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地理信息系统在城市规划中的应用洪志琼（德昌中学北校区，四川 德昌 615500）摘 要：本文从城市规划的规划过程和规划形式来论述地理信息系统在其管理中的具体应用，并对以后的地地理信息系统技术发展和地理信息系统在城市规划中的应用作出展望。关键词：地理信息系统（GIS）；规划；城市规划；应用APPLICATION OF GIS IN CITY PLANNINGHong Zhiqiong（North Campus,Dechang Middle-school,dechang 615500,Sichuan） Abstract：This paper discussed the application of GIS in city planning administration from the aspects of the process and from of city planning, and looked forward to the future of GIS technology and the application of GIS in city planning.Key word：GIS； Planning； City planning； Applicant1 引言地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术，是采集、存储、管理、分析描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统。它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的和动态的地理信息，融计算机图形和数据库于一体，存储和处理空间信息，并把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，以其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策6。2000年国家建设部在全国范围内启动“城市规划、建设、管理与服务的数字工程”项目。该项目的总体目标是：建设适合我国城市规划、建设与管理实践的数字化系统，实现全世界范围内城市规划、建设与管理工作的信息共享和业务应用，大力提高城市的信息化水平和城市管理的现代化水平；为国家及各级行政主管部门的科学管理与决策提供及时、准确和权威的信息支持；为各类企业和广大公众提供方便、有效和权威的信息服务；通过数字化工程的实施，改造传统产业，推动技术进步，保证城市经济、社会、环境和科技的协调发展。该项目明确地将数字城市确定为终极目标。可以肯定，以数字城市为目标，将使得地理信息系统在城市规划中得到广泛应用4。2 城市规划的主要内容 城市规划是人类为了在城市的发展中维持公共生活的空间秩序而作的未来空间安排的意志。这种对未来空间发展的安排意图，在更大范围内，可以扩大到区域规划、国土规划，而在更小的空间范围内，可以延伸到建筑群体之间的空间设计。因此，从更本质的意义上，城市规划是人居环境各层面上、以城市层次为主导工作对象的空间规划3。目前国内城市规划部门的主要工作内容大致分为城市规划和专项规划两大部分1。城市规划又分为区域规划、市域规划、总体规划、分区规划等工作；专项规划包括交通规则、基础设施规划、服务设施规划、景观规划和历史文化保护规划等。从近十年的历史看，最大量的工作是总体规划和修建性详细规划。在综合规划方面，控制性详细规划的作用将越来越大，分区规划会在特大城市受到重视。区域、市域规划因体制的原因其重视的程度不够。专项规划方面，和各个城市的实际情况、人才、经费的承受能力有密切的联系。从中央政府的行政管理部门，到城市规划学术界，目前都在呼吁增加城市规划工作内容。城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套7。在开发建设活动中，如果不注意各工程项目之间的协调，就可能造成混乱，而采用GIS对各种信息进行管理，并基于此进行分析和辅助决策，可以有效地防止这种混乱局面的出现。3 GIS在城市规划中的具体应用3.1 GIS在规划过程中的应用城市规划作为一种社会的、政府的行动，是一个动态的过程。现在城市规范设计的主要工作是编制规范方案和少量的背景研究。首先，在编制规划方案时，为满足规划管理功能，GIS平台具备强大的绘图功能，可以绘制用地红线图、规划图，可支持影像数据的处理，与流行的关系数据库（MS SQLServer、Oracle）结合，可以处理大数据量的图形，运行速度符合应用需要，系统具有三维图形分析功能等等。其次，背景研究也将会更密切的和GIS应联系起来。在规划方案的实施控制方面，GIS也可以用于项目建设计划的审查、方案评价、土地开发控制、协调各个建设部门的关系等等。有关规划实施管理工作，事实上要超出直接的城市规划行政部门的范围，如土地管理、房产管理、基础设施管理、环境管理、投资管理、开发管理等等，都可认为是城市规划部门实施管理工作的延伸。GIS可以与管理信息系统（MIS）系统结合，实现真正的图表管理一体化，可以灵活地实现基础图形、基础属性、一书两证的案卷之间的图数互访；有拓扑逻辑结构，便于发挥GIS的特长，可充分扩展系统的分析和决策能力；GIS平台使用方便，规划管理部门人员可自己维护规划管理系统的地图数据；数据接口开放，可以接受Auto-CAD等其他数据格式，并保证数据的完整性。这些对间接城市规划部门来说，GIS应用将有很大的潜力，将会促进直接城市规划部门的GIS应用，还可在数据共享上带来极大的方便，可大大丰富直接规划部门的信息来源。有了GIS后，也可促进这些间接规划管理部门更加紧密地依靠城市规划来开展他们的工作。最后，监督反馈也是规划的重要延伸，它要了解事物的真实发展动态，并把现实情况和原先的管理措施相对比，和原先的规划方案相对比，和原先对背景、环境的估计、预测以及愿望相对比，从而及时地调整自己的行动。利用GIS在信息收集，数据输入，数据库管理，以及空间查询、分析上的功能，规划、管理、研究人员可以更及时而全面地掌握事物在时间、空间上的变化，做出更迅速、更准确的反应，监督规划的实施，控制城市的发展。以规划部门为例，GIS能帮助业务人员完成从报建到发证的全部业务工作，如提出规划设计要点、填写经办审查意见，填写输入输出表格、画图、起草文件、逐级审批、部门会签、发“两证一书等”，同时提供地图数据资料库，主办业务人员对规划业务和各类地图的查阅。通过对规划设计部门数字化入机的总平图信息的实时计算，将其与报送数据的差值列出，同时可以进行多个规划设计方案的比较，辅助业务管理人员决策，以减少人为因素对规划决策的不利影响。GIS可以方便地实现点击图上地物查询其属性信息，或给定属性值查看满足该条件地物的空间分布情况的双向查询功能。同时，可以直接从图上查询周边各类红线的审批情况，实现灵活的图数互查的功能。3.2 GIS在规划形式上的应用3.2.1 蓝图型规划应用GIS蓝图型规划侧重于技术因素。它主要描述城市发展的某个或某几个瞬间状态，非常强调规划方案的阶段性、时间性和它达到的状态。实施管理工作则围绕着未来的某个（或某几个）状态进行。处于迅速城市化阶段，城市用地、房屋、基础设施大规模地扩张，政府的计划有极大控制力量的情况下，蓝图型规划将是重要的或主要的工作形式。中国的规划人员对蓝图型规划很熟悉，GIS技术在方案编制、评价、比较方面可以发挥作用。3.2.2 过程型规划应用GIS过程型规划侧重于社会因素。当某些行动在社会各方面容易引起不同意见或利益冲突，需要随时协调，事物的发展过程比达到某个具体目标更为重要时，过程型规划比蓝图型规划更为适宜。例如，以市场经济为主的西方资本主义国家，旧城区的改建、重建一般都采用过程型的规划。过程型的规划从背景研究到监督反馈的循环次数很多，GIS可以在这两头发挥较大的作用。但是过程型规划涉及的社会因素多，具体项目的内容千差万别，需要多学科人员的合作，这给GIS的应用带来一定的困难，主要是规划人员的知识面会赶不上工作进展，因此，过程型规划的GIS应用是一个新的挑战。3.2.3 倡导型规划的GIS应用倡导型GIS也发源于西方发达国家。在城市化过程转入了另一个阶段的发达国家，城市局部地区出现衰退，某些地方的基础设施、房屋相对过剩（这正好同发展中国家相反）。这时倡导型规划有其特殊的目的，以引导或刺激经济活动的重新分布，引导城市的发展，复兴某些衰退地区（我国沿海开放城市的经济技术开发区规划也有倡导型规划的成分，但目标有所不同）。这种规划强调背景分析，而且要做很多社会经济方面的假设、模拟，例如要设想：如果未来怎样，规划该是怎样；如果规划怎样，未来又会是怎样。尽管国内对这种规划还很不熟悉，但GIS可以在预测、模拟假设方面发挥作用。总之，过程型、倡导型规划不能不是对蓝图型规划的重要补充，可根据实际需要把三者结合起来，以相互取长补短。4 未来GIS的展望GIS正朝着一个可运行的、分布式的、开放的、网络化的全球GIS发展。4.1 GIS将往高维化发展 GIS在矿山与地质领域的应用受到很大限制的重要原因是其在处理三维问题上的不足。现有的GIS软件虽然可以用数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现，因而人们将现有的GIS称为二维GIS或2.5维GIS。矿山、地质以及气象、环境、地球物理、水文等众多的应用领域都需要三维GIS平台来支持他们大量的真三维操作。空间可视化技术是指在动态、时空变换、多维的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉效果的技术。虚拟现实(VR)技术，也称虚拟环境和人工现实，已在游戏中成功使用。运用空间可视化技术和虚拟现实技术进行地形环境仿真，真实再现地景，用于交互式观察和分析，提高对地形环境的认知效果，是今后三维GIS可视化发展的一个重点。四维GIS（4DGIS）一般是指在原有的三维GIS基础上加入时间变量而构成的GIS。许多人认为地质特征是不变的，但实际上大部分地质特征是动态的、变化的，不是所有地质情况都是变化缓慢的，水灾、地震、暴风雨以及滑坡都会使局部地质条件发生快速而巨大的变化。地质学家对4D(立体3D加上时间等于4D)的空间时间模型尤感兴趣。但是，增加一维将带来很大的问题。比如数据量的几何级数增长，致使数据的采集、存取、处理都带来一系列的问题。不过，这些问题可以在计算机技术、数据库技术以及相关电子技术的发展而得到解决。因此，如何设计4DGIS并运用它来描述和处理地理对象的时态特征是一个重要的发展领域。一个建设完善的数字城市系统将是一个时空系统（又称为四维系统，即空间三维加上时间维），在这个系统中，可以通过简单的手段，快速地、直观地取得这个城市从起步到发展、变迁的全过程，及每个阶段对应的政治、经济、市政、人文等各方面的完整数据资料，并可以通过模型化的方法得到数据的综合表示，从而迅速、科学地决定城市下一阶段的主要发展方向和目标8。4.2 基于因特网的WebGIS是下阶段GIS发展的一个主流从GIS发展的历程来看，GIS每一次大的发展都与计算机发展水平有关,今后仍将是这样。如今计算机网络的兴起和迅速发展，信息高速公路的建设，为GIS的新发展铺设了通行无阻的金光大道。由于地理信息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，送入电子计算机，便可方便、快速和及时地将地理信息传送到需要的地方去，以发挥地理信息在国民经济建设、国防建设和文化教育等行业中的应用价值。而GIS工作者则需研制一个万维网上的GIS和GIS浏览器(即视窗GIS),使亿万网民随时根据需要来查询GIS。WebGIS的发展使分布在全球各地的城市规划专家的共同合作完成设计成为可能2。 4.3 组件式GIS的研究建立一个小型的GIS己不是一两个人所能完成的，数字地球的建立更是一个极为庞大的工程，需要全世界各地的人们参与。因此，把庞大的GIS软件系统分解成可按应用需要组装成“定做系统”的GIS,“元件”怎样将这些GIS“元件”通过标准的系统环境(如OLE和OpenDOC)与其它非GIS的“元件”嵌接，有效地实现系统合成，自然就成了GIS的研究方向。一旦实现了这一步，全世界的人都可以参与GIS的建设，完善数据库，建立丰富的元件库，用户可根据需要拼装调用。这种组件式的GIS的各元件或数据应该是分布式的存贮，通过分布式对象管理系统进行管理。数字地球在此基础上的成功建立若应用于数字城市，那么城市规划将有极大的发展5。4.4 与多媒体技术的结合多媒体技术正在进入GIS中，以改善GIS的数据采集、数据处理以及成果表达与输出的效能，发挥声、像等多媒体的应用。目前，图形图像的立体显示己成功地融入数字摄影测量系统(DPS)中，DPS与GIS的集成和多媒体技术的应用将把我们感兴趣的东西变成一个虚拟实体，我们可以通过GIS的输出系统用视觉、听觉、触觉、嗅觉等来感知它。那么城市规划的整个过程将给规划者带来真实感。5 GIS在城市规划中的应用展望5.1 公共平台、规划管理信息系统各网站群的融合数字城市是当前城市信息化建设的热点。从技术的角度看，数字城市是以空间信息为核心的城市信息系统体系。这里的空间信息是指与空间地理位置相关的数据及对应的人文、社会经济信息，城市信息系统体系则是指相互联系的大量的城市信息系统的有机结合体。所谓有机结合体，是指数字城市中的各个信息系统遵循共同的基础数据，并在一定的程度上相互补充、相互兼容。从实际应用的角度看，数字城市则是一个基于网络环境的城市空间信息服务体系。数字城市建设的任务就是利用现代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源（特别是空间信息资源），建立面向政府、企业、社区和公众服务的信息平台、信息应用系统以及政策法规保障体系等。综上所述，未来规划管理信息系统的应用应该是建立在与公众平台、各应用网站群的融合基础上的。5.2 城建政府电子政务与城市规划管理信息系统的融合城建政府电子政务与城市规划管理信息系统的融合在数字城市建设中，政府部门的政务信息化建设（即电子政务系统建设）是备受重视的一个环节。城建政府电子政务系统的建设主要是在原有的电子政务系统的建设的基础上，融进建设行业管理对图形数据特别是对空间数据依赖的特点，实现动态空间数据和属性数据互动的可视化。在城建行业基础数据、工具、网络和各应用模型的支撑下，综合应用了三维、虚拟、专题和分析等辅助软件工具，基于工具化思想，采取面向对