數(shù)字城市規(guī)劃中異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同探討與實踐

陳世宏，姜波，陳祥蔥

(哈爾濱勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010)

1 引言

城市規(guī)劃是根據(jù)國家方針、計劃、政策及城市所在地區(qū)的自然條件、歷史情況、現(xiàn)狀條件等布置城市體系，確定城市性質(zhì)、規(guī)模和布局，統(tǒng)一規(guī)劃、合理利用城市土地。上世紀90年代以來，我國進入了加速城市化建設(shè)時期，在這一階段，哈爾濱城市規(guī)模急劇擴張，人口快速增長。為滿足城市發(fā)展要求，哈爾濱市同步開始城市規(guī)劃信息化建設(shè)，其建設(shè)內(nèi)容分為橫向和縱向兩個層面:

(1)橫向建設(shè)

城市規(guī)劃包含諸多平行的功能域，如設(shè)計、報建、審核、測繪等，這些職能分屬于不同的部門(包括設(shè)計單位、聯(lián)審大廳、規(guī)劃局審批部門、執(zhí)法大隊等)。橫向建設(shè)主要面向管理需求，以職能部門為用戶對象，側(cè)重于流程標準化和數(shù)據(jù)規(guī)范化。

(2)縱向建設(shè)

縱向需求來源于規(guī)劃管理職能的從屬關(guān)系，且該關(guān)系決定了信息的有向流動，即由各部門逐漸匯集于領(lǐng)導(dǎo)決策層，從更高的層次上實現(xiàn)城市規(guī)劃的管理與決策。

哈爾濱市規(guī)劃局在進行充分需求分析的前提下，利用數(shù)字城市建設(shè)的有利契機，構(gòu)建了城市規(guī)劃管理GIS體系，在滿足橫向應(yīng)用的同時，逐步向縱深決策方向發(fā)展。本文以哈爾濱市城市規(guī)劃GIS體系建設(shè)實踐為例，探討數(shù)字城市異構(gòu)系統(tǒng)間信息與功能的協(xié)同，實現(xiàn)面向管理的應(yīng)用系統(tǒng)向綜合輔助決策的轉(zhuǎn)變。

2 城市規(guī)劃GIS體系建設(shè)

以規(guī)劃電子報批(審批)系統(tǒng)建設(shè)為標志，哈爾濱開始了規(guī)劃信息化建設(shè)。此后分階段完成了城市規(guī)劃地理信息系統(tǒng)、數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)、三維規(guī)劃審批等系統(tǒng)建設(shè)，體系構(gòu)成如圖1所示。

圖1 城市規(guī)劃GIS體系

(1)規(guī)劃電子報批(審批)系統(tǒng)

規(guī)劃電子報批(審批)系統(tǒng)是在AutoDesk公司的AutoCAD平臺上進行定制開發(fā)完成，系統(tǒng)包括報批模塊和審批模塊，前者面向設(shè)計單位，以標準化的方式體現(xiàn)設(shè)計方案及指標表;后者面向?qū)徟块T，主要對設(shè)計方案的指標、參數(shù)進行審核驗證。規(guī)劃電子報批(審批)從數(shù)據(jù)源上實現(xiàn)了數(shù)字化，是城市規(guī)劃信息化建設(shè)的基石。

(2)規(guī)劃地理信息系統(tǒng)

規(guī)劃地理信息系統(tǒng)于2004年建設(shè)，其目標是與規(guī)劃管理信息系統(tǒng)協(xié)同，完成城市規(guī)劃的日常審批工作。該系統(tǒng)進行了4期建設(shè)，其中一期和二期完成了規(guī)劃信息建庫及城市規(guī)劃信息發(fā)布，三期、四期完成規(guī)劃電子報批數(shù)據(jù)接入，并引入了三維應(yīng)用。規(guī)劃地理信息系統(tǒng)建成了覆蓋城市總體規(guī)劃、控詳規(guī)劃、電子報批、用地界線等信息的綜合數(shù)據(jù)庫，并運用WebGIS、RS等技術(shù)手段實現(xiàn)與規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)協(xié)同，已成為城市規(guī)劃審批的日常性輔助工具。

(3)數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)

數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)于2008年建設(shè)，其目的是實現(xiàn)城市規(guī)劃監(jiān)察執(zhí)法的數(shù)字化。該系統(tǒng)以規(guī)劃審批數(shù)據(jù)為依據(jù)，運用VRS、GIS、無線通信等技術(shù)，實現(xiàn)城市規(guī)劃監(jiān)察數(shù)字化執(zhí)法、現(xiàn)場辦公、現(xiàn)場處置與行政審批同步，有效提升了城市規(guī)劃監(jiān)察執(zhí)法的科學(xué)性和執(zhí)法效率［3］。

(4)三維規(guī)劃審批系統(tǒng)

三維規(guī)劃審批系統(tǒng)于2010年開始建設(shè)，系統(tǒng)運用三維虛擬現(xiàn)實、GIS等技術(shù)，提供了日照、視域、控高、方案對比等多種分析功能，實現(xiàn)了三維可視化的規(guī)劃審批。

整個GIS體系覆蓋了城市規(guī)劃批前、審批及批后管理，屬于城市規(guī)劃信息化的橫向建設(shè)內(nèi)容。三維規(guī)劃審批系統(tǒng)是整個GIS體系的總綱，在信息綜合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了縱向輔助決策的部分職能。現(xiàn)階段城市規(guī)劃GIS體系逐漸傾向于城市規(guī)劃輔助決策建設(shè)。

3 異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同

在哈爾濱市城市規(guī)劃GIS體系中，由于建設(shè)時間不同，面向的應(yīng)用需求不同，在技術(shù)平臺、體系架構(gòu)及應(yīng)用模式等方面均存在較大的差異。這種管理職能差異導(dǎo)致的系統(tǒng)異構(gòu)為信息職能綜合應(yīng)用帶來了極大障礙，所有系統(tǒng)雖屬一個體系，但卻無法形成有效協(xié)同。為整合已建成的應(yīng)用系統(tǒng)，我們從數(shù)據(jù)和系統(tǒng)兩個級別來實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同。

3.1 數(shù)據(jù)協(xié)同

數(shù)據(jù)是信息的載體，從本質(zhì)而言，城市規(guī)劃的信息是具有統(tǒng)一性的。數(shù)據(jù)異構(gòu)影響因素為數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)協(xié)同的主要工作為數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換與標準化。

在現(xiàn)有體系中，存在三類數(shù)據(jù):CAD線劃數(shù)據(jù)、GIS空間數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)，分別存在于電子報批(審批)系統(tǒng)、規(guī)劃地理信息系統(tǒng)和三維規(guī)劃審批系統(tǒng)。協(xié)同策略為以空間數(shù)據(jù)(Shapefile)為鏈接點，將CAD線劃數(shù)據(jù)通過二次生產(chǎn)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)，并建立三維模型與空間數(shù)據(jù)的匹配映射。

CAD線劃數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于電子報批(審批)系統(tǒng)，除空間位置表達外，還承載了經(jīng)濟指標、設(shè)計方案等內(nèi)容，無法進行直接的格式轉(zhuǎn)換，必須通過數(shù)據(jù)二次生產(chǎn)完成格式轉(zhuǎn)換與屬性錄入。在完成格式轉(zhuǎn)換的同時，我們建立了哈爾濱市電子報批(審批)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電子報批(審批)數(shù)據(jù)的集中管理。

三維模型雖然在空間位置上與GIS數(shù)據(jù)具有一致性，但由于數(shù)據(jù)單元、存儲模式存在較大差異，基于空間位置的映射無法滿足應(yīng)用要求。為此，我們建立了三維模型編碼體系，通過編碼實現(xiàn)與二維空間數(shù)據(jù)的映射，原理如圖2。

圖2 GIS與模型映射關(guān)系

3.2 系統(tǒng)協(xié)同

異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同是城市規(guī)劃GIS體系整合的核心和難點。系統(tǒng)協(xié)同采用三種模式:

(1)數(shù)據(jù)庫共享

城市規(guī)劃的GIS系統(tǒng)雖然采用不同架構(gòu)，但所有系統(tǒng)均部署于政務(wù)網(wǎng)且為同一領(lǐng)域服務(wù)，在信息訪問、信息共享等方面不存在障礙，數(shù)據(jù)庫共享具備可行性。圖3展示了數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫共享策略，通過數(shù)據(jù)庫共享數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)可以獲取規(guī)劃管理和市地理信息中心的信息資源，與專屬數(shù)據(jù)庫共同支撐數(shù)字監(jiān)察業(yè)務(wù)的運行。

圖3 數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察數(shù)據(jù)庫布局圖

(2)功能適配器開發(fā)

功能適配器屬于定點功能協(xié)同，即通過定制的信息交換接口，由功能適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容和調(diào)用模式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)系統(tǒng)間的雙向協(xié)同。圖4所示為狀態(tài)監(jiān)聽適配器原理圖，通過該功能適配器可以實現(xiàn)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)報批狀態(tài)與數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)中報批狀態(tài)(GIS數(shù)據(jù))同步，由適配器屏蔽了二者在信息結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、調(diào)用接口等方面的差異，實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同。

圖4 狀態(tài)監(jiān)聽適配器原理圖

(3)服務(wù)協(xié)同

無論是數(shù)據(jù)庫共享和功能適配器開發(fā)，均只適用于同一體系、小范圍內(nèi)的系統(tǒng)協(xié)同，為實現(xiàn)范圍更廣、適用性更好的協(xié)同，較為理想的方案為采用基于SOA架構(gòu)的服務(wù)協(xié)同。基于SOA的理念，數(shù)據(jù)、功能均可封裝為服務(wù)，以WebService的方式進行調(diào)用，僅需遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準(OGC等)即可實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同［4］。目前，哈爾濱市正在開展相關(guān)平臺的建設(shè)。

4 城市規(guī)劃決策

“管理就是決策”，這是美國著名管理學(xué)家西蒙的名言。管理體系一般呈金字塔狀，管理層級越高，決策所需求的信息量將呈級數(shù)增加，對輔助決策系統(tǒng)的信息綜合和功能協(xié)同能力要求更高。在綜合考慮信息表現(xiàn)力、數(shù)據(jù)容量和系統(tǒng)協(xié)同能力的前提下，我們選擇三維GIS作為城市規(guī)劃輔助決策的基礎(chǔ)平臺，并以此構(gòu)建了三維城市規(guī)劃審批系統(tǒng)。

在數(shù)據(jù)內(nèi)容上，三維城市規(guī)劃審批系統(tǒng)集基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、規(guī)劃控制數(shù)據(jù)、電子報批數(shù)據(jù)和三維模型于一體，形成城市規(guī)劃“一張圖”;在功能上，系統(tǒng)融合了GIS空間分析能力和三維表現(xiàn)能力，達到所見即所得的目標。系統(tǒng)采用二三維聯(lián)動的方式實現(xiàn)了與規(guī)劃地理信息系統(tǒng)、規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)聯(lián)動，并充分利用三維立體表現(xiàn)能力，加入了日照分析、控高分析、方案對比等功能，從數(shù)據(jù)、指標、感官等多個角度進行審批決策。

圖5 三維規(guī)劃審批方案對比效果圖

三維城市規(guī)劃審批是在信息綜合、系統(tǒng)協(xié)同的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，是整個城市規(guī)劃GIS體系的高級應(yīng)用模式。目前，該系統(tǒng)已在規(guī)劃局決策層獲得了認可，初步實現(xiàn)了輔助決策的建設(shè)目標。

5 結(jié)語

本文簡要闡述了數(shù)字城市在哈爾濱城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用實踐歷程，著重探討了城市規(guī)劃異構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同策略，最后在系統(tǒng)協(xié)同的基礎(chǔ)上，提出了城市規(guī)劃輔助決策的應(yīng)用模式。在數(shù)字城市建設(shè)中，異構(gòu)與協(xié)同，管理與決策的矛盾普遍存在，隨著“數(shù)字城市”逐步進入“智慧城市”，以下兩個方面的問題值得我們深入思考:

(1)政務(wù)綜合是數(shù)字城市建設(shè)的必然趨勢，如何利用現(xiàn)有建設(shè)成果，實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同，滿足政務(wù)綜合對信息和應(yīng)用的需求。其中，基于服務(wù)的協(xié)同方式是一種可行的技術(shù)方案，但其標準和規(guī)范尚待完善;

(2)輔助決策是數(shù)字城市建設(shè)的目標之一，如何將面向應(yīng)用點的管理職能提升為面向整體的決策功能，合理的規(guī)劃管理與決策信息共享與功能交互。

［1］哈爾濱數(shù)字城市科技有限公司.數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)可行性研究報告(內(nèi)部資料)［R］.哈爾濱:2007.

［2］畢碩本，王橋，徐秀華.地理信息系統(tǒng)軟件工程的原理和方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

［3］陳世宏.基于3S技術(shù)的數(shù)字城市規(guī)劃監(jiān)察系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)［D］.武漢:武漢大學(xué)，2010.

［4］龔健雅，杜道生，高文秀等.地理信息共享技術(shù)與標準［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

［5］劉世偉.基于GIS平臺的城市規(guī)劃管理數(shù)據(jù)的組織和研究［D］.上海:同濟大學(xué)，2008.

［6］范江，汪嘉平.城市三維可視化地理信息系統(tǒng)初探［J］.現(xiàn)代測繪，2005(04).

［7］Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson 等.設(shè)計模式—可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.