城市地理信息系统及其发展对策

添加时间：2003-11-10
作者：储金龙(安徽建筑工业学院建筑系　合肥　230022) 来自：安徽建筑工业学院学报(自然科学版) 第10卷第1期

    摘　要:城市地理信息系统(ＵＧＩＳ)是专业化的地理信息系统,在城市中扮演着神经中枢的角色。本文对ＵＧＩＳ在城市规划与管理中的主要作用进行了归纳,指出了目前应用中存在的主要问题,并提出了相应的发展对策。

中图分类号:ＴＵ984　　

    经济与科技的发展,推动了社会的进步,加速了人类的城市化进程。由此形成的现代城市特征与突出表现为:城市信息量急剧增加,处理与传递信息的速度明显加快,处理信息的方式方法复杂多样,导致了城市规划与管理日益复杂,从而对城市规划和管理提出了更高的要求[1]。

   目前,我国的城市规划正发生着四个方面的变化:由静态规划(ｓｔａｔｉｃｐｌａｎｎｉｎｇ)向动态规划(ｄｙｎａｍｉｃｌａｎｎｉｎｇ)发展,从物质规划转向社会经济发展规划,由专家审查到公众参与(ｒｅｓｉｄｅｎｔｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｏｎ)城市规划,规划的实施由行政管理向法制化管理转变。与此同时,现代城市规划与管理正面临着大量信息的收集与处理。一方面,做好城市规划与管理工作,需要越来越大量和复杂的信息;另一方面,规划师、建筑师、工程师以及城市建设和规划管理者必须有能力迅速处理大量的信息,并作出正确的规划决策和专业判断。如何有效利用有限的城市空间资源和信息资源产生最佳的经济、社会、文化效益,是目前城市规划与管理所面临的最大挑战。因此,规划与管理的方式方法也正发生着根本性的变化。针对城市的空间结构,可以认为城市不应在被视为各类建筑物、构筑物等简单的空间组合体,而应被视为人与空间的有机结合体,在计算机网络、电子智能技术下生存活动着的复杂生命系统。其中,ＵＧＩＳ扮演着神经中枢的重要角色。

　1.城市地理信息系统(ＵＧＩＳ)概述

   以数据处理、分析与管理为主要特征的现代城市规划信息技术主要包括计算机辅助设计(ＣＡＤ,ｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ)、遥感技术(ＲＳ,ＲｏｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ)、地理信息系统(ＧＩＳ,ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｙｓｔｅｍ)和网络技术(Ｎｅｔｗｏｒｋ)四个方面。城市地理信息系统[2](ＵｒｂａｎＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ,简称ＵＧＩＳ)是专业化的地理信息系统,是为城市建设、城市规划、城市管理和信息服务的空间性地理信息系统。具体地讲,它是一种利用计算机技术及信息工程技术等实现对城市各种数据和信息进行采集、处理、存储、管理、查询、分析、应用和维护更新的空间信息系统。

   ＵＧＩＳ作为城市管理和决策的现代化工具已被许多城市列为一项重要的基础设施来进行建设,它担负着整个城市综合信息的存储、分析、交换和服务的功能,为城市规划、管理和建设的定量化、科学化以及为城市地理信息进行快速查询和分析提供了先进的技术手段和方法,并为决策提供辅助支持,成为未来数字城市(ＤｉｇｉｔａｌＣｉｔｙ)不可缺少的工具。其主要特点有:

   (1)基础空间数据全面,数据类型多样,数据更新方便,且能长期保留各时期城市空间状况,便于分析城市的发展规律、变迁过程和特点。

   (2)数据库中的数据可进行多用户、多目的的重复使用,实现数据共享。

   (3)便于利用现代数学方法加以模拟和评价,如回归分析、层次分析、系统动力分析、聚类分析等,提供定量信息。

   (4)便于与其他数据综合利用,提供综合信息。

   (5)定量描述规划方案及城市发展战略。

   (6)提高了城市规划空间布局的准确性。

   (7)可视化、动态的表现方法使得城市现状及规划方案更为直观和易于理解,并能提供标准、美观的文档及各类报表。(8)有利于城市复杂信息和数据管理的规范化(ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ)、智能化(Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚａｔｉｏｎ)和可视化(Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ)。

   2.ＵＧＩＳ在城市规划与管理中的应用

    一个完善的ＵＧＩＳ系统包含了从数据录入到数据(图形、报表)输出等各个阶段的工作。它具有良好的交互界面、顺畅的输入系统、完整的数据库(包括空间数据和属性数据)、完备的应用子系统、详尽的城市规划知识库、智能的辅助决策支持系统、完美的输出系统等。

    在城市规划与管理中,依据使用目的的不同,ＵＧＩＳ子系统可分为城市规划信息系统(ＵｒｂａｎＰｌａｎ ｎｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ,简称ＵＰＩＳ)和城市管理信息系统(ＵｒｂａｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ,简称ＵＭＩＳ)。

    2.1城市规划信息系统的应用

     传统的城市规划分为总体规划和详细规划两大部份。下面将从这两方面来讨论ＵＧＩＳ的应用。

    2.1.1　在总体规划中的应用

     城市总体规划大致可分为资料收集、现状调查、现状分析、预测分析、适宜性评价、方案制作、方案评审、成果整理等多个阶段。原则上,城市规划信息系统可以适合现状分析及后期各阶段的工作。

    (1)现状分析、评价及发展预测。

    通过对现状的自然环境、土地利用、道路、建筑物、经济数据等的定性、定量、定位进行分析,辅以适当的数学模型加以论证,可以对城市各要素的现状进行评估和评价,从中找出城市发展的动力因素和制约因素,进而提出促进城市发展的建议和措施。还可以预测城市及各要素的发展趋势,为规划者和城市决策者提供参考,以便在以后的规划决策中既能充分利用城市发展的有利条件,因势利导,促进城市的健康快速发展,同时又能避免各种不利因素对城市发展的阻碍,使城市的发展既满足自身生长的客观规律,又可以满足人们的不同需求。典型的实例如Ｔｈｏｍｓｏｎ和Ｈａｒｄｉｎ利用ＧＩＳ和ＲＳ图像去寻找、确定曼谷城市圈地收入居民点的位置,加以综合分析评价,从而找出适宜的住宅发展地块。

    (2)规划方案的生成与比较。

    城市总体规划一般要求进行多个方案比较,以便形成更加科学、合理且符合实际、切实可行的规划方案。ＵＧＩＳ允许计算机改变传统的手工制图方式,使设计及方案修改、变更等工作变得方便、快捷、明了。利用ＵＧＩＳ的屏幕数字化和人机交互的功能,可以方便地实施某些城市要素的规划设计,包括城市交通网的结构和布局、用地发展方向选择和布局、城市基础设施(供水、排水、供电、通讯等)的规划布局和综合协调等。同时,ＵＧＩＳ的分析计算模块可以及时、准确地计算出总体规划中需要的各种技术经济指标,包括用地平衡表、土地利用率、投资估算等。从而通过比较得出各规划成果的指标与国家标准、相邻主要城市相应指标的差异以及方案的经济性。

   在多方案进行比较中运用ＵＧＩＳ可以节省大量的人力、物力和财力,并且更方便和精确,并具有较强的时效性。例如,在选址时的操作可按如下步骤进行,在城市规划数据库中将规划区域内各要素(地质、地形、水文、土地利用、人口密度等)分成不同的数据层,每个要素又分成不同的等级(即权值,一般有三标度、五标度不等),同时,各要素也应依据其对评价结果的影响程度的不同而赋予不同的权重。然后将各数据层与用地规划图进行叠置(ｏｖｅｒｌａｐ),从而得出各地块的适宜度,从中挑出合适的地块进行相应的用地布局。同样地,我们还可进行城市现状及规划方案的环境质量影响状况评价,居住方便性、灾害风险、工程合理性、经济性等的分析。

    (3)规划成果的输出。

    由机助制图生成规划成果,包括文字报告及二维图件、三维模拟等,这是目前最成熟、最普及的ＵＧＩＳ功能模块。不但解放了规划师,使其不必耗费过多的精力于制图和编写相关报告上,同时也使规划成果更加美观、标准,更易被非规划专业人士理解。但值得注意的是,我们不能认为这就是ＵＧＩＳ的全部而走入误区。

   2.1.2 ＵＧＩＳ在详细规划中的应用

    详细规划涉及具体的布局与设计,一般要与ＤＥＭ(ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ,数字高程模型)相结合使用,同时也大量用于三维模拟技术。具体地有以下几方面的应用:

    (1)建筑师的选型布置及实时计算。包括建符号库、选型、布局、配景、实时计算等。

    (2)管网、管线布置及实时计算。包括选线、道路横断面和纵断面设计、坡度、距离、土方量计算等。

    (3)规划图件的布置。包括总平面图,各专项规划图等。

    2.2 城市管理信息系统的应用[3,4]

    城市管理信息是充分利用空间信息系统技术的数据库进行数据查询与统计、数据库维护与更新,数据输出等功能,实现相关行业信息的有效管理,为用户提供快捷方便的信息服务。同时,与规划知识库和决策支持系统相联接,利用ＵＧＩＳ的空间分析技术,并结合有关的预测模型,可以为管理人员提供必要的决策信息。其主要内容包括:

    (1)规划管理。包括报建管理、建设活动管理、土地管理、规划实施管理、规划成果管理等。

    (2)城市管理。针对不同的用户有非空间性管理系统:包括人事、财物、银行、票务等;有空间性管理系统:包括交通、管线、环卫、灾害、旅游等。

     由于目前各类管理系统的研究成果很多且丰富,比较成熟,这里就不加以详细说明了。

    3 当前ＵＧＩＳ的主要问题及发展策略

    3.1 当前ＵＧＩＳ的主要问题

    (1)几乎没有专门的ＵＧＩＳ模块和软件,大都只是利用ＧＩＳ软件二次开发后来进行规划及管理,许多必要的分析功能及决策功能由于软件中没有相应的工具而不能进行。

    (2)各城市、各部门各自为战,各搞各的系统,相互之间无法沟通与共享,造成浪费。

    (3)重视硬件设备,轻视软件投入,忽视技术人才的培养,使得建成的系统成了摆设,无法发挥其应有的作用。

    3.2 当前的发展策略

    (1)有针对性地展开ＵＧＩＳ模块的开发与应用。不求大而全,而应力求实用、方便。如今,控件ＧＩＳ和网络ＧＩＳ的兴起正为这项措施的实施提供了条件。只有开发完善的用户界面,设计出各种业务管理与决策分析的查询、统计和分析功能模块,才能满足城市规划与管理科学化、现代化要求。

    (2)标准化。应尽快统一全行业的标准。包括软件标准化、数据分类及编码的标准化、数据结构及格式标准化、图示、图例及报表标准化等。

    (3)全面开展应用培训,培养各层次的专业人才。包括模块开发人员、管理维护人员、应用人员等。

    4 结　语

    城市规划与管理的基本目标始终是保障城市的健康发展,为人们创造优美宜人的生存环境。而迅猛发展的ＵＧＩＳ技术,已成为数字化和信息化多源城市空间信息的统一载体,为城市规划与管理提供了方便、快捷的技术手段,提高了规划、管理与决策的效率和质量。如何充分利用和挖掘ＵＧＩＳ潜力,使之与城市规划与管理更好地结合在一起,造福于全社会,是目前亟待解决的问题。因此,应充分认识到目前ＵＧＩＳ发展存在的问题与不足,加快相关技术的研究与开发,跟上“信息化、数字化”时代的步伐。

参考文献

1　徐建刚,韩雪培,陈启宁,等.城市规划信息技术开发及应用.南京:东南大学出版社,20002

2  蓝运超,黄正东,谢榕.城市地理信息系统.武汉:武汉测绘科技大学出版社,19993

3　边馥苓.地理信息系统原理和方法.武汉:武汉测绘科技大学出版社,19964

4　同济大学.城市规划原理(第二版).北京:中国建筑工业出版社,1991