GIS在歷史文化街區保護規劃中的應用

■原雅捷 ■廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060

地理信息系統空間數據庫的特點相比傳統編制技術具有某些優勢，這使其在歷史文化街區保護規劃中的應用具有可能性;傳統歷史文化街區保護規劃編制的特點及其不足，使GIS應用的研究具有必要性。本文將從數據和數據庫的角度論述GIS空間數據庫在歷史文化街區保護規劃中的應用。

1 相關數據基礎

1．1 保護規劃涉及數據的類型

根據空間數據的性質，GIS應用于保護規劃的相關數據可分為三個主要類型：圖形數據、屬性數據和圖像數據。圖形數據包括建筑、街巷道路、研究范圍等，存儲著地理實體在坐標系的位置以及實體間的空間關系;屬性數據包括建筑的功能、風貌、年代、層數、占地面積等［1］，存儲著地理實體的名稱、類型、特性等定性信息，以及數量和等級等定量信息。

根據存儲類型，GIS在保護規劃中應用的數據可分為柵格數據、矢量數據、文本表格數據和音頻視頻數據等。通常采用矢量數據來描述空間圖形，以柵格數據存儲圖像和描述地形信息。另外，使用圖形數據生成的矢量數據還可按要素類型分為點、線和多邊形等。點要素主要包括古樹、古井等小型環境要素，線要素主要指道路空間軸線，多邊形要素主要包括建筑單體、院落、街區等涉及面積的空間要素。

1．2 數據的采集與處理方法

原始數據的采集方式主要有：文獻資料查閱、現狀地形圖與相關規劃資料、口述歷史、實地踏勘與調查等。首先將前期采集到的圖形數據輸入到GIS空間數據庫中，然后將屬性數據鏈接到圖形數據中，完成GIS空間數據庫的建立。圖形數據主要為CAD繪制的線條，需要分層導入空間數據庫。屬性數據一般存儲在Excel中，鏈接進入數據庫、輸出并完成字段編輯才能轉為GIS分析可用的數據格式。

2 空間數據庫設計

數據庫設計就是將地理實體和信息進行抽象化。現實世界到計算機世界的中間層叫做概念模型［2］，數據庫的概念模型設計包括需求分析、數據分析和專題圖層設計三個方面［3］。

需求分析方面，按照歷史文化街區保護規劃編制的流程，將規劃編制的主要內容總結歸納為現狀數據查詢和簡單分析、深入研究并輔助規劃決策、多方案比選、成果表達和輸出等需求。

數據分析方面，根據系統功能和數據需求，篩選需要入庫的現狀數據。歷史文化街區保護規劃的現狀數據從內容邏輯上可分為自然環境數據、城市空間數據、歷史資源數據、規劃邊界數據等若干類型。

專題圖層設計方面，應根據每個歷史文化街區保護的任務要求和設計管理等需求，決定其空間數據庫專題圖層設計的差異。

3 空間數據庫在歷史文化街區保護規劃中的應用

3．1 圖形顯示與屬性查詢

根據分層設色原理，圖形數據在GIS軟件界面中可以直觀顯示并可根據數據類型的不同，按照不同的符號或色帶進行區分顯示，還可將圖形的屬性數據按照柱狀圖、餅狀圖等方式直接顯示在圖形的位置上。

屬性查詢的實現則由簡到難依次為綜合識別要素、通過屬性查詢要素、通過空間查詢要素等三種方式。

綜合識別要素：使用基礎工具中的識別工具(identify)可以直接查詢圖形的各類屬性。具體做法為：選擇識別工具，然后在地圖上點擊想要查詢屬性的對象，被選中的對象高亮閃爍，同時彈出相應的屬性信息窗口。

通過屬性查詢要素：由于歷史文化街區數據庫要素和屬性數據量較大，直接查詢某一個要素很難滿足進一步分析的需求，因此可使用GIS中的結構化查詢語言(Structured Query Language，SQL)，選擇特定圖層中滿足相應條件的對象，可以準確快速地篩選和查詢特定屬性。例如，在現狀建筑圖層中，輸入使用功能等于辦公的查詢語言，符合條件的現狀建筑被藍色圈選，同時可在屬性表中查看其他屬性，實現空間特征和屬性特征的聯合查詢。

通過空間查詢要素：根據目標圖層和源圖層的空間位置關系，可以選擇滿足特定空間關系的對象，可實現進一步分析的需求，具體的空間關系包括相交、內部、包含、共邊、中心點在內部等等。例如，先選擇一個街區，然后通過中心點在內部的空間關系，可選中位于該街區內部的所有現狀院落。GIS對海量信息的存儲和查詢功能，是實現歷史文化街區保護規劃編制數據分析和管理的基礎。

3．2 簡單的數據統計

按照查詢功能，定義某種查詢條件，在此基礎上進行數學計算和統計，可生成和輸出簡單的數據統計結果，并轉化為圖表顯示。例如，統計歷史文化街區內面積超過50㎡的建筑的個數，還可以進一步以此篩選結果為對象，統計其中不同功能建筑的比例，并生成柱狀圖表達。對數據的定量統計功能可提高保護規劃編制的精確性和可操作性。例如在歷史文化街區保護規劃的經濟測算中，可根據方案統計各地塊的拆遷量，進而算出方案的實施成本，對不同方案進行綜合比較選擇;還可以結合數學模型進行二次開發，計算開發強度［4］。

3．3 利用空間分析輔助決策

GIS強大的空間分析能力是其區別于CAD和科學計算可視化的特有功能［5］。柵格型數據和矢量型數據使用不同的空間分析方法，前者包括聚合分析、復合分析、統計分析和量算等，后者包括緩沖區分析、包含分析、疊加分析、網絡分析、泰森多邊形分析和數據量算等。ArcGIS還集成了多個分析模塊，如空間分析、3D分析、地統計分析、網絡分析、跟蹤分析等，可直接展開專題性更強的多種空間分析［1］。

GIS在歷史文化街區保護規劃中應用時，主要使用到的空間分析方法包括：柵格數據的統計分析和量算，矢量數據的緩沖區分析、包含分析、疊加分析和數據量算，以及空間分析模塊和3D分析模塊中的多項分析功能。

另外，將相關數學模型嵌入GIS系統，可與GIS的空間分析結合，實現更多方面的分析研究。最常用的是使用多因子綜合評價模型評價歷史文化街區建筑價值。

GIS空間分析功能的優勢，可以綜合考慮和疊加分析多種限制條件，避免規劃中完全使用認為主觀判斷的方法，提高規劃決策的科學性。例如，利用GIS現狀基礎數據，規劃者采取不同的分析決策，可提出不同的保護與整治方式;對肌理和建筑高度控制的研究，則是在定量化和三維層面的拓展。

3．4 成果輸出與動態維護

將分析結果按照圖層順序疊加，并設置顯示效果，可快速生成多種專項分析圖以及相應格式的規劃圖則。

在GIS數據庫中，基于第一次規劃建立的數據分析體系，定期對歷史文化街區每一個小尺度戶籍單元進行即時更新，可方便后續分析調整和成果修改，為快速實現漸進性更新和可持續保護提供技術支持，并使持續整治和動態保護成為可能。

4 結語

本文介紹了GIS在歷史文化街區保護規劃編制中應用的核心技術，即數據特點與采集方法、數據庫設計方法，然后對GIS在保護規劃編制中的幾個主要應用方向進行詳細闡述。本文主要結論為：在歷史文化街區保護規劃編制工作中，GIS數據庫可應用于圖形可視化、屬性信息查詢、數據定量統計、更深入的空間分析輔助決策，以及成果輸出和后續維護等方面。

［1］湯國安．地理信息系統空間分析實驗教程［M］．上海：科學出版社，2006．

［2］王珊，陳虹．數據庫系統原理教程［M］．北京：清華大學出版社，2008．

［3］胡明星，金超．基于GIS的歷史文化名城保護體系應用研究［M］．南京：東南大學出版社，2012．

［4］李佳伶．基于ArcGIS的歷史街區建筑保護更新模式研究［D］：［碩士學位論文］．長沙：湖南科技大學建筑與城鄉規劃學院，2010．

［5］艾麗雙．三維可視化GIS在城市規劃中的應用研究［D］：［碩士學位論文］．北京：清華大學建筑學院，2004．