初探地理信息系統(tǒng)對城市豎向設(shè)計的應(yīng)用

凌愛婷

【摘要】現(xiàn)代城市高速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，引發(fā)城市一系列問題，也給規(guī)劃師們帶來了挑戰(zhàn)。規(guī)劃設(shè)計師們想要規(guī)劃設(shè)計與時俱進(jìn)，精益求精，勢必引入新的技術(shù)和科技，來輔助規(guī)劃設(shè)計。本文通過介紹國外常用的地理信息系統(tǒng)軟件，初步探索其對城市豎向設(shè)計的應(yīng)用，給設(shè)計多一份思考。

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng)；城市；豎向設(shè)計

引言：隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，人類文明進(jìn)步的同時，也引發(fā)了城市一系列的問題，使得傳統(tǒng)的城市規(guī)劃和城市管理面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

然而，隨著科學(xué)信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用，地理信息系統(tǒng)也逐漸進(jìn)入城市規(guī)劃設(shè)計的應(yīng)用當(dāng)中。對于傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計軟件和技術(shù)，地理信息系統(tǒng)能更有效利用地形圖中所包含的空間信息，能提供具象的三維可視化空間模擬，能科學(xué)合理計算空間三維圖形圖像等等。這一切，促使地理信息系統(tǒng)技術(shù)越來越融入到城市規(guī)劃設(shè)計中。

1、地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）概述

1.1地理信息系統(tǒng)的定義

在各類參考資料上，比較廣泛認(rèn)同的地理信息系統(tǒng)概念是：地理信息系統(tǒng)由計算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設(shè)計和規(guī)劃、管理決策服務(wù)[1]。

1.2地理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[2]

當(dāng)前，GIS正向著集成化、產(chǎn)業(yè)化和社會化發(fā)展方向邁進(jìn)，在技術(shù)上呈現(xiàn)以下發(fā)展態(tài)勢。

（1）GIS與RS、GPS的集成（“3S”集成）

“3S”的集成是GIS、GPS和RS三者發(fā)展的必然結(jié)果。

（2）面向?qū)ο蠹夹g(shù)與GIS結(jié)合

GIS一般采用圖形和屬性分開管理的數(shù)據(jù)模型，即實體的圖形數(shù)據(jù)用拓?fù)湮募芾?，屬性?shù)據(jù)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理，二者通過唯一標(biāo)志符進(jìn)行連接。

（3）真三維GIS和時空GIS

地理信息除具有空間特性外，還具有明顯的時序特征，即動態(tài)變化特征。在許多GIS應(yīng)用領(lǐng)域中，如環(huán)境監(jiān)測、地震救援、天氣預(yù)報等，空間對象是隨時間變化的，描述和研究空間對象的時序特征在問題的求解過程中起十分重要作用。

（4）GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引進(jìn)GIS將使GIS更具有吸引力，采用虛擬現(xiàn)實中的可視化技術(shù)，在三維空間中模擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理、分析空間實體數(shù)據(jù)。

當(dāng)前，GIS的發(fā)展趨勢除以上4點外，GIS還與更多的軟件相結(jié)合，其目的都是為了讓GIS能更好為人類服務(wù)。

1.3地理信息系統(tǒng)的基本功能[3]

廣義的說，地理信息系統(tǒng)是存儲和處理與地理空間分布相關(guān)信息的集合，其基本功能有以下六點：

（1）數(shù)據(jù)采集與編輯

數(shù)據(jù)采集與編輯功能就是保證各層實體的地物要素按順序轉(zhuǎn)化為X，Y坐標(biāo)及對應(yīng)的代碼輸入到計算機(jī)中。

（2）數(shù)據(jù)存儲與管理

GIS數(shù)據(jù)庫是區(qū)域內(nèi)一定地理要素特征以一定的組織方式存儲在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。

（3）數(shù)據(jù)處理和變換

為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)范和統(tǒng)一，建立滿足用戶需求的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)處理是GIS的基礎(chǔ)功能之一。

（4）空間分析和統(tǒng)計

空間分析和統(tǒng)計功能是GIS的一個獨立研究領(lǐng)域，它的主要特點是幫助確定地理要素之間的空間關(guān)系，不僅成為區(qū)別于其他類型系統(tǒng)的一個重要標(biāo)志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。

（5）產(chǎn)品制作與顯示

GIS產(chǎn)品是指經(jīng)由系統(tǒng)處理和分析，產(chǎn)生具有新的概念和內(nèi)容，可以直接輸出供專業(yè)規(guī)劃或決策人員使用的各種地圖、圖像、圖表或文字說明。

（6）二次開發(fā)和編程

GIS的二次開發(fā)環(huán)境使用戶可以非常方便地編制自己的菜單和程序，生成可視化的用戶應(yīng)用界面，完成GIS的各項應(yīng)用功能的開發(fā)。

2、地理信息系統(tǒng)對城市豎向設(shè)計的應(yīng)用

2.1城市用地豎向設(shè)計

城市用地豎向設(shè)計是城市開發(fā)建設(shè)地區(qū)（或地段），為滿足道路交通、地面排水、建筑布置和城市景觀等方面的綜合要求，對自然地形進(jìn)行利用、改造，確定坡度、控制高程和平衡土石方等而進(jìn)行的規(guī)劃設(shè)計。

但是，由于城市的不斷發(fā)展，對于土地的利用與開發(fā)強(qiáng)度越來越大，一些不易于開發(fā)、地形條件較為復(fù)雜的土地也被開發(fā)利用，以至于傳統(tǒng)的以AUTOCAD以及其相關(guān)的二次開發(fā)軟件編制的總體規(guī)劃與詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計對用地豎向設(shè)計不滿足或者是達(dá)不到要求的深度，開發(fā)難度越加大。使豎向設(shè)計容易出現(xiàn)道路、地下工程管線不能銜接，橋梁以及架空管線設(shè)施凈空不夠，或者場地、建構(gòu)筑物的排水不暢等一系列問題。因此，引入地理信息系統(tǒng)軟件對地形精確的分析，給城市用地豎向設(shè)計帶來全新改變，使之更科學(xué)合理。

2.2地理信息系統(tǒng)對城市豎向設(shè)計的應(yīng)用示例

本文以羅定市日用化妝品控制性詳細(xì)規(guī)劃為例，介紹地理信息系統(tǒng)對城市豎向設(shè)計的應(yīng)用。此控制性詳細(xì)規(guī)劃場地為山地，山地組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以軟土覆蓋次堅石和堅石，或者是次堅石、堅石直接裸露，嚴(yán)重增加場地設(shè)計難度和開挖成本。為了降低成本和減少難度，就需要控制性詳細(xì)規(guī)劃的豎向設(shè)計做到更加細(xì)致準(zhǔn)確。因此，本次規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，對場地進(jìn)行模擬、土石方計算以及場地設(shè)計。

（1）制作原始TIN模擬場地。

地理信息系統(tǒng)能夠通過地形圖上的高程點、等高線等信息，生成TIN文件模擬原始地形。TIN是以不規(guī)劃三角網(wǎng)的形式創(chuàng)建原始地形，其能夠充分表達(dá)地形的結(jié)構(gòu)特征，具有可變的分辨率。生成的TIN文件還可以對地形的高程、坡度、坡向等作分析表達(dá)，讓設(shè)計師更直觀了解原始地形，從而作出規(guī)劃設(shè)計。

（2）確定場地的平均標(biāo)高。

平均標(biāo)高是場地平整的依據(jù)，也是豎向設(shè)計的基礎(chǔ)，因為只有在場地的平均標(biāo)高確定后，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土石方工程量的計算和平衡。

此次控制性詳細(xì)規(guī)劃通過方格法，以邊長為25m的方格網(wǎng)進(jìn)行計算，確定場地內(nèi)的平均標(biāo)高。然后生成規(guī)劃TIN，與原始TIN作疊合計算，求得土石方填挖量。通過整體把握、多次比較與嘗試，以使得土石方填挖量基本平衡。

（3）設(shè)計場地具體標(biāo)高。

在計算土石方填挖量的時候，地理信息系統(tǒng)會生成一幅三種顏色的地圖，其分別代表填、挖和不填不挖。在此基礎(chǔ)上，我們可以清晰把握場地內(nèi)的整體填挖情況。再根據(jù)原始TIN的高程、坡度和坡向，確定場地道路走向與用地劃分。最后根據(jù)平均標(biāo)高和土石方填挖情況，確定道路和用地的具體標(biāo)高。

（4）場地的土方計算。

通過上述三個步驟，可以得到規(guī)劃的高程圖，然后生成新的規(guī)劃TIN。用新的TIN與原始TIN作疊合計算，可以得到新的土石方填挖量。在此需要特別注意的是，場地內(nèi)如果有水塘水面等地形突變的情況，要考慮是否填土。如果填埋，需要考慮填土量；如果作保留處理，則要從TIN中減去。同樣原始TIN也要減去，才能作出準(zhǔn)確的土石方填挖量。豎向規(guī)劃方案需要通過幾次的調(diào)整，盡量使土石方平衡。

3、結(jié)語

本文通過介紹地理信息系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，初步應(yīng)用于控制性詳細(xì)規(guī)劃的豎向設(shè)計當(dāng)中，使地形復(fù)雜多變的場地豎向設(shè)計更加科學(xué)和合理。地理信息系統(tǒng)的功能很多，本人相信其還可應(yīng)用于更多規(guī)劃設(shè)計過程之中。只有更加深入認(rèn)識并學(xué)習(xí)掌握各方軟件，巧妙應(yīng)用到規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中，才能使規(guī)劃設(shè)計越趨科學(xué)成熟。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳述彭等；《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》，科學(xué)出版社，2001

[2]黃杏元，馬勁松，湯勤編著；《地理信息系統(tǒng)概論》，高等教育出版社，14-17，2001

[3王廣震；《基于GIS的城市規(guī)劃設(shè)計方法及應(yīng)用研究——以城市豎向規(guī)劃設(shè)計為例》，西安建筑科技大學(xué)，學(xué)位論文，2005