基于GIS的城市規(guī)劃圖則自動制圖技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)
——以上海國土空間規(guī)劃信息管理系統(tǒng)為例

潘翔

（上海市大數(shù)據(jù)中心，上海 200435）

0 引 言

隨著上海市全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的推進，政府在行政審批與管理中越來越注重城市信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量與精準(zhǔn)性。在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，上海市規(guī)劃和自然資源局自2020年起發(fā)布了全市統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了GIS格式的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)入庫模板，要求在本市城市規(guī)劃編制報批階段統(tǒng)一提交GIS格式的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)文件，并通過信息系統(tǒng)對文件進行規(guī)范性質(zhì)量檢測。

對于過去大多通過AutoCAD等繪圖軟件繪制城市規(guī)劃圖則的規(guī)劃師及習(xí)慣審閱PDF格式規(guī)劃圖則的政府規(guī)劃管理從業(yè)者來說，在閱讀和使用GIS格式的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)時存在一定的技術(shù)難度。由于CAD和GIS本身是不一樣格式的數(shù)據(jù)，對于規(guī)劃師，他們時常困擾于對兩者進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的情況（例如弧線的轉(zhuǎn)換）。而對于政府規(guī)劃管理從業(yè)者，他們時常困擾與如何便利地閱讀和使用GIS格式的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)。

本自動制圖技術(shù)采用GIS Engine與Java結(jié)合的開發(fā)方式，通過系統(tǒng)程序自動從GIS格式的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)包中讀取城市規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成易于閱讀的圖片格式的城市規(guī)劃圖則，實現(xiàn)城市規(guī)劃制圖的自動化與智能化，在保證城市規(guī)劃數(shù)據(jù)高質(zhì)量與高精準(zhǔn)性的同時，幫助城市規(guī)劃師與政府規(guī)劃管理人員方便地使用數(shù)據(jù)內(nèi)容。

1 自動制圖技術(shù)架構(gòu)

自動制圖技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動制圖技術(shù)架構(gòu)

1.1 規(guī)劃成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是自動制圖的基礎(chǔ)。在2020年，上海市規(guī)劃和自然資源局將過去不同規(guī)劃層次的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進行融合修訂，最終發(fā)布了全市統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了GIS格式的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)模板。自此全市各規(guī)劃項目有了統(tǒng)一的參照標(biāo)準(zhǔn)，在編制規(guī)劃成果時具備了形成統(tǒng)一的制式規(guī)劃成果的基礎(chǔ)。

1.2 規(guī)劃成果質(zhì)檢軟件

規(guī)劃成果質(zhì)檢軟件是保證規(guī)劃成果數(shù)據(jù)符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的重要工具，它可以對GIS格式的規(guī)劃成果進行結(jié)構(gòu)檢測、屬性檢測與幾何檢測。結(jié)構(gòu)檢測針對圖層字段進行檢測，包括“字段完整性、字段類型匹配、字段長度約束”3個子項。屬性檢測針對規(guī)劃成果圖層數(shù)據(jù)進行檢測，包括“地塊編號唯一、字段值判空、字段小數(shù)、符合代碼表、值域檢測”5個子項。幾何檢測針對圖層的圖形數(shù)據(jù)進行檢測，包括“圖形合法性檢測、空間拓?fù)錂z測、其他”3類共44個，其中“空間拓?fù)錂z測”和“其他”兩個類型下根據(jù)規(guī)劃類型的不同展示不同的檢測項。如圖2所示，以上海市對總體規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的幾何檢測項為例，展示了相關(guān)檢測項。

圖2 上海市總體規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的幾何檢測項內(nèi)容

通過質(zhì)檢軟件檢測的成果文件代表符合了規(guī)劃成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是自動制圖功能獲得符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)作為其輸入的重要保障。

1.3 規(guī)劃圖則模板化

自動制圖技術(shù)的實現(xiàn)需要將城市規(guī)劃圖則表達形式模板化。以上海市控制性詳細(xì)規(guī)劃的普適圖則為例，其圖則內(nèi)容包括：圖面區(qū)、表格區(qū)、圖紙信息、編制信息、區(qū)位圖、風(fēng)玫瑰、圖例七部分：

（1）圖面區(qū)：包含控制性詳細(xì)規(guī)劃專題圖。

（2）表格區(qū)：地塊控制指標(biāo)一覽表和特定管理條文。

（3）圖紙信息：含圖紙名稱

（4）編制信息：蓋章欄處：含規(guī)委會審議會日期、批準(zhǔn)文號和城鄉(xiāng)規(guī)劃專用章；設(shè)計單位欄：含設(shè)計單位名稱XX、〔建〕城規(guī)編第（XX）；組織編制單位：含XX區(qū)人民政府、上海市規(guī)劃和自然資源局。

（5）區(qū)位圖：用來表示本次規(guī)劃項目在所屬行政區(qū)域內(nèi)的相對位置。

（6）風(fēng)玫瑰：采用固定風(fēng)玫瑰。

（7）圖例：說明圖面區(qū)內(nèi)各種顏色地塊所代表的用地性質(zhì)含義，如圖3所示。

圖3 控制性詳細(xì)規(guī)劃圖則模板

1.4 自動制圖類型及尺寸參數(shù)設(shè)置

當(dāng)通過質(zhì)檢的規(guī)劃GIS成果文件傳入系統(tǒng)后，可以通過自動制圖的參數(shù)設(shè)置功能選擇生成圖則的圖紙大小、比例尺。在用戶沒有指定比例尺大小時，自動制圖功能會根據(jù)GIS成果文件中規(guī)劃范圍劃示的大小自動適配合適的比例尺出圖。

1.5 自動制圖模塊

如圖4所示，自動制圖模塊由圖面區(qū)出圖功能、表格區(qū)出表功能、圖例生成功能、編制信息生成功能、風(fēng)玫瑰繪制功能、區(qū)位圖繪制功能6部分組成。本文著重介紹前4項功能。

圖4 自動制圖應(yīng)用層功能

1.5.1 編制信息生成功能

系統(tǒng)自動讀取規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)中“規(guī)劃范圍線圖層”的“規(guī)劃名稱、設(shè)計單位名稱、設(shè)計單位證書編號、組織編制單位”4個字段屬性值后按照圖則模板編制信息區(qū)域的模板樣式顯示到圖則指定位置。

1.5.2 圖例生成功能

系統(tǒng)自動讀取規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)中需要生成圖則的圖層的要素屬性表數(shù)據(jù)，當(dāng)要素屬性數(shù)據(jù)表中存在要素屬性代碼時，系統(tǒng)會從符號庫中讀取與代碼匹配的圖形符號，并一一羅列在圖例區(qū)域中。圖例區(qū)的圖例個數(shù)是隨著不同的規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)中要素屬性代碼的個數(shù)的不同而變化的，因此本規(guī)劃成果數(shù)據(jù)中不存在的數(shù)據(jù)類型不會在生成的圖例中展示。

1.5.3 表格區(qū)生成功能

系統(tǒng)自動讀取規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)中“規(guī)劃地塊”要素屬性表記錄。將地塊屬性字段“街坊編號、地塊編號、規(guī)劃動態(tài)、用地性質(zhì)、面積、備注”等字段逐一顯示。

1.5.4 圖面區(qū)出圖功能

規(guī)劃范圍內(nèi)數(shù)據(jù)出圖：對于本次規(guī)劃范圍內(nèi)成果數(shù)據(jù)的圖形展示，系統(tǒng)自動讀取規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)中“規(guī)劃范圍線”圖層的數(shù)據(jù)以確定出圖的范圍（規(guī)劃范圍線層以帶坐標(biāo)的圖形的方式劃示本規(guī)劃的范圍）。然后自動讀取本規(guī)劃范圍內(nèi)的“規(guī)劃地塊”圖層的圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)圖形所帶的坐標(biāo)將其在映射在圖面區(qū)地圖內(nèi)的對應(yīng)位置。在圖形的映射過程中，系統(tǒng)需要根據(jù)規(guī)劃范圍的大小計算匹配不同的出圖比例尺，以達到在一個固定的圖面區(qū)域內(nèi)完整顯示整個規(guī)劃成果圖形的要求（例如：規(guī)劃范圍在5平方千米以下時，選取1:100比例尺為佳）。系統(tǒng)還需要讀取“道路紅線、詳細(xì)規(guī)劃范圍線、軌交上蓋規(guī)劃地塊、設(shè)施、道路中心線、道路系統(tǒng)線、河道藍(lán)線、河道中心線、軌道保護線、軌道控制線、公共通道、端口、連通道”圖層數(shù)據(jù)并映射在圖面區(qū)對應(yīng)位置顯示，原理同“規(guī)劃地塊”圖層的映射顯示。

規(guī)劃范圍外數(shù)據(jù)出圖：由于規(guī)劃圖則要求圖面區(qū)內(nèi)顯示本規(guī)劃范圍周邊區(qū)域的“道路紅線、地形圖”等信息，而提交的規(guī)劃成果GIS數(shù)據(jù)包中并不包含本規(guī)劃范圍之外的數(shù)據(jù)，因此制圖功能需要根據(jù)本次規(guī)劃范圍的空間位置信息，自動從本市國土空間數(shù)據(jù)庫中調(diào)取規(guī)劃范圍外區(qū)域的空間圖形數(shù)據(jù)，作為圖面區(qū)的底圖，襯在規(guī)劃范圍內(nèi)圖形之下進行展示。調(diào)取的規(guī)劃范圍外區(qū)域空間圖形數(shù)據(jù)主要是“城市開發(fā)邊界、地形圖、道路紅線”。

2 制圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)組織方式

基于GIS的城市規(guī)劃圖則自動制圖技術(shù)的數(shù)據(jù)來源于上海市國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)符合上海市規(guī)劃和自然資源局自2020年起發(fā)布了全市統(tǒng)一的國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并以GIS格式存儲。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖5所示。數(shù)據(jù)庫由空間要素圖形數(shù)據(jù)、要素屬性數(shù)據(jù)、要素屬性代碼表、符號庫組成。

圖5 制圖數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 空間要素圖形數(shù)據(jù)

空間要素圖形數(shù)據(jù)主要由城市地形圖與城市規(guī)劃圖形層組組成，其中城市規(guī)劃圖形層組包含227個圖層，分為總體規(guī)劃、單元規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃3個層次。圖層按照其幾何類型可分為線性圖層（例如：道路紅線）、點圖層（例如：公共服務(wù)設(shè)施）、面圖層（例如：規(guī)劃地塊）圖層中的點線面數(shù)據(jù)記錄了其幾何坐標(biāo)以及空間拓?fù)潢P(guān)系。

2.1.2 要素屬性數(shù)據(jù)

每一個空間要素圖形數(shù)據(jù)中的圖層都對應(yīng)一張要素屬性數(shù)據(jù)表，圖層中的幾何圖形通過ID號與屬性數(shù)據(jù)表中的記錄關(guān)聯(lián)，每條記錄包含若干與圖層用途相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性字段值，要素屬性數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫的表中。

2.1.3 要素屬性代碼表

每個要素屬性數(shù)據(jù)表都包含若干與圖層用途相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性字段，當(dāng)業(yè)務(wù)屬性字段存在分類情況時，需要關(guān)聯(lián)使用代碼表表示。

2.1.4 符號庫

因為部分代碼表其業(yè)務(wù)含義用于表示規(guī)劃設(shè)施的類型，所以存在與代碼對應(yīng)的符號圖形，符號圖形用于在規(guī)劃圖則上顯示。符號庫由多個符號圖形組成

2.2 數(shù)據(jù)之間關(guān)系

圖6展示了空間要素圖形數(shù)據(jù)、要素屬性數(shù)據(jù)、要素屬性代碼表、符號庫之間的關(guān)系，以及自動制圖技術(shù)數(shù)據(jù)質(zhì)檢的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)將GIS數(shù)據(jù)中的屬性轉(zhuǎn)換為圖形符號顯示在圖則上。

圖6 自動制圖數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)

3 自動制圖技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用意義

由于GIS的技術(shù)門檻較高，過去政府規(guī)劃管理人員往往只能選擇審核紙質(zhì)圖則或CAD文件，因而難以發(fā)現(xiàn)GIS格式下規(guī)劃成果數(shù)據(jù)中存在的錯誤，在這種背景下一個個GIS規(guī)劃成果數(shù)據(jù)如果進入統(tǒng)一的城市空間GIS數(shù)據(jù)庫則會留下許多錯誤?；贕IS的城市規(guī)劃圖則自動制圖技術(shù)的應(yīng)用意義在于，通過系統(tǒng)程序自動將城市規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成易于閱讀的圖片格式的城市規(guī)劃圖則，幫助城市規(guī)劃師與政府規(guī)劃管理人員方便地是閱讀使用規(guī)劃成果數(shù)據(jù)的內(nèi)容。他們可以更加便捷地審核發(fā)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)中的內(nèi)容錯誤問題，進而推進城市空間數(shù)據(jù)的底座逐漸向高質(zhì)量、高精度的方向發(fā)展。

3.2 應(yīng)用條件

基于GIS的城市規(guī)劃圖則自動制圖的技術(shù)架構(gòu)在本文第1章節(jié)已進行了詳細(xì)說明，在技術(shù)層面，自動制圖技術(shù)的應(yīng)用需要具備3個前置條件：一是具備統(tǒng)一且穩(wěn)定的規(guī)劃成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，二是基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃成果質(zhì)檢軟件，三是具備一套模板化的城市規(guī)劃圖則。

3.3 應(yīng)用成效

在上海市大數(shù)據(jù)中心的技術(shù)支持下，上海市規(guī)劃和自然資源局于2021年10月在本市國土空間規(guī)劃信息系統(tǒng)中上線了基于GIS的城市規(guī)劃圖則自動制圖模塊。模塊上線后首先在本市普陀、閔行、松江、青浦、黃浦、徐匯6個行政區(qū)的控制性詳細(xì)規(guī)劃編制審批業(yè)務(wù)中試點運行。截至2022年4月已全面覆蓋6個行政區(qū)95%以上的控制性詳細(xì)規(guī)劃圖則生成業(yè)務(wù)。

4 結(jié) 論

本文介紹了基于GIS的城市規(guī)劃圖則自動制圖技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)原理，及其在上海國土空間規(guī)劃編制中的應(yīng)用與成效。本技術(shù)是規(guī)劃領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一項重要實踐，它極大地提高了規(guī)劃制圖工作的效率，也使得規(guī)劃GIS成果文件中的數(shù)據(jù)更易被那些不具備GIS技術(shù)能力的規(guī)劃領(lǐng)域從業(yè)者閱讀與使用。隨著該技術(shù)的普及，規(guī)劃GIS成果文件在國土空間規(guī)劃編制中的重要性將得到實質(zhì)提升，從而推動城市空間信息數(shù)據(jù)向高質(zhì)量與高精準(zhǔn)方向發(fā)展，也為今后更多的城市治理智慧化場景提供數(shù)據(jù)保障。