基于GIS的城市規劃圖則自動制圖技術的設計與實現
——以上海國土空間規劃信息管理系統為例

潘翔

（上海市大數據中心，上海 200435）

0 引 言

隨著上海市全面數字化轉型工作的推進，政府在行政審批與管理中越來越注重城市信息數據的質量與精準性。在城市數字化轉型的背景下，上海市規劃和自然資源局自2020年起發布了全市統一的國土空間規劃數據標準，并依據標準發布了GIS格式的規劃成果數據入庫模板，要求在本市城市規劃編制報批階段統一提交GIS格式的規劃成果數據文件，并通過信息系統對文件進行規范性質量檢測。

對于過去大多通過AutoCAD等繪圖軟件繪制城市規劃圖則的規劃師及習慣審閱PDF格式規劃圖則的政府規劃管理從業者來說，在閱讀和使用GIS格式的城市規劃數據時存在一定的技術難度。由于CAD和GIS本身是不一樣格式的數據，對于規劃師，他們時常困擾于對兩者進行數據格式轉換時會出現數據失真的情況（例如弧線的轉換）。而對于政府規劃管理從業者，他們時常困擾與如何便利地閱讀和使用GIS格式的城市規劃數據。

本自動制圖技術采用GIS Engine與Java結合的開發方式，通過系統程序自動從GIS格式的規劃成果數據包中讀取城市規劃GIS數據，并轉換成易于閱讀的圖片格式的城市規劃圖則，實現城市規劃制圖的自動化與智能化，在保證城市規劃數據高質量與高精準性的同時，幫助城市規劃師與政府規劃管理人員方便地使用數據內容。

1 自動制圖技術架構

自動制圖技術架構如圖1所示。

圖1 自動制圖技術架構

1.1 規劃成果數據標準

數據標準是自動制圖的基礎。在2020年，上海市規劃和自然資源局將過去不同規劃層次的數據標準進行融合修訂，最終發布了全市統一的國土空間規劃成果數據標準，并依據標準發布了GIS格式的規劃成果數據模板。自此全市各規劃項目有了統一的參照標準，在編制規劃成果時具備了形成統一的制式規劃成果的基礎。

1.2 規劃成果質檢軟件

規劃成果質檢軟件是保證規劃成果數據符合數據標準的重要工具，它可以對GIS格式的規劃成果進行結構檢測、屬性檢測與幾何檢測。結構檢測針對圖層字段進行檢測，包括“字段完整性、字段類型匹配、字段長度約束”3個子項。屬性檢測針對規劃成果圖層數據進行檢測，包括“地塊編號唯一、字段值判空、字段小數、符合代碼表、值域檢測”5個子項。幾何檢測針對圖層的圖形數據進行檢測，包括“圖形合法性檢測、空間拓撲檢測、其他”3類共44個，其中“空間拓撲檢測”和“其他”兩個類型下根據規劃類型的不同展示不同的檢測項。如圖2所示，以上海市對總體規劃成果數據的幾何檢測項為例，展示了相關檢測項。

圖2 上海市總體規劃成果數據的幾何檢測項內容

通過質檢軟件檢測的成果文件代表符合了規劃成果數據標準，是自動制圖功能獲得符合數據標準格式數據作為其輸入的重要保障。

1.3 規劃圖則模板化

自動制圖技術的實現需要將城市規劃圖則表達形式模板化。以上海市控制性詳細規劃的普適圖則為例，其圖則內容包括：圖面區、表格區、圖紙信息、編制信息、區位圖、風玫瑰、圖例七部分：

（1）圖面區：包含控制性詳細規劃專題圖。

（2）表格區：地塊控制指標一覽表和特定管理條文。

（3）圖紙信息：含圖紙名稱

（4）編制信息：蓋章欄處：含規委會審議會日期、批準文號和城鄉規劃專用章；設計單位欄：含設計單位名稱XX、〔建〕城規編第（XX）；組織編制單位：含XX區人民政府、上海市規劃和自然資源局。

（5）區位圖：用來表示本次規劃項目在所屬行政區域內的相對位置。

（6）風玫瑰：采用固定風玫瑰。

（7）圖例：說明圖面區內各種顏色地塊所代表的用地性質含義，如圖3所示。

圖3 控制性詳細規劃圖則模板

1.4 自動制圖類型及尺寸參數設置

當通過質檢的規劃GIS成果文件傳入系統后，可以通過自動制圖的參數設置功能選擇生成圖則的圖紙大小、比例尺。在用戶沒有指定比例尺大小時，自動制圖功能會根據GIS成果文件中規劃范圍劃示的大小自動適配合適的比例尺出圖。

1.5 自動制圖模塊

如圖4所示，自動制圖模塊由圖面區出圖功能、表格區出表功能、圖例生成功能、編制信息生成功能、風玫瑰繪制功能、區位圖繪制功能6部分組成。本文著重介紹前4項功能。

圖4 自動制圖應用層功能

1.5.1 編制信息生成功能

系統自動讀取規劃成果GIS數據中“規劃范圍線圖層”的“規劃名稱、設計單位名稱、設計單位證書編號、組織編制單位”4個字段屬性值后按照圖則模板編制信息區域的模板樣式顯示到圖則指定位置。

1.5.2 圖例生成功能

系統自動讀取規劃成果GIS數據中需要生成圖則的圖層的要素屬性表數據，當要素屬性數據表中存在要素屬性代碼時，系統會從符號庫中讀取與代碼匹配的圖形符號，并一一羅列在圖例區域中。圖例區的圖例個數是隨著不同的規劃成果GIS數據中要素屬性代碼的個數的不同而變化的，因此本規劃成果數據中不存在的數據類型不會在生成的圖例中展示。

1.5.3 表格區生成功能

系統自動讀取規劃成果GIS數據中“規劃地塊”要素屬性表記錄。將地塊屬性字段“街坊編號、地塊編號、規劃動態、用地性質、面積、備注”等字段逐一顯示。

1.5.4 圖面區出圖功能

規劃范圍內數據出圖：對于本次規劃范圍內成果數據的圖形展示，系統自動讀取規劃成果GIS數據中“規劃范圍線”圖層的數據以確定出圖的范圍（規劃范圍線層以帶坐標的圖形的方式劃示本規劃的范圍）。然后自動讀取本規劃范圍內的“規劃地塊”圖層的圖形數據，根據圖形所帶的坐標將其在映射在圖面區地圖內的對應位置。在圖形的映射過程中，系統需要根據規劃范圍的大小計算匹配不同的出圖比例尺，以達到在一個固定的圖面區域內完整顯示整個規劃成果圖形的要求（例如：規劃范圍在5平方千米以下時，選取1:100比例尺為佳）。系統還需要讀取“道路紅線、詳細規劃范圍線、軌交上蓋規劃地塊、設施、道路中心線、道路系統線、河道藍線、河道中心線、軌道保護線、軌道控制線、公共通道、端口、連通道”圖層數據并映射在圖面區對應位置顯示，原理同“規劃地塊”圖層的映射顯示。

規劃范圍外數據出圖：由于規劃圖則要求圖面區內顯示本規劃范圍周邊區域的“道路紅線、地形圖”等信息，而提交的規劃成果GIS數據包中并不包含本規劃范圍之外的數據，因此制圖功能需要根據本次規劃范圍的空間位置信息，自動從本市國土空間數據庫中調取規劃范圍外區域的空間圖形數據，作為圖面區的底圖，襯在規劃范圍內圖形之下進行展示。調取的規劃范圍外區域空間圖形數據主要是“城市開發邊界、地形圖、道路紅線”。

2 制圖數據結構

2.1 數據組織方式

基于GIS的城市規劃圖則自動制圖技術的數據來源于上海市國土空間規劃數據庫。數據庫中的數據符合上海市規劃和自然資源局自2020年起發布了全市統一的國土空間規劃數據標準，并以GIS格式存儲。數據庫結構如圖5所示。數據庫由空間要素圖形數據、要素屬性數據、要素屬性代碼表、符號庫組成。

圖5 制圖數據庫結構圖

2.1.1 空間要素圖形數據

空間要素圖形數據主要由城市地形圖與城市規劃圖形層組組成，其中城市規劃圖形層組包含227個圖層，分為總體規劃、單元規劃、詳細規劃3個層次。圖層按照其幾何類型可分為線性圖層（例如：道路紅線）、點圖層（例如：公共服務設施）、面圖層（例如：規劃地塊）圖層中的點線面數據記錄了其幾何坐標以及空間拓撲關系。

2.1.2 要素屬性數據

每一個空間要素圖形數據中的圖層都對應一張要素屬性數據表，圖層中的幾何圖形通過ID號與屬性數據表中的記錄關聯，每條記錄包含若干與圖層用途相關的業務屬性字段值，要素屬性數據存在數據庫的表中。

2.1.3 要素屬性代碼表

每個要素屬性數據表都包含若干與圖層用途相關的業務屬性字段，當業務屬性字段存在分類情況時，需要關聯使用代碼表表示。

2.1.4 符號庫

因為部分代碼表其業務含義用于表示規劃設施的類型，所以存在與代碼對應的符號圖形，符號圖形用于在規劃圖則上顯示。符號庫由多個符號圖形組成

2.2 數據之間關系

圖6展示了空間要素圖形數據、要素屬性數據、要素屬性代碼表、符號庫之間的關系，以及自動制圖技術數據質檢的關聯關系，通過數據關聯將GIS數據中的屬性轉換為圖形符號顯示在圖則上。

圖6 自動制圖數據間的關聯

3 自動制圖技術的應用

3.1 應用意義

由于GIS的技術門檻較高，過去政府規劃管理人員往往只能選擇審核紙質圖則或CAD文件，因而難以發現GIS格式下規劃成果數據中存在的錯誤，在這種背景下一個個GIS規劃成果數據如果進入統一的城市空間GIS數據庫則會留下許多錯誤。基于GIS的城市規劃圖則自動制圖技術的應用意義在于，通過系統程序自動將城市規劃GIS數據轉換成易于閱讀的圖片格式的城市規劃圖則，幫助城市規劃師與政府規劃管理人員方便地是閱讀使用規劃成果數據的內容。他們可以更加便捷地審核發現GIS數據中的內容錯誤問題，進而推進城市空間數據的底座逐漸向高質量、高精度的方向發展。

3.2 應用條件

基于GIS的城市規劃圖則自動制圖的技術架構在本文第1章節已進行了詳細說明，在技術層面，自動制圖技術的應用需要具備3個前置條件：一是具備統一且穩定的規劃成果數據標準，二是基于數據標準的規劃成果質檢軟件，三是具備一套模板化的城市規劃圖則。

3.3 應用成效

在上海市大數據中心的技術支持下，上海市規劃和自然資源局于2021年10月在本市國土空間規劃信息系統中上線了基于GIS的城市規劃圖則自動制圖模塊。模塊上線后首先在本市普陀、閔行、松江、青浦、黃浦、徐匯6個行政區的控制性詳細規劃編制審批業務中試點運行。截至2022年4月已全面覆蓋6個行政區95%以上的控制性詳細規劃圖則生成業務。

4 結 論

本文介紹了基于GIS的城市規劃圖則自動制圖技術的設計與實現原理，及其在上海國土空間規劃編制中的應用與成效。本技術是規劃領域數字化轉型的一項重要實踐，它極大地提高了規劃制圖工作的效率，也使得規劃GIS成果文件中的數據更易被那些不具備GIS技術能力的規劃領域從業者閱讀與使用。隨著該技術的普及，規劃GIS成果文件在國土空間規劃編制中的重要性將得到實質提升，從而推動城市空間信息數據向高質量與高精準方向發展，也為今后更多的城市治理智慧化場景提供數據保障。