GIS技術在城鄉規劃設計中的應用及前景分析★

郝從娜,蔡可心,鞠采坪

(沈陽城市建設學院，遼寧 沈陽 110167)

0 引言

隨著我國城市化進程的加快和信息技術的飛速發展，城鄉規劃基礎數據、業務數據等數據量劇增，規劃管理也向信息化發展。2019年《中共中央國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》指出將主體功能區規劃、土地利用規劃、城鄉規劃等空間規劃融合為統一的國土空間規劃，實現“多規合一”，隨后自然資源部印發了《關于全面開展國土空間規劃工作的通知》，標志著我國國土空間規劃編制工作全面啟動，而國土空間規劃以城鄉規劃和土地規劃為基礎，需要地理學、土地資源學、生態學等多學科交叉知識，同時在國土空間規劃中需要處理復雜多維的空間信息，地理信息系統(Geographic Information System，以下簡稱“GIS”)技術正是解決此類問題的主要技術途徑，無論是龐大規劃數據有效管理和基礎分析，還是當前國土空間規劃以及美麗鄉村建設等均需要GIS技術的支持[1]。

1 GIS技術概述

GIS是一門綜合性學科，結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，已經廣泛的應用在不同的領域，是一種專門用于采集、存儲、管理、分析和表達空間數據的信息系統，它既是表達、模擬現實空間世界和進行空間數據處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關于空間信息處理分析的“科學技術”。隨著GIS的發展，它可采用各種技術手段來處理地理信息，如數字化技術、存儲技術、空間分析技術、建模技術、二三維可視化技術等。

2 GIS在規劃設計各階段中的應用

地理信息技術萌發于二十世紀五六十年代，早期在規劃領域應用包括土地資源分析和成果表達、交通問題、景觀規劃設計等方面；20世紀80年代GIS廣泛應用于各個領域包括城鄉規劃，GIS技術為城鄉規劃提供數據管理、分析、市政建設及環境監測，提高工作效率;20世紀90年代GIS的相關內容融入了規劃專業之中，為規劃領域培養儲備GIS人才；21世紀GIS廣泛應用于規劃領域，并體現出其優越性(見圖1)，但其技術應用深化還在不斷探索中。GIS技術目前在國土空間規劃中的應用主要表現在：在特定應用系統下建立專門的數據庫，實現規劃數據的集中管理，根據需求進行數據的查詢、顯示和專題圖輸出等，也可在特定信息系統中進行專題信息分析，為決策、理論研究服務等，GIS強大的空間分析技術為其主要應用潛力。

2.1 在規劃現狀調研及現狀分析中的應用

由于人類活動土地利用信息在不斷發生變更，利用遙感和GIS技術可快速獲取變更數據，對規劃基礎數據進行更新，改變傳統實地調研獲取數據速度慢和缺少基礎數據的問題，而且對于獲取的現狀數據可以利用GIS空間分析技術進行用地布局空間分析、現狀地類分析，周邊環境及區位分析等，輔助規劃決策，提高規劃師的工作效率和規劃的科學性[2]。

規劃領域基本實現數字化管理，但是屬性數據和圖形數據分開管理，不便于規劃信息的查詢和管理，利用GIS技術將規劃相關數據如基礎地形數據、用地許可數據、規劃指標、規劃成果圖、文檔資料等進行整合處理，建立了專門規劃數據庫和業務數據庫，方便規劃信息的查詢、檢索統計、顯示、輸出，實現管理的自動化、規范化和標準化[3]。

2.2 在總體規劃中的應用

總體規劃指對定時期內城市性質、發展目標、發展規模、土地利用、空間布局以及各項建設的綜合部署和實施措施。在總體規劃中的應用GIS對地形地貌、生態景觀格局、城市發展格局等進行宏觀分析，找出生態效益和經濟效益相統一的發展模式，保障城市的可持續發展；通過城區不同年份用地擴張研究和現狀各類用地布局分析，分析城市發展脈絡和動力機制以及存在的問題，指導各類用地布局規劃實踐[4]；對現狀用地進行適宜性評價，確定農業用地和建設用地的適宜性，并對其用地發展潛力分析；基于空間實體的人口承載規模預測，進而確定用地規模，結合基于GIS用地適宜性評價和聚類分析劃定城鎮建設邊界和開發建設預留邊界、永久基本農田和一般農業區；利用GIS技術進行區域生態保護重要性評價，進行生態保護重要性分級和分區，劃定生態保護紅線、指導生態廊道建設，保護生物多樣性[5]；各類經濟技術指標統計分析和經濟結構構成、社會結構協調和理性等均體現了GIS應用的優越性。

2.3 在詳細規劃中的應用

詳細規劃分為控制性詳細規劃和修建性詳細規劃，控制性詳細規劃是以城市總全規劃或分區規劃為依據，確定建設地區的土地使用性質和使用強度的控制指標、道路和工程管線控制性位置以及空間環境控制的規劃要求。控制性詳細規劃的重點問題是建筑的高度、密度、容積率等技術數據，依然是數據平衡問題。修建性詳細規劃以城市總體規劃、分區規劃或控制性詳細規劃為依據，制訂用以指導各項建筑和工程設施的設計和施工的規劃設計。城市詳細規劃的目的主要在于選定技術經濟指標，提出建筑藝術處理要求，確定各項用地的控制性坐標和標高等，為城市設計提供依據。在詳細規劃中，可以運用GIS進行屬性檢索、算術與邏輯運算,也可以進行空間數據與屬性的邏輯運算、緩沖區分析、疊加分析等，如分析已有公共設施的空間分布和服務范圍，找出服務盲點，為設施規劃提供科學決策；也可以對建筑密度、容積率等建筑經濟指標進行空間查詢量算，為建筑空間合理布局提供科學依據；對城市發展空間格局進行模擬、進行綜合效益和可行性評價，輔助規劃方案綜合性評價和可行性選擇，有利于城市可持續發展；也可以進行規劃區域的地形、地貌、挖填方、地質等方面的基本地理分析，選擇有利于建設發展規劃的地形地貌，規避災害風險。

2.4 在規劃設計效果評價和規劃監督中的應用

利用GIS技術可對規劃設計效果實施情況進行評價，如重大基礎設施規劃選址分析評價，綠地系統規劃分析評價、交通規劃分析評價、建筑高度視線分析等，根據評價結果反饋規劃設計；隨著三維GIS和智慧城市技術的不斷發展，可對規劃區域進行三維模擬，借助虛擬現實技術實現規劃場景再現，真實直觀感受規劃效果(如建筑高度、色彩和周圍環境的融洽等，易于發現規劃設計不足[6])。利用GIS、遙感(Remote Sensing,RS)、全球定位系統(Global Positioning System,GPS)技術(合稱“3S技術”)對規劃數據進行對比分析，實時快速監測規劃實施情況，監督規劃實施進度，給規劃管理自動化帶來便利。

3 GIS在規劃應用中存在問題及前景分析

GIS技術已經在規劃管理中得到廣泛應用，并且隨著目前國土空間規劃的全面開展，在規劃設計和輔助規劃分析中逐步得到推廣使用，雖然GIS在規劃各個階段均有較強的實用性和輔助規劃決策的可行性，但是目前在規劃設計過程中的應用還存在一些問題。

3.1 交叉學科知識的匱乏

GIS雖然為規劃設計提供強大的空間分析功能，但其自身技術復雜，涉及多學科知識，內容繁多，并且目前市場上GIS軟件種類多，對于非GIS人員來說軟件操作及分析模塊功能復雜，降低了規劃人員學習GIS的積極性，由此規劃人員欠缺GIS知識，難以實現兩個專業領域間的貫通。雖然目前國內各高校規劃專業開設了GIS課程，但是對于GIS在規劃中的專門應用實踐內容連接的不是很好，由此造成培養規劃專業人士缺少專業間的融匯貫通，此領域人才嚴重匱乏[7]。

3.2 GIS在規劃領域應用推廣上的局限性

目前GIS技術在規劃領域的應用主要體現在規劃管理方面，建立專門的信息管理系統，實現基礎數據的統一管理，利用信息系統實現信息檢索分析等，為規劃管理提供便利。由于GIS系統模塊的復雜性以及規劃設計人員GIS知識的欠缺，目前GIS技術在規劃設計層面應用較少，還處于起步發展階段，此外城市規劃設計的非固定性和GIS環境的固定性，對GIS技術提出挑戰，如何找出規劃設計的一般規律性，為進一步研究開發規劃設計專題信息系統打下基礎[8]。

3.3 GIS應用前景分析

“3S”集成技術在規劃中綜合應用，利用RS和GPS可以快速獲取最新基礎數據，利用GIS進行分析，為規劃管理和設計提供數據基礎和決策依據。三維GIS和虛擬現實技術的集成發展，如目前發展較快建模軟件BIM，CityEngine,Skech UP等均提供多數據格式以及與大型GIS軟件格式的兼容性，虛擬現實硬件設備的不斷發展均為規劃的三維模擬和場景展示奠定了基礎，借助三維GIS和虛擬現實技術實現城市規劃設計成果的場景再現，身臨其境感受規劃成果，輔助規劃反饋，提高規劃設計可行性和縮短設計周期[9]。隨著WebGIS的發展，可實現分布式數據庫的數據共享，實現數據采集部門、數據管理部門和數據應用部門之間的利益分配，滿足終端不同用戶對信息數據的需求，為“多規合一”的實現提供技術支持[10]，同時隨著我國天地圖、國家基礎地理信息平臺等信息基礎建設，為城市規劃數據獲取及基礎數據共享奠定了良好基礎。當前在國土空間規劃大背景下，隨著國土空間規劃的提出及實施，GIS技術在國土空間規劃“雙評價”中的應用勢必帶動國土空間規劃專門軟件的誕生，為規劃設計人員提供易于操作性信息系統，提高規劃工作效率。

4 結語

1)分析了GIS技術在應用現狀、總體規劃、詳細規劃、效果評價及監督等規劃設計各階段的應用成效。

2)雖然GIS在城鄉規劃各階段均有較強的實用性和輔助規劃決策的可行性，但是在規劃設計過程中還存在相關交叉學科知識匱乏、規劃應用推廣受限的問題。

3)從“3S”集成技術、三維GIS和虛擬現實技術、WebGIS等方面提出了GIS技術在國土空間規劃領域的發展趨勢和應用前景，為“多規合一”的數據共享利用提供技術支持，為規劃設計人員提供參考，提高規劃工作效率。