初探地理信息系統對城市豎向設計的應用

凌愛婷

【摘要】現代城市高速發展，城市化進程不斷加快，引發城市一系列問題，也給規劃師們帶來了挑戰。規劃設計師們想要規劃設計與時俱進，精益求精，勢必引入新的技術和科技，來輔助規劃設計。本文通過介紹國外常用的地理信息系統軟件，初步探索其對城市豎向設計的應用，給設計多一份思考。

【關鍵詞】地理信息系統；城市；豎向設計

引言：隨著經濟社會的不斷發展，城市化進程的加快，人類文明進步的同時，也引發了城市一系列的問題，使得傳統的城市規劃和城市管理面臨嚴峻的挑戰。

然而，隨著科學信息技術的產生、發展和應用，地理信息系統也逐漸進入城市規劃設計的應用當中。對于傳統的規劃設計軟件和技術，地理信息系統能更有效利用地形圖中所包含的空間信息，能提供具象的三維可視化空間模擬，能科學合理計算空間三維圖形圖像等等。這一切，促使地理信息系統技術越來越融入到城市規劃設計中。

1、地理信息系統（GeographicInformationSystem）概述

1.1地理信息系統的定義

在各類參考資料上，比較廣泛認同的地理信息系統概念是：地理信息系統由計算機系統、地理數據和用戶組成的，通過對地理數據的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、城市規劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規劃、管理決策服務[1]。

1.2地理信息系統的發展趨勢[2]

當前，GIS正向著集成化、產業化和社會化發展方向邁進，在技術上呈現以下發展態勢。

（1）GIS與RS、GPS的集成（“3S”集成）

“3S”的集成是GIS、GPS和RS三者發展的必然結果。

（2）面向對象技術與GIS結合

GIS一般采用圖形和屬性分開管理的數據模型，即實體的圖形數據用拓撲文件管理，屬性數據用關系數據庫管理，二者通過唯一標志符進行連接。

（3）真三維GIS和時空GIS

地理信息除具有空間特性外，還具有明顯的時序特征，即動態變化特征。在許多GIS應用領域中，如環境監測、地震救援、天氣預報等，空間對象是隨時間變化的，描述和研究空間對象的時序特征在問題的求解過程中起十分重要作用。

（4）GIS與虛擬現實技術的結合

將虛擬現實技術引進GIS將使GIS更具有吸引力，采用虛擬現實中的可視化技術，在三維空間中模擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環境中將能更有效地管理、分析空間實體數據。

當前，GIS的發展趨勢除以上4點外，GIS還與更多的軟件相結合，其目的都是為了讓GIS能更好為人類服務。

1.3地理信息系統的基本功能[3]

廣義的說，地理信息系統是存儲和處理與地理空間分布相關信息的集合，其基本功能有以下六點：

（1）數據采集與編輯

數據采集與編輯功能就是保證各層實體的地物要素按順序轉化為X，Y坐標及對應的代碼輸入到計算機中。

（2）數據存儲與管理

GIS數據庫是區域內一定地理要素特征以一定的組織方式存儲在一起的相關數據的集合。

（3）數據處理和變換

為了保證系統數據的規范和統一，建立滿足用戶需求的數據文件，數據處理是GIS的基礎功能之一。

（4）空間分析和統計

空間分析和統計功能是GIS的一個獨立研究領域，它的主要特點是幫助確定地理要素之間的空間關系，不僅成為區別于其他類型系統的一個重要標志，而且為用戶提供了靈活地解決各類專門問題的有效工具。

（5）產品制作與顯示

GIS產品是指經由系統處理和分析，產生具有新的概念和內容，可以直接輸出供專業規劃或決策人員使用的各種地圖、圖像、圖表或文字說明。

（6）二次開發和編程

GIS的二次開發環境使用戶可以非常方便地編制自己的菜單和程序，生成可視化的用戶應用界面，完成GIS的各項應用功能的開發。

2、地理信息系統對城市豎向設計的應用

2.1城市用地豎向設計

城市用地豎向設計是城市開發建設地區（或地段），為滿足道路交通、地面排水、建筑布置和城市景觀等方面的綜合要求，對自然地形進行利用、改造，確定坡度、控制高程和平衡土石方等而進行的規劃設計。

但是，由于城市的不斷發展，對于土地的利用與開發強度越來越大，一些不易于開發、地形條件較為復雜的土地也被開發利用，以至于傳統的以AUTOCAD以及其相關的二次開發軟件編制的總體規劃與詳細規劃設計對用地豎向設計不滿足或者是達不到要求的深度，開發難度越加大。使豎向設計容易出現道路、地下工程管線不能銜接，橋梁以及架空管線設施凈空不夠，或者場地、建構筑物的排水不暢等一系列問題。因此，引入地理信息系統軟件對地形精確的分析，給城市用地豎向設計帶來全新改變，使之更科學合理。

2.2地理信息系統對城市豎向設計的應用示例

本文以羅定市日用化妝品控制性詳細規劃為例，介紹地理信息系統對城市豎向設計的應用。此控制性詳細規劃場地為山地，山地組成結構復雜，以軟土覆蓋次堅石和堅石，或者是次堅石、堅石直接裸露，嚴重增加場地設計難度和開挖成本。為了降低成本和減少難度，就需要控制性詳細規劃的豎向設計做到更加細致準確。因此，本次規劃設計應用地理信息系統，對場地進行模擬、土石方計算以及場地設計。

（1）制作原始TIN模擬場地。

地理信息系統能夠通過地形圖上的高程點、等高線等信息，生成TIN文件模擬原始地形。TIN是以不規劃三角網的形式創建原始地形，其能夠充分表達地形的結構特征，具有可變的分辨率。生成的TIN文件還可以對地形的高程、坡度、坡向等作分析表達，讓設計師更直觀了解原始地形，從而作出規劃設計。

（2）確定場地的平均標高。

平均標高是場地平整的依據，也是豎向設計的基礎，因為只有在場地的平均標高確定后，才能在此基礎上進行土石方工程量的計算和平衡。

此次控制性詳細規劃通過方格法，以邊長為25m的方格網進行計算，確定場地內的平均標高。然后生成規劃TIN，與原始TIN作疊合計算，求得土石方填挖量。通過整體把握、多次比較與嘗試，以使得土石方填挖量基本平衡。

（3）設計場地具體標高。

在計算土石方填挖量的時候，地理信息系統會生成一幅三種顏色的地圖，其分別代表填、挖和不填不挖。在此基礎上，我們可以清晰把握場地內的整體填挖情況。再根據原始TIN的高程、坡度和坡向，確定場地道路走向與用地劃分。最后根據平均標高和土石方填挖情況，確定道路和用地的具體標高。

（4）場地的土方計算。

通過上述三個步驟，可以得到規劃的高程圖，然后生成新的規劃TIN。用新的TIN與原始TIN作疊合計算，可以得到新的土石方填挖量。在此需要特別注意的是，場地內如果有水塘水面等地形突變的情況，要考慮是否填土。如果填埋，需要考慮填土量；如果作保留處理，則要從TIN中減去。同樣原始TIN也要減去，才能作出準確的土石方填挖量。豎向規劃方案需要通過幾次的調整，盡量使土石方平衡。

3、結語

本文通過介紹地理信息系統的強大功能，初步應用于控制性詳細規劃的豎向設計當中，使地形復雜多變的場地豎向設計更加科學和合理。地理信息系統的功能很多，本人相信其還可應用于更多規劃設計過程之中。只有更加深入認識并學習掌握各方軟件，巧妙應用到規劃設計當中，才能使規劃設計越趨科學成熟。

參考文獻：

[1]陳述彭等；《地理信息系統導論》，科學出版社，2001

[2]黃杏元，馬勁松，湯勤編著；《地理信息系統概論》，高等教育出版社，14-17，2001

[3王廣震；《基于GIS的城市規劃設計方法及應用研究——以城市豎向規劃設計為例》，西安建筑科技大學，學位論文，2005