地理信息系统在城市规划中的应用

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地理信息系统在城市规划中的应用

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摘要：地理信息系统(GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用，形成了一门交叉性、边缘性的学科。GIS的应用前景十分广阔，几乎渗透到了与地理空间分布有关的各个领域，因而发展迅速。在中国，城市规划、管理方面的GIS应用（包括各种公用事业、基础设施管理）已形成一个热点，受到人们的普遍关注。

1地理信息系统概述

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

GIS是一种基于计算机的、形式化的信息系统，它能整合多种来源的数据，为规划、决策提供必要的信息，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、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，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。在这些地学信息处理功能中，地图叠合可能时最常用的，因为长期以来，规划人员习惯用这类功能进行土地适宜性分析这一城市规划的基本内容。

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2 GIS和城市规划

城市和区域的空间资源合理配置，各项开发活动在空间上相互协调是城市规划的核心业务。具有特定的空间数据查询、分析、表达功能，存储、管理、应用地理信息的GIS理应为城市规划服务，从地理信息系统的早期发展来看，和城市规划密切相关的专业人员，对它的发展起到了重要作用，城市规划和GIS存在天然的联系。

经过多年实践，GIS在规划的优势主要有如下体现：

(1)改善地图制作。更容易获得地图，提高现势性，缩短制作周期，降低存储费用。 (2)更有效地查询、检索。

(3)快速、广泛地获取相关信息，在更大范刚内探讨多种方案的可能。

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(4)增强分析能力。

(5)便于和公众、非专业人员交流、沟通。

(6)提高服务质量，缩短工作周期。例如，在建设申请、审批中快速查找相关资料，及时作出答复。

城市规划的日常业务可分为三大类：①行政管理、②规划编制、③城市开发控制，数据管理、查询制图、空间分析是GIS的典型功能，这些功能在不同业务中会有不同程度的体现：

(1)日常行政管理业务中，数据管理占重要地位，查询制图非常频繁，空间分析偶然使用。

(2)城市发展控制相关业务中，数据管理也有作用，除了查询制图外，空间分析还经常使用。

(3)规划编制业务中，数据管理功能有部分作用，制图占很重要的位置。空间分析更有优势，在规划编制的前期工作中，多种分析功能往往要相互组合。

城市规划的编制、实施是一个较长的过程，城市规划专业工作者和这个过程的关系最为密切，GIS在这过程中往往和其他技术、方法共同发挥作用：

(1)基础资料调查。遥感、其他数据库系统和GIS共同发挥作用。

(2)现状分析。GIS所具有的地图叠合功能，以及土地适宜性评价是GIS的典型应用，遥感影像处理、环境评价技术往往也和GIS交织在一起。

(3)模拟和预测。非GIS的分析方法一般和GIS结合起来，分析城市、区域的空间特征，预测未来的趋势。借助GIS可以将分析结果用专题地图表达，便于和各方人员的讨论、交流。

(2)方案制订。借助GIS技术，可根据特定目标对方案进行优化，也可利用上一阶段所建的模型，检验不同方案、不同制约条件的相互冲突。

(5)方案选择。方案选择往往受政治因素的影响，需要多方参与。和GIS相结合的多准则分析方法，专题地图的快速显示功能，均有助于专业人员在方案选择中发挥决策支持作用。

(6)规划实施。城市规划的各类编制成果借助GIS技术来管理，可以提高日常管理工作的效率、日常决策的可靠性，已在很多城市得到体现。

(7)评价、监督。GIS和遥感相结合，监测城市、区域的环境变化，检查城市发展是否符合规划，在各地得到广泛应用，利用GIS的空间分析功能，对各种数据进行转化、分析，也可用于规划实施效果的检验[2]。

3 GIS在城市规划应用的主要表现

从20世纪80年代开始，我国的城市规划行业开始引进GIS等新技术为城市规划服务。1980年首先在京津地区进行了有益的探索，1989年在常州、洛阳和沙市进行中等城市的规

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划管理信息系统的开发建设。进入20世纪90年代后，GIS技术逐渐被广泛应用到城市规划数据的管理、规划辅助编制等方面，许多经济发达城市在此方面都进行了实践。南京市规划局建设的基于GIS平台下的数字规划系统能客观模拟实际规划管理过程，将各层次规划审批管理全面纳入计算机运行。广州市从1995年起建设了城市规划办公自动化系统、地下管线信息系统、勘测信息系统和城建档案信息系统。目前，GIS技术在城市规划行业的应用主要表现在以下几个方面： 3.1规划数据的有效存储与管理

GIS具有海量数据的存储和管理功能、支持多种不同来源的空间数据、提供良好的数据更新维护能力、以及查询、叠合、分类等空间信息的分析能力，这为城市规划数据的管理带来了很大的方便。在数据查询与提取方面，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。按照常规方法在CAD软件中进行手工量算，效率低、多耗时、错误多，直接影响规划设计的质量。而GIS技术以数据库技术为支撑，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的体力劳动。 3.2辅助城市规划编制

城市规划编制是指根据国家的城市发展建设方针以及城市的自然条件和建设条件，合理确定城市发展目标、城市性质、规模和布局。城市规划编制的核心在于科学、合理地进行城市物质空间的规划决策，二者在“空间”上具有相互借鉴和吸收的契合点。运用GIS可以提高城市规划决策的科学性、准确性，使规划师可以更好地通过对规划方案的模拟、选择、评估等进行规划决策，并辅助政府做出城市发展建设决策。

GIS的空间分析功能在城市规划编制中的应用主要有城市空间扩展和城市景观格局分析研究，城市建设用地适宜性评价，城市公共设施选址研究，城市交通网络研究等。在这些研究中最常用到的GIS传统空间分析模块是空间信息的查询和量算，缓冲区分析，叠加分析，网络分析等。近年来，随着GIS技术的进步，城市规划中的各种规划模型和GIS相结合可以完成复杂的空间决策问题，这些模型有选址模型、区位—配置模型、元胞自动机模型、城市建设用地适宜性评价的多准则决策模型等。传统的选址模型根据城市的数字高程模型（DEM），利用GIS的缓冲区和叠加分析生成选址专题地图以供城市规划编制决策服务。区位—配置（LA）模型用来确定城市中各类公共服务设施和基础设施的最佳区位，从而优化某种设施和资源在空间上的配置。LA模型和GIS相结合是解决这类复杂空间决策问题的有力工具，通

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过GIS数据处理和调用、模型运算、GIS专题地图显示提供直观和精确的依据，可以将资源配置的最优区位呈现给城市规划决策者，提高城市规划编制的科学合理性，有效避免人为主观决策的随意性。元胞自动机(CA)模型是可以用来模拟城市空间演化过程的模型，它具有较强的空间动态模拟能力。近年来CA和GIS的结合越来越紧密，二者结合既增强了GIS的空间模型运算和分析能力，也使得CA技术在城市规划中的应用更加深入。 3. 3辅助规划审批

城市规划区内建筑项目施工前都需履行“一书两证”的程序。由于城市化进程的加快，造成城市规划业务的急剧膨胀，靠以前的技术手段进行城市规划建设已经不能满足要求。城市规划电子报批是一种全新的规划报批模式，它将传统规划报批图件采用的纸介质转变为电子介质，并通过贯彻一套计算机技术规程和管理规程，使电子文件符合一定的规范标准，可以输入计算机处理，这样，规划审批的一部分工作就可以使用计算机来完成，从而实现计算机辅助审批报批图件、规范化规划成果以及提高设计结果入库速度。GIS等先进技术应用于城市规划电子报批过程，给城市规划带来了新的气象与变化。利用GIS技术，基于知识规则自动生成退让包络体，再与三维的建筑物模型进行叠加，以进行超标建筑检测，达到辅助规划审批的目的[3]。

4结束语

地理信息系统的应用潜力巨大，除了自身独立发挥作用，渗透、融入其他计算机系统之中，也是一个趋势。城市规划专业工作者不仅要了解它、更应该主动使用它，从旁观者、被动适应者，成为应用主导者，从查询、制图，走向决策支持。

参考文献

[1] 叶嘉安，宋小冬等．地理信息与规划支持系统[M]．北京：科学出版社，2006：1

[2] 宋小冬，叶嘉安，钮心毅．地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用[M]．北京：科学出版社，2010：

7~9

[3] 许捍卫，马文波等．地理信息系统教程[M]．北京：国防工业出版社，2010：292~295

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