基于GIS_RS技术的城乡空间规划支持系统

2020-06-23 来源：意榕旅游网

ISSN100020054清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第9期

CN1122223󰃗N.46,No.9JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2006,Vol2󰃗36

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基于GIS󰃗RS技术的城乡空间规划支持系统

毛　锋,　王凌云,　周文生,　何高华

(清华大学建筑学院,北京100084)

摘　要:根据空间信息科学理论和软件工程方法论,探讨了基于GIS󰃗RS技术进行城乡空间规划支持系统开发建设的关键技术和设计方法;并将研制的系统平台应用于京津冀北地区、青岛市城乡空间规划和北京市旧城更新改造规划具体实践,利用不同分辨率的遥感影像提取城乡空间规划所需要的信息,利用GIS空间分析功能自动、半自动地生成城乡空间规划所需的各种专题数据。结果表明:基于GIS󰃗RS技术的城乡空间规划支持系统在实现城乡空间规划的定性、定量、定位相结合和规划决策支持方面具有良好效用。关键词:城乡空间规划;规划支持系统;地理信息系统(GIS);遥感(RS)模型为支撑的新时代[2]。新技术的采用,为城乡规划

开辟了一个广阔的发展前景。陈述彭院士认为[3]:“利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术进行城市化问题的研究不仅可以用于城市(镇)化过程的过去和现状分析,更主要的是辅助城市发展评估、规划和决策,模拟和预测城市化的未来。”

1989年美国学者哈里斯(Harris)首先提出城市规划支持系统的概念,即通过把空间信息技术与城市规划的方法和步骤结合起来,为规划过程的各个阶段提供决策支持[4]。这一概念一经提出即得到吴良镛教授、巴蒂和克洛斯特曼等专家的纷纷响应和大力提倡[57]。此后,在全世界利用GIS󰃗RS建立起各种规模、各种目的的城市规划管理信息系统。然而,这些研究和应用仍存在一些问题:一般还是从单一目的出发,没有系统地将GIS󰃗RS技术综合应用在城市规划全过程中;没有统一的、支持城市规划的空间要素分类编码体系,从而限制了GIS󰃗RS技术的深层次应用;基于统一分类编码的空间要素自动化提取技术研究较少,没有比较适用于城乡空间规划的支持系统平台软件产品。

本研究探讨基于GIS󰃗RS技术进行城乡空间规划支持系统开发建设的关键技术和设计方法,研制从综合信息获取到信息系统建库、从综合信息查询到地理空间分析、从规划辅助设计到方案优化决策的城乡空间规划支持系统软件产品,为城乡空间规划提供科学有效的工具和手段。

中图分类号:TU1;TP3

文章编号:100020054(2006)0921495204

文献标识码:A

Urban-ruralspatialplanningsupportsystembasedonGIS󰃗RStechnology

MAOFeng,WANGLingyun,ZHOUWensheng,HEGaohua

(SchoolofArchitecture,TsinghuaUniversity,

Beijing100084,China)

Abstract:Anurban2ruralspatialplanningsupportsystemwasdevelopedusinggeographicalinformationsystem󰃗remotesensing(GIS󰃗RS)technologyaccordingtogeoinformaticstheoryandmethodologyofsoftwareengineering.ThesystemwasappliedtotheJing2Jin2Jinortharea,Qingdao,andtheoldcityofBeijing.Theneededspatialinformationisobtainedusingdifferentresolutionsofsatelliteimagery.Aseriesofthematicdataisproducedautomaticallyorsemi2automaticallybyspatialanalysisfunctionsoperatingontheGISdata.Theresultsshowthatthesystemcanefficientlyproducequantitativeandqualitativedataforlocation2basedmacrodecisionmakingforurbanplanning.

Keywords:urban2ruralspatialplanning;planningsupportsystems;

geographicalinformationsystem(GIS);remotesensing(RS)

1　系统模型

建立基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统,首先要从城乡空间规划各个阶段的业务流、数据流着手,设计系统的数据模型、业务模型和功能模型。

吴良镛院士指出[1]:“在快速城镇化过程中,一般习惯的城市规划、理论方法不能适应发展的需

要。”20世纪80年代末期以来,城乡规划开始进入了一个以城乡规划理论为指导,以计算机软件和数学

收稿日期:2005208221

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50178036)作者简介:毛锋(19632),男(汉),山东,研究员。

.tsinghua.edu.cnE2mail:maofeng@mail

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数据模型包括规划工作所需要的地图数据(包括1󰃘500、1󰃘1000、1󰃘2000、1󰃘5000和1󰃘10000等比例尺的基础地图数据和人口、交通、地下管线等专题数据)、遥感数据(主要是作为设计背景的正射影像,片种包括黑白、彩红外和真彩色等)、城市规划数据(包括总体规划数据、分区规划数据、详细规划数据、规划控制数据、交通规划数据、城市现状调查数据等)、社会经济数据(社会经济统计数据、社会经济现状数据、人文历史数据等)。业务模型主要是实现在城乡规划的各个阶段为规划师提供强有力的技术支持,包括支持从前期资料收集整理到成果出图,从小范围的详细规划到大的区域规划,从城市设计到管理,从综合性的总体规划到专业性的专项规划,从项目选址到可持续发展战略制订等。

功能模型包括以下4个方面。

1)综合数据管理:采用空间数据库方式实现对数字形式的图形数据、图像数据、社会经济数据统一进行获取、建库、更新;采用地理编码技术实现空间数据和非空间数据的集成融合。2)地理空间分析:提供灵活的信息查询机制帮助规划设计人员实现调用不同分辨率的遥感影像和多种比例尺地图数据,快速、全面地获取研究区域的现状资源与环境的信息;提供二维、三维通用空间分析环境,使规划设计人员能够从不同角度对所规划的区域进行充分的研究、分析。

3)辅助规划设计:能够充分利用GIS的集成能力,实现将GIS、OA(officeautomation)、CAD(computerassistantdesign)系统有机集成,实现城乡规划业务中辅助设计与规划用地、建筑管理的有机结合,从而能够在一个统一的环境中解决规划辅助设计、文档的跟踪、流程自动化以及空间分析等问题。

4)规划决策支持:提供规划方案的设计、评价和优化的高级决策支持,提供各种综合评价分析模型,方便准确地进行规划方案的制定、比较,并提供辅助分析、评估和多媒体的表达。

2)数据存储与管理层(管理层)

管理层实现空间数据库的管理维护。

3)数据分发与服务层(服务层)

服务层实现面向城乡规划的服务,并采用有效的手段分发数据,以满足不同层次的规划需求。

4)数据增值与应用层(应用层)应用层是前3个层的基础上的应用系统,包括前2个层次基础上的各类专家系统以及决策支持系统等。

图1　系统体系框架

2.2　系统研制

本研究利用GIS、RS等现代空间信息技术以及先进的软件构建技术、数据库管理技术,在软件工程的理论指导下,基于组件式技术设计开发了一套实用的城市规划支持平台——“基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统”。根据系统所设定的功能需求,本规划支持系统功能模块划分,见图2。

1)数据管理子系统:基于数据库和GIS󰃗RS技术,可用于规划前期的各种专题信息的收集、整理、建库、更新,为规划设计提供精确、定量的设计依据。

2)综合分析子系统:基于GIS󰃗RS技术提供各种通用的空间分析功能(如缓冲区分析、空间叠置分析、三维分析、网络分析、遥感分析、门槛分析等)。

3)辅助规划子系统:能够提供各种规划专业分析模型,方便准确地计算出各种规划人员所需要的规划指标,如建筑密度、容积率、绿化率以及地块性质等;能提供一套完善的规划专题图生成和管理机制,使得专题图的定制、维护以及基于专题图的分析操作易于实施,还能将规划指标信息方便、快捷地输出到控规图中,使大量的规划成果的输出由系统来自动、高效地完成。

2　系统设计与研制

2.1　框架结构设计

基于系统目标的分析,空间规划支持系统的体系框架分为4层,见图1。

1)数据采集与加工层(数据层)

数据层实现城市基础和规划数据的获取、加工处理、入库与更新(定期更新和临时更新)。

毛　锋,等:　基于GIS󰃗RS技术的城乡空间规划支持系统1497

图2　系统功能模块划分

　　4)决策支持子系统:可提供高级的辅助决策支持功能,其中包括规划实施分析等多个功能模块。

3　系统应用

基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统在研究期间分别应用到宏观尺度、中观尺度和微观尺度。其中,宏观尺度应用于京津冀北地区城乡空间规划,中观尺度应用于青岛市城市空间规划,微观尺度应用于北京市旧城更新改造规划。在每一个研究尺度上,均利用不同分辨率的遥感影像提取城乡空间规划所需要的信息,利用GIS进行数据的可视化管理、查询、分析和显示,在辅助城乡空间规划方面收到了预期效果,验证了基于GIS󰃗RS技术的城乡空间规划

支持系统在实现城乡规划的定性、定量、定位相结合

和规划方案优选方面的良好效用。系统自动、半自动地生成了城乡空间规划所需要的各种专题数据。例如,系统利用GIS的地理编码功能自动建立京津冀北地区文物空间数据库,对古墓葬、古遗址等人文景观进行空间定位,并以增强型专题绘图仪(ETM)影像为底图展示空间分布情况,生成人文景观分布图,如图3所示。系统将北京旧城商业数据与空间数据相融合,利用GIS的统计功能,根据属性信息进行定量分析,自动划定商业中心区的级别,并以Quickbird影像为基底生成了北京内城商业中心分布图,如图4所示。

图3　基于GIS󰃗RS的京津冀北地区人文景观分析

4　结　论

1)基于GIS󰃗RS技术可以建立功能强大的城乡

度,从而为实现城市规划的定性、定量、定位相结合

提供了契机。

2)基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统可以实现规划方案决策编制优选和辅助决策。

空间规划支持系统,有效提高城乡规划的效率、精确

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图4　基于GIS󰃗RS的北京内城商业中心分析

3)基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统研究

[3]

为信息技术特别是现代空间信息技术与城市规划的

融合奠定了基础,产生了城市规划新方法。

总之,基于GIS󰃗RS的城乡空间规划支持系统研究对目前中国的城乡规划有现实意义。可以预见,随着研究的深入及信息技术应用的拓宽,城市规划领域将成为GIS󰃗RS等现代空间信息技术的一个重要应用领域。

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