GIS 三維模型在城市規(guī)劃中的應(yīng)用

陸童 丁靜

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

1 研究區(qū)概況

富民縣位于云南省中部,省會昆明市的西北部,東經(jīng)102°12′～102°47′,北緯 25°08′～25°36′之間。 縣境呈不規(guī)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(qū)域位于富民縣的南側(cè),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(zhì)的旅游休閑名鎮(zhèn)——富民新城。

2 GIS技術(shù)在城市總體規(guī)劃中的應(yīng)用

基于GIS的城市總體規(guī)劃信息管理系統(tǒng),不僅具備一般MIS系統(tǒng)的報表和統(tǒng)計功能,而且還具有空間分析功能,用戶可以根據(jù)不同的要求來對城市信息進行分類統(tǒng)計,構(gòu)建相應(yīng)的土地利用專題,直觀了解土地利用現(xiàn)狀及分布情況;用戶還可以通過系統(tǒng)提供的緩沖區(qū)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(guī)劃方案進行優(yōu)選,這一切是實施城市規(guī)劃管理土地用途管制的主要技術(shù)手段。

城市總體規(guī)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(shù)可以成為土地數(shù)據(jù)管理、更新、評價的有力工具。應(yīng)用GIS技術(shù),可以建立覆蓋整個行政區(qū)域的數(shù)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(zhuǎn)景觀模型,使得修訂城市總體規(guī)劃更具有現(xiàn)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(guī)則分布的離散數(shù)據(jù)點,按優(yōu)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(shù)據(jù)格式在概念上類似二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中帶拓撲結(jié)構(gòu)的矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。TIN是根據(jù)不規(guī)則三角網(wǎng)的算法來實現(xiàn)的,在眾多不規(guī)則三角網(wǎng)生成算法中,Delaunay三角網(wǎng)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用,Delaunay三角網(wǎng)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(yīng)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(wǎng)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(guān)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(jù)所需突出表現(xiàn)的主題調(diào)整顏色級數(shù)和色階,如要表現(xiàn)規(guī)劃區(qū)塊,則用綠色遞減色階即可。也可將3D模型TIN轉(zhuǎn)成DEM文件。

3.2 研究區(qū)三維顯示

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

對于含有現(xiàn)狀的三維效果圖,Base Heights賦值為主題的基本高程值,所有的區(qū)塊都將建立在此給定的基準高程上。高程的偏移量設(shè)為0,并在延伸命令選擇Adding to Base Height。最后調(diào)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(guī)劃

三維城市規(guī)劃還將在實時漫游的基礎(chǔ)上實現(xiàn)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(xiàn)各種信息的二維查看、查詢和測量等一系列功能;實現(xiàn)二維與三維的交互性查看、漫游。利用數(shù)據(jù)模型的一些特點進行相應(yīng)的加工處理,要實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與模型庫的對應(yīng)關(guān)系,同時要實現(xiàn)對各種信息的查詢、調(diào)用、分析和處理,就必須利用GIS及相關(guān)工具建立一個高效率的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)豐富的查詢和分析、決策功能。

本項目地處山區(qū),研究區(qū)域面積達到2 100 hm2,但是地形對選址的限制較大。從城市規(guī)劃規(guī)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(qū)等自然限制區(qū)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(nóng)田等約400 hm2。

規(guī)劃選址過程中,水庫及大壩泄洪影響區(qū)屬于不可占區(qū)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(jié)約投資盡量避開,僅在微小區(qū)域進行調(diào)節(jié);基本農(nóng)田過于分散,規(guī)劃選址占用基本農(nóng)田不可避免,響應(yīng)國家政策,在保證290 hm2基本農(nóng)田用地的基礎(chǔ)上,對基本農(nóng)田進行規(guī)整性合并。最終根據(jù)GIS地形分析圖,選定4個地塊,總面積約880 hm2。

5 結(jié)語

城市總體規(guī)劃是我國實施土地用途管制的主要依據(jù),是對土地資源的開發(fā)、利用和整治、保護在時間和空間上所作的總體的、戰(zhàn)略的安排。在GIS技術(shù)支持下建立城市總體規(guī)劃管理信息系統(tǒng),將會加強土地利用總體規(guī)劃的實時管理和動態(tài)實施,是城市土地管理工作面臨信息時代基礎(chǔ)的、必然的步驟。基于GIS的城市總體規(guī)劃信息管理系統(tǒng),不僅具備一般MIS系統(tǒng)的報表和統(tǒng)計功能,而且還具有空間分析功能,用戶可以根據(jù)不同的要求來對城市信息進行分類統(tǒng)計,構(gòu)建相應(yīng)的土地利用專題,直觀了解土地利用現(xiàn)狀及分布情況;用戶還可以通過系統(tǒng)提供的緩沖區(qū)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(guī)劃方案進行優(yōu)選,這一切是實施城市規(guī)劃管理土地用途管制的主要技術(shù)手段。

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