基于時空GIS的城市空間規劃管控技術研究

馮建忠

(福州市勘測院 福建福州 350108)

0 引言

近幾十年，隨著社會經濟的迅猛發展,城市規模急劇擴張,城市規劃建設尤為重要。而在城市規劃領域,隨著計算機圖形顯示技術和GIS技術的快速發展,以及“數字地球”“數字城市”的提出與實施,以往單純的二維規劃審查技術已不能滿足當前工作所需[1-3]。而常見的三維規劃審批和城市設計應用，多局限于單項目單階段的審查，難以解決前后規劃成果不匹配、規劃管控工作量大而造成的審查困難等諸多問題[4]。本文基于時空地理信息數據，利用時空GIS在二維上的精準分析和三維上的高度仿真優勢，結合全面的管控要素和應用功能，可以充分發揮時空數據的優勢，更好地解決規劃管控中的各項問題，為智慧城市中規劃建設全生命周期的監管提供有力的支撐。

1 總體框架設計

通過對現實案例的研究，以信息系統的“先進性、易用性、實用性、開放性”等設計原則為指導，以城市規劃管控的業務需求為出發點，以時空GIS技術為基礎，綜合應用數據融合分析、虛擬仿真等技術，對基于時空GIS的城市空間規劃管控平臺進行設計[5]，總體架構設計如圖1所示。

圖1 基于時空GIS的城市空間規劃管控平臺總體架構

從下而上，第一層是基礎層，該層提供系統的基本網絡、操作系統及數據庫系統等基礎軟件環境，提供主機、存儲和安全等軟件系統運行所需要得硬件設備，是系統的軟硬件基礎支撐。

第二層為數據層，作為軟件系統的資源核心，分為基礎數據庫、現狀數據庫和規劃數據庫。規劃數據庫根據方案審批提交的模型數據提取建庫，與基礎數據庫和現狀數據庫結合，構成整套系統的數據核心。

第三層是服務層，在時空GIS平臺運行框架上，為各應用模塊提供標準服務接口。例如：時空GIS數據的查詢展示、數據編輯更新、空間分析等各種服務的接口，平臺總體框架如圖1所示。

第四層為應用層，在平臺服務層的基礎上，面向三維規劃的需求，為支持平臺提供應用：如規劃漫游模塊、規劃量測模塊、空間查詢模塊、輔助分析模塊、方案調整模塊等。

以上所述結構之外，還必須建立信息化規范體系、管理制度以及安全保障體系，保證信息化建設與運作有章可循，規范發展。

2 關鍵技術

(1)基于多源、多尺度、多時態的二、三維空間數據融合建庫技術

通過研究多源、多尺度、多時態空間數據的格式、信息及相關材料，根據建庫標準實現數據的整合與建庫，完成規劃、設計和竣工等不同階段數據的集成展示，形成二、三維一體化、地上地下一體化、規劃全生命周期一體化的時空GIS數據成果，為城市規劃管控提供豐富的數據基礎。

(2)利用風道數據對城市規劃進行三維管控的方法

在城市發展過程中，眾多樓盤建筑的不規則分布，影響了城市的通風與散熱，導致城市熱島效應愈加嚴重。通過整合風道分析成果數據對規劃、設計和竣工階段的空間數據進行管控，實現不同規劃項目之間的綜合審查，提高城市空氣流通，提升城市居住品質。

(3)基于時空GIS數據，對城市規劃不同階段進行核驗的分析方法

通過管控要素與時空GIS數據的融合，研究各類管控要素在城市規劃不同階段起到的作用和核驗的分析方法，研發城市規劃管控系統，提供多時態對比分析、廊道分析、風道分析等分析手段，結合管控要素，完成規劃全生命周期內不同階段時空GIS數據的合規性核驗。為城市規劃的空間管控提供多樣的輔助決策手段。

3 設計與實現

3.1 數據資源體系設計

數據資源體系的設計是利用3S技術、無人機采集技術、BIM技術集成多源、多尺度、多時態的地理信息時空數據，如城市影像數據、高程數據、現狀三維模型數據、規劃設計模型數據、三維竣工模型數據等，實現二、三維數據一體化、地上地下一體化、規劃全生命周期一體化的多源、多尺度、多時態規劃空間數據管理[6-8]，為城市空間規劃管控提供有力的支撐，數據資源內容如表1所示。

表1 數據資源體系

3.2 規劃管控要素設計

規劃管控要素的設計是通過對城市路網紅線、河道藍線、用地控規、風道、機場周邊限高等多種規劃管控要素的研究，實現不同管控要素的集成與三維化展示，為城市規劃設計的管控提供直觀立體的審核環境。

3.3 規劃管控功能設計

規劃管控功能是在豐富的時空GIS數據成果與多樣的規劃管控要素基礎上，利用管控要素的業務需求，定制開發三維應用，實現在水平和垂直空間上對規劃設計的便捷管控，也實現對城市規劃不同階段的成果核驗分析，為城市規劃全生命周期的管控提供行之有效的手段。

(1)規劃漫游

規劃漫游是平臺的基礎模塊，提供對三維規劃場景的漫游瀏覽功能，包括初始位置、漫游、步行、環視、前一視圖、后一視圖、坐標定位[9]、特定場景、動畫導航、天氣設置、設置地形透明度及地形開關。

(2)規劃量測

規劃量測主要用于三維規劃空間上對空間位置、空間距離、平面面積等進行計算展示，為報審的設計方案提供空間距離、面積等規劃指標的核查。

(3)空間查詢

空間查詢模塊主要用于三維場景中要素的指定查詢和范圍模糊查詢，快速獲取目標對象的詳細屬性信息。

(4)輔助審查

輔助審查模塊通過多種三維分析工具，在設計方案審查階段，對設計單位提交的方案模型進行指標參數、立面色彩、空間布局等方面的仿真模擬，為設計方案審查提供定性或定量的輔助分析。

①控高分析

控高分析用于分析項目范圍內，方案模型的高度是否超過了用地控規、視線廊道、機場周邊控高等國家法定的控高限值[10]，分析結果如圖2所示。

圖2 控高分析

②退距分析

城市規劃的道路紅線、綠化綠線等要素要求建筑方案滿足一定的退距要求，平臺可分析建筑與控制線的相互關系，檢測合規性，分析結果如圖3所示。

圖3 退距分析

③方案對比

在城市規劃的全過程中，同一項目會有多種設計方案，利用分屏對比的方式，可以為審查人員提供不同角度、不同方案的空間形態展示，通過研究方案之間的異同點，評判不同方案的優劣[11]，效果如圖4所示。

圖4 多方案對比

④多時態模擬

通過整合不同階段的空間規劃模型，模擬一個項目在不同階段的規劃成果，并與管控要素進行合規性檢測分析，實現目標區域的規劃管控。

在三維場景中可查看同一個項目在出讓、報審、施工、竣工階段的方案模型。

通過疊加規劃紅線、綠化綠線、用地控規和機場周邊限高等數據來分析每個階段的方案模型是否符合管控要求。

(5)方案調整

方案調整主要針對設計方案評審階段，可以根據審查意見，進行方案模型的現場實時修改與模擬，快速提供調整后的方案效果[12]。可提供方案模型位置、角度和大小的編輯控制，效果如圖5所示。

圖5 方案調整

4 結語

基于時空GIS的城市空間規劃管控技術，通過整合不同階段的規劃成果和管控要素，利用退距分析、多方案對比和多時態模擬等功能，為城市規劃管控提供輔助決策。該技術的推廣應用不僅能夠模擬未來的城市藍圖，也可以為規劃設計、地塊出讓、方案審批和竣工核實的城市規劃全生命周期提供有力支撐，助力城市規劃部門實現“精細化”管控，對提高城市規劃的長效性和科學性具有重要意義。