城鄉(xiāng)規(guī)劃科學(xué)決策系統(tǒng)建設(shè)研究

摘 要：通過介紹三維實景數(shù)字化模型系統(tǒng)，闡述該系統(tǒng)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，三維GIS輔助城市規(guī)劃提供科學(xué)有效的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃；三維GIS；空間分析

中圖分類號：F49 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-2589（2012）15-0101-02

一、項目建設(shè)背景

2009年末，哈爾濱市委在十二屆七次全會中提出了“北躍、南拓、中興、強縣”的城市發(fā)展戰(zhàn)略，并明確提出建設(shè)項目必須進行城市設(shè)計，著重強調(diào)了城市設(shè)計的重要性。按照“特色、和諧”的理念以及總體設(shè)計的要求，為提高哈爾濱市城市設(shè)計水平，哈爾濱市在深入研究當(dāng)前國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，組織引進并開發(fā)了哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃科學(xué)決策系統(tǒng)，先后為哈爾濱市松花江沿岸景觀設(shè)計及哈爾濱市百日城市設(shè)計等省市重點項目提供了相關(guān)的技術(shù)支持，并將100余項中觀及微觀城市景觀設(shè)計納入系統(tǒng)，加以三維輔助分析，為城市設(shè)計提供了更加科學(xué)化的依據(jù)，起到了重要的輔助決策作用，從而提高了規(guī)劃審批的工作效率，系統(tǒng)成果總體達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃科學(xué)決策系統(tǒng)是運用計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)對城市空間實體的重建和模擬，準(zhǔn)確地描述城市立體空間布局，實現(xiàn)對城市建筑形態(tài)、單體建筑立面及色彩等多要素的有效控制。目前，北京、南寧、廣州、廈門、重慶、武漢等國內(nèi)大城市都已超前謀劃并大力投入，將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、建設(shè)、管理、交通、旅游等行業(yè)中，讓城市空間信息在服務(wù)、分析、決策和展示能力方面上一個新的臺階，取得了良好的效果。

二、項目建設(shè)解決的問題

哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃決策系統(tǒng)的建設(shè)，可以將規(guī)劃局目前建筑方案的二維審批模式轉(zhuǎn)變到三維審批并輔助規(guī)劃決策，并可利用GIS和VR技術(shù)，以3D建?；蛹夹g(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，如實表現(xiàn)三維信息；建成后的系統(tǒng)可應(yīng)用于城市街景景觀設(shè)計和規(guī)劃方案成果的比選，通過調(diào)整建筑單體的紋理、位置、形體、高度、然后輸出規(guī)劃效果圖，甚至是多媒體的動畫展現(xiàn)，決策者還通過在三維的場景中任意漫游，可以發(fā)現(xiàn)許多不易察覺的設(shè)計缺陷，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無法挽回的損失與遺憾，從而打破規(guī)劃設(shè)計在地理空間信息表達和處理方面的限制。

一是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以應(yīng)用于規(guī)劃局業(yè)務(wù)審批系統(tǒng)，利用GIS和VR技術(shù)，以3D建?；蛹夹g(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，輔助建筑單體設(shè)計方案審批。

二是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對規(guī)劃方案、建筑方案的多屏比較，城市景觀設(shè)計的直觀比選。

三是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以輔助城市街景景觀設(shè)計和方案審批，在真三維立體空間中實現(xiàn)城市道路景觀規(guī)劃，對城市街道設(shè)施和廣告等街道小品進行空間信息化管理，輔助城市色彩和燈光照明效果分析等三維街景信息化管理。

四是通過城市三維規(guī)劃輔助決策支持系統(tǒng)，可以用于公眾服務(wù)，將城市三維數(shù)據(jù)和重點項目的規(guī)劃方案及成果進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

三、科學(xué)決策系統(tǒng)功能及特點

科學(xué)決策系統(tǒng)具有模型編輯、空間測量、查詢統(tǒng)計、動畫導(dǎo)航、交互瀏覽、鷹眼導(dǎo)航、控高分析、日照分析、通視分析、視域分析、指標(biāo)分析、拆遷分析、綠地分析、方案對比、視覺走廊、設(shè)施管理、色彩分析、街景斷面分析、三維發(fā)布、搜索定位、項目評價、二三維聯(lián)動規(guī)劃審批等二十多項功能。系統(tǒng)對于直觀展示城市規(guī)劃及現(xiàn)狀提供了豐富的手段。

系統(tǒng)對客觀世界的表達能給人以更真實的感受，它以三維立體視角給用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能夠表達空間對象間的平面關(guān)系，而且能描述和表達它們之間的垂向關(guān)系。三維實景數(shù)字化模型輔助系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到空間查詢和建模分析都建立在三維數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上的地理信息系統(tǒng)。三維實景數(shù)字化模型輔助系統(tǒng)通過有效集成各種現(xiàn)有規(guī)劃管理服務(wù)，并逐步融入傳統(tǒng)的規(guī)劃審批流程中。

主要特點如下：

一是系統(tǒng)將二、三維GIS結(jié)合到一起。將傳統(tǒng)的二維GIS中的一維、二維對象置于三維立體空間中，存貯它們的真實幾何位置與空間拓撲關(guān)系，以表現(xiàn)這些對象在垂直方向上的變化和與其他對象之間的拓撲關(guān)系。無論在對象的建立、編輯、修改、存儲的過程中，還是在對它們進行空間操作或輸出分析結(jié)果時，系統(tǒng)都提供可視化的支持，從而創(chuàng)建真正的基于問題域的交互式可視化場景。

二是系統(tǒng)具備三維空間數(shù)據(jù)庫管理。三維GIS的核心是三維空間數(shù)據(jù)庫。它可由擴展的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或由面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來存儲和管理三維空間對象。

三是三維空間分析。在二維GIS中，空間分析是GIS區(qū)別于CAD和科學(xué)計算可視化的特有功能。在三維GIS中也同樣如此?？臻g分析三維化，也就是直接在三維空間中進行空間操作與分析，使三維GIS明顯地不同于二維GIS，同時在功能上也更加強大。

四是該系統(tǒng)與現(xiàn)有規(guī)劃業(yè)務(wù)流程較好地結(jié)合。

五是系統(tǒng)具備較好的人機操作界面。規(guī)劃者能夠簡單、便利地使用系統(tǒng)，對建筑、環(huán)境的規(guī)劃審批提供輔助支持。

四、三維數(shù)據(jù)模型分類

第一，地形模型，包括：地形三維模型建模包含山體、水系和植被等地形地貌。

第二，建筑模型，包括：各類地上建筑物、各類地下建筑物、其他建（構(gòu)）筑物等。

第三，交通設(shè)施模型，包括：道路、鐵路及橋梁、道路附屬設(shè)施等。

第四，其他模型，包括：其他模型主要包括除地形、建（構(gòu)）筑物、交通設(shè)施以外的城市要素，可分為輔助系統(tǒng)和美化系統(tǒng)等兩個大類。

五、網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)更新與維護

網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、三維場景模型的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和應(yīng)用服務(wù)。實現(xiàn)城市級海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的更新與維護。

一是對影像、地形的增量與批量發(fā)布服務(wù)、管理。包括：城市級海量影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的發(fā)布與管理；城市分區(qū)影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的增量發(fā)布與管理；城市分區(qū)影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)的批量發(fā)布與管理；對已發(fā)布的地形數(shù)據(jù)的刪除管理；

二是三維模型數(shù)據(jù)增量發(fā)布與更新。系統(tǒng)應(yīng)具備全場景模型發(fā)布和局部場景模型增量發(fā)布能力。增量發(fā)布時，系統(tǒng)僅將新增的或被編輯過的模型數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布處理，從而僅更新制作平臺中有變化的數(shù)據(jù)。

三是屬性數(shù)據(jù)單獨更新與維護。在網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)庫中，二維屬性信息與三維模型信息是分別存儲的。對屬性信息的更新，用戶可以在后臺進行屬性信息的編輯。還可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，更新全部屬性信息或部分屬性信息，使網(wǎng)絡(luò)平臺與制作平臺的屬性信息保持一致。

六、項目建設(shè)的作用

一是運用現(xiàn)代科技手段服務(wù)于“北躍、南拓、中興、強縣”發(fā)展戰(zhàn)略，為各級領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)決策及三維展示平臺；

二是哈爾濱市今后城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、交通、旅游等行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、可視化管理的基礎(chǔ)；

三是城市規(guī)劃、建設(shè)、管理等各類業(yè)務(wù)和會議的交流平臺；

四是全面展示城市總體規(guī)劃、詳細規(guī)劃、專項規(guī)劃、城市設(shè)計等各層面規(guī)劃成果；

五是哈爾濱市城市規(guī)劃展館數(shù)字沙盤建設(shè)的前提條件；

六是將成為哈爾濱市提升城市形象和招商引資的重要展示手段；

七是公眾參與城市規(guī)劃，作為愛城市、愛家鄉(xiāng)的載體；

八是系統(tǒng)作為城市信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，將在城市道路、交通、旅游、應(yīng)急、電信、醫(yī)療、商業(yè)、公共安全、數(shù)字警務(wù)、市政管線、數(shù)字國土、數(shù)字房產(chǎn)、數(shù)字城管等方面發(fā)揮重要作用；

九是保留城市發(fā)展和變遷的軌跡。將城市發(fā)展和建設(shè)的歷史、現(xiàn)狀和規(guī)劃通過三維系統(tǒng)進行表現(xiàn)和保存，對城市的發(fā)展進行對比，展現(xiàn)城市建設(shè)發(fā)展的輝煌成就，是城市發(fā)展的寶貴歷史資料。

七、系統(tǒng)與城市設(shè)計的關(guān)系

系統(tǒng)將城市設(shè)計概念引入規(guī)劃建設(shè)管理，從空間尺度、形體尺度、色彩關(guān)系等方面，以城市三維空間的角度，利用三維輔助決策系統(tǒng)在空間環(huán)境中分析建設(shè)項目的功能，協(xié)調(diào)交通布局，建設(shè)項目與周邊的相互關(guān)系，使項目功能性與審美性相統(tǒng)一，并與整體環(huán)境相一致。系統(tǒng)面向城市規(guī)劃和城市設(shè)計，借助基礎(chǔ)三維數(shù)據(jù)庫、城市規(guī)劃管理信息庫等海量數(shù)據(jù)，虛擬再現(xiàn)城市真實環(huán)境，利用空間三維分析功能，讓城市空間信息在服務(wù)、分析、決策和展示能力方面上一個新的臺階。

城市設(shè)計是從宏觀、中觀和微觀三個層面實現(xiàn)城市規(guī)劃布局、城市面貌、城市功能以及公共空間的和諧布局和分布的。三維虛擬空間的構(gòu)建，保障了系統(tǒng)與城市設(shè)計空間關(guān)系的匹配；同時，通過時間序列的引入，使三維虛擬現(xiàn)實空間與時間完美結(jié)合。城市三維空間展示與輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)來源于對現(xiàn)實的再現(xiàn)和對未來的正確推演，針對城市設(shè)計的三個層面，構(gòu)建了合理的功能體系。

第一，宏觀層面。系統(tǒng)用模擬的方式引入時間序列，通過模型時間屬性的變換，重現(xiàn)城市過去、展示現(xiàn)狀及推演未來。同時系統(tǒng)對單一場景也納入了季節(jié)天氣等因素，力求多時態(tài)、多視角、多方位地展示城市風(fēng)貌，以變化的眼光去認識城市、讀懂城市，以動態(tài)的應(yīng)用去輔助城市設(shè)計。

第二，中觀層面。系統(tǒng)針對中觀層面城市設(shè)計的重點提供了控高分析、城市天際線控制等功能，可以對城市空間的基本比率、城市空間的分布層次進行總體控制與決策，讓設(shè)計者和決策者以三維模式直觀地反映城市空間分布的特點和區(qū)域，合理地協(xié)調(diào)城市空間分配。

第三，微觀層面。系統(tǒng)提供了對微觀空間信息的各類分析方法，如分析建筑日照情況的日照分析、建筑物視閾分析、通視分析以及設(shè)計方案對比等實用功能，能夠有效地輔助城市設(shè)計的進行。

（責(zé)任編輯：陳雅莉）