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1、1- GIS与城市规划,1,一、GIS 技术在城市规划中的作用,随着我国经济建设的快速发展，城市化速度大大加快，但是城市规划的现状并不令人满意。在城市基础设施建设中，如市政管线，事故时有发生；城市交通、土地、水资源、能源、灾害管理和决策的水平急需改善和提高。为寻求解决这些问题的对策，广大城市规划师和城市决策者迫切希望能够更完整、准确和全面地把握城市及其周边环境的动态空间特征。80 年代末、90 年代初， GIS 在我国的应用进入了城市。如今，在城市规划领域，GIS 技术被用于城市规划的辅助设计、工程选址等工作，以及城市管理的规划控制、辅助决策等工作。,2,1.传统的数据模型对城市规划支持的不足
2、,在GIS 技术应用到城市规划领域之前，CAD 软件(计算机辅助设计) 一直是城市规划设计人员的主要工具。CAD 的数据模型起源于六七十年代，通过点、线、面将地理数据存储在二进制格式的文件中。由于CAD 数据模型缺乏对属性数据的支持，且空间数据不是存储在数据库中，所以在数据分析、数据量化统计、查询等方面给城市规划设计和管理人员带来了一定的困难。,3,2.GIS 数据模型在城市规划中的优势,相对于传统的数据建模技术， GIS 技术能把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来，满足用户对空间信息管理的要求，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。 利用GIS 的建模技术，
3、可以存储海量的基础数据；可以实现信息的快速、动态查询与统计分析；可以对各种规划方案与成果进行定量分析、模拟及预测，促进规划决策的科学性，提高规划设计与管理工作的质量与效率。,4,3.地理信息系统,定义：地理信息系统（GIS）是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的计算机系统。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而构成。它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计、制图的工具已逐步发展起来。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一
4、定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。,5,城市规划业务本身需要收集、处理、分析、展示大量的与规划区地表空间位置相关的空间和属性信息，历史上就与信息系统和地图密不可分；因此，随着GIS在80年代以来的推广使用，GIS也越来越多地应用到城市规划领域，从政府规划管理向教学科研及规划设计扩散，特别是近10年来，取得了很大的进展。,6,4.GIS和城市规划,GIS在城市规划中的作用既是数据库，又是工具箱。基于数据库的GIS可以存储空间数据、属性数据，通过空间关系模型将二者连接起来，高效率地存取数据、查询和制图。同时，还可以从数据库中抽取数据，输入到其他模型或空间分析程序中，
5、或者和其他专门调查获得的表状数据相结合，为决策服务。将GIS当作工具箱时，可使用地学信息处理功能，如空间插值、叠合、缓冲区和空间连接等。,7,4.GIS和城市规划,数据库管理、地图显示、空间分析、空间建模是GIS在城市规划中的主要用途。 在数据管理和地图显示方面，可用于土地使用、社会经济、环境、建设申请和审批、规划方案等资料的存储，通过对数据库的查询获取有用信息，用专题地图显示事物的空间分布状况；在空间分析、空间模型方面主要用于统计、选址、实施地点寻找、土地适宜性评价、土地使用交通模型、环境影响评价等，分析结果也往往用专题地图表达。,8,4.GIS和城市规划,GIS给城市规划带来的主要优势有：
6、改善地图制作更有效地查询、检索快速、广泛地获取相关信息，在更大领域探讨多种方案的可能增强分析能力便于和公众、非专业人员交流、沟通提高服务质量，缩短工作周期。,9,10,5.GIS在城市规划不同阶段中的应用,基础资料调查：调查整个城市、区域的土地使用状况及变化。 现状分析：利用地图叠合功能，将土地开发状况和土地适宜条件相叠合，便于找出土地开发与环境要求不相适应的位置。 建模和预测：环境规划模型方案制定：寻找未来土地发展的合适空间 方案选择：提供技术支持 规划实施：对开发项目的环境影响进行评价 规划评价、监督、反馈,11,12,6.应用深化：超越制图和可视化,规划模型和GIS的结合有松散型、紧密型
7、、集成型三种：松散型特点：GIS软件和规划模型之问只进行数据交换，从GIS数据库中提取数据，输入到一个外部的程序进行处理，运算结果再传输给GIS进行显示、制图或进一步处理。紧密型的特点：可以在GIS软件环境下直接编写程序，避免不同软件之问的显式数据传输。集成型的特点：在ARCINFO件产品中已经嵌入了区位配置模型和空问相互作用模型，用户不用自己为模型而编写程序，从而节省时间和精力，并有利于模型的推广应用。目前，最常用的仍是松散型。,13,二、典型应用实例,1.规划管理2.规划设计决策3.GIS 在城市三维可视化中的应用4.提高规划的公众参与,14,.规划管理,据估计地方政府日常业务处理的数据中
8、7080% 与地理位置有关。在美国GIS 已被广泛地应用到地方政府的各项职能中。按照传统的方式，规划部门或者是利用文件的方式，或者采用目前流行的数据库方式来管理规划数据。前者的缺陷是规划数据的空间实体与属性信息脱节，数据更新、维护、查询比较困难；而后者的缺陷是不具备根据数据库信息定义相应的实体的能力；两者共同的缺陷是不具备空间查询定位能力。而GIS 软件，比如美国ESRI 公司的ArcGIS 软件完全解决了上述问题，其在规划数据管理上有着广阔的应用前景。,15,美国弗吉尼亚州Fairfax县政府的GIS系统，GIS规划管理是其中的一大部份。Fairfax县政府最早利用GIS系统是在80年代初，
9、由当时的尝试性地利用其作信息可视(图形展示)工具到现在建成的多功能的政府GIS 系统。它包括地理编码、自然地理信息、道路人口、管线规划、分区土地利用等75 层信息；对应实际地理精度可达到2 英尺左右，涉及到了交通、规划、环境、统计等近20个部门。其中规划管理部门可以方便地查询调用规划信息和城市其他相关信息以辅助规划管理决策。同时，城市发展变化的各类新信息又通过各个部门进入系统，以便更好地掌握实际情况。GIS 充分地发挥了其强大的空间及相关属性信息的管理和展示功能。,16,2. 规划设计决策,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
10、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。,17,2. 规划设计决策,Thomson 和Hardin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， 地块信息， 道路自然属性， 公共配套设施等；在土
11、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。,18,新银行选址评价图,19,GIS 在城市规划中用地适宜性评价工作的应用 在城市规划设计的前期调研工作中，如果遇到地形复杂的规划地块，可以利用GIS 的空间分析功能以及规划范围内的数字高程模型数据(DEM) 对规划地块进行坡度分析、坡向分析、等高线分析、流域分析等，以作为用地适宜性评价的参考依据。利用各种空间分析可以确定坡度在某个区段的范围
12、，计算出面积，进而结合坡向分析、等高线分析、流域分析为确定建设用地的范围和布局提供依据。,20,21,GIS 在规划指标统计、数据分析中的应用 做城市规划设计时，需要计算规划地块的开发强度、建筑密度、建筑面积、绿化率、人口密度、容积率等规划指标。按照常规方法，需要在CAD 软件中用手工方法量取图形的面积，手工计算数量。这种方法效率低、费时间、错误率高，直接影响规划设计的质量。GIS 技术将这种局面彻底改观。它以数据库技术为支持，在建库时分层处理。也就是根据数据的性质分类，性质相同或相近的归并在一起，形成一个数据层。这样可以对图形数据及其属性数据进行分析和指标量算，在很大程度上减轻了规划设计人员
13、的体力劳动。,22,在平面上设计和绘制规划图纸存在许多局限性，集中在以下几方面：不能给设计人员和用户提供真实、直观、富于真实感的场景，不利于规划方案的展示；设计方案可能存在着不易发现的设计缺陷，隐藏着规划风险；设计过程周期长、效率低、资金高；由于规划设计专业性强，非专业人员和设计人员之间的沟通可能出现障碍，最终可能影响项目的实施；在宣传规划方案的效果上还有待增强。,3. GIS 在城市三维可视化中的应用,23,利用三维GIS 技术，规划设计人员和管理人员可以实时、交互地观察不同方案在城市环境中的效果，可以从任意角度、方向、沿任意路线对不同方案加以比较，从而为从空间角度评价建筑提供了更加直接、有
14、效的手段，而这些是以往的平面图和建筑缩微模型所难以实现的。 如果利用三维GIS 技术，就可以对规划方案与山体之间的关系进行分析，对方案的高度、体量、外观以及与整个城市的空间关系进行分析，对地下不可见的管线进行可视化分析。同时，还可以将空间数据与属性数据结合到一起，规划管理人员可以很容易的查询虚拟城市中建筑物的相关信息，结合对建筑物的空间分析，对方案的优劣进行评估，从而做出正确的判断和决策。,24,GIS 的三维可视化技术，作为一种“数字化的工作模型”，可以在城市设计的方案阶段应用。使用ArcView GIS 软件的3 维可视化技术，即时反映城市设计方案,25,26,4.提高规划的公众参与,城市
15、是居民的城市，居民对城市发展发表意见对规划有着十分重要的指导意义。所以规划过程中越来越强调公众参与，而GIS 和WWW 技术的结合( 网络GIS)为其创造了十分良好的条件。Kodmany介绍了伊利诺伊(Illinois)大学在芝加哥Pilsen社区规划和城市设计中，引入公众城市的思想，应用GIS 及WWW 技术在网上调查居民对自己社区未来的设想以辅助规划决策。一个有关社区基本情况的可视化的GIS系统在Internet上建成，居民可以方便地通过互联网在图上对应具体的位置了解现状并提出自己对未来的设想，其意见进入GIS 数据库后规划人员可方便地调阅，汇总分析，并生成居民构想图辅助规划；同时汇总信息
16、和规划设想又实时向公众发布，以交换意见。,27,GIS技术,28,WEB GIS GeoSurf,武汉大学吉奥公司研制,29,GeoSurf - 缩放、漫游、查询、专题制图,30,利用GeoSurf建立的成都地图出版社网站,31,利用GeoSurf建立的成都地图出版社网站,32,利用GeoSurf建立的上海之窗网站,33,Web 3D GIS Based Java 3D (example 1) browser interface,34,Web 3D GIS Based Java 3D (example 1) Query information in database,35,结论综上所述，GIS
17、 技术几乎可以应用到城市设计与管理的每一环节中，对提高规划设计的质量、规划管理的效率来说，作用是明显的。GIS 在城市规划设计与管理中将有力地推动管理的严密性，决策的科学性，规划的合理性和设计的高质量、高效率；GIS 在城市规划中的应用将不会仅仅局限在辅助管理上，将进一步对规划数据进行综合分析，进行深层次的数据挖掘，进而对整个城市的发展趋势做出预测和模拟，为决策者提供科学的依据，防止不良后果的发生。,36,三.应用及研究热点,GIS应用于城市规划始于政府规划管理部门的管理信息系统的建设，后来逐渐向教学科研及规划设计部门扩散。早期的应用多是独立地利用GIS的传统功能：空间数据库功能，地图表现功能
18、及基本的地理空间分析功能，如缓冲区分析，空间叠加，最佳路径等(至今它们仍是GIS 最有吸引力的地方和应用最多的功能) 。而这期间研究的重点主要集中在GIS 能做什么及一些试验系统的建设，总结过去10 年来，随着技术的飞速发展，RS ，WWW ，开放式地理信息系统(OGIS) ，数字空间信息图书馆，网络GIS等新技术逐渐出现在GIS的应用之中，而GIS在城市规划的应用和研究也发生了变化，集中表现在以下3 个方面。,37,1. 传统GIS的功能扩展,GIS 辅助规划的功能可根据不同的规划内容及阶段的需要进一步扩展，如可把某些专业模块植入GIS 系统中以加强其分析功能和提高实际应用的能力，也可以把G
19、IS 系统与其他专业系统相结合以充分利用其空间数据库功能。近10 年GIS 结合其他的专业模型及系统解决的规划问题越来越多。其思路为GIS 仅是一种数据库工具，对具体规划问题的解决要运用专业知识，结合传统经典理论，模型和新技术，有针对性地选择最优的系统模型，并配以GIS强大的空间数据库提供空间及属性信息。同时运用GIS 空间展示功能形象直观地表现分析结果，以提高规划工作的效率和精度。,38,2.数据问题,数据是GIS应用中的重点和难点，据估计在GIS 应用中80% 的时间和投资都是花费在数据收集和整理上；而在城市规划的应用中，规划师的大部份精力也是用在数据收集，录入和处理上，而非GIS分析中。
20、同时规划所能进行分析和研究的内容也受所能收集运用的数据的限制，这包括两方面的内容：一是所需数据的获得，二是所需数据怎样进入GIS并被运用。所以，GIS科学研究已由过去的程序(GIS 应用软件)驱动向数据驱动转变。随着GIS市场的逐渐成熟和规划师处理空间数据的日趋老练，更多的注意力渐渐投向这些数据的质量及获得的可能性上。,39,2.数据问题,规划区内的居民的意见是规划决策分析最重要的依据和参数，因此必然要成为规划GIS 数据的重要来源。同时GIS技术本身也能为收集这些信息提供很好的支持。特别是结合www 和WEB GIS 技术更能提高公众参与的程度，便于面向大众收集和反馈规划信息。在解决如何把有
21、用的空间属性信息加入GIS的问题上，用位置配准(address matching)的方法可以方便地把调查访问的社会经济数据录入GIS以便使用。同时建立统一的数据标准以便于数据交流和共享。由于GIS 数据库建设是一项费时费力投资大而见效时间长的工作，所以政府的支持和参与必不可少。其建设和维护需要社会各部门无私的分工协作。,40,3. GIS的应用战略,GIS 在城市规划中的应用虽然取得了很大的进展，但其应用离充分发挥GIS 的强大功能以解决实际规划问题还差得很远，这涉及到许多技术和非技术方面的因素：包括传统GIS 系统自身的限制(如不宜掌握提供的专业模块有限等)，数据问题，组织应用问题等。GIS
22、应用很大程度上取决于适当的分析数据的取得及合理的数据组织，而有限的数据迫使在模型设计中一些重要的参数被删节或忽略。事实上，解决实际问题的方法的选择是根据所能获得的数据来决定，而非根据解决实际问题的需要来决定的.GIS作为一种社会建设的应用工具不仅包括硬件和软件，还包括应用所需的专业技能，实践，规则及组织协调。有效的GIS 应用不仅仅靠技术上的支持，人为和组织因素也十分重要。尤其是在应用过程中需要多加考虑政府及领导的支持，各相关组织和人员的大力协作，系统及数据库共享机制等。文化传统及当地的社会环境对GIS 的成功应用也有很大影响。这也从一定程度上说明不同系统在不同地域使用会有不同的效果。,41,.结语,近10 年来国外规划界和学术界对GIS 的应用已由过去的盲目崇拜转向理性的思考：GIS 的确是能帮助规划的最好工具，但它仅仅是一种工具， 解决实际的规划问题更多地还是要靠规划人员的专业知识，再辅助GIS 提供的强大功能。在技术日益发达的今天，GIS的成功应用需要规划师，GIS专业人才，政府等各方面的大力协作，为规划提供更多适用的规范化的专业应用模块，尽快解决困扰GIS 应用的组织问题。同时，数据共享已成为GIS 应用中不可阻挡的趋势和解决数据获取问题的最佳方法，在政府的大力支持下建立标准化的统一的共享的城市综合信息数据库或城市知识系统成为未来的必然。,42,
