南寧市三維規(guī)劃管理系統(tǒng)設(shè)計

謝樂琦，廖英伶，歐達城，李寶林，黃 敏

（1.廣西大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

南寧市三維規(guī)劃管理系統(tǒng)設(shè)計

謝樂琦1，廖英伶1，歐達城1，李寶林1，黃 敏1

（1.廣西大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

三維規(guī)劃管理系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為城市規(guī)劃管理的熱點。從協(xié)同規(guī)劃管理的角度研究了三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計過程，系統(tǒng)設(shè)計主要包括總體框架設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。總體框架設(shè)計采用局域網(wǎng)、公務(wù)網(wǎng)和因特網(wǎng)三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇了適合的基于Web Server、WebGIS數(shù)據(jù)庫的軟件平臺。研究了以數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架下的相應(yīng)系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

GIS；三維；規(guī)劃設(shè)計

隨著我國城市化進程的加快，傳統(tǒng)的二維規(guī)劃已無法滿足城市規(guī)劃設(shè)計與管理的要求，三維規(guī)劃的應(yīng)用順勢而來。經(jīng)過30多年的發(fā)展，GIS在我國的各行各業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。三維GIS輔助城市規(guī)劃工作已成為三維GIS技術(shù)的一個重要應(yīng)用方向[1]。城市規(guī)劃中面臨的諸多問題急需三維GIS技術(shù)的支撐。目前，我國三維GIS發(fā)展勢頭良好，許多城市在三維規(guī)劃方面已取得不錯的成果[2]。廣西在數(shù)字化三維規(guī)劃管理技術(shù)的研究應(yīng)用方面還遠遠落后于國內(nèi)先進水平，因而推動廣西的規(guī)劃設(shè)計與管理的數(shù)字化進程勢在必行。

1 總體框架設(shè)計

1）硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置。系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是由規(guī)劃局、設(shè)計院、勘測院等多部門的局域網(wǎng)、公務(wù)網(wǎng)和因特網(wǎng)組成的一個有機整體，不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間采用嚴格的物理隔離和邏輯隔離，定期通過中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)器實現(xiàn)三網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換和同步。數(shù)據(jù)交換以內(nèi)網(wǎng)為核心，涉及三網(wǎng)之間的相互轉(zhuǎn)換。

2）軟件平臺。系統(tǒng)采用B/S的體系結(jié)構(gòu)，軟件主要包括Web Server平臺、WebGIS平臺、數(shù)據(jù)庫平臺。由于微軟的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品技術(shù)比較成熟、維護方便，同時考慮到和Web Server平臺以及內(nèi)網(wǎng)平臺的結(jié)合，本系統(tǒng)Web Server平臺選擇了Windows2000 Advanced Server+IIS5．0[3]。WebGIS平臺選用ArcGIS及其提供的空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE來連接數(shù)據(jù)庫，ArcGIS通過ArcSDE可以在DBMS中輕而易舉地管理一個共享、多用戶空間數(shù)據(jù)庫。考慮到本系統(tǒng)運行涉及大量矢量、柵格地圖，為有效管理海量空間信息及其屬性信息，同時為了保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的跨界運行，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫平臺選擇了MS SQL Server。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)層、平臺層、應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。數(shù)據(jù)層采用實地拍照勘測方式或者從航拍相片、遙感影像等方式采集原始數(shù)據(jù)并對其進行處理，獲得DRG、DLG、DOM、DEM等勘測資料及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)[4]。平臺層采用的信息技術(shù)主要包括因特網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)、數(shù)字化野外測量技術(shù)、CAD技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等[5]。根據(jù)采集轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，通過可視化軟件調(diào)用并生成可實時交互的三維圖形界面，并可以用數(shù)字模型對現(xiàn)實地理空間的現(xiàn)象和過程進行模擬和仿真。南寧三維規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用層旨在通過對已有的數(shù)據(jù)資源和實際情況的分析，建立合理的數(shù)據(jù)模型來解決南寧市的城市規(guī)劃建設(shè)問題。

圖1 三維規(guī)劃系統(tǒng)總體框架設(shè)計圖

2.2 功能模塊圖設(shè)計

功能模塊圖如圖2所示。

圖2 功能模塊圖

1）三維功能。系統(tǒng)支持多方案、多窗口、多圖層、多信息處理。同一個項目中可以同時包含多個方案，可以進行方案比較；可以打開與方案對應(yīng)的單視口的透視圖窗口、頂視圖窗口和斷面視圖窗口，還可以打開多視口的布局窗口；利用圖層控制物體的顯示或隱藏、物體是否允許被編輯以及物體所屬的規(guī)劃元素類型，并以圖層為基礎(chǔ)設(shè)定方案；可以將三維場景、規(guī)劃數(shù)據(jù)和動畫有機地集成于一體。

提供模型修改、材質(zhì)修改、模型庫、輔助工具和測量功能?？蓪δＰ瓦M行移動、旋轉(zhuǎn)、比例調(diào)整、刪除、復(fù)制、陣列、替換等多種修改操作；為美化場景，系統(tǒng)提供材質(zhì)編輯；利用模型庫可以縮短建模時間，快速創(chuàng)建或美化三維場景，系統(tǒng)提供捕捉點輔助工具。

2）數(shù)據(jù)功能?？筛鶕?jù)三維場景自動計算規(guī)劃數(shù)據(jù)，包括建筑的高度、層數(shù)、基底面積、建筑面積、所屬地塊；地塊的用地面積、建筑面積、建筑基底面積、容積率、建筑密度、道路中線長度。在系統(tǒng)中，攜帶規(guī)劃數(shù)據(jù)的最小單元叫作規(guī)劃元素，一個規(guī)劃元素可以對應(yīng)一個或多個三維模型。為了滿足規(guī)劃設(shè)計的需要，系統(tǒng)中內(nèi)置了三大規(guī)劃元素——建筑、用地、道路中心線；還可以根據(jù)需要添加新的規(guī)劃元素，同時可以根據(jù)需要擴展或刪除規(guī)劃元素的屬性或字段。數(shù)據(jù)表中的某些字段的值由系統(tǒng)根據(jù)三維場景自動生成并實時更新；某些字段的值則由用戶填寫。系統(tǒng)提供常規(guī)的計算、統(tǒng)計和導(dǎo)出等數(shù)據(jù)表功能。內(nèi)置了用地平衡表的計算方程，可以隨時生成與三維場景保持一致的用地平衡表。可對數(shù)據(jù)進行模糊查找和高級查找，查找的基礎(chǔ)是規(guī)劃元素數(shù)據(jù)表中記錄的信息，根據(jù)查找結(jié)果可以在三維場景中快速選中查找到的物體。

3）交流功能。系統(tǒng)提供多種漫游工具，可以利用鍵盤、鼠標(biāo)和軟鍵盤等方式進行基本漫游操作；另外還提供了窗口縮放、最佳視角、平移、盤旋、選擇集盤旋等多種便于交流的漫游工具。支持鼠標(biāo)定位、特定場景、動畫以及輸出成avi格式；可設(shè)定視覺走廊并沿視覺走廊漫游，利用視覺走廊功能可以模擬人沿景觀大道欣賞兩側(cè)景觀的過程，用戶可以基于場景中已經(jīng)存在的任意線條快速生成視覺走廊，沿視覺走廊漫游的過程中可以隨意改變觀察的方向。系統(tǒng)提供布局管理器，可預(yù)定義演示匯報的流程；利用布局管理器功能，設(shè)計師可以預(yù)定義演示匯報的流程，在交流時只需順序播放布局頁即可，布局頁中的每個窗口都是可激活的，播放布局頁的過程也可以進行動態(tài)漫游等操作。

4）數(shù)據(jù)存儲管理。數(shù)據(jù)存儲的同時還要保障數(shù)據(jù)的安全，當(dāng)遇到不可抗拒的損壞時，能夠盡可能地降低系統(tǒng)損失，提供備份恢復(fù)數(shù)據(jù)功能。

5）查詢和分析。系統(tǒng)擁有豐富的查詢和分析功能，并可進行通視、視域、日照、斷面等分析[6]。

6）應(yīng)用開發(fā)。SDK提供了豐富的接口，包括創(chuàng)建對象、模型編輯、地形編輯、空間分析、三維交互等功能接口。提供了Javascript Library，方便進行B/S 應(yīng)用開發(fā)，并且有豐富、詳實的幫助文檔，大量的SDK Sample，以及樣例數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)涉及到GIS數(shù)據(jù)庫、CAD數(shù)據(jù)庫、SQL屬性數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計牽涉到很多行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)根據(jù)城市規(guī)劃基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50280-1998）和城市規(guī)劃制圖標(biāo)準(zhǔn)（CJJ/T97-2003）來設(shè)計數(shù)據(jù)庫中各圖層的符號樣式、線型、塊名等。系統(tǒng)既有空間數(shù)據(jù)庫，也有屬性數(shù)據(jù)庫；空間數(shù)據(jù)庫包括交通狀況、建筑分布等；屬性數(shù)據(jù)庫包括控規(guī)數(shù)據(jù)、道路紅線、道路中線屬性等。空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫二者在物理上相分離，但又存在相互間的聯(lián)系[7]。為了對數(shù)據(jù)更好地管理與使用，將得到的各類數(shù)據(jù)采用物理分層輸入到不同分類中，如用地、道路、設(shè)施等。

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫龐大，現(xiàn)就南寧市某規(guī)劃區(qū)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計加以說明。

2.3.1 數(shù)據(jù)庫組織形式

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫根據(jù)規(guī)劃編制類型的不同劃分為總體規(guī)劃圖、控制詳細規(guī)劃圖、分區(qū)規(guī)劃圖和其他數(shù)據(jù)，如圖3所示，將同一類型的規(guī)劃編制成果按圖層分類存放，并將圖層存儲到圖層集下。

圖3 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫類型圖

2.3.2 空間數(shù)據(jù)庫圖層

在地圖上，三維空間的地理特征在GIS中可以抽象為點、線和多邊形（面或區(qū)域）。為同時滿足制圖和GIS對數(shù)據(jù)檢索分析的需要，還需要將數(shù)據(jù)按照幾何類型（點、線、面）嚴格分開[8]。

實體類型采用2位幾何特征縮寫代碼，如用PT、LN、PY分別表示點、線、面3類幾何類型，如表1。

表1 實體類型代碼

2.3.3 數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)

由于空間數(shù)據(jù)庫涉及的數(shù)據(jù)量大、范圍廣、種類繁多，無法一一列舉，同一類的數(shù)據(jù)，其屬性結(jié)構(gòu)是一致的。以表2為例，詳細地說明了地圖層屬性結(jié)構(gòu)，以此了解數(shù)據(jù)庫各個圖層的屬性結(jié)構(gòu)。表中以地塊編號為主鍵。

表2 用地示例表

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基本表均通過定義外鍵與主鍵間對應(yīng)的關(guān)系來實現(xiàn)各實體屬性間的聯(lián)系。例如，用地示例表、設(shè)施示例表、道路示例表可以通過地塊編號聯(lián)系在一起。

3 結(jié) 語

三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)涉及地理信息系統(tǒng)、三維可視化技術(shù)、地理信息獲取技術(shù)等重要技術(shù)要求。三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)可以改變城市規(guī)劃內(nèi)部信息流程和城市規(guī)劃部門與社會的信息交流反饋機制。但是，由于實際應(yīng)用的復(fù)雜性，目前對于系統(tǒng)建設(shè)還缺乏一個統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。本文從系統(tǒng)設(shè)計的角度對南寧市三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)進行了較深入的研究，整合可視化技術(shù)與ArcGIS的核心功能，實現(xiàn)一套切實可行的南寧市三維協(xié)同規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計方案。

[1] 張晟．探究城市三維信息系統(tǒng)的實現(xiàn)方法[J]．科技資訊,2012(31)：3

[2] 匡建超,鄭琦．三維GIS 在數(shù)字化珠江新城項目開發(fā)中的應(yīng)用與研究[J]．計算機應(yīng)用與軟件,2005, 22(11)：56-58

[3] 張超．城市地理信息系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社,2008

[4] 曾忠平,李宗華,趙中元,等．基于三維GIS 的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)研究[J]．重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2007,10(5)：26-30

[5] 梁吉欣,邱向東,宋述軍,等．基于Skyline 的溫江區(qū)三維輔助城市規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．測繪與空間地理信息,2014,37(2)：129-131

[6] 祁信舒,趙祺．三維城市規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．地理空間信息,2010,10(5)：10-15

[7] 鄧靖,鄭新奇,呂利娜,等．“數(shù)字城市”土地利用空間數(shù)據(jù)庫建庫方法研究[C]．全國山區(qū)土地資源開發(fā)利用與人地協(xié)調(diào)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會,北京,2010

[8] 周余斌,羅天洪．網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計下的三維建模技術(shù)[J]．重慶大學(xué)學(xué)報,2008,31(9)：1 038-1 043

P208

B

1672-4623（2016）04-0090-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.028

謝樂琦，研究方向為建模算法和信息系統(tǒng)分析。

2015-04-09。

項目來源：自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃資助項目（201410593169）; 廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目（2015JGB136）。