的需求。同時(shí)，各種問(wèn)題諸如資源缺乏、用地緊張、交通擁擠、能源不足、環(huán)境污染等，給城市規(guī)劃及GIS應(yīng)用技術(shù)提出了更高的要求。

2 GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用與分析

2.1 城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的發(fā)展階段

(1)傳統(tǒng)城市規(guī)劃

傳統(tǒng)城市規(guī)劃是城市規(guī)劃的初級(jí)階段。在這個(gè)階段采用簡(jiǎn)單的、粗略的、基于手工的制作工藝，比如手工制圖、手工量算統(tǒng)計(jì)和分析，而且，對(duì)于規(guī)劃數(shù)據(jù)結(jié)果表現(xiàn)也是采取單一的統(tǒng)計(jì)表格。這種規(guī)劃方式存在諸多弊端如無(wú)法展現(xiàn)區(qū)域、城市以及單元地塊之間應(yīng)有的連續(xù)性和整體性，導(dǎo)致了城市擴(kuò)張的無(wú)序以及土地資源的浪費(fèi)，使自然過(guò)程的連續(xù)性和完整性得不到保障等。

(2)現(xiàn)狀城市規(guī)劃設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市規(guī)劃從解放生產(chǎn)力中獲得進(jìn)步，開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)輔助制圖;統(tǒng)計(jì)方法采用基于數(shù)字統(tǒng)計(jì)分析，并在定性分析的基礎(chǔ)上加入了計(jì)量模型分析;數(shù)據(jù)保存采用二維統(tǒng)計(jì)電子圖表方式［3］。

(3)基于GIS的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)

GIS技術(shù)的引入，引起城市規(guī)劃的變革，規(guī)劃和制圖擴(kuò)展到地理空間。作為GIS的核心與靈魂，空間分析功能得到充分的應(yīng)用，如圖層疊加、緩沖區(qū)、最佳路徑自動(dòng)配準(zhǔn)等，并對(duì)各種規(guī)劃信息進(jìn)行了屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的管理。GIS技術(shù)的應(yīng)用在城市信息查詢、政府職能部門的辦公自動(dòng)化以及城市建設(shè)的分析評(píng)價(jià)與科學(xué)決策等方面都取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 城市規(guī)劃中GIS應(yīng)用現(xiàn)狀分析

GIS在城市規(guī)劃中是規(guī)劃師的數(shù)據(jù)庫(kù)和工具箱［5］。(1)信息查詢與管理

GIS采用層的概念管理屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)［2］，其中空間數(shù)據(jù)主要通過(guò)地塊來(lái)顯示，是圖件部分;與空間相關(guān)的各類屬性數(shù)據(jù)諸如人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)總量等數(shù)值或文字信息，通過(guò)鏈接，在空間上也能把數(shù)據(jù)和圖表反映出來(lái)，將獨(dú)立的幾個(gè)部分結(jié)合在一起。

利用GIS的空間查詢功能對(duì)存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的城市規(guī)劃相關(guān)的數(shù)據(jù)諸如基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、規(guī)劃成果圖、文檔資料等的進(jìn)行查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、輸出，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高城市規(guī)劃管理水平。

(2)專題分析

利用GIS的空間量測(cè)、空間分析功能，如緩沖區(qū)分析、疊加分析、特征提取、鄰域分析等功能，可以進(jìn)行各種城市規(guī)劃專題分析，以減輕規(guī)劃分析中的工作量，諸如城市用地規(guī)劃平衡分析、城市規(guī)劃路網(wǎng)分析、城市規(guī)劃綠地分析、城市居住人口規(guī)模及其分布狀況分析、城市中救護(hù)車分布位置以及行車路線和控制的規(guī)劃、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)等，主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務(wù)為目標(biāo)［8］，可以有不同的規(guī)模，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)項(xiàng)多，功能齊全，通常具有較強(qiáng)的開(kāi)放性。

以確定規(guī)劃建設(shè)用地規(guī)模和空間布局為例，利用GIS對(duì)城市適宜建設(shè)用地進(jìn)行分析的過(guò)程如下:①利用數(shù)字地形模型(DTM)數(shù)據(jù)，計(jì)算出規(guī)劃范圍內(nèi)的坡度在30%以下的地區(qū)作為可能的城市建設(shè)用地范圍;②再利用疊加分析和緩沖區(qū)分析，將生態(tài)保護(hù)用地、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，水域及周邊緩沖范圍從規(guī)劃范圍內(nèi)剔出，不作為可能的建設(shè)用地考慮;③建立現(xiàn)狀及規(guī)劃道路、現(xiàn)狀城市建設(shè)用地范圍不同距離的緩沖區(qū);④將距離現(xiàn)狀和規(guī)劃道路以及現(xiàn)狀城市建設(shè)范圍較近的可能建設(shè)用地作為城市近期建設(shè)用地，距離較遠(yuǎn)的則作為城市遠(yuǎn)期發(fā)展用地。

圖1 GIS專題分析輔助規(guī)劃審批

(3)輔助城市總體規(guī)劃及詳細(xì)規(guī)劃

從近十年來(lái)看，國(guó)內(nèi)城市規(guī)劃部門最大量的工作是總體規(guī)劃和修建性詳細(xì)規(guī)劃［9］。在各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析中應(yīng)用GIS方法，較傳統(tǒng)方法不僅在效率上有極大提高，而其在定量分析的準(zhǔn)確性上也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。運(yùn)用遙感數(shù)據(jù)及GIS對(duì)城市地理空間信息強(qiáng)大的管理和分析功能，進(jìn)行有關(guān)城市總體規(guī)劃的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，完成城市規(guī)劃指標(biāo)計(jì)算，輔助城市用地選擇和建設(shè)項(xiàng)目合理選址;確定詳細(xì)規(guī)劃范圍內(nèi)的道路紅線、道路斷面以及控制點(diǎn)的坐標(biāo)、標(biāo)高;合理安排各項(xiàng)工程管線、工程構(gòu)筑物的位置和用地等［3］。

3 城市規(guī)劃中GIS應(yīng)用存在的問(wèn)題

(1)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題

空間數(shù)據(jù)以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)，而屬性數(shù)據(jù)以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這種不一致的存儲(chǔ)方式導(dǎo)致兩種數(shù)據(jù)在界面和內(nèi)核上不能達(dá)成統(tǒng)一，極大影響了數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢檢索速度和整個(gè)系統(tǒng)的效率。同時(shí)還應(yīng)考慮數(shù)據(jù)的時(shí)間特征和法律特征。

(2)數(shù)據(jù)組織問(wèn)題

GIS應(yīng)用很大程度取決于適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析及合理的數(shù)據(jù)組織，而在模型設(shè)計(jì)中有限的數(shù)據(jù)比如重要的參數(shù)被刪節(jié)或被忽略，或由于制圖的需要將現(xiàn)實(shí)世界中本應(yīng)相連的事物斷開(kāi)等等。于是當(dāng)我們要建立信息系統(tǒng)時(shí)，此類數(shù)據(jù)往往暴露出諸多問(wèn)題。

(3)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問(wèn)題

目前城市規(guī)劃領(lǐng)域多采用傳統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器模式，這種架構(gòu)采用中央服務(wù)器來(lái)保存各種數(shù)據(jù)，統(tǒng)一為各個(gè)客戶端提供服務(wù)。但這種模式日漸暴露出安全性、可靠性、可擴(kuò)展性等方面的問(wèn)題，同時(shí)不能高效地承載大量的客戶連接。

同時(shí)GIS在應(yīng)用上還存在其他方面的問(wèn)題，比如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集、供應(yīng)、更新、共享受到體制、機(jī)制、管理的制約;技術(shù)難度大，內(nèi)容繁多，用戶界面不夠友好，普通人不易掌握;規(guī)劃師大部分精力浪費(fèi)在數(shù)據(jù)庫(kù)收集和建立上，真正所需要的分析卻考慮較少;投入高、回報(bào)期長(zhǎng)等問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。

4 GIS在城市規(guī)劃中的發(fā)展趨勢(shì)

(1)3S的結(jié)合及發(fā)展

GIS(Geographic Information System)、RS(Remote Sensing)、GPS(Global Position System)三種技術(shù)不斷結(jié)合，用來(lái)提供直接的數(shù)據(jù)服務(wù)，快速追蹤、觀測(cè)、分析和模擬被觀測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化，并高精度地定量描述這種變化［3］，實(shí)現(xiàn)大范圍、可視化、短周期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果。同時(shí)，從城市規(guī)劃的可持續(xù)發(fā)展方面，不斷融入了DPS(數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量)、ES(專家系統(tǒng))和多媒體技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(2)GIS與CAD的結(jié)合

在20世紀(jì)90年代，CAD引領(lǐng)了從手繪圖紙到計(jì)算機(jī)繪圖的變革。通過(guò)CAD繪制的規(guī)劃成果圖作為GIS在城市規(guī)劃中的數(shù)據(jù)源，然后利用GIS的空間分析及二次開(kāi)發(fā)功能，建立GIS空間及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。不但從技術(shù)方法上，而且在工作思路上，都將會(huì)對(duì)控規(guī)編制乃至整個(gè)城鄉(xiāng)規(guī)劃帶來(lái)重大的影響［10］。

(3)WebGIS的發(fā)展

WebGIS是實(shí)現(xiàn)GIS互操作的一條最優(yōu)化途徑，利用Internet技術(shù)使GIS更方便靈活地為用戶服務(wù)。它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，具有動(dòng)態(tài)性、互操作性及跨平臺(tái)等優(yōu)良特性，既保證了城市規(guī)劃數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，同時(shí)極大豐富了城市規(guī)劃內(nèi)容的表現(xiàn)方式。

(4)三維GIS的發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使城市規(guī)劃進(jìn)程的三維動(dòng)態(tài)建模更加方便，設(shè)計(jì)成果更加形象和立體。三維GIS能夠?qū)M建的建(構(gòu))筑物及其他設(shè)施的位置、高度、外觀、空間形態(tài)等要素建立三維仿真模型，通過(guò)三維仿真輔助規(guī)劃管理系統(tǒng)在已經(jīng)建立的現(xiàn)狀地物三維場(chǎng)景中進(jìn)行展示和分析，為城市規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。通過(guò)三維仿真技術(shù)建立城市的真實(shí)虛擬環(huán)境，能夠真實(shí)再現(xiàn)要審批的規(guī)劃建筑和現(xiàn)狀建筑的空間關(guān)系以及協(xié)調(diào)一致性，用動(dòng)態(tài)交互的方式對(duì)每個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行身臨其境的全方位審視和對(duì)比，還可以有效綜合建設(shè)項(xiàng)目不同階段資料以及周邊各種社會(huì)、經(jīng)濟(jì)信息進(jìn)行空間分析，有助于評(píng)審專家和決策者更科學(xué)的選定合適的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，合理布局，大大提高城市規(guī)劃的科學(xué)性和前瞻性。

圖2 利用三維GIS進(jìn)行設(shè)計(jì)方案對(duì)比

5 總結(jié)

縱觀GIS技術(shù)在城市規(guī)劃方面取得的重大進(jìn)展和豐碩成果，毋庸置疑，GIS技術(shù)已經(jīng)作為城市規(guī)劃管理的最為行之有效的輔助工具。在技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，GIS的成功應(yīng)用仍需要規(guī)劃師、GIS專業(yè)人才以及政府等各方面的大力協(xié)作，解決GIS應(yīng)用面臨的各種問(wèn)題。我們相信，GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用前景將更加廣闊。

［1］城市規(guī)劃［OL］.(2011－3－26)［2011－4－13］.http://baike.baidu.com/view/25963.htm#sub25963

［2］孫海蘭，賴恒友，林春英，劉曉東.淺談GIS技術(shù)在城市規(guī)劃教學(xué)與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)科技信息，2010(18):290～291

［3］引用GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用PPT［OL］.(2008－7－19)［2011－4－14］.http://sharp818.blog.163.com/blog/static/10731393200861992337620/

［4］張新長(zhǎng)，曾廣鴻，張青年.城市地理信息系統(tǒng)［M］.北京:科學(xué)出版社，2001

［5］韓筍生，彭震.GIS在國(guó)外城市規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.國(guó)外城市規(guī)劃，2001(1):42～44

［6］B.Rubenstein－Montano.A Survey of knowledge－based information systems for urban planning:moving towards knowledge management.Computers，Environment and Urban Systems，2000，24(2):155 ～172

［7］Curtis N.Thomson，and Perry Hardin.Remote sensing/GIS integration to identify potential low－income housing sites.Cities，2000，17(2):97 ～109

［8］陳俊.GIS中的城市規(guī)劃技術(shù)及實(shí)現(xiàn)研究［D］.華北電力大學(xué)，2005

［9］劉月蘭，何新東.試論GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.兵團(tuán)教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，11(2):57～59

［10］王鈞.GIS技術(shù)在現(xiàn)代規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.工程技術(shù)，2010(30):57