道路定線技術在北京市規劃道路數據管理系統建設中的應用

秦學秀，張保鋼

(北京市測繪設計研究院，北京 100038)

0 引言

城市道路網是由城市范圍內所有道路組成的一個體系，是城市總平面圖的基本骨架，它是在編制城市總體規劃時擬定的。北京市規劃道路網是北京市城市建設的重要基礎，是城市規劃和城市建設工程的必要保障。經過幾十年的規劃道路定線測繪生產，北京市積累了大量的規劃道路定線測量成果，其成果以卷宗形式保存，查詢以道路名稱或項目編號為索引。隨著北京市城市規劃建設和地理信息技術的迅速發展以及北京市規劃委辦公自動化工作的實施與深入，傳統的數據存儲模式及單一的數據形式已不能滿足規劃設計、審批的需要，無法適應城市建設的快速發展。

為滿足測繪生產、規劃審批、規劃設計和北京市各建設單位的需要，“北京市規劃道路數據管理系統”項目在北京市規劃委立項，并通過了北京市規劃委員會組織的項目鑒定。鑒定結果認為，該項目取得的成果在城市規劃道路數據的可視化管理與實用性方面處于國內領先水平。

1 規劃道路數據內容

1)規劃道路定線條件。它是由規劃行政主管部門開具的，是規劃道路數據生產的重要且唯一的依據。定線條件中主要提供了規劃道路的名稱、起止、條件編號、路寬、確定道路平面位置的測量及計算條件、路口紅線(立交)設置情況、曲線設置情況和平面示意圖等輔助資料。規劃道路每次變更都會附有一個定線條件，隨著道路變更次數的增加，規劃條件也相應不斷增加。

2)規劃道路中線數據。規劃道路中線指道路的中心線，是根據定線條件進行外業測繪并經內業計算確定的道路起點、終點、折點、相交路口(本路與相關規劃道路交叉點)及圓弧段的平面位置。

3)路口紅線(立交)。對于特殊的、復雜的道路路口，定線條件中規定了路口紅線(立交)的圖形范圍及測設、計算條件。依據定線條件，通過外業實測及內業計算，確定路口紅線(立交)的平面位置及對應的屬性信息(路口紅線名稱、紅線曲線元素等信息)。

4)派生紅線。根據中線位置和中線兩側道路寬度推算的規劃路邊線，它是城市規劃審批和城市工程建設中最重要的依據。

在規劃道路中線和路口紅線數據中都包含有曲線元素，一般情況下當道路折點處角I＞3°時，在折點處會設置曲線，如果設置曲線，需要計算該點上規劃路的曲線元素，包括角I、曲線半徑R、切線長T、曲線長L、外距E和圓心坐標O，如圖1所示。

圖1 規劃道路曲線元素Fig．1 Planning road curve elements

2 北京市規劃道路數據管理系統

為了實現規劃路數據的有效組織、更新、管理、高效的空間數據查詢以及數據分發，本文基于ESRI公司的ArcInfo軟件和Map Objects控件，利用Visual Basic開發完成了北京市規劃道路數據管理系統。

系統由規劃道路數據管理子系統和規劃道路數據查詢子系統2部分組成。前者的核心是管理各類規劃道路數據，可以錄入規劃道路中線、紅線數據，同時生成派生紅線數據，并實現對以上數據的增加、修改、刪除等一系列數據維護及管理工作，確保規劃道路數據正確，和現狀保持一致且完整;后者的核心是在后臺產生原始數據的基礎上，瀏覽、查詢、輸出規劃道路中線、路口紅線及派生紅線數據。

系統的功能架構見圖2。

圖2 規劃道路數據管理系統功能架構Fig．2 Funetion framework of planning road data management system

3 數據庫建設

3．1 規劃路數據庫組織

遵循分類分層的原則，將規劃路數據分為中線、紅線、派生紅線、規劃條件4個專題。其中，空間數據及各類注記以矢量數據模型存儲;道路中線的屬性信息、道路中線點的曲線信息、道路中線段的屬性信息、紅線的屬性信息等則以數據庫表的形式存儲。空間數據和屬性數據之間通過關鍵字關聯。通過建立數據拓撲，建立起同一專題的圖形與屬性數據、同一專題不同屬性數據及不同專題屬性數據之間合理、有效的連接關系，便于數據的動態更新、查詢輸出及應用。

3．2 規劃路中線數據庫模型。

限于篇幅，僅列出規劃路中線數據庫模型(圖3)。

圖3 規劃路中線數據庫模型Fig．3 Database model on centerlines of planning roads

4 關鍵技術

規劃道路空間數據是一個網狀圖形，相互關聯多，每一個坐標點代表道路的變寬或轉折處，每一個交叉點代表一個路口，所以每增加或廢除一條路就會增加或減少若干個路口，每一條路的變更，都會引起許多相關道路的圖形和屬性變化。

規劃道路的屬性信息較多且相互關系復雜。每一條道路都有道路綜合信息，如路名、起止點、路寬的綜合描述、路網名稱、與道路對應的多個條件編號等;有路段屬性信息，如路寬、長度、方位、曲線半徑及與之對應的圓心坐標、路段描述信息等;還有點屬性信息，如點名、曲線設置信息及與之對應的曲線半徑和曲線元素信息、立交設置信息及與之對應的立交名稱和立交紅線信息等。每一條道路與其他道路通常會有多個交叉路口，交叉路口可能會設有多個曲線、立交，所以交叉路口承載了多條路的屬性信息。另外，規劃道路數據中存在著一些不規范的數據，構成特例，需要給出專門的處理方法。

4．1 數據庫設計中的關鍵問題

4．1．1 中線條件編號表的設計

每條規劃道路至少對應一個規劃條件編號，隨著道路變更次數的增加，規劃條件編號也不斷增加。所以規劃道路的條件編號個數在設計時是無法確定的。為了滿足條件編號的動態增加，減少數據冗余，特設計了規劃道路中線條件編號表，通過規劃道路中線屬性表和條件編號表中的關鍵項，建立每條規劃道路中線屬性與其他多個條件編號的關聯。

4．1．2 中線點屬性表中曲線標識設置

曲線標識是用于說明某點中線和紅線曲線設置情況的代碼。規劃道路中線的折點或交叉路口如果設置曲線，可有以下幾種不同情況:①規劃條件給出中線半徑，中線和兩側紅線均設置曲線;②規劃條件給出中線半徑，中線和一側紅線設置曲線，另一側紅線不設曲線;③規劃條件給出中線半徑，中線設置曲線，中線兩側紅線不設曲線;④規劃條件給出中線半徑，中線不設曲線，中線兩側紅線設置曲線。

為了能準確表達曲線設置情況，便于系統自動識別并自動計算曲線元素，設計了曲線標識字段。曲線標識設為3位碼，第1位標識左紅線，第2位標識中線，第3位標識右紅線(以規劃條件中給定的道路中線走向為前進方向，中線左側為左紅線，右側為右紅線)。1表示設曲線，0表示不設曲線。例如:111表示中線及兩側紅線均設曲線，010表示中線設曲線，兩側紅線均不設曲線，110表示中線及左側紅線設曲線而右側紅線不設曲線，011表示中線及右側紅線設曲線而左側紅線不設曲線。

4．1．3 中線點屬性表中曲線位置標識設置

曲線位置用于說明某道路中線交叉點上曲線位置的設置情況，本系統設為8位碼。格式為“cang1．ang2”或“rang1．ang2”，其中 c說明規劃定線條件中所給半徑為中線半徑，r說明規劃定線條件中所給半徑為紅線半徑，ang1和ang2為與所設曲線相切的2路段的方位(度)，方向應為從交叉點位置向外的方向。舉例如圖4所示。

圖4 曲線位置標識Fig．4 Identifier for curve position

例1:某路中線略圖如圖4(a)。折1點曲線位置標識為“c267．150”。含義:折1設曲線，中線半徑為500 m，半徑設在267°方位和150°方位之間，半徑值500存儲在與位置標識相對應的半徑字段中。

例2:某路交叉路口略圖如圖4(b)。O點為A路與B路的交叉路口，該路口設有2條曲線，圖中標注的半徑均為紅線半徑。在A路中，O點曲線錄入2條曲線位置標識:曲線位置標識1為“r225．15”;曲線位置標識2為“r225．140”。半徑值600和1 000分別存儲在與位置標識相對應的半徑1和半徑2字段中。而在B路中，由于B路與A路相交，O點曲線同樣需要錄入2條曲線位置標識:曲線位置標識1為“r225．15”;曲線位置標識2為“r225．140”，程序可根據曲線位置標識自動獲取相應的半徑值。

例3:如果一條路中線(直線)與另一條路中線(曲線)相交，那么曲線位置標識取值應為“r方位角(直線段)．曲”或“c方位角(直線段)．曲”。如圖4(c)所示情況，曲線位置標識應為“r270．曲”。

4．1．4 規劃道路中線點屬性表中非正常曲線標識設置

非正常曲線(標識為1)是相對于正常曲線(標識為0)而言的。一般正常曲線，曲線設置的位置明確，有確定的半徑、路寬，程序可以根據以上條件自動計算其曲線元素值。非正常曲線則計算條件不明確，需要人為根據具體情況個別處理計算其曲線元素值。所以正常曲線只需要錄入其半徑值，而非正常曲線則需要將曲線元素值全部錄入。非正常曲線的3種形式舉例如圖5所示。

圖5 非正常曲線示例Fig．5 Sample of abnormal curve

例4:某路折1設有曲線，中線半經為1 000 m，如圖5(a)所示。曲線設在折1，那么圓弧應與“折1—A”路段和“折1—折2”路段相切;而圖5(a)中的圓弧是與“A—折1”路段和“折2—B”路段相切的，與“折1—折2”路段并不相切。

例5:某路折1設有曲線，半經為500 m，如圖5(b)所示。“A—折1—B”為道路中線。曲線設在折1，那么圓弧應與“A—折1”路段和“折1—B”路段相切。而圖4(b)中的圓弧是與“A—折 1”路段和“D—C”輔助線相切的，與“1—B”路段并不相切。

例6:某路路寬30 m，計劃向兩側擴展。折1設有曲線，中線半經為1 000 m，如圖5(c)所示。根據該路路寬，南、北曲線應分別設在中線以南15 m和中線以北15 m處，即，北紅線R=1 015 m，南紅線R=985 m。而實際上南、北曲線分別設在了中線以南25 m和中線以北25 m處(圖5(c))中虛線所示，即，北紅線R=1 025 m，南紅線R=975 m。

4．2 系統實現過程中的技術關鍵

4．2．1 曲線元素計算

首先判斷該點是否設置曲線，如果設置曲線，進而判斷是否為正常曲線。如果是正常曲線，在此基礎上通過曲線標識判斷在中線、兩側紅線哪個位置設置曲線;再通過曲線位置標識確定定線條件所給半徑值是中線的或是紅線的。如果是中線半徑，且標識為111，根據中線半徑和中線兩側路寬計算兩側紅線半徑，進而計算曲線元素;如果是中線半徑，且標識為010或110或011，則根據需要選擇計算相應位置曲線元素;如果是紅線半徑，先確定是左紅線還是右紅線，然后直接計算紅線曲線元素。

4．2．2 派生紅線圖形編輯功能實現

派生紅線是城市規劃審批和城市工程建設中最重要的依據，使用頻率最高。然而在資料卷宗中并不存在，只是通過道路寬度來隱含表示。為此在建立規劃道路數據庫時專門增設了派生紅線數據功能。

派生紅線根據中線位置和中線兩側道路寬度推算，同時需要計算并繪制所有折點和道路交叉口曲線，還要與所有立交紅線相銜接。系統編制了一整套圖形編輯工具，自動化程度高，應用于派生紅線數據生成模塊和規劃條件數據生成模塊。派生紅線生成主要步驟如下:

1)曲線元素計算及繪制。首先，只生成派生紅線，但未繪制曲線，如圖6(a);然后，單擊中線交叉點，系統自動計算該交叉路口所有位置曲線元素并繪制曲線，如圖6(b);最后同時自動去除多余線劃并自動注記曲線元素值如圖6(c)。

圖6 路口曲線元素生成Fig．6 Generating of curve element in an intersection

2)路口多余線劃去除。自動生成的派生紅線在路口會有一些多余線劃(圖7(a))需要剔除，選定路口，系統自動剔除多余線劃(圖7(b))。

圖7 去除派生紅線路口多余線劃Fig．7 Removing of duplicate derived redlines in an intersection

4．2．3 規劃路中線圖形輸出功能實現

由于規劃設計和規劃道路資料歸檔的需要，在完成一條規劃道路或一個規劃道路網的作業后，必須輸出紙質規劃道路略圖。該略圖要清楚地表示出每個路段、每個點的空間位置并標注每條路的路名、每個路段的方位、每個點的點名、曲線元素、立交情況等必要信息。如果直接按比例打印輸出，有些極小的路段會表示不出來，相鄰比較近的點會重合。為滿足要求，不能直接使用數據庫中的圖形數據，而需要通過計算重新調整圖形比例關系，繪制規劃道路略圖，保證輸出的紙質略圖能夠完整表達每條規劃道路、每個路段、每個點的空間位置和屬性信息。基于這種思路，系統很好地解決了這一問題。

5 結論

系統完成了紙質成果向信息化產品的轉變，形成了比較完整、科學、合理的生產、入庫、動態更新機制，實現了數據的可視化及數據共享，改變了傳統的數據管理、數據分發模式，提供了高效的數據管理、數據分發手段，提升了信息化管理和服務水平。該項目獲得了中國測繪學會國家測繪局測繪科技進步三等獎。系統應用于北京市地理信息中心、北京市測繪設計研究院資料檔案室及各生產分院，并長期服務于北京市規劃委，多次為北京市規劃院、北京市交通委等政府部門和北京市各建設單位提供規劃道路數據，取得了很好的社會效益和經濟效益。

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