GIS在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用

■原雅捷 ■廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060

地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)相比傳統(tǒng)編制技術(shù)具有某些優(yōu)勢(shì)，這使其在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用具有可能性;傳統(tǒng)歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃編制的特點(diǎn)及其不足，使GIS應(yīng)用的研究具有必要性。本文將從數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的角度論述GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用。

1 相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

1．1 保護(hù)規(guī)劃涉及數(shù)據(jù)的類型

根據(jù)空間數(shù)據(jù)的性質(zhì)，GIS應(yīng)用于保護(hù)規(guī)劃的相關(guān)數(shù)據(jù)可分為三個(gè)主要類型：圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。圖形數(shù)據(jù)包括建筑、街巷道路、研究范圍等，存儲(chǔ)著地理實(shí)體在坐標(biāo)系的位置以及實(shí)體間的空間關(guān)系;屬性數(shù)據(jù)包括建筑的功能、風(fēng)貌、年代、層數(shù)、占地面積等［1］，存儲(chǔ)著地理實(shí)體的名稱、類型、特性等定性信息，以及數(shù)量和等級(jí)等定量信息。

根據(jù)存儲(chǔ)類型，GIS在保護(hù)規(guī)劃中應(yīng)用的數(shù)據(jù)可分為柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、文本表格數(shù)據(jù)和音頻視頻數(shù)據(jù)等。通常采用矢量數(shù)據(jù)來(lái)描述空間圖形，以柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)圖像和描述地形信息。另外，使用圖形數(shù)據(jù)生成的矢量數(shù)據(jù)還可按要素類型分為點(diǎn)、線和多邊形等。點(diǎn)要素主要包括古樹、古井等小型環(huán)境要素，線要素主要指道路空間軸線，多邊形要素主要包括建筑單體、院落、街區(qū)等涉及面積的空間要素。

1．2 數(shù)據(jù)的采集與處理方法

原始數(shù)據(jù)的采集方式主要有：文獻(xiàn)資料查閱、現(xiàn)狀地形圖與相關(guān)規(guī)劃資料、口述歷史、實(shí)地踏勘與調(diào)查等。首先將前期采集到的圖形數(shù)據(jù)輸入到GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后將屬性數(shù)據(jù)鏈接到圖形數(shù)據(jù)中，完成GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。圖形數(shù)據(jù)主要為CAD繪制的線條，需要分層導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫(kù)。屬性數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)在Excel中，鏈接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)、輸出并完成字段編輯才能轉(zhuǎn)為GIS分析可用的數(shù)據(jù)格式。

2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)就是將地理實(shí)體和信息進(jìn)行抽象化?，F(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界的中間層叫做概念模型［2］，數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型設(shè)計(jì)包括需求分析、數(shù)據(jù)分析和專題圖層設(shè)計(jì)三個(gè)方面［3］。

需求分析方面，按照歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃編制的流程，將規(guī)劃編制的主要內(nèi)容總結(jié)歸納為現(xiàn)狀數(shù)據(jù)查詢和簡(jiǎn)單分析、深入研究并輔助規(guī)劃決策、多方案比選、成果表達(dá)和輸出等需求。

數(shù)據(jù)分析方面，根據(jù)系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)需求，篩選需要入庫(kù)的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)從內(nèi)容邏輯上可分為自然環(huán)境數(shù)據(jù)、城市空間數(shù)據(jù)、歷史資源數(shù)據(jù)、規(guī)劃邊界數(shù)據(jù)等若干類型。

專題圖層設(shè)計(jì)方面，應(yīng)根據(jù)每個(gè)歷史文化街區(qū)保護(hù)的任務(wù)要求和設(shè)計(jì)管理等需求，決定其空間數(shù)據(jù)庫(kù)專題圖層設(shè)計(jì)的差異。

3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用

3．1 圖形顯示與屬性查詢

根據(jù)分層設(shè)色原理，圖形數(shù)據(jù)在GIS軟件界面中可以直觀顯示并可根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，按照不同的符號(hào)或色帶進(jìn)行區(qū)分顯示，還可將圖形的屬性數(shù)據(jù)按照柱狀圖、餅狀圖等方式直接顯示在圖形的位置上。

屬性查詢的實(shí)現(xiàn)則由簡(jiǎn)到難依次為綜合識(shí)別要素、通過(guò)屬性查詢要素、通過(guò)空間查詢要素等三種方式。

綜合識(shí)別要素：使用基礎(chǔ)工具中的識(shí)別工具(identify)可以直接查詢圖形的各類屬性。具體做法為：選擇識(shí)別工具，然后在地圖上點(diǎn)擊想要查詢屬性的對(duì)象，被選中的對(duì)象高亮閃爍，同時(shí)彈出相應(yīng)的屬性信息窗口。

通過(guò)屬性查詢要素：由于歷史文化街區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)要素和屬性數(shù)據(jù)量較大，直接查詢某一個(gè)要素很難滿足進(jìn)一步分析的需求，因此可使用GIS中的結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(Structured Query Language，SQL)，選擇特定圖層中滿足相應(yīng)條件的對(duì)象，可以準(zhǔn)確快速地篩選和查詢特定屬性。例如，在現(xiàn)狀建筑圖層中，輸入使用功能等于辦公的查詢語(yǔ)言，符合條件的現(xiàn)狀建筑被藍(lán)色圈選，同時(shí)可在屬性表中查看其他屬性，實(shí)現(xiàn)空間特征和屬性特征的聯(lián)合查詢。

通過(guò)空間查詢要素：根據(jù)目標(biāo)圖層和源圖層的空間位置關(guān)系，可以選擇滿足特定空間關(guān)系的對(duì)象，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分析的需求，具體的空間關(guān)系包括相交、內(nèi)部、包含、共邊、中心點(diǎn)在內(nèi)部等等。例如，先選擇一個(gè)街區(qū)，然后通過(guò)中心點(diǎn)在內(nèi)部的空間關(guān)系，可選中位于該街區(qū)內(nèi)部的所有現(xiàn)狀院落。GIS對(duì)海量信息的存儲(chǔ)和查詢功能，是實(shí)現(xiàn)歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃編制數(shù)據(jù)分析和管理的基礎(chǔ)。

3．2 簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

按照查詢功能，定義某種查詢條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，可生成和輸出簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并轉(zhuǎn)化為圖表顯示。例如，統(tǒng)計(jì)歷史文化街區(qū)內(nèi)面積超過(guò)50㎡的建筑的個(gè)數(shù)，還可以進(jìn)一步以此篩選結(jié)果為對(duì)象，統(tǒng)計(jì)其中不同功能建筑的比例，并生成柱狀圖表達(dá)。對(duì)數(shù)據(jù)的定量統(tǒng)計(jì)功能可提高保護(hù)規(guī)劃編制的精確性和可操作性。例如在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)測(cè)算中，可根據(jù)方案統(tǒng)計(jì)各地塊的拆遷量，進(jìn)而算出方案的實(shí)施成本，對(duì)不同方案進(jìn)行綜合比較選擇;還可以結(jié)合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行二次開發(fā)，計(jì)算開發(fā)強(qiáng)度［4］。

3．3 利用空間分析輔助決策

GIS強(qiáng)大的空間分析能力是其區(qū)別于CAD和科學(xué)計(jì)算可視化的特有功能［5］。柵格型數(shù)據(jù)和矢量型數(shù)據(jù)使用不同的空間分析方法，前者包括聚合分析、復(fù)合分析、統(tǒng)計(jì)分析和量算等，后者包括緩沖區(qū)分析、包含分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、泰森多邊形分析和數(shù)據(jù)量算等。ArcGIS還集成了多個(gè)分析模塊，如空間分析、3D分析、地統(tǒng)計(jì)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、跟蹤分析等，可直接展開專題性更強(qiáng)的多種空間分析［1］。

GIS在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中應(yīng)用時(shí)，主要使用到的空間分析方法包括：柵格數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和量算，矢量數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)分析、包含分析、疊加分析和數(shù)據(jù)量算，以及空間分析模塊和3D分析模塊中的多項(xiàng)分析功能。

另外，將相關(guān)數(shù)學(xué)模型嵌入GIS系統(tǒng)，可與GIS的空間分析結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更多方面的分析研究。最常用的是使用多因子綜合評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)歷史文化街區(qū)建筑價(jià)值。

GIS空間分析功能的優(yōu)勢(shì)，可以綜合考慮和疊加分析多種限制條件，避免規(guī)劃中完全使用認(rèn)為主觀判斷的方法，提高規(guī)劃決策的科學(xué)性。例如，利用GIS現(xiàn)狀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，規(guī)劃者采取不同的分析決策，可提出不同的保護(hù)與整治方式;對(duì)肌理和建筑高度控制的研究，則是在定量化和三維層面的拓展。

3．4 成果輸出與動(dòng)態(tài)維護(hù)

將分析結(jié)果按照?qǐng)D層順序疊加，并設(shè)置顯示效果，可快速生成多種專項(xiàng)分析圖以及相應(yīng)格式的規(guī)劃圖則。

在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，基于第一次規(guī)劃建立的數(shù)據(jù)分析體系，定期對(duì)歷史文化街區(qū)每一個(gè)小尺度戶籍單元進(jìn)行即時(shí)更新，可方便后續(xù)分析調(diào)整和成果修改，為快速實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)性更新和可持續(xù)保護(hù)提供技術(shù)支持，并使持續(xù)整治和動(dòng)態(tài)保護(hù)成為可能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了GIS在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃編制中應(yīng)用的核心技術(shù)，即數(shù)據(jù)特點(diǎn)與采集方法、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法，然后對(duì)GIS在保護(hù)規(guī)劃編制中的幾個(gè)主要應(yīng)用方向進(jìn)行詳細(xì)闡述。本文主要結(jié)論為：在歷史文化街區(qū)保護(hù)規(guī)劃編制工作中，GIS數(shù)據(jù)庫(kù)可應(yīng)用于圖形可視化、屬性信息查詢、數(shù)據(jù)定量統(tǒng)計(jì)、更深入的空間分析輔助決策，以及成果輸出和后續(xù)維護(hù)等方面。

［1］湯國(guó)安．地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程［M］．上海：科學(xué)出版社，2006．

［2］王珊，陳虹．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理教程［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

［3］胡明星，金超．基于GIS的歷史文化名城保護(hù)體系應(yīng)用研究［M］．南京：東南大學(xué)出版社，2012．

［4］李佳伶．基于ArcGIS的歷史街區(qū)建筑保護(hù)更新模式研究［D］：［碩士學(xué)位論文］．長(zhǎng)沙：湖南科技大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，2010．

［5］艾麗雙．三維可視化GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用研究［D］：［碩士學(xué)位論文］．北京：清華大學(xué)建筑學(xué)院，2004．