淺析GIS技術在城市規劃中的應用

劉寶華，張立濤

(青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032)

1 引言

城市規劃是為了實現一定時期內城市的經濟和社會發展目標，確定城市性質、規模和發展方向，合理利用城市土地，協調城市空間布局和各項建設所作的綜合部署和具體安排［1］。城市規劃涉及城市建設與管理的各個方面，包括土地利用、人口、安全衛生、經濟產業、公共設施、道路交通、城市更新與保護、景觀風貌規劃等。

GIS(地理信息系統)是對地理環境有關問題進行分析和研究的一門學科，它將地理環境的各種要素，包括它們的空間位置形狀及分布特征和與之有關的社會、經濟等專題信息以及這些信息之間的聯系等進行獲取、組織、存儲、檢索、分析，以解決復雜的規劃和管理問題。

由于GIS技術在空間數據管理與計算方面的特殊優勢，將其引入城市規劃進程中具有歷史必然性［2］。隨著GIS在80年代以來的推廣使用，GIS也越來越多地應用到城市規劃領域并從政府規劃管理向教學科研及規劃設計擴散。隨著城市化進程的加快，傳統的城市規劃手段已遠不能滿足城市飛速發展的需求。同時，各種問題諸如資源缺乏、用地緊張、交通擁擠、能源不足、環境污染等，給城市規劃及GIS應用技術提出了更高的要求。

2 GIS在城市規劃中的應用與分析

2.1 城市規劃設計的發展階段

(1)傳統城市規劃

傳統城市規劃是城市規劃的初級階段。在這個階段采用簡單的、粗略的、基于手工的制作工藝，比如手工制圖、手工量算統計和分析，而且，對于規劃數據結果表現也是采取單一的統計表格。這種規劃方式存在諸多弊端如無法展現區域、城市以及單元地塊之間應有的連續性和整體性，導致了城市擴張的無序以及土地資源的浪費，使自然過程的連續性和完整性得不到保障等。

(2)現狀城市規劃設計

隨著計算機技術及數據庫技術的不斷發展，城市規劃從解放生產力中獲得進步，開始采用計算機輔助制圖;統計方法采用基于數字統計分析，并在定性分析的基礎上加入了計量模型分析;數據保存采用二維統計電子圖表方式［3］。

(3)基于GIS的城市規劃設計

GIS技術的引入，引起城市規劃的變革，規劃和制圖擴展到地理空間。作為GIS的核心與靈魂，空間分析功能得到充分的應用，如圖層疊加、緩沖區、最佳路徑自動配準等，并對各種規劃信息進行了屬性數據庫的管理。GIS技術的應用在城市信息查詢、政府職能部門的辦公自動化以及城市建設的分析評價與科學決策等方面都取得了很好的社會效益和經濟效益。

2.2 城市規劃中GIS應用現狀分析

GIS在城市規劃中是規劃師的數據庫和工具箱［5］。(1)信息查詢與管理

GIS采用層的概念管理屬性數據和空間數據［2］，其中空間數據主要通過地塊來顯示，是圖件部分;與空間相關的各類屬性數據諸如人口規模、經濟總量等數值或文字信息，通過鏈接，在空間上也能把數據和圖表反映出來，將獨立的幾個部分結合在一起。

利用GIS的空間查詢功能對存入計算機數據庫的城市規劃相關的數據諸如基礎地形數據、規劃成果圖、文檔資料等的進行查詢、檢索、統計、輸出，實現管理自動化和標準化，提高城市規劃管理水平。

(2)專題分析

利用GIS的空間量測、空間分析功能，如緩沖區分析、疊加分析、特征提取、鄰域分析等功能，可以進行各種城市規劃專題分析，以減輕規劃分析中的工作量，諸如城市用地規劃平衡分析、城市規劃路網分析、城市規劃綠地分析、城市居住人口規模及其分布狀況分析、城市中救護車分布位置以及行車路線和控制的規劃、區域環境質量現狀評價等，主要以區域綜合研究和全面信息服務為目標［8］，可以有不同的規模，其特點是數據項多，功能齊全，通常具有較強的開放性。

以確定規劃建設用地規模和空間布局為例，利用GIS對城市適宜建設用地進行分析的過程如下:①利用數字地形模型(DTM)數據，計算出規劃范圍內的坡度在30%以下的地區作為可能的城市建設用地范圍;②再利用疊加分析和緩沖區分析，將生態保護用地、基本農田保護區，水域及周邊緩沖范圍從規劃范圍內剔出，不作為可能的建設用地考慮;③建立現狀及規劃道路、現狀城市建設用地范圍不同距離的緩沖區;④將距離現狀和規劃道路以及現狀城市建設范圍較近的可能建設用地作為城市近期建設用地，距離較遠的則作為城市遠期發展用地。

圖1 GIS專題分析輔助規劃審批

(3)輔助城市總體規劃及詳細規劃

從近十年來看，國內城市規劃部門最大量的工作是總體規劃和修建性詳細規劃［9］。在各項指標的統計分析中應用GIS方法，較傳統方法不僅在效率上有極大提高，而其在定量分析的準確性上也有了長足的進步。運用遙感數據及GIS對城市地理空間信息強大的管理和分析功能，進行有關城市總體規劃的各項技術經濟指標分析，完成城市規劃指標計算，輔助城市用地選擇和建設項目合理選址;確定詳細規劃范圍內的道路紅線、道路斷面以及控制點的坐標、標高;合理安排各項工程管線、工程構筑物的位置和用地等［3］。

3 城市規劃中GIS應用存在的問題

(1)空間數據與屬性數據的存儲問題

空間數據以文件形式進行存儲，而屬性數據以關系型數據庫進行存儲，這種不一致的存儲方式導致兩種數據在界面和內核上不能達成統一，極大影響了數據庫的查詢檢索速度和整個系統的效率。同時還應考慮數據的時間特征和法律特征。

(2)數據組織問題

GIS應用很大程度取決于適當的數據分析及合理的數據組織，而在模型設計中有限的數據比如重要的參數被刪節或被忽略，或由于制圖的需要將現實世界中本應相連的事物斷開等等。于是當我們要建立信息系統時，此類數據往往暴露出諸多問題。

(3)網絡架構問題

目前城市規劃領域多采用傳統的C/S網絡架構，即客戶端/服務器模式，這種架構采用中央服務器來保存各種數據，統一為各個客戶端提供服務。但這種模式日漸暴露出安全性、可靠性、可擴展性等方面的問題，同時不能高效地承載大量的客戶連接。

同時GIS在應用上還存在其他方面的問題，比如基礎數據的收集、供應、更新、共享受到體制、機制、管理的制約;技術難度大，內容繁多，用戶界面不夠友好，普通人不易掌握;規劃師大部分精力浪費在數據庫收集和建立上，真正所需要的分析卻考慮較少;投入高、回報期長等問題需要進一步解決。

4 GIS在城市規劃中的發展趨勢

(1)3S的結合及發展

GIS(Geographic Information System)、RS(Remote Sensing)、GPS(Global Position System)三種技術不斷結合，用來提供直接的數據服務，快速追蹤、觀測、分析和模擬被觀測對象的動態變化，并高精度地定量描述這種變化［3］，實現大范圍、可視化、短周期的動態監測效果。同時，從城市規劃的可持續發展方面，不斷融入了DPS(數字攝影測量)、ES(專家系統)和多媒體技術，有助于實現城市社會經濟與資源環境的協調發展。

(2)GIS與CAD的結合

在20世紀90年代，CAD引領了從手繪圖紙到計算機繪圖的變革。通過CAD繪制的規劃成果圖作為GIS在城市規劃中的數據源，然后利用GIS的空間分析及二次開發功能，建立GIS空間及屬性數據庫。不但從技術方法上，而且在工作思路上，都將會對控規編制乃至整個城鄉規劃帶來重大的影響［10］。

(3)WebGIS的發展

WebGIS是實現GIS互操作的一條最優化途徑，利用Internet技術使GIS更方便靈活地為用戶服務。它實現了數據的分布式存儲，具有動態性、互操作性及跨平臺等優良特性，既保證了城市規劃數據的現勢性，同時極大豐富了城市規劃內容的表現方式。

(4)三維GIS的發展

虛擬現實技術的發展與應用，使城市規劃進程的三維動態建模更加方便，設計成果更加形象和立體。三維GIS能夠將擬建的建(構)筑物及其他設施的位置、高度、外觀、空間形態等要素建立三維仿真模型，通過三維仿真輔助規劃管理系統在已經建立的現狀地物三維場景中進行展示和分析，為城市規劃管理提供科學依據和決策支持。通過三維仿真技術建立城市的真實虛擬環境，能夠真實再現要審批的規劃建筑和現狀建筑的空間關系以及協調一致性，用動態交互的方式對每個建筑設計方案進行身臨其境的全方位審視和對比，還可以有效綜合建設項目不同階段資料以及周邊各種社會、經濟信息進行空間分析，有助于評審專家和決策者更科學的選定合適的規劃設計方案，合理布局，大大提高城市規劃的科學性和前瞻性。

圖2 利用三維GIS進行設計方案對比

5 總結

縱觀GIS技術在城市規劃方面取得的重大進展和豐碩成果，毋庸置疑，GIS技術已經作為城市規劃管理的最為行之有效的輔助工具。在技術日益發達的今天，GIS的成功應用仍需要規劃師、GIS專業人才以及政府等各方面的大力協作，解決GIS應用面臨的各種問題。我們相信，GIS在城市規劃中的應用前景將更加廣闊。

［1］城市規劃［OL］.(2011－3－26)［2011－4－13］.http://baike.baidu.com/view/25963.htm#sub25963

［2］孫海蘭，賴恒友，林春英，劉曉東.淺談GIS技術在城市規劃教學與設計中的應用［J］.中國科技信息，2010(18):290～291

［3］引用GIS在城市規劃中的應用PPT［OL］.(2008－7－19)［2011－4－14］.http://sharp818.blog.163.com/blog/static/10731393200861992337620/

［4］張新長，曾廣鴻，張青年.城市地理信息系統［M］.北京:科學出版社，2001

［5］韓筍生，彭震.GIS在國外城市規劃中的應用［J］.國外城市規劃，2001(1):42～44

［6］B.Rubenstein－Montano.A Survey of knowledge－based information systems for urban planning:moving towards knowledge management.Computers，Environment and Urban Systems，2000，24(2):155 ～172

［7］Curtis N.Thomson，and Perry Hardin.Remote sensing/GIS integration to identify potential low－income housing sites.Cities，2000，17(2):97 ～109

［8］陳俊.GIS中的城市規劃技術及實現研究［D］.華北電力大學，2005

［9］劉月蘭，何新東.試論GIS在城市規劃中的應用［J］.兵團教育學院學報，2001，11(2):57～59

［10］王鈞.GIS技術在現代規劃中的應用［J］.工程技術，2010(30):57