GIS在城市规划中的应用
摘要：无论在国内还是国外，地理信息系统在城市规划中的应用都是越来越广泛。本文对今年来GIS在城市规划方面的应用进行了总结，介绍了GIS在城市规划中应用的优势，通过一些实例说明GIS技术在城市规划领域中应用方向、方法和现状，并对GIS在城市规划领域中的应用前景做出了展望。
关键词：GIS 城市规划应用
1 引言
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。它的意义在于它对城市发展的指导和控制。而城市本身则是一个巨大的、复杂的综合体，所以如何全面、科学、合理的进行城市规划就显得尤为重要。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一种以计算机为基础，处理地理空间信息的综合型技术。它具有十分强大的管理空间信息的功能，并且随着计算机技术的发展，GIS技术也日益成熟，所以将GIS技术应用到城市规划中就成为现代的城市规划的一种新思路。
2 GIS技术在城市规划中应用的优势
城市作为一个国家的政治、经济、文化的集聚中心，其信息的产生、交换、融合无时不在，并涉及地理、环境、人口、经济等各个方面。所以反映城市现状、规划、变迁的各类数据以海量方式呈现，并且处于不断的更新变化中。运用传统的技术手段对这些数据进行分析、管理会耗费大量的人力、物力，并且更新困难。而GIS技术能够把社会、经济、人口等属性信息与地表空间位置相连，组成完整的规划信息数据库，方便查询、管理、分析、调用和显示。并且GIS也提供了叠置分析、缓冲区分析、最佳路径选择等空间分析功能。另外，利用三维GIS技术，可以很容易辅助推敲规划设计方案与周边环境之间的关系，方便的查询三维建筑的相关信息，从而辅助规划决策。
总的来说，与传统的城市规划技术相比，GIS主要有以下方面的优点：
（1）使数据更加直观的显示
（2）使信息的查询和管理更加方便、快速
（3）能够实现规划专题分析
（4）能够实现规划过程的动态、实时性
（5）辅助规划决策
3 GIS技术在城市规划中的应用实例
本文引用了三个应用实例来说明GIS技术在城市规划中的应用。
3.1 空间数据分类与可视化
对空间数据按其对应的属性数据进行分类，并以专题地图的方式表达，是GIS最常用的功能。1995年，以上海市统计局所提供的上海乡一级的社会、经济数据为依据，对上海郊县的经济发展的空间状态进行分析，在制作大量专题地图的基础上，对近年来人口、土地、产业的特征进行归纳总结，可得出如下结论:
（1）上海郊县的大部分劳动力已不再从事农业，郊区不再是传统意义上的农村。
（2）市域乡镇工业经济水平逐渐趋向均衡。不少工业产值较低的乡，其产值增幅相对较大。
（3）耕地面积的减少和建成区扩大有关。而黄浦江上游的松江、青浦县的耕地面积减少，对上海饮用水水质构成威胁。
（4）村办工业的发展和市区工业扩散有关。如宝山、嘉定、阂行、川沙的部分地区。
（5）村办工业占地大，地均产出率低，土地消耗大。村办工业的技术装备水平也较低。
3.2 规划设计决策[4]
在规划设计过程中GIS最主要的应用是利用其空间数据管理和展示功能及简单的空间分析（主要是叠加）对传统的前期辅助分析进行直观的图形表达，以作为规划的依据；有些又在此基础上加入了某些规划专业模块及扩展数据来源以增加分析的内容，提高规划的合理性。典型实例如：Thomson 和Hardin（2000）利用GIS和RS图像分析、确定曼谷都市圈低收入居民点的位置。在发展中国家普遍存在着高速城市化带来的对城市居民点和相关配套设施的需求，尤其是大量农业人口进入城市对低收入居民点的需求。为了确定曼谷东北约500平方公里地域的公共住房的位置，Thomson和Hardin对卫星遥感图像进行分析，结合其他相关的社会经济信息，生成了GIS的分析数据库：土地利用（包括用途、强度等），地块信息（面积、所有者等），道路，自然属性（坡度、洪水淹没线），公共配套设施等；在土地居住适应性分析的基础上基于公共交通便利、国有土地投资少、居住区密度适中配套较完善等原则进行GIS专题图叠加分析，从而找出适宜的住宅发展地块。事实证明遥感图像投入少见效快，能为GIS应用提供实时的、适合的分析数据，是GIS数据库一个重要的、便捷的来源。
3.3 三维GIS辅助城市规划
三维GIS是指能对空间地理现象进行真3D描述和分析的技术。利用它建立的三维模型能真实反应现实城市场景，为科学研究城市规划提供有力的工具。典型实例如：李凤利用福州市的三维数字地面模型和城市三维建筑模型建立了福州市的三维模型。然后通过对于山、屏山、乌山组成的三山视线通廊进行分析（视线通廊作为景观设计的重要控制因素，城市必须保留视线通廊一定范围内的通视性，对建筑高度加以控制。在城市专项规划中，如历史文化名城保护规划、绿地系统规划中必须加以体现。福州作为一个风景旅游城市，其空间设计在整个城市规划体系中尤为重要。而由于山、屏山、乌山组成的三山视线，成了福州规划设计中重要的控制因素）。最后，得到以下结论：在于山到屏山视线通廊范围内，超高的主要建筑有：福州市公安局大楼（16 层）、联通大厦（17 层）、三山大厦（26 层）、中福广场（28 层）、建银大厦（15 层）、中山大厦（32 层）、省财政厅大楼（20 层）、福建商业大厦（15 层）等。乌山到屏山视线控制线范围内，超高的主要建筑有：衣锦华庭（13 层）、福建省教育厅大楼（12 层）、山海大厦（16 层）。乌山到于山视线控制线范围内执行情况较好，还没有出现超高现象，希望政府能加强管制，保持两塔（乌塔、白塔）的相互通视。从现实情况分析来看，对屏山与乌山以及屏山与于山两条视线通廊的规划保护已经没有实际意义了。建议政府部门加强三山风景区内非文物保护建筑的迁移，做到还山于民；在三山周围的建筑做到严格高度控制，做到四面显山于市，让福州市民看到三山，游客见到三山，使福州不愧为国家历史文化名城、国家风景旅游城市。
随着GIS在城市规划领域应用的日益广泛和深入，应用的角度呈现出多样化的特点，其中就包括了城市空间数据分类与可视化、数据扩展与建设用地格局分析、城市土地评价、建筑分析、风景和流域的造型规划、公共设施的选址、小尺度的社区景观规划和设计等诸多方面的应用。可以说，GIS为城市规划、设计、管理提供了崭新思路。
4 GIS在城市规划中的应用前景
4.1 3S集成
RS（Remote Sensing 遥感）已经成为获取GIS数据的一种有效手段。通过遥感技术可以获取种类丰富，分辨率高的数据，并且数据能够及时、动态更新。GPS（Global Positioning System 全球定位系统）是一种导航定位授时系统，GPS能够快速地提供目标的空间位置，并且具有很高的精度。在城市规划的应用中，把GIS 的空间分析模拟功能与RS 的信息动态更新功能、GPS 精确空间定位功能结合起来，将RS和GPS作为G IS的重要数据源，可满足海量城市数据的快速、精确获取和及时动态更新，是GIS应用中的数据瓶颈的很好的解决方
案。3S集成技术可以为城市规划提供直接的数据服务，快速追踪、观测、分析和模拟被观测对象的动态变化，并高精度地定量描述这种变化。三种技术相辅相成，紧密结合将越来越多的应用到城市规划中。
4.2 网络GIS
与传统的GIS相比，WebGIS的优势有：
（1）广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据。这一特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。
（2）平台的独立性。无论服务器或客户机是何种机器，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户可以便捷地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。
（3）操作简单。要使GIS为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的WEB浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。
（4）灵活高效的计算模式。传统的GIS大都使用文件服务器结构的处理方式，其处理能力完全依赖于客户端,效率较低。当今一些高级的WebGIS能充分利用网络资源,将基础性、全局性的处理交由服务器执行,而对数据量较小的简单操作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。
利用WebGIS可以满足现代城市规划多地区、多行业、同步性协作式发展的要求，解决了由于各部门、各行业缺乏联系和沟通而引起的信息难以共享、资源浪费等问题。此外，WebGIS 中，数据的分布式存储管理既满足了终端用户对实时信息的要求，又有利于数据管理与使用部门和数据采集部门的利益分配，有效地解决了传统GIS应用中的数据的现势性问题。因此WebGIS将为城市规划的应用提供更加广阔的前景。
4.3 虚拟GIS
城市规划根本任务是对城市三维空间的规划与管理，所以如果能建立三维的城市模型，将会使规划师的规划方案更加直观、准确、符合实际。而虚拟GIS技术就是将虚拟现实技术和GIS相结合生成大比例尺的城市模型，并通过三维场景的合成、三维实时渲染，真实模拟复杂多变的城市三维地形，从而将城市遥远的过去向未知的将来的演变进程生动、直观地呈现，让规划师在交互式三维视景中进行实时的数据查询和可视化分析，考察、修改设计方案。随着虚拟技术的发展，虚拟GIS将会是未来城市规划领域的一个研究方向。
4.4 时态GIS
时态GIS亦被称为4DGIS，意为在三维空间上加上时间维。它强调的是利用时空分析的工具和技术来模拟动态过程，探究和挖掘隐含于时空数据中的信息和规律。将TGIS应用到城市规划中去，将在很大程度上改变传统GIS在其中的信息获取和处理方式。主要表现在以下几个方面:
（1）数据管理：TGIS可以把各种城市规划相关数据的空间信息、属性信息和时间信息关联起来，并进行实时监控和更新，解决数据产生的时间问题等，满足城市规划研究的需要。
（2）趋势预测：主要是利用时间平滑的方法，对未知时间区段进行推测。不仅可以给规划者提供规划的具体依据，而且可以用预测结果来检验规划方案的可行性，也能为决策提供服务。
（3）规划成果的可视化输出: TGIS与传统GIS相比的突出优势在于可利用其与多媒体技术、Flash等动画制作技术结合，静态或动态地模拟城市的现状和发展景观，使规划成果实
现动画表达。
GIS作为组织、管理、分析地理空间信息的技术系统为城市规划和城市建设提供了多专业、多层次和多目标的综合服务，为城市规划、设计、管理提供崭新思路。GIS未来的发展趋势将是集成化、网络化、与虚拟现实技术相结合，这些将为城市规划与管理注入新的活力，我们相信G IS在城市规划领域的应用将有更加广阔的前景。
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