GIS 三維模型在城市規劃中的應用

陸童 丁靜

GIS(地理信息系統)是以地理空間數據庫為基礎,采用地理模型分件方法,適時提供多種空間和動態的地理信息,為地理研究及決策服務的計算機系統。它主要由硬件、軟件、數據和應用四大部分組成。

1 研究區概況

富民縣位于云南省中部,省會昆明市的西北部,東經102°12′～102°47′,北緯 25°08′～25°36′之間。 縣境呈不規則的梯形狀,地勢大致由南向北傾斜,南高北低,山巒起伏。本次研究區域位于富民縣的南側,距離富民縣城約1 km,本次研究的目標為富民縣打造出全新的昆明周邊最高品質的旅游休閑名鎮——富民新城。

2 GIS技術在城市總體規劃中的應用

基于GIS的城市總體規劃信息管理系統,不僅具備一般MIS系統的報表和統計功能,而且還具有空間分析功能,用戶可以根據不同的要求來對城市信息進行分類統計,構建相應的土地利用專題,直觀了解土地利用現狀及分布情況;用戶還可以通過系統提供的緩沖區分析和疊置分析功能,對土地利用情況進行更深層次的分析研究,從而對多種規劃方案進行優選,這一切是實施城市規劃管理土地用途管制的主要技術手段。

城市總體規劃中涉及到的土地的空間特征和屬性特征處于不斷的變化之中,GIS技術可以成為土地數據管理、更新、評價的有力工具。應用GIS技術,可以建立覆蓋整個行政區域的數字高程(DEM)模型,通過 DEM與航空攝影資料的合成,可建立起1∶50 000或1∶10 000的三維立體旋轉景觀模型,使得修訂城市總體規劃更具有現實性和科學性。

3 本項目三維模型的建立及顯示

3.1 三維模型的建立

TIN模型把不規則分布的離散數據點,按優化組合成的三角形面來逼近地形表面。該模型是一種三維空間的分段線性模型,其數據格式在概念上類似二維數據結構中帶拓撲結構的矢量數據結構。TIN是根據不規則三角網的算法來實現的,在眾多不規則三角網生成算法中,Delaunay三角網在國內外得到廣泛應用,Delaunay三角網生成方法主要有逐步生成法、逐點插入法、分割歸并法(分而治之法)等,其中,逐步生成法應用最為廣泛。逐步生成算法的基本思路是,先找出點中相距最短的兩點連接成一條Delaunay邊,然后按Delaunay三角網的判別法則找出包含此邊的Delaunay三角形的另一端點,依次處理所有新生成的邊,直至最終完成。算法的關鍵是如何搜尋“第三點”。

在本研究中,利用Arcview3.2,加載3D Analysis擴展模塊,激活矢量化的等高線圖層,利用convertto TIN功能,自動生成TIN,根據所需突出表現的主題調整顏色級數和色階,如要表現規劃區塊,則用綠色遞減色階即可。也可將3D模型TIN轉成DEM文件。

3.2 研究區三維顯示

三維場景的屬性主要包括三維場景的名稱、創建者、創建日期、制圖單位、二維投影、垂直縮放因子等。

對于含有現狀的三維效果圖,Base Heights賦值為主題的基本高程值,所有的區塊都將建立在此給定的基準高程上。高程的偏移量設為0,并在延伸命令選擇Adding to Base Height。最后調整方向角度輸出三維地形圖(見圖1～圖4)。

4 基于三維模型的城市規劃

三維城市規劃還將在實時漫游的基礎上實現對各種信息進行集成與分析的基本功能,具體來說具備以下幾種主要功能:實現各種信息的二維查看、查詢和測量等一系列功能;實現二維與三維的交互性查看、漫游。利用數據模型的一些特點進行相應的加工處理,要實現數據庫與模型庫的對應關系,同時要實現對各種信息的查詢、調用、分析和處理,就必須利用GIS及相關工具建立一個高效率的數據庫,并使之具備對信息進行搜集、分析、處理和更新的功能,將數據庫中的信息與實時場景中的模型進行綁定,從而達到對各種信息的即查即用,實現豐富的查詢和分析、決策功能。

本項目地處山區,研究區域面積達到2 100 hm2,但是地形對選址的限制較大。從城市規劃規范角度,去除了坡度大于25°、高程大于2 000 m及大壩泄洪影響區等自然限制區約850 hm2;從政策限制角度,研究去除了村莊用地、水庫用地、墳地及基本農田等約400 hm2。

規劃選址過程中,水庫及大壩泄洪影響區屬于不可占區域,嚴禁使用;坡度、高程及村莊等因素,由于工程改造難度大,拆遷成本高,為了節約投資盡量避開,僅在微小區域進行調節;基本農田過于分散,規劃選址占用基本農田不可避免,響應國家政策,在保證290 hm2基本農田用地的基礎上,對基本農田進行規整性合并。最終根據GIS地形分析圖,選定4個地塊,總面積約880 hm2。

5 結語

城市總體規劃是我國實施土地用途管制的主要依據,是對土地資源的開發、利用和整治、保護在時間和空間上所作的總體的、戰略的安排。在GIS技術支持下建立城市總體規劃管理信息系統,將會加強土地利用總體規劃的實時管理和動態實施,是城市土地管理工作面臨信息時代基礎的、必然的步驟。基于GIS的城市總體規劃信息管理系統,不僅具備一般MIS系統的報表和統計功能,而且還具有空間分析功能,用戶可以根據不同的要求來對城市信息進行分類統計,構建相應的土地利用專題,直觀了解土地利用現狀及分布情況;用戶還可以通過系統提供的緩沖區分析和疊置分析功能,對土地利用情況進行更深層次的分析研究,從而對多種規劃方案進行優選,這一切是實施城市規劃管理土地用途管制的主要技術手段。

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