基于GIS、RS技术的城市空间规划支持系统构思

0 引 言

信息技术作为一种可以基于信息科学原理方法，对信息进行的一系列产生、获取、变换、传输、存储、处理、利用各项信息技术工程。在计算机、控制及通信技术基础之上，发展形成了信息技术，随之产生了信息技术背景。在现代化信息技术背景下，有研究提出需要重视城市规划支持系统，通过实现城市规划具体方法能够结合空间信息技术，从而更好地为城市规划过程中提供充分的决策支持。而GIS、RS技术的飞速发展下，逐渐建立了不同目的差异化规模的城市规划管理信息系统。但是结合以往研究成果也能够看出，在GIS、RS技术应用于城市规划领域内，并未形成统一的城市空间规划体系，并且也尚未重视研究自动化提取城市空间要素，所以目前并未在城市空间规划领域形成十分适用的系统平台软件支持产品。因此，本文将GIS、RS两大技术引入本次城市空间规划支持系统设计中，运用该系统对城市空间规划的软件产品有效优化。

1 关键技术概述

想要建立城市空间规划支持系统，并将 GIS、RS 技术引入其中，就需要认识到设计本次系统所需的关键技术。1.1 GIS在本次研究中将 GIS 技术和虚拟现实技术（VR）相结合，通过运用 Web 技术可以对城市规划支持系统更好的扩大完善，并且 Web GIS 系统还具备了分布式、面向对象且互操作的主要技术特征，以及基于城市规划信息为主的技术体系。实现 CR⁃GIS 技术结合，历经了结合数据、数据模型、统一功能的虚拟现实技术及 GIS 技术一体化，能够为系统用户创造真实的人机交互操作沉浸式体验，仿佛身处 GIS 系统虚拟环境内，共同产生虚拟环境交互作用来获得近似感受，具备了真实性表达地理环境，可以从时空双维度漫游并查询，满足用户和系统之间的交互作用，并且系统信息尤为丰富。1.2 RSRS遥感技术是基于航空摄影技术基础之上，历经社会发展技术创新，逐渐广泛应用于水文、资源、环境、地质、气象多领域的新型技术。遥感指的就是遥感类电磁波敏感仪器，能够在与目标非接触基础条件下，对目标进行遥感探测。

2 系统架构

2.1 数据系统设计

在设计城市规划支持系统时，图1作为本次系统设计整体框架，共计包括数据层、管理层、服务层、应用层等4层架构。

1）数据层。该层级主要负责完成系统数据信息采集与加工，在成功完成城市基础与相关规划数据后，经过获取、加工、处理、入库等一系列作业完成更新过程。 2）管理层。在数据存储及管理层中，主要是为了能够有效管理和维护空间数据库。 3）服务层。在该层能够完成城市规划服务，并采用可行措施实现对数据的处理分发，从而可以满足用户的不同操作需求。 4）应用层。基于应用层能够成功实现以上系统，并且能够实现两大层次基础之上的专家决策系统支持。

2.2 系统建模

在本次建立GIS、RS城市空间规划支持系统时，需要以城市的不同空间规划阶段具体数据、业务等信息为着手点来建立系统模型，包括数据、业务、功能等模型。 对于数据建模需要完成城市规划地图绘制，根据不同的地图比例1:500~1:100000的比例尺，设计地图技术数据、交通、人口、管道等数据。RS测得的遥感数据主要包括正射规划设计背景，片种主要包括真彩色、彩虹外以及黑白色等。城市规划中主要包括数据如下：总体、分区、详细的规划数据，以及规划控制、交通、城市现状等数据。还有社会经济数据，包括了城市整体经济水平、人文历史以及社会经济现状等各方面数据。 在采用声电联合法实现TDOA定位时，主要是对于GIS盆式绝缘子的设备内部不同类型局放情况，以既定阵列分布AE、UHF传感器，经检测人员分析所获得的不同时延信号，计算可得局放源所处的GIS盆式绝缘子内部空间位置，包括平面、三角形、三维空间三种对应定位法。TDOA平分面定位被广泛应用于电气设备局放缺陷定位，通过拆分局放源所在空间位置，获得3个平面，分别定位P1(x,0,0),P2(0,y,0),P3(0,0,z)，计算获得局放源所在空间坐标为P(x,y,z)公式如下：

式中：Δtx表示检测时间差；ti表示局放源所在空间两点至传感器时间；li, lj表示GIS盆式绝缘子内部、外壳的信号衰减结构长；c表示介质内的信号传播速度。 在建立城市规划支持系统模型中，划分了不同建模阶段，包括收集整理前期资料，获得成品图，详细进行小范围规划至区域性规划，以及城市规划设计至城市管理，总体规划至各领域专业规划。本次城市规划支持系统建模如图2所示。 1）综合数据管理。通过设计空间数据库，统一获取、建设数据库及时更新图形相关数据、信息、经济信息等，并在系统建模时运用地理编码来有效集成空间、非空间相关数据信息。 2）分析地理空间数据。通过提供灵活化信息查询相关机制，能够为城市规划工作人员，充分调用差异化分辨率遥感影像图，并获取不同比例尺寸的地理数据信息，从而成功提供二维空间、三维空间环境，也可以更好地从差异化角度分析城市规划空间支持。 3）GIS信息集成。运用GIS信息集成系统实现GIS OA、VR GIS以及CAD等子系统功能有效集成，真正建设统一的城市规划空间辅助系统，从而有效解决跟踪文档、自动化流程以及空间分析各类问题。 4）科学规划各类决策。科学规划各类决策包括能够实现方案、评价、决策的高级优化，并且通过该城市规划管理建模，能够实现不同规划方案之间的有效对比和辅助性表达。

2.3 系统硬软件配置

本文基于GIS/RS城市空间规划支持系统的设计硬件配置图主要组成包括CPU、SDRAM、硬盘、打印机和扫描仪等。 系统软件开发平台运用ARCGIS系列的GIS开发平台，目前拥有诸多开发性GIS软件，选用ARCGIS主要是由于具备了较强的硬件功能，并且能够免费使用减少系统开发成本投入。最终选择了本次系统开发的软件平台，基于Micrsoft Windows 2010(或更高版本)；专用客户端浏览器5.0版或更高版本；运用了GIS软件并选择Web服务，以及 Vistual Basic开发软件，由于VB拥有较好的易用性且能够实现可视化编程，所以数据库访问能力较强。

3 系统详细实现

图3为本次系统设计中划分的各大功能模块，通过运用GIS、RS现代化城市空间规划支持系统信息开发技术及软件架构，结合SQL数据库技术，在前期查阅的软件理论支持下，开发设计了基于组件式技术的城市空间规划支持系统平台。

3.1 数据管理功能模块本次设计的城市空间规划支持系统数据库技术主要实现能够完成前期相关城市规划各专题数据信息的采集、整理、建库、更新等，并提供定量精确式规划设计。3.2 子系统功能模块该模块引入了GIS、RS技术，来满足设计的该城市空间规划支持系统，可以实现通用型空间分析，包括缓冲区、空间重叠、三维、网络、门槛、遥感等差异化分析。3.3 辅助规划功能模块该模块主要为应用该系统进行城市空间规划支持决策，提供专业的城市规划分析模型，并针对规划系统应用人员，可以通过系统计算获得更加精准真实的指标数据，如城市容积率、绿化空间、地质、建筑物结构密度等各专题数据。并且系统可以根据获得的数据结果最终生成规划专题图以及对应的管理机制，来定制并维护专题图，也能够保证实践应用可行性和实施性；还能够向系统控规图内便捷地输入各类规划信息指标，这样也就能够经该城市空间规划支持系统的运行自动高效化。3.4 决策支持功能系统可以满足用户在使用城市空间规划支持系统过程中，实现高级辅助支持决策功能，并且包括了城市空间的分析规划。该子功能系统的分析代码示例如下：

3.5 人机交互子系统

人机交互子系统是本次城市空间规划支持系统设计中的重要基础，更作为是否能够保证用户使用该系统获得良好应用体验的决定性作用。人机交互界面运行机制如图 4 所示。所以通过设计人机交互子系统功能可以为用户提供差异化特色对话方式，如填空、问答、选择、图表等，对于不同的输出设备和输入设备，需要保证能够做到对原始信息的灵活化接收、输出，还要分析用户数据，及时提供灵活化的城市空间规划查询决策。

3.6 VR⁃GIS子系统

结合上文在本次城市空间规划支持系统设计中，建设的三维虚拟化空间子系统，主要包括对三维虚拟场景的创建、浏览、输出数据及分析数据等四大子系统功能，如图5所示。

1）在创建三维场景时，能够让用户可以实现对物体的实时编辑，并且可以做到将所视物体的平移、缩放、旋转、对齐各类直接经鼠标控制操作，还能够及时对物体属性具体数值进行精确调整，包括生成地形、影像编辑、矢量编辑功能。 2）在浏览三维场景时，该系统主要实现为用户提供手动、自动两种可以结合用户自己所需针对性选择的观察模式。用户可以实现在手动观察中，移动鼠标或辅助键盘来放大、缩小、旋转等模型操作。自动模式下用户则无需操作，系统可以根据飞行路线来为用户自动展示进行浏览，也可以选择步行、游戏杆以及飞行等多种控制方式。 3）场景输出过程中，本次设计该城市空间规划支持系统能够为用户输出二维、三维甚至动画等不同数据格式。输出生成图像作为高分辨率场景图或渲染图，用户可以直接完成输出、打印、制片。最后完成部分三维场景的保存输出交换文件。 4）数据查询分析中，该系统能够为用户提供三维地物的图像数据属性，用户可以运用该系统测量场景距离和点位，不仅能够实现常规GIS分析，还能够完成差异化时间、日照等不同显示效果设置。

4 系统应用

将本次设计的基于GIS/RS城市空间规划支持系统应用于实际工作中，实现宏观、中观、微观不同角度的城乡空间规划。满足不同研究角度的差异化分辨率信息获取，经系统 GIS可以可视化处理数据，并完成后续的查询、分析和最终显示。系统测试效果如图6所示，在本次系统实际应用中，运用RS遥感及GIS统计获得在Quickbird城市空间景观的分布情况。

5 结 语

总而言之，本文提出基于GIS、RS技术的城市空间规划支持系统构思，发现运用该系统能够丰富用户的系统使用体验，并且在实际应用中能够达到预期效果，拥有良好的应用前景。

审核编辑 ：李倩