城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)的應(yīng)用

陳新福

[摘 要]GIS技術(shù)是當(dāng)今全球流行的空間數(shù)據(jù)處理分析和管理的一門科學(xué)技術(shù)，本文對GIS技術(shù)的概念和發(fā)展歷程做了簡單介紹，并概述了GIS技術(shù)在社會各方面的應(yīng)用，尤其是在城市規(guī)劃行業(yè)中的應(yīng)用，最后以廈門為例，用實(shí)例介紹了GIS技術(shù)在城市規(guī)劃中的一種分析方法并與傳統(tǒng)方法做了對比，以體現(xiàn)GIS分析的科學(xué)性。GIS技術(shù)的推廣對日常生活和工作都有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]GIS;地理信息系統(tǒng);城市規(guī)劃

[中圖分類號]P208 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

1 城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用GIS技術(shù)的必要性

隨著我國城市現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快、人類文明也隨之取得了很大的進(jìn)步，但同時也暴露出了諸多的問題，如交通擁堵、環(huán)境污染以及住房擁擠等，如果繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法，那么就很難真正地滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展需求，這就要求了必須出現(xiàn)一種更加先進(jìn)、科學(xué)并且全面的技術(shù)手段。而GIS技術(shù)就能夠更好地分析和管理城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的各種數(shù)據(jù)，同時具備更好的準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢性，真實(shí)反映出了我國城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展情況，是一種應(yīng)用型極強(qiáng)的輔助工具。

而隨著GIS技術(shù)的快速發(fā)展，其為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作提供了一套全面、科學(xué)并且有效的方法，首先，它能較為輕松地分析和管理這些數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，減少了大量的重復(fù)性的工作，同時代替人為的操作后也減少了錯誤的發(fā)生，同時應(yīng)用GIS技術(shù)后，非空間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性問題也得到了解決，因此，這類技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

GIS技術(shù)在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用相對比較簡單，應(yīng)用深度不夠。目前，僅在某些特定問題出現(xiàn)時使用。因此，在城市規(guī)劃中的應(yīng)用受到阻礙。如何降低GIS技術(shù)應(yīng)用在規(guī)劃設(shè)計(jì)中的門檻;如何深入廣泛地將GIS技術(shù)應(yīng)用到城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中去，還需要進(jìn)一步的研究。廈門市規(guī)劃設(shè)計(jì)就針對GIS在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用做了深入研究，對GIS技術(shù)是一個新的挑戰(zhàn)。

2 GIS概述

2.1 GIS的定義

地理信息系統(tǒng)，有時又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，它可以對空間信息進(jìn)行分析和處理。GIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起。

2.2 GIS的構(gòu)成

GIS是由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、應(yīng)用環(huán)境等要素組成。

2.2.1 GIS硬件

GIS硬件包括計(jì)算機(jī)、輸入與輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。

運(yùn)行GIS的計(jì)算機(jī)可以是個人電腦。也可以是大型的多用戶超級計(jì)算機(jī)。運(yùn)行GIS的計(jì)算機(jī)一般需要具有較強(qiáng)運(yùn)算處理能力的CPU、較大的內(nèi)存，因?yàn)镚IS數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的GIS還需要服務(wù)器、磁帶庫等。

輸入設(shè)備包括鍵盤鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)字化儀等。

輸出設(shè)備包括計(jì)算機(jī)屏幕、打印機(jī)、繪圖儀、光盤、移動存儲設(shè)備等。

網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備將位于不同地點(diǎn)的多個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，以及功能的互補(bǔ)。這些設(shè)備包括網(wǎng)線、光纜、集線器、路由器、交換機(jī)、防火墻等。

2.2.2 GIS軟件

目前，主流的GIS軟件都以空間數(shù)據(jù)庫為引擎，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常有三層：界面層、工具層和數(shù)據(jù)管理層。界面層由圖形用戶界面和應(yīng)用程序接口構(gòu)成;工具層由數(shù)據(jù)輸人輸出以及數(shù)據(jù)處理分析軟件構(gòu)成;數(shù)據(jù)管理層用于數(shù)據(jù)存儲和管理。

對于單用戶的GIS系統(tǒng)，上述三層軟件以及數(shù)據(jù)都安裝在同一臺計(jì)算機(jī)內(nèi)。對于多用戶基于網(wǎng)絡(luò)的GIS系統(tǒng)，界面層軟件安裝在用戶的計(jì)算機(jī)內(nèi)，數(shù)據(jù)管理層的軟件以及數(shù)據(jù)則安裝在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器中，而工具層的軟件則通常安裝在服務(wù)器中。客戶端通過界面層軟件向服務(wù)器索取數(shù)據(jù)，或請求解決某一問題，服務(wù)器上工具層軟件和數(shù)據(jù)管理層軟件執(zhí)行客戶端的請求，然后把數(shù)據(jù)和問題的解決結(jié)果反饋給客戶端。

2.2.3 GIS數(shù)據(jù)

GIS數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的核心內(nèi)容劃密切相關(guān)的，整個GIS系統(tǒng)都是圍繞GIS數(shù)據(jù)展開的。和城市規(guī)劃GIS數(shù)據(jù)包括地形圖、遙感影像圖、地質(zhì)水義植被土壤等資源環(huán)境資料、行政區(qū)劃、人口分布、規(guī)劃編制成果、地籍、房產(chǎn)、市政和公共設(shè)施、規(guī)劃審批數(shù)據(jù)、道路交通等。

GIS數(shù)據(jù)的采集和管理是GIS系統(tǒng)中成本最高的一項(xiàng)，需要引起建設(shè)單位的特別重視。按照國內(nèi)外的一般經(jīng)驗(yàn)，規(guī)模較大的實(shí)用GIS長期運(yùn)營成本有著如下關(guān)系：

硬件成本<軟件成本〈應(yīng)用開發(fā)投入〈初期數(shù)據(jù)采集成本〈日常數(shù)據(jù)維護(hù)成本，如果對GIS數(shù)據(jù)的采集和管理成本估計(jì)不足，就會影響GIS效率的發(fā)揮，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致GIS無法正常運(yùn)行。

2.2.4 GIS方法和GIS人員

GIS方法是為解決各種現(xiàn)實(shí)問題而提出的各種模型方法。GIS方法是GIS技術(shù)產(chǎn)生社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的關(guān)鍵所在。

GIS人員既包括受過培訓(xùn)的用于管理維護(hù)GIS系統(tǒng)的專業(yè)人員，也包括使用GIS系統(tǒng)的普通工作人員和民眾。后者人數(shù)眾多，需要特別考慮他們的使用需求。前者人數(shù)雖少，水平要求較高，加之GIS技術(shù)更新迅速，他們需要不斷學(xué)習(xí)。

3 GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)手法帶來了質(zhì)的飛躍

城市規(guī)劃主要涉及大量的社會、經(jīng)濟(jì)資料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等，長期以來在缺乏有效的快速準(zhǔn)確的輔助信息分析工具的情況下，主要是規(guī)劃設(shè)計(jì)者從個人主觀出發(fā)，以感性的角度來分析處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，缺乏對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的理性分析，主觀隨意性較大，而且人工處理大量數(shù)據(jù)時速度慢，效率低。GIS可以管理大容量的數(shù)據(jù)，支持多種形式的空間數(shù)據(jù)，提供良好的數(shù)據(jù)維護(hù)更新能力，以及查詢、疊加、聚類、網(wǎng)絡(luò)、鄰近空間信息的能力，對城市規(guī)劃空間分析的理性化具有重要的意義。GIS介入城市規(guī)劃領(lǐng)域，提高了規(guī)劃設(shè)計(jì)的效率，縮短設(shè)計(jì)周期的同時保證了規(guī)劃成果的質(zhì)量。

3.2 增強(qiáng)了城市規(guī)劃決策分析的合理性

GIS空間數(shù)據(jù)具有強(qiáng)大的分析能力，可以輔助規(guī)劃師更好地通過對規(guī)劃方案的模擬、選擇、評估等進(jìn)行規(guī)劃決策。通過對GIS運(yùn)用，可實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃區(qū)內(nèi)社會、經(jīng)濟(jì)、自然條件等各要素的多因子疊加分析，進(jìn)行如規(guī)劃區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和評估、城鎮(zhèn)土地分等定級以及規(guī)劃區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測等;通過圖層疊加緩沖區(qū)以及最佳路徑自動匹配等空間分析，從而實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃區(qū)的空間規(guī)劃如居住區(qū)、公園廣場、公共設(shè)施的選址、人流車流最佳路線的安排等等，而這些是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法所無法完成的。

3.3 豐富了規(guī)劃成果的表達(dá)方式

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手法以感性為主，理性為輔，重結(jié)果而不重過程，重物質(zhì)規(guī)劃研究，不重社會、經(jīng)濟(jì)問題的研究，直接導(dǎo)致規(guī)劃成果的內(nèi)涵不足，過于注重圖面效果，影響規(guī)劃后期實(shí)施的可操作性。GIS由于數(shù)據(jù)更新的快捷性、空間分析的實(shí)時性，對城市規(guī)劃的動態(tài)調(diào)整提供了良好的技術(shù)支持。

4 廈門市規(guī)劃設(shè)計(jì)中GIS技術(shù)的應(yīng)用

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的三維可視化

在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，如果僅僅采用平面設(shè)計(jì)，那么就很難全面地展示出設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)意圖，同時用戶也無法直觀地感受規(guī)劃方案，規(guī)劃方案中隱藏著的設(shè)計(jì)缺陷也不易被發(fā)現(xiàn)。而在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用了GIS技術(shù)，那么相關(guān)人員就都可以隨時地觀察各種方案地在城市大環(huán)境中的具體效果，可以沿任意路線和任意角度地對比各種方案，在方案中對建筑物的外觀、尺寸、高度、體量及其與城市環(huán)境的協(xié)調(diào)性進(jìn)行空間對比分析，對一些必要的景觀點(diǎn)也可以進(jìn)行視域分析和實(shí)現(xiàn)分析，保證城市景觀的整體效果。

4.2 公共設(shè)施布局規(guī)劃

作為維持我國城市有效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要物質(zhì)保證，城市公共設(shè)施也是隨著城市住區(qū)的不斷開發(fā)和建設(shè)才逐步完善的。進(jìn)行住區(qū)開發(fā)和建設(shè)的過程中，配建公共設(shè)施都是以住區(qū)的自身需求為出發(fā)點(diǎn)的，但是在住區(qū)形式以及住區(qū)規(guī)模等因素的約束下，這些公共設(shè)施并不能夠完全滿足城市整體建設(shè)的需求。在城市中的人口密集區(qū)域，配建的公共設(shè)施數(shù)量不夠，并且在很多服務(wù)盲區(qū)根本沒有配建相應(yīng)的公共設(shè)施。而在應(yīng)用了GlS技術(shù)后，借助其系統(tǒng)中的緩沖區(qū)，能夠迅速找到城市中的服務(wù)盲區(qū)，從而及時地進(jìn)行調(diào)整。另外，在緩沖區(qū)下面疊加上該區(qū)域的人口密度圖后，就能夠統(tǒng)計(jì)出每一個公共設(shè)施所需服務(wù)的人口，這樣就能確定哪些區(qū)域需要擴(kuò)建公共設(shè)施的規(guī)模，哪些區(qū)域需要新建公共設(shè)施了。

4.3 豎向規(guī)劃

在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中的任何一個階段，對于能否合理地利用地形都有著較高的要，只有合理利用了地形，從而盡可能的不影響環(huán)境，同時降低工程的造價和成本。在應(yīng)用了GIS技術(shù)后，隨系統(tǒng)就會生成三角網(wǎng)模型，其具有非常強(qiáng)大的立體分析能力，充分地提高土方平衡計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且還能計(jì)算出挖方工程和填方工程的具體數(shù)量以及所涉及的范圍。

4.4 對比各城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，通常在確定最終所選擇的方案之前，都是要設(shè)計(jì)出眾多的備選方案的，對眾多的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的對比分析，從而選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在有效地應(yīng)用GIS技術(shù)后，由于其系統(tǒng)自帶的疊加分析功能，從眾多的評價指標(biāo)摘取若干個指標(biāo)，并對它們賦子相應(yīng)的權(quán)重、此后系統(tǒng)就會對這些評價指標(biāo)圖層同時進(jìn)行疊加和比較，在疊加比較每一個圖層后，都會得出一個綜合評價值，再對所得出的每一個方案的綜合評價值進(jìn)行分析，就得到了最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

4.5 計(jì)算建筑拆遷量

在進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的工作時，影響城市建設(shè)拆遷量的因素主要有兩個，一個是由于調(diào)整用地方案而帶來的建筑拆遷量，另一個則是由于建設(shè)道路工程和公路工程而帶來的建筑拆遷量。在應(yīng)用了GIS技術(shù)后，由于GIS技術(shù)具備較好的空間選擇功能和緩沖區(qū)分析功能、在拆遷范圍內(nèi)的所有建筑都可以被提取出來、之后在對這些建筑的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出它們的拆遷量以及拆遷總量了。

4.6 計(jì)算各類經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，生成各類統(tǒng)計(jì)專題圖

由于GIS技術(shù)能夠?qū)⒖臻g屬性和非空間屬性較好地結(jié)合到一起，所以在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用了GIS技術(shù)后，基于空間數(shù)據(jù)的各類非空間屬性的統(tǒng)計(jì)和分析工作輕易就被完成了，同時能夠快速的生成各類技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表，而對于折線圖、餅狀圖、直方圖以及柱狀圖等各種類型的統(tǒng)計(jì)專題圖，也能夠快速地形成。應(yīng)用了GIS技術(shù)后為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)專題圖的生成等多項(xiàng)工作都提供了極大的方便，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析的效果更加準(zhǔn)確并且更加直觀，為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)師提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)語

綜上所述，通過以上的具體闡述，我們深知城市規(guī)劃應(yīng)用GIS技術(shù)非常重要。如今GIS先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到各個行業(yè)當(dāng)中，城市規(guī)劃的方案也逐漸轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)的制圖方式。GIS技術(shù)具有獨(dú)特的風(fēng)格，將其充分應(yīng)用到城市規(guī)劃當(dāng)中非常重要。因此，在城市規(guī)劃中應(yīng)用GIS技術(shù)具有非常廣闊的發(fā)展前景。

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