1、基于 GIS 的数字城市规划多源异构数据特征分析2005 年 8 月第 3 卷第 4 期中图分类号:P208地理空间信息垦曼垒!垒垒!文献标识码:BAug.,2005Vo1.3,No.4文章编号:1672-4623(2005)04 000903基于 GIS 的数字城市规划多源异构数据特征分析卢新海,何保国(1.武汉化工学院环境与城市建设学院湖北武汉 430070;2.湖北省基础地理信息中心湖北武汉 430071)摘要:城市是复杂的巨系统,多源异构是城市规划数据的重要特点 :城市规划技术,方法的发展,必然导致传统规划方法,理念的更新.以 GIS 作为城市规划空间数据处理平台,分析城市规划数据特点
2、,为数字城市提供技术基础:关键词:GIS; 数字城市规划;多源异构性AnalysisofCharacteristicoftheMulti-sourceDataoftheDigitalUrbanPlanningBasedonGISLUXinhai.HEBaoguof1.SchoolofEnvironmentalandCivilEngineering,WuhanInstituteofChemicalTechnology,Wuhan430070,China;2.ProvincialGeomaticsCenterofHubei,Wuhan430071,China)Abstract:Cityisacom
3、plexsystem,muhisourceisanimportantcharacteristicofurbanplanningdata,thede-velopmentofurbanplanningtechnologyisboundtoresultinthechangeontraditionalplanningmethods.ThearticleregardsGISastheplatformfordealingwiththeurbanplanningspecialdata,analysesthecharacteristicoftheurbanplanningdata,offerstechnolo
4、gicalfoundationfordigitalurbanplanning.Keywords:GIS;digitalurbanplanning;muhisource国家信息基础设施(NationalInformationInfrastructure,NII)和国家空间数据基础设施(NationalSpatialDataInfrastructure,NSDI)以及 1998 年美国副总统戈尔提出的“数字地球 (DigitalEarth)“的出现,标志着人类已经进入到知识经济时代:数字城市规划(DigitalUrbanPlanning) 是传统城市规划理沦与方法和现代信息技术发展相结合的必然产物
5、,是数字地球,数字城市的技术系统,依赖城市规划技术方法的发展,它的实施将彻底改变以往目静态的城市规划模式,使城市规划向多目标,动态,智能化的模式发展.数字城市是指利用数字城市理论,综合运用地理信息系统,遥感,遥测,网络,多媒体以及虚拟仿真等关键技术,深入开发和应用卒问信息资源,对城市基础设施,功能机制进行自动采集,动念监测管理和辅助决策服务的技术系统.包括空化,网络化,智能化,可视化的技术系统和以空间信息为基础的城市系统体系两个方面.数字城市规划是以数字化的于段来实现对城市空间资源的有效配置与合理安排,是一种可持续的,适应城市发展变化的有效手段,它涵盖城市规划业务的每一方面.数字城市规划的任务
6、包括数字化的现场调查与分析,数字化的觇划设计,数字化的规划设计方案评审与报建以及数字化的规划管理.由于 GIS 理论,技术研究及应用的快速发展,数字形式的地理数据不断增多,如何更好管理和利用来收稿日期:20050118自多种数据源,不同行业,不同部门,不同比例尺的数据是 GIS 应用领域中的重点问题.城市规划是 GIS 应用的重要领域之一,城市规划数据既有地理数据,又有规划领域的特征数据,多源异构构成城市规划数据的主要特征.1 城市规划数据分类根据 GIS 数据特点,按照数据的获取手段和生产方式,城市规划数据包括:基础测量数据,数字化矢量数据,遥感影象数据,规划凋查数据,规划成果数据,规划审批
7、数据,人口统计数据以及经济,环保,生态,旅游,教育等社会各部门和领域产生的数据等见图 1图 1 城市规划数据的分类?10?地理空间信息 2005 血1.1 基础地理数据基础地理数据是进行城市规划设计和管理最重要的数据,主要包括城市系列比例尺基本地形图数据,城市地下管线数据和遥感影像数据.在城市系列比例尺基本地形图中,大比例尺地形图主要指 1:500,1:l000 或 l:2000 的城市全要素地形图,其内容多,信息量大,是城市规划信息系统的核心数据,是规划设计人员和规划管理人员进行详细规划设计和规划审批管理的主要依据;中小比例尺地形图主要指 1:5000 和 1:10000 的城市全要素地形图
8、,是城市进行宏观管理和总体规划,分区规划的重要依据,用于城市规划的多种应用需求;地下管线作为城市建设的基础设施,在城市规划中占有重要地位,城市地下空间信息主要指 l:500 和 l:l000 的城市地下管线综合数据,为城市地下空间的统一规划设计和管理提供科学依据.遥感影像数据是拓宽城市规划数据源的有效手段.遥感影像数据具有动态更新,获取效率高,信息丰富,分辨率高,数据处理快捷等优点,弥补了传统测量数据的不足,已成为城市规划设计和管理的重要的基础数据之一.遥感影像可分为航空遥感影像和航天遥感影像,遥感影像数据主要包括航空数字正射影像数据和卫星影像数据.“数字城市 “和城市规划系统的遥感数据包括多
9、平台,多层次,多传感器,多时相,多光谱,多角度,多分辨率的遥感数据.遥感为城市规划数据采集提供了一个便宜,快捷和有效的手段.遥感影像融合是解决多源海量数据集成表示的有效途径,可以提高数据的准确度和实现数据半自动更新.数字城市规划数据处理的主要平台是多比例尺 GIS,其表现形式主要有两种:“基于主导数据库的多种表达(MasterDatabaseMultipleRepresentation)“和“多重表达数据库(MultipleRepresentationDatabase)“.4D 产品是当代遥感和 GIS 技术结合生成的数字化产品的基本模式,是城市基础地理数据的重要内容.4D 是指:DEM(数字
10、高程模型),DOM(数字正射影像),DRG(数字栅格地图),DLG(数字线划地图).DRG 和 DLG 作为一种较通用的基础载体,已经在城市规划中被广泛使用;DEM 和 DOM 以三维模型为特征,在城市规划设计,城市道路断面分析,城市地貌分析等方面逐步得到应用.1.2 规划成果数据规划成果数据按照城市总体发展要求,由规划设计部门(规划设计院) 进行规划编制和设计,经政府或主管部门审批通过,反映城市未来建设和发展的图形和文字资料.规划成果是城市规划管理和城市建设的主要依据,具有十分重要的地位和作用.城市规划成果包括总体规划,分区规划,控制性详细规划和修建性详细规划,它们之间具有一定的层次关系见图
11、 2.城市总体规划城市分区规划.一.,j.一控制性详细规划 J1_,.修建性详细规划土地利用规划道路交通规划市政管线规划公共设施规划各专项规划文本和说明书图 2 规划成果的层次结构总体规划是在宏观的角度确定城市的规模,性质以及每一块用地的性质;分区规划是在总体规划的指导下,对城市用地性质进一步划分,确定用地性质,建筑密度,容积率,绿地率,人口容量等控制指标;控制性详细规划对城市建设用地作出更为详细的控制指标,包括开发强度,建筑形式风格,建筑高度,配套设施,出入方位等指标,直接指导城市建设;修建性详细规划是按照控制性详细规划的控制指标,制定具体建设方案.包括用地环境,景观,建筑式样和层数等.以
12、GIS 为核心的规划成果数据库是管理这些类型复杂的规划成果数据的有效办法,是规划管理信息系统重要的基础数据库,它同城市基础地理数据库一起,构成“数字城市规划 “的体系结构框架 .1.3 规划管理数据规划管理数据是指规划红线数据,规划审批数据,建筑管理数据和有关法律规范数据.规划红线数据:道路红线,建设用地界线,河道蓝线,城市绿地绿线,保护建筑紫线以及其他规划控制线,高压走廊控制线,地铁隧道,微波通道,机场净空范围等.规划审批数据是指规划主管部门在规划审批过程中产生的数据:规划定点数据,规划选址数据,“两证一书“,规划报建数据以及规划业务办公流程产生的数据等.建筑管理数据主要指报建建筑的平面图,
13、立面图,效果图等.1.4 社会,经济,人口统计数据社会,经济,人口统计数据是城市规划设计管理的重要信息源,来源于社会的各个部门,涉及领域广,包括资源,环境,工业,农业,贸易,科技,教育,财政,金融,旅游,水文,生态,地质,人口等,规划部门可以从统计年鉴或通过社会调查获得,并进行汇总和分析,指导城市规划设计和管理.2 城市规划数据特征2.1 空间特征:空间参考特征和空间拓扑特征.空间参考特征指规划数据在统一地理参考中的空间坐标,空间位置和空间分布.在城市地理坐标中,规划数据总是表达某一空间单元(地块,人口普查小区,街道办事处,路段等)或空间实体的图形数据和这一单元或实体的属性数据.如地铁线路和地
14、铁站点第 3 卷第 4 期卢新海等:基于 GIS 的数字城市规划多源异构数据特征分析具有一定的空间位置,也具有描述其几何形状的图形信息和描述其特性的属性信息.空间拓扑特性是指规划数据空间实体之间客观上存在着空间关系.不同空间实体之间的拓扑关系包括相交,邻接,包含,连通等.2.2 非结构化特征:城市规划数据几乎都是非结构化数据(图形,文字,影像,图片等),在当前通用的关系数据库管理系统(RDBMS)中 ,数据记录一般是结构化的 .非结构化的数据管理技术:文件与关系数据库混和管理,全关系型空间数据库管理,对象一关系数据库管理等.2.3 多尺度和多维特征城市规划数据有一定的层次关系,即上一级规划指导
15、下一级规划的编制和实施,而各级规划所描述的空间范围或空间单元则是一致的,这种层次级别关系和空间单元的一致性,在空间上表现为多尺度性.对空间数据而言,多尺度表现为多比例尺,多分辨率或精度;对属性数据而言,多尺度则表现为属性的多级别.多维特征指城市规划数据在地理空间上的多维性,具体表现为一维数据(属性数据);二维数据(规划平面图);三维数据(DEM)等.2.4 时态特征在城市信息系统中,城市规划数据既表示同一时间不同空间单元的信息,也描述同一空间不同时间序列的信息.时态特征指的是同一空间单元或实体在不同时间区间内具有不同的特征值而表示为时间序列的特点2.5 分布特征城市规划数据存在地域性和权属性差
16、异,数据的采集,管理,更新和操作等在物理上往往不在同一区域,它们分散在多个异构数据库中,数据也权属于社会各个部门.但是,这些空间分散的数据要求保持严格的空间关系和逻辑一致性,从而保证数据的准确性和权威性.3 城市规划数据的多源异构特性3.1 数据获取数据来源的差异性(权属数据,基础地理数据,规划成果,规划管理等).数据获取手段的差异性(基础地理数据分幅是按规范,规划分幅是按行政界线).因此,同一实体被图幅分为多个部分,因设备精度和数据采集精度,图幅之间会产生“缝隙“, 这种“缝隙 “会严重影响数据质量.3.2 数据表达与组织不同来源的数据具有不同的数据标准,其存取方式,组织方法和数据结构也大相
17、径庭.基础数据以 4D产品形式表达,包括线划矢量数据,遥感栅格数据,DEM 等,已形成测绘行业规范和标准;规划成果多以CAD 格式或文字表格形式存取和组织;规划管理数据则表现为图纸和文字;其它数据表达方式更为丰富多样 .3.3 数据处理数据处理是指数据格式转换.在城市规划业务中,由于需要对数据格式进行非常规的转换,ICAD转换为 Photoshop,CorelDraw,3DStudioMAX,使数据格式更为复杂,出现了数据冗余或数据损失,同时改变了数据精度.4 城市规划数据的质量和精度4.1 位置精度规划对象的位置是以坐标表示,位置精度是坐标数据与真实数据的精确程度,包括平面精度,高层精度,多
18、边形(图幅) 接边精度和实体形状的再现等.4.2 属性精度属性是对实体对象的描述,精度指属性值与真实值的符合程度,包括分类代码的正确性,名称的正确性等.4.3 逻辑一致性指数据关系的可靠性.包括数据结构,数据内容和拓扑关系性质上的一致性等.4.4 数据完整性包括数据范围,数据分层,实体类型等方面的数据完整性.4.5 时间精度规划数据包括各时期的数据,时间精度即数据的现时性.4.6 元数据质量数据的准确性,完整性;对数据来源,数据内容,数据精度,数据处理过程,联系信息等有准确,详尽和全面的说明.5 结语城市规划和城市管理,特别是城市管理信息系统的基础是数据,城市规划涉及到的数据由于获取方法,数据
19、格式,数据结构的不同而产生很大的差异,这些多源异构数据给城市规划特别是城市的信息化带来利用和处理上的极大的困难,通过对这些数据特征进行分析总结可为多源异构数据融合与集成的方法及数据的分析,处理,利用提供有益的探索.参考文献【1】刘晓艳.虚拟城市建设原理与方法【M】_L 京:科学出版社,2003【2】宋关福多源空间数据无缝集成研究 U1.地理科学进展 .2000,19(2):110115【3】吴晓莉利用遥感技术拓宽城市规划年数据源兼谈遥感技术在城市规划中的应用 U1.城市规划,2001,25(8):2427I4】林宏基 ,王瑞章.GIS 多数据源与 Oracle-N 库的集成 U1.福州大学,2002,30(2):185187【5】简灿良多尺度空间数据的数据组织与建设 U1.测绘通报,2001(1):3739作者简介:卢新海(1965 一),男,副教授,主要从事数字城市教学与研究工作.
