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GIS在城市规划设计中的应用

摘要：简要介绍了地理信息系统的概念,分析了传统城市规划方法的不足及GIS数据模型在城市规划中的优势,并针对地理信息系统在城市规划设计中应用的问题进行了探讨,以期指导城市规划设计工作中更加合理、高效地应用地理信息系统技术

关键字：地理信息系统城市规划应用GIS研究与应用

GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科。
GIS作为一项新技术应用于中国的城市规划开始于80年代中期.进入90年代以后，中国大陆的经济发展速度明显加快，城市建设的规模达到了空前的程度.这种突变，使城市规划部门的工作负荷急剧增加，产生了应用现代信息技术改进规划和管理的强烈需求，经济建设的高潮也使得地方政府有了一定的财力来支持新技术的应用.经过几年的努力，一些城市已使GIS达到了初步实用的阶段.
　　目前已初步见效并能正常运行的城市规划地理信息系统大都是为土地管理服务的，最基本的是把规划管理部门批准的用地许可资料记录到图形、属性数据库里，可随时查询、统计，给用地管理——规划部门最核心的工作带来不少的便利.在此基础上，有的城市把管理工作的一些规划依据也输入计算机，如道路红线、控制性详细规划、文物保护限制、市政工程方面的限制等，使建设项目的审批质量和效率得到更大的提高.还有的城市规划者把建筑施工许可的相关资料，如总平面图也输入计算机，在现场测绘跟不上的条件下，可部分减轻地形图来不及更新的问题.但是，就城市规划工作所面临的问题来说，GIS的作用还未充分发挥，还未达到城市规划更深层次的内容［1，2］.针对GIS在我国规划行业的应用现状，本文将对GIS应用系统的总体结构、系统的功能定位、系统数据的来源和共享、系统的建设途径作一探讨.
1、系统总体结构
　　作为城市规划行业的GIS应用系统，既要解决建设项目“一书两证”的规划审批，又必须能为规划师和领导部门提供辅助决策功能.本文提出的系统总体结构。
　　(1)用户接口.提供用户调用系统其他功能的界面.(2)数据库管理子系统.提供各种数据库的数据入库及建库管理.①基础地形图库管理.通过分幅输入、接边和校准，形成一张完整的城市地形图，所有信息是分层管理的；②规划法规库.可将规划行业的有关法规文本进行输入，形成规划法规库，以供检索用；③规划控制数据库.该库主要用来存放容积率、绿化率、限高及道路红线等要素，以供规划使用；④现状数据库.该库用来存放现存的所有建筑地理位置及用地现状，可作为规划拨地的参考；⑤属性数据库.该数据库主要存放工作表格、规划设计说明信息、统计数据及各种帮助信息.(3)数据接口子系统.主要完成和其他应用系统的数据转换，实现数据的共享.(4)规划法规检索子系统.使用该子系统，可以迅速地进行各种法规咨询的业务工作，提高为市民服务的水平.(5)规划审批子系统.该子系统围绕着建设项目的“一书两证”层层展开，以建设工程规划许可证为最终目的.系统设计尽量保持手工管理流程和习惯，适当改变某些管理环节.(6)辅助设计子系统.提供各种线型、符号的设计功能及各种计算模块，为规划设计服务.(7)知识库.主要存放社会经济条件、人口分布情况、水文地质条件和规划师的经验性知识等，以供规划决策使用.(8)总体规划辅助决策子系统.根据用地现状、社会经济条件、人口分布情况、水文地质条件及规划师的经验性知识进行定性推理，得出空间布局和用地安排等的总体规划方案，以供专家决策使用.(9)控制性规划子系统.在城市总体规划指导下，根据规划控制数据库中的数据和知识库中的知识进行定性推理，得出各地块的用地面积、土地使用性质、建筑容积率、总建筑面积、道路红线、建筑红线、建筑间距、建筑高度、居住人口密度、交通组织、建筑体形体量、艺术风格及市政设施系统的控制性设想等方案，供专家决策使用.(10)控制性详规子系统.该子系统是对城市土地进行建设用地细分，并对细分后的各区、片、块建设用地的使用性质和使用强度作控制，为修建性详细规划提供编制准则与依据，使规划设计、管理、开发有机结合.
2、系统的功能定位
　　由于城市规模大小不一，管理模式和管理手段各有所异，系统的功能应根据自身的需要进行定位.
2.1　大、中城市应建分区规划信息系统
　　目前，各大、中城市已经编制或批准了改革开放后的第二轮总体规划，编制分区规划、建立分区规划信息系统势在必行.首先从规划的层次上看，总体规划是起战略性、结构性的指导作用，总体规划图带有示意性、夸张性的成分，输入计算机后，很难用它来控制具体建设项目的定位；控制性详细规划虽然很具体，但还存在引导作用不明显、覆盖范围不全等问题；因此，需要有分区规划才能和总体规划衔接.分区规划在平衡土地使用强度和基础设施之间的比例，协调非赢利性公共设施的分布配套方面作用明显，而这些又是当前快速发展的城市里比较普遍而又突出的问题.其次，建立分区规划信息系统可充分发挥现有的通用GIS软件的功能，技术障碍小.对于日常建设管理，分区规划比总体规划更具有法律上的可操作性.
　　分区规划信息系统主要包括以下内容.(1)规划分区现状概况.(2)规划条件：①规划依据；②规划分区发展条件分析.(3)规划目标和原则.(4)分区规划结构和空间布局：①空间形态规划的总构思；②绿化系统规划；③分区内各功能区的布局以及用地和人口规模.(5)土地使用规划.(6)公共服务设施规划.(7)交通规划.(8)市政公用设施规划.(9)对实施规划的建设和分期建设计划.
2.2　重要地段可建城市设计信息系统
　　在城市建设投资渠道多样化的形势下，传统的修建性详细规划往往难以发挥作用，需要另外的设计手段和管理手段来协调、制约各种行动.以上海浦东陆家嘴金融贸易区的中心区为例，该小区为上海一个建筑密集、交通复杂、正在快速形成的商务中心区，在控制性详细规划的基础上，陆家嘴开发区管理局编制了城市设计.依据控制性详细规划和城市设计，再制定出规划设计条件，作为旧区改造、土地批租的法定文件，对开发商进行约束、协调.凡建筑体形体量、室外场地、地下空间、地面以上空间容易与周围环境、规划的城市功能产生矛盾的，规划设计条件可起到较明显的制约作用.规划设计条件图上有专门的线条、尺寸注记、文字注记来表达各种制约意图，还附有简要的文本.对单体建筑师来说，在制约范围内仍有较大的自主设计的余地.现陆家嘴开发区尝试把GIS和城市设计、规划设计条件结合在一起，用计算机化的图形、属性、文本来辅助管理，除明显提高工作效率、减少差错外，也为投资者及其委托的建筑师提供更优良的服务，改善投资环境.虽然用计算机辅助设计(CAD)技术也可达到相似的效果，但是以GIS为依托，可以使城市设计和土地开发利用相结合，这是一般的CAD系统难以达到的［1，2］.
3、系统数据的来源和共享　　
　　数据收集、输入过程的繁琐是实用GIS系统的显著特点.通常，数据的收集、输入费用要占去GIS系统实施费用的大部分，而系统建成后的维护费更是主要用在数据的更新上要降低数据收集和更新费用，其基本途径是实现数据共享，把收集、更新工作社会化，使数据在不同的机构、部门、组织之间可以交换、共用，以数据重复利用率的提高来降低单个系统的平均费用，降低社会的总费用.众所周知，电子化信息复制、传递技术的成熟，使其成本降低，因而数据共享的主要障碍在于组织机构之间的协调以及数据的标准化.
3.1　地形图、地籍图、房产图统一测绘、统一数字化
　　地形、土地、房屋是城市GIS最常用、数据量最大的基础信息，与这3类信息相对应的是地形图、地籍图、房产图.自实行市场经济体制后，各城市的测绘机构大都是事业单位企业化管理.测绘地形图、出售地形图是测绘机构的基本业务.地籍图的编制由土地管理部门承担，因历史上没有地籍测量业务，一般不得不依托地形图来编制地籍图.当地籍和地形发生变化，而地形图来不及更新时，土地管理部门则自行修测，这样就带来大量的重复性现场测量工作，引起机构之间信息所有权的矛盾.这一问题也发生在房产图和地形图、房产图和地籍图之间.另外，地籍、房产图是土地、房产管理部门的内部资料，因此，信息的重复利用率极低.如果地形、地籍、房产资料可以统一测绘、统一数字化，并在有关的机构之间共享，势必带来重复劳动减少、数据精度提高、数据重复利用率提高等好处［3］.
3.2　空间统计单元标准化
　　数据的标准化工作主要集中在对数据的分类、编码和数据交换的技术上，对空间单元作用的讨论还不很多.在以往的规划工作中，很少从空间的角度对社会、经济、形态要素作统计、汇总，城市规划的文本对事物在空间上的描述往往比较模糊，规划图纸上的控制边界常常缺乏历史的连贯性，这和没有标准的空间单元有密切关系.所谓空间单元，就是在地图上划出有层次的、互不重叠的、不规则的多边形，每一层次上每个多边形就是一个空间单元.各种统计资料和规划指标均应有事物所在空间单元的编码，这样在查询、分析、汇总时，只须获得空间单元的编码就可知道事物的空间位置.尽管传统的统计、规划资料是有空间单元的，例如交通调查和规划采用交通小区，规划设计有功能分区等，但这些单元普遍存在划分过粗、边界经常变化、层次等级不规范、编码不统一、行业之间不一致的问题，使行业、部门、机构之间的数据在空间定位上无法相互引用，共享程度低、积累的历史价值不高.随着GIS技术的逐渐推广，统计资料的空间定位不稳定、不精确、不统一的矛盾会越来越突出，因此，空间单元及其编码的标准化是规划行业GIS应用系统的基础.
4、系统建设途径
　　作为规划行业中的一个GIS应用系统，对其建设过程务必坚持系统工程的设计思想和方法，把握方向，在重大问题上给予定性考虑，着重把握原则.
4.1　现行系统调查
　　对现行系统调查是GIS工程开发和建设的第一步，由系统分析员承担完成.主要任务是通过用户调查发现系统存在的问题，完成可行性研究工作，确定建立GIS应用系统是否合理，是否可行.调查方法可采用访问、座谈、填表、抽样、查阅资料、深入现场、与用户一起工作等各种调查研究方法，获得现行状况的有用资料.具体解决以下几个问题：(1)发现现行系统存在的问题；(2)初步确定系统的主要目标；(3)技术力量的调查分析；(4)资金财力的调查分析；(5)数据资料的调查分析；(6)系统效益调查分析；(7)运行可行性的调查分析。
4.2　系统分析
　　系统分析是GIS开发工作的关键阶段，通过对现行系统的深入分析，获取现行系统的具体逻辑模型，从功能上确定用户的需求。
4.3　系统设计
　　系统设计是GIS应用系统的物理设计过程，在需求分析规定“干什么”的基础上，解决系统“如何干”的问题.
4.3.1　总体设计　总体设计的任务主要有：(1)系统目的、目标及属性的确定；(2)进行各子系统或模块的划分与功能描述；(3)模块或子系统间的接口设计；(4)硬软件配置设计；(5)网络设计；(6)输入输出与数据存储要求；(7)开发策略制定；(8)成本与收益分.。
4.3.2　详细设计　详细设计是在总体设计的基础上进一步深化，主要内容有：(1)模块设计；(2)代码设计；(3)数据库设计；(4)数据获取方案设计；(5)界面设计；(6)输入输出设计；(7)程序模块设计；(8)安全性设计；(9)实施方案计划.
4.4　系统的开发与实施
　　系统研制人员根据用户需求和系统设计方案进行程序编制和调试，并利用实例数据测试系统各个部分的功能；系统提交后，负责用户的技术培训.
4.5　系统维护
　　为了满足行业的发展需要，GIS应用系统需不断改进和完善，其内容［4］包括：(1)数据更新；(2)系统完善与适应性维护；(3)硬件设备的维护.
5、结束语：
以计算机为基础的GIS技术的发展，为城市规划行业提供了广阔的应用前景.城市规划行业GIS应用系统的建立，可为城市规划和城市建设提供多专业、多层次和多目标的综合服务，并为领导部门提供辅助决策功能；可提高工作效率，实现管理的科学化和自动化，使城市规划行业的规划管理水平满足现代化城市的需要.。

参考文献：

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[7]赵峰:地理信息系统及其在城市规划中应用浙江大学硕士学位论文2000

姓 名:
学 号:
学 院: 风景园林学院
专业班级: 09城市规划一班
论文标题: 地理信息系统
任课老师： 王颖