地理信息系统在城市规划中的应用研究

来源：微智科技网

中文摘要

城市规划是指导城市建设，促进社会经济发展的“龙头”，是城市建设和管理的依据，在城市的建设和发展过程中处于十分重要的地位。随着社会经济的发展，计算机生活方式，影响着城市的发展模式、体系结构和环境资源，给城市规划带来巨大的冲击。

GIS是20世纪60年代早期开始迅速发展的地理学研究技术，是地理空间分析技术和计算机信息处理技术交叉的产物。它于20世纪80年代早期最先在欧洲等发达国家的城市规划中获得应用，并于20世纪90年代开始在发展中国家规划部门中得到应用。本文着重描述地理信息技术在城市规划中的应用及其未来的发展。

论文阐述了地理信息的背景和发展，给出了地理信息系统的研究意义，着重描述地理信息技术在城市规划中的应用及其未来发展。

关键词：地理信息系统；城市规划应用；城市规划研究

中文摘要 ................................................. I 目录 ................................................... I 第一章绪论 .............................................. 1

1.1地理信息系统研究背景与意义 .................................................................. 1

第二章地理信息系统基础 ................................. 10

2.1现代地理信息系统的特点及相关技术 .................................................... 10 一、地理信息系统的基本功能 ....................................................................... 11 (1)数据的采集、检验与编辑.......................................................................... 11 二、地理信息系统的组成 ............................................................................... 11 (1)空间数据 ...................................................................................................... 11 空间数据包括地理数据、属性数据、几何数据、时间数据。 ................... 11 (2)系统硬件 ...................................................................................................... 12

单机模式由基本外设、处理设备和输出设备构成，适用于小型GIS模式建设。局域网模式有专线连接，适用于部门或单位内部GIS建设。广域网模式由公共通讯连接，局部范围为局域网, 通过若干通道与广域网连接，不适合专线连接。 ....................................... 12 (3) 系统软件 .................................................................................................... 12

系统软件关系到GIS软件和开发语言使用的有效性，是GIS软硬件环境的重要组成部分。系统软件主要是计算机的操作系统以及各种标准外设的驱动软件，目前流行的有DOS、Windows98/NT/2000/XP、UNIX等。基软件包括数据库软件和图形平台。数据库软件用来管理空间数据，包括图形数据和属性数据。流行数据库软件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等。目前GIS软件中主要采用关系数据库管理属性数据。一个有发展前景的模型是面向对象数据模型，可实现图形和属性数据的联合管理。图形平台如AutoDesk公司开发的基于AutoCAD和AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGE GIS软件。 .............................................................. 12 3.1 OfficeGIS与城市规划 ............................................................................. 12 3.2 虚拟现实及多媒体网络技术与城市规划 ............................................... 13 3.3嵌入式GIS与城市规划 ........................................................................... 14 3.4 GIS与遥感技术结合 ................................................................................ 15 3.5 区域城市规划、城乡规划及GIS技术 .................................................. 15

第四章 GIS在城市规划和管理中的应用研究 .................. 16

4.1 GIS在城市规划设计中的影响 ................................................................ 16

4.2. GIS在城市规划设计应用概述 ............................................................... 17 4.3.另一个角度看GIS在城市规划设计应用 ............................................... 19 4.4.GIS在城市规划设计辅助决策应用 ........................................................ 20 4.5.GIS在城市规划设计中应用要解决的问题 ............................................ 23 4.6本章小结 .................................................................................................... 24

参考文献 ................................................ 24

致谢 ................................................................................................................... 25

第一章绪论

1.1地理信息系统研究背景与意义

一、地理信息系统的研究背景

35,000年前，在Lascaux附近的洞穴墙壁上，法国的Cro Magnon猎人画下了他们所捕猎动物的图案。与这些动物图画相关的是一些描述迁移路线和轨迹线条和符木。这些早期记录符合了现代地理信息系统的二元素结构：一个图形文件对应一个属性数据库。 18世纪地形图绘制的现代勘测技术得以实现, 同时还出现了专题绘图的早期版本, 例如：科学方面或户口普查资料。 20世纪初期世纪将图片分成层的“照片石印术”得以发展。直至60年代早期，在核武器研究的推动下，计算机硬件的发展导致通用计算机“绘图”的应用。

1967年世界第一个投入实际操作的GIS系统由联邦能量、矿产和资源部门在安大略省的渥太华开发出来。这个系统是由Roger Tomlinson开发的，被称为“Canadian GIS”（CGIS）。它被用来存储，分析以及处理所收集来的有关加拿大土地存货清单（CLI）数据。CLI通过在1:250，000的比例尺下绘制关于土壤, 农业, 休闲、野生生物、水鸟、林业, 和土地利用等各种信息为加拿大农村测定土地能力，并增设了了等级分类因素来进行分析。

CGIS是世界的第一个“系统”，并且在“绘图”应用上进行了改进，它具有覆盖，测量，资料数字化/扫描的功能，支持一个跨越的国家坐标系统，将线编码为具有真实的嵌入拓扑结构的“弧”，并且将属性和位置的信息分别存储在单独的文件中。它的开发者，地理学家Roger Tomlinson，被称为“GIS之父”。 CGIS一直持续到20世纪70年代才完成，但这花费了太长的一段时间，因此在它最初发展期，不能与如Intergraph这样的销售各种商业地图应用软件的供应商竞争。微型计算机硬件的发展使得象ESRI和

CARIS那样的供应商成功地兼并了大多数的CGIS特征，并结合了对空间和属性信息的分离的第1 种世代方法与对组织的属性数据的第2种世代方法入数据库结构。20世纪80年代和90年代产业成长刺激了应用了GIS的UNIX工作站和个人计算机飞速增长。至20世纪末，在各种系统中迅速增长使得其在在相关的少量平台已经得到了巩固和规范。并且用户开始提出了在互联网上查看GIS数据的概念，这要求数据的格式和传输标准化。

二、地理信息系统的研究意义

地理信息系统所直接处理的对象就是反映地理信息的空间数据，由于空间数据的生成及其操作的复杂性，它是造成在地理信息系统研究及其应用实践中所遇到的许多具有共性问题的重要原因。进行地理信息系统标准化研究最直接的原因，就是为了解决在地理信息系统研究及其应用中所遇到的这些问题。

1）数据质量

对数据质量的影响来自两方面：一方面是由于生产部门数字化作业人员水平参差不齐，各种航摄及解析仪器、各种数字化设备的精度不同，导致最终对地理信息系统数据的精度进行控制的难度；另一个方面是对地理属性特征的识别质量，由于没有经过严格校正的属性数据存在误差，从而导致人们使用数据的错误。对数据质量实施控制的途径是制定一系列的规程，例如地图数字化操作规范、遥感图像解译规范等标准化文件，作为日常工作的规章制度，指导和规范工作人员的工作，以最大限度地保障数据产品的质量。

2）数据库设计

在地理信息系统实践中，数据库设计是至关重要的一个问题，它直接关系到数据库应

用上的方便性和数据共享。一般地，数据库设计包括三方面的内容：数据模型设计、数据库结构和功能设计以及数据建库的工艺流程设计。要解决这些问题，就需要针对数据库的设计问题，建立相应的标准，如数据语义标准，数据库功能结构标准，数据库设计工艺流程标准。

3）数据档案

对数据档案的整理及其规范化，其中代表性的工作就是对地理信息系统元数据的研究及其标准的制定工作。明确的元数据定义以及对元数据方便地访问，是安全地使用和交换数据的最基本要求。一个系统中如果不存在元数据说明，很难想像它能被除系统开发者之外的第二个人所正确地应用。因此，除了空间信息和属性信息以外，元数据信息也被作为地理信息的一个重要组成部分。

4）数据格式

5）数据的可视化

空间数据的可视化表达，是地理信息系统区别于一般商业化管理信息系统的重要标志。地图学在几百年来的发展过程中，为数据的可视化表达提供了大量的技术储备。在地理信息系统技术发展早期，空间数据的显示基本上直接采用了传统地图学的方法及其标准。但是，由于地理信息系统的面向空间分析功能的要求，空间数据的地理信息系统可视化表达与地图的表达方法具有很大的区别。传统的制图标准并不适合空间数据的可视化要求，例如利用已有的地图符号无法表达三维地理信息系统数据。解决地理信息系统数据可视化表达的一般策略是：与标准的地图符号体系相类似，制定一套标准的地理信息系统用于显示地理数据的符号系统。地理信息系统标准符号库，不但包括图形符号、文字符号，还应当

包括图片符号、声音符号等。

6）数据产品的测评

对于一个产业来讲，其产品的测评是一件非常重要的工作。同样，地理信息系统数据产品的质量、等级、性能等方面进行测试与评估，对于地理信息系统项目工程的有效管理、促进地理信息市场的发展具有重大意义。

1.2地理信息系统的发展趋势

一、GIS 的发展阶段

地理信息系统的创立和发展是与地理空间信息的表示、处理、分析和应用手段的不断发展分不开的。考察地理信息系统的发展，可分为60 年代的起始发展阶段、70 年代的巩固阶段和80 年代的大发展阶段。地理信息系统起源于北美。加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，于60 年代开始建立地理信息系统，经过十多年的试验与研究，于70 年代初投入产品生产，成为世界上第一个运行性地理信息系统。同一时期的美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立通用的制图软件包，竭力发展空间分析模型和软件。国际地理联合会（IGU）在1968 年成立了地理数据收集和处理委员会，对组织地理信息系统的国际讨论，促进这一领域的发展起了重要作用。

70 年代，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷研制，美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力。在这一阶段，国际地理联合会召开了几次地理信息系统会议，并于1972 年出版了地理信息系统方面的第一本专著《地理数据处理》。人员培训受到重视，

许多大学培养GIS 人才，创建了地理信息系统实验室。美国地质调查局发展了50 多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息，较典型的有GIRAS，主要用于输入处理、分析和输出全国范围土地利用和土地覆盖制图的空间数据；日本国土地理院从1974 年开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息，为国家和地区土地规划服务；瑞典在、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。

在这期间，世界上发展了许多功能较强的地理信息系统，出现了大量的数据库，但这些系统的分析功能和60年代相比，并没有得到很大的扩充，而且数据库的容量一般都比较小，因此说70年代为巩固阶段。

80 年代为地理信息系统的大发展阶段。随着计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段。如加拿大、日本、英国、荷兰、瑞典等国将地理信息系统用于国土规划、支持资源与环境管理决策，同时发展中的第三世界国家，在高技术的冲击下，也迈开了信息时代的步伐，开始引进、应用和发展自己的地理信息系统。

在此期间，地理信息系统已进入多学科领域，由比较简单的、单一功能的、分散的系统发展成为多功能的、用户共享的综合性信息系统，并向智能化发展，应用专家系统知识，进行分析、预报和决策。如已开始用地理信息系统来研究全球厄尔尼诺现象和全球沙漠化问题。此外，还发展了操作地理信息系统，如美国地质调查局应用地理信息系统，对美国三里岛核泄漏事件在24 小时内就做出反应，并迅速地对核扩散进行影响评价。高性能的微型计算机的问世，使得微机地理信息系统蓬勃发展，并得到广泛的应用。这一发展，使得地理信息系统工具具有更高的效率、更强的性和通用性，更少依赖于应用领域和硬

件环境，为地理信息系统的建立和应用开辟了新的途径。此外，在此期间出现了一些性能较好的软件，如美国环境系统研究所（ESRI）开发的ARC/INFO 地理信息系统。

二、GIS 在我国的发展

地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚，从70 年代末开始。虽然历史较短，但是发展还是很快。地理信息系统在中国，亦称为资源与环境信息系统，它们的研究对象和研究内容是一致的。中国地理信息系统发展的技术基础是计算机地图制图、计算机技术、计量地理和遥感技术。中国地理信息系统的发展也可分为三个阶段。第一阶段从1978 年到1980 年为准备阶段，主要进行准备，正式提出倡议，开始组建队伍、组织个别实验研究。第二阶段从1981 年到1985 年为起步阶段。这一阶段主要是对地理信息系统进行理论探索和区域性实验研究。并在此基础上制定国家地理信息系统规范。1981 年在四川渡口二滩进行试验，以航空遥感资料为基础，进行信息采集和数据库模型设计。从1984 年开始，国家测绘局测绘科学研究所着手组建中国国土基础信息系统。1985 年国家资源与环境信息系统实验室成立，这是一个新型的开放性研究实验室。第三阶段从1986 年到现在为初步发展阶段。地理信息系统的研究被列入我国“七五”攻关课题，并且作为一个全国性的研究领域，已逐步和国民经济建设相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。这个阶段全国形成了一个比较系统的研究计划：一方面，以研究资源与环境信息系统的国家规范和标准、省、市、县级的规范和区域性的规范为主体，解决信息共享和系统兼容的问题；另一方面开展全国性的自然资源与环境、国土和水土保持信息系统的建立和应用模式研究，开展结合水土保持、洪水预警和救灾对策、防护林生态和城市环境等方面区域信息系统研究；第三方面是研制和发展软件系统和专家系统，从技术上支撑上述研究领域的开拓与发展。在这个阶段，全国建成了一批数据库，如林业部研制的全国森林资源数据库；开发了一系列空间信息处理和制图软件，如南京大学的微机制图系统及地图绘制软件包、中国科学院地理研究所的地理网络法软件系统；建立了一些具有分析和应用深度的地理模

型和基础性的专家系统，如北京大学的地理专家系统、中国科学院综考会的资源开发模型工具库系统、武汉测绘学院的基于GIS 的专题地图设计专家系统、华东师范大学的地理应用程序软件包等；完成了一批综合性、区域性和专题性的信息系统，如中国科学院的中国国土基础信息系统、黄土高原水土流失信息系统、黄河下游洪水险情预警信息系统、黄河三角洲区域信息系统、洞庭湖堤境区域信息系统、三北、京津唐地区生态信息系统，高校遥感联合中心的三川河流域区域治理与开发信息系统，北京师范大学的区域土地适宜性评价信息系统、小流域地理信息系统，国家地震局的地震预测预报信息系统，北京大学的遥感地理信息系统，华东师范大学的县级地理信息系统，南京大学的省、市、县区域规划与管理信息系统等；开始出版有关地理信息系统理论、技术和应用等方面的著作，并积极开展国际合作，参与全球性地理信息系统的讨论和实验。现已在全国范围内形成了地理信息系统的科研队伍，逐步建立了不同层次、不同规模的研究中心和实验室。

三、发展趋势

目前地理信息系统的主要发展趋势集中在以下几个方面：

1.空间数据结构与数据管理：传统的栅格和矢量结构各有特点，目前倾向于两种结构并存。需要设计高效的栅格—矢量相互转换算法来支持栅格和矢量统一的系统。特别是适用于微机地理信息系统更具有特殊意义。为满足建立大规模实用系统的需要，图形空间数据压缩技术也在发展。空间数据库系统的研制，包括逻辑结构的设计和适合于地理实体表示的物理存储结构的研究正在从理论走向实用；一种面向对象的数据模型由于更适合定义复杂的地理实体和对复杂事物的直接操作而被接受，实用的语言界面正在开发。新的空间数据结构，如“真三维”、“时空四维”等结构也正在探索中。

2.数据自动输入技术：图形和属性数据的输入历来是GIS 建立的一个“瓶颈”，自动

输入的发展将最终解决这个问题。GIS 自动输入包括对属性表格的扫描和识别、图形扫描和追踪、拓扑关系自动生成、图例符号的自动标识等。

3.GIS 的微机化：微机化是地理信息系统普及的关键。由于微机在速度、容量和功能等方面的，微机GIS 软件技术的发展难度较大。目前国外许多著名的系统作了微机化，国内的许多系统大多也是针对微机开发的，至今尚未有商品化的成果。

4.GIS 与遥感的进一步结合：GIS 与遥感结合主要采用两种方式，一种是通过软件接口完成数据结构的相互转换，将图像处理的结果输入GIS，或将GIS 专题信息传入遥感图像处理系统进行信息复合及辅助信息分类；另一种是将GIS 与遥感处理系统组成一个统一的软件系统，以完成信息复合、交互查询、自动分类、更新等GIS 功能。这是GIS 与遥感图像结合的高级形式。国外在中小型机上开发的一些GIS，已具有GIS 与遥感叠加交互查询等功能。

5.GIS 的智能化：以专家经验式知识为基础的GIS，具有更强的分析和表达复杂地学问题的能力，引起了普遍重视。美国加州大学巴巴拉分校研制的以专家知识为基础的KBGIS-Ⅱ就是其中之一。这些系统并不十分完善，主要是由于GIS 所面临问题的复杂性，以及地理专家知识还没有计算机化，智能化的GIS 代表着一个令人鼓舞的重要发展方向。

6.GIS 应用模型开发：应用模型不足，是阻碍GIS 实用化的原因之一，目前应用模型的开发已受到较大的重视，比较引人注目的是：①引进空间化的数理统计和系统分析方法；②通过实例研究，建立专业模型，如水土流失、森林火灾预报、土地评价、地貌分析、旅游资源评价、环境污染评价等，作为模型工具提供用户使用。在GIS 应用中，应用模型是联系GIS 应用系统与常规专业研究的纽带，模型的建立绝不是纯数学或技术性的问题，它必须以广泛深入的专业知识为基础。专业研究深入程度决定了所建模型的质量与效果。

事实上正是地理模型把GIS 应用系统和常规专业研究紧密地结合在一起了。因此，应用模型是今后研究的重点和发展的主要方向之一。

7.具有统一标准的分布式系统：由于GIS 的迅速发展，建立具有统一规范标准的多级、分布式系统，已成为地理信息系统发展的必然趋势，国外的一些重要的GIS 软件系统如ARC/INFO、MIPS 等都发展了网络通讯功能。

8.宏观应用和微观应用进一步加强，并形成新的产业：GIS 从早期主要为地理、环境、资源、测量等宏观项目决策服务，开始进入城市和大企业等微观管理领域。GIS 与经济和社会发展的结合更加紧密，而且从企业应用走向应用，出现了综合性系统与专业性系统共存共荣的局面。同时，GIS 正在形成一门产业，1991 年世界范围内与GIS 软、硬件有关的总收入为70 亿美元。在美国当前经济衰退中，GIS 的收入仍呈上升趋势。

9.加强GIS 教育：为了发展和推广GIS 应用系统，必须采取多种形式，加强GIS 的宣传教育，在一些高等学校开设GIS 课程，系统讲授GIS 的内容，对在职技术人员、领导干部可以办短训班或举办讲座，专门介绍某个软件工具或应用系统，从而提高广大管理人员的素质，使GIS 真正转化为实际生产力，有效地推动区域经济的发展和社会的进步。

1.3论文主要内容与结构

GIS近年来发展十分迅速，已经在社会经济的许多领域得到广泛的应用。随着数字城市建设热潮的兴起，以GIS技术为核心，涉及到数据库技术、网络技术以及系统集成等多方面技术的综合，在城市规划领域，越来越受到人们重视。本文将就地理信息系统在城市规划设计中应用的问题进行探讨，并以地理信息系统在城市竖向设计中的应用为例，旨在探索在城市规划设计工作中如何更加合理、高效地应用地理信息系统技术。

本文的主要内容及安排如下:

第一章绪论

介绍地理信息系统研究背景和意义，地理信息系统的发展趋势。

第二章地理信息系统的基础

本章简要介绍了地理信息系统的特点以及相关技术和地理信息系统的基本功能，还有就是地理信息系统的组成。作为对问题研究不可缺少的理论基础。

第三章基于GIS的城市规划中的应用

本章首先叙述OfficeGIS与城市规划，既而叙述了虚拟现实及多媒体网络技术与城市规划，然后是嵌入式GIS与城市规划。GIS与遥感技术结合。

第四章GIS在规划设计应用的研究

本章在分析论述了GIS对城市规划设计的影响后，根据城市规划设计工作的各个阶段工作的内容，概括总结GIS在规划设计各阶段中的主要应用内容。通过网络科技文献搜索和归纳，从目前GIS在规划设计中应用的成果这一视角来看GIS在规划设计中的应用，并分析了目前GIS应用规划设计存在的问题。

第二章地理信息系统基础

2.1现代地理信息系统的特点及相关技术

随着计算机硬件及网络技术的发展，现代地理信息系统采用了计机网络、数据库管理、图形图像学、多媒体技术等最新科技成果，各种高性能的计算机、大容量的存储设备、高分辨率的图形显示器与高速网络组合在一起，形成地理信息数据处理中心，能够处理不同来源、不同格式的数据，对多时态的空间信息作出生动、直观的描述，并运用各种数学手段进行辅助决策，把处理结果迅速地以图、文、声、像一体化的形式提供给用户。

一、地理信息系统的基本功能

(1)数据的采集、检验与编辑

数据的采集与编辑主要用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性。

(2) 数据转换与处理

其目的是保证数据在入库时在内容上的完整性，逻辑上的一致性。方法主要有数据编辑与处理、错误修正；数据格式转化，包括：矢量、栅格转化，不同数据格式转化；数据比例转化，包括：平移、旋转、比例转换、纠正等；投影变换，主要是投影方式变换；数据概化，主要是平滑、特征集结；数据重构，主要是几何形态变换（拼接、截取、压缩、结构）；地理编码，主要有根据拓扑结构编码。

二、地理信息系统的组成

(1)空间数据

空间数据包括地理数据、属性数据、几何数据、时间数据。

(2)系统硬件

单机模式由基本外设、处理设备和输出设备构成，适用于小型GIS模式建设。局域网模式有专线连接，适用于部门或单位内部GIS建设。广域网模式由公共通讯连接，局部范围为局域网, 通过若干通道与广域网连接，不适合专线连接。

(3) 系统软件

第三章GIS的城市规划中的应用

3.1 OfficeGIS与城市规划

《中华人民共和国城市规划法》和现行城市规划、城市土地管理规定，城市规划区内任何建筑项目施工前都必须履行“一书两证”的程序，即要获得《规划选址意见书》、《建设用地规划许可证》和《建设工程规划许可证》，建设单位办理上述许可证的过程就被称为“建设项目报建”。而目前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。GIS等先进技术应用于城市规划电子报批过程，将给城市规划带来新的气象与变化。

它主要具有以下几个特征：（1）规划审批手段电子化。当规划信息进行数字化后，可把原来城市规划中一些琐碎的工作交给计算机完成，如量算指标等，大大提高审批速度和效率；（2）标准化规划结果。由于规划规范缺乏明确的标准且术语混乱，进而导致规划中指标计算方法比较模糊，易受人为因素的影响，当进行电子报批时，可向设计单位明确规划标准，以保证术语与计算方法的一致性，提高城市规划中的公开性与透明度；（3）提高设计结果入库速度，由于设计单位提交的结果已经数字化，且符合统一的标准，为未来的设计结果入库管理打下了坚实基础。

3.2 虚拟现实及多媒体网络技术与城市规划

随着虚拟现实及多媒体网络技术的发展，使得城市规划中可使用的技术手段更加丰富。虚拟现实技术应用于城市规划中，可为规划决策者提供一个全新的技术平台，直观地提供现实世界中的各种感觉。通过此种技术，规划师与决策者可以在有准确坐标、时间和对象属性的虚拟环境中，回溯城市的发展和变迁，交互观察城市建筑的风貌，审视城市规划布局。虚拟现实技术在城市规划中主要可以在以下方面进行使用：（1）各种规划方案的比较。把设计单位提供的三维规划方案数据通过一定的接口导入到预定的环境中，在未进行施工建设时即能真实地看到各个方案对周围环境的影响，是否能达到社会、经济和生态

的最佳综合效益，比对各种规划方案的优劣，并可反复修改和选择；（2）构建逼真城市环境。目前城市有向立体化、多元化发展的趋势，通过构建逼真城市环境，可以把目前城市规划从二维转换为三维，实现城市规划与管理的飞跃，适应未来城市发展需要；（3）构建时态逼真城市。城市发展在不同的时期，不同的阶段有不同的特点，可根据构建时态逼真城市，来研究城市发展变化；（4）查询及分析。虚拟现实技术在城市规划中，不仅仅能给用户提供一个逼真的展示环境，更重要的给用户提供充足的信息，并开发众多分析功能为城市规划服务。重庆市勘测院2003年将三维仿真应用于云阳张飞庙古建筑搬迁，2006年开发了“三维城市地理信息系统”平台，该平台具有三维浏览，光照分析，容积率分析，视线分析、空间量算、规划方案比较等功能。

由于城市规划信息的多元化及信息量非常庞大，这就给存储、继承和共享这些信息提出了新的挑战。多媒体网络的出现从一定程度上可以解决这些问题，并为城市规划的社会化、大众化提供了必要途径。可以通过网络让用户了解规划审批的进展状况及发布城市规划方案，让用户参与评估，尤其是网络与虚拟现实技术及多媒体的结合，可提供快速、方便、直观的规划方案展示，有利于提高公众参与规划的积极性。

3.3嵌入式GIS与城市规划

嵌入式地理信息系统技术与移动通讯及无线互联网设备（包括掌上电脑、PDA和手机）等集成，可快速提供与位置信息相关的信息服务。它具有动态性，移动性等特点。城市规划中有些业务需要快速获取用户环境的各种信息，如为科学管理和利用规划红线资料，详细规划现场踏勘设计，加强城市规划监察，实时机动地对违规建设用地案件进行处理，为这些城市规划部门的重要职能提供现场移动办公的平台等。

以规划红线为例，城市规划管理人员主要根据以文字及表格的形式提供信息资料作出

决策，但用地单位名、项目名称、地点、面积、国土文号、城规文号、调查情况和建议等，这些抽象的文字资料，难以全面反映红线情况，如红线形状、附近街道、临近大型机构、现场拆迁状况等，缺乏直观性和可视化，另一方面，规划管理迫切需要一种能够随时随地将红线信息以电子地图、幻灯片、照片、录象等多种媒体方式清晰地表现出来的决策支持系统，使决策者有一种身临其境的感觉，提高现场办公速度和决策准确度。采用潜入式GIS技术可开发一套辅助城市规划管理决策的信息子系统，利用它实现城市规划红线设计和管理的现代化，真正提高红线规划决策的科学性，更好地建立与完善城市规划管理信息系统。

3.4 GIS与遥感技术结合

以城市规划为监测对象，基于RS技术、GIS技术等快速获取与处理城市现状空间信息，采用RS、地形、总规和分规数据比对和专家判读的方法，实现大范围、可视化、短周期的动态监测效果，为宏观决策和依法行政提供科学依据。这种监测是长期的和制度化的，具有定量和客观的特征，能有效地威慑城市违法建设活动，并且监测目标比较广泛，包括建设工程、城市用地、城市水系、城市道路等多个方面。

GIS在城市规划中应用越来越广泛，如进行城市规划用地评价，快速城市规划专题图的制作，历史文化保护及风景保护，另外，可把GIS作为一种技术手段进行城市规划的研究工作，如城市扩展研究等。

3.5 区域城市规划、城乡规划及GIS技术

随着中国经济的快速增长和城市化步伐加快，在珠江三角洲、长江三角洲、京津唐等地区逐步形成了大型城市群，这些城市群区域中的城市之间存在着竞争和合作的双重关系。面对全球化、城市化、人口增长、资源枯竭等问题困扰，区域合作成为一个新趋势，另外，

随着中国提出“城乡统筹”规划。利用城市一体化解二元化矛盾，建立和谐社会也被提到了非常重要的位置。

2003年11月，在深圳召开的第六届城市地理信息系统学术论坛上，提出了“城际GIS”的概念，初步探讨了GIS在城市密集地区城市管制中的应用前景和实施方案。对于城市群地区的区域规划管制，GIS大有用武之地：第一，地理信息和地理信息技术为研究解决城市/区域的空间问题提供了工具支持；第二，借助地理信息和地理信息技术可以更好地了解区域可持续发展问题，并尝试提供解决方案；第三，地理信息和地理信息技术可以帮助参与者之间相互了解，共享信息和知识，形成共识和共同行动。

第四章 GIS在城市规划和管理中的应用研究

城市规划是以地理空间信息作为其设计与管理的基础。与建筑设计相比，城市规划更重视理论分析、定量分析，强调有据可依。城市规划设计需要建立在更为科学的信息支持基础上。地理信息系统的应用使规划师可以方便地按需要选择有关诸如土地利用、道路交通、基础设施、经济发展、环境保护等现状信息。地理信息作为城市规划设计的依据，可以在综合考虑相关数据相互影响基础上做出科学的定量分析。当前地理信息系统的应用不仅仅是辅助绘制规划图纸，应该渗透到现状调查--数据分析--模拟预测--提出方案--方案评估--决策方案--管理实施等整个规划过程。

4.1 GIS在城市规划设计中的影响

地理信息系统可能在以下几个方面对城市规划设计工作产生影响:

(1)地理信息系统可以将多样性动态性的城市地理空间数据统一管理，即以多种方式录

入的城市地理数据，以有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索，以多种方式输出决策所需的城市地理空间信息。在城市规划设计中所涉及到的大数量，多种类的信息，地理信息系统以其高效的信息收集分类存储组织查询等为海量数据的处理提供技术上的支持。

(2)地理信息系统在综合分析评价与模拟预测中的应用

地理信息系统不仅可以对城市地理空间数据进行编码、存储和提取，而且还是现实城市实体的数学模型，可以将对现实城市实体各个侧面的思维评价结果作用其上，得到综合分析评价结果;也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分析模拟程序作用在这些数据上，模拟这些过程的发生发展，对未来的结果做出定量分析和趋势预测，从而预知自然过程的结果，对比不同决策方案的效果以及特引顷向可能产生的后果，做出最优决策，避免和预防不良后果的发生。

(3)地理信息系统的空间查询和空间分析功能的应用

地理信息系统空间查询和空间分析功能的应用可以使城市规划进入定量化分析，使图文之间的分析及互访极为便利，图形拓扑关系分析，图形叠置分析，网络分析，缓冲区分析等地理信息系统特有的功能可以解决在城市规划设计的过程中遇到的一系列分析问题。

GIS使城市规划过程动态、实时GIS由于数据更新的决捷性、空间分析的实时性，对城市规划的动态调整提供了良好的技术支持。借助GIS，可以对城市规划的实施进行监督反馈。

4.2. GIS在城市规划设计应用概述

我国现行城市规划在编制层次上有总体规划、详细规划和城市设计，有时在大、中城市，总体规划和详细规划之间有分区规划，详细规划按照深度和使用层次又分为控制性详细规划、修建性详细规划;在编制内容上又有各项专项规划，如城镇体系规划、交通规划、生态规划、市政管线工程规划、居住区规划、校园规划等。地理信息系统作为一种技术手段，它可以提供给规划师全新的视野和手段，渗透进城市规划设计各个阶段和各类专项规划中，具体的可以应用到城市规划设计的以下工作中去。

(1)城市现状分析。城市规划现状调查的主要内容为技术经济、自然条件、现有建筑及工程设施、环境及其他四大类。利用地理信息系统的空间查询和统计以及制图功能，可以对以上四大类调查内容带有空间信息的各项进行统计、分类、比例计算，形成各种图表，同时绘制出相关的专题图;利用地理信息系统与3D技术、虚拟现实技术的结合，以及遥感图像、地面摄影照片等资源，可以形成虚拟的真实空间，帮助规划师身临其境的了解现状。

(2)预测分析、辅助决策。预测分析可以包括人口规模、用地规模、城市灾害、城市经济目标、区域增长、城市景观模拟及可持续发展等预测。预测分析主要是应用地理信息系统的空间分析、空间叠加和空间查询功能针对城市规划中具体问题建立地学模型，对现实存在的问题进行分析、评价并采用科学的方法对具体问题的发展趋势进行模拟，通过模拟的结果来辅助规划师做出规划决策。目前规划师在解决这类问题时常采用的方法是根据长期积累的经验进行定性分析和传统计量统计模型分析的，割裂了具体问题各要素在空间分布上的联系，其模型往往是比较粗放的有时还会以偏概全。而在地理信息系统应用在规划预测分析中，则可以较好解决这些弊端，也是目前GIS在规划设计中应用的一个热点。

(3)土地利用功能区划。相当于城市规划设计中的用地规划，包括对城市用地进行等级区划、适宜性评价以及用地分类等。这在地理信息系统中是能快速准确实现，也是地理信息系统的基本应用。

(4)辅助规划设计。包括城市道路网的生成、市政工程管线设计以及地块的划分。对于道路网的生成具体做法是将地形图与用地功能区划图叠加显示后，在新的专题层上确定各道路的中心线，形成路网数据层

(5)经济技术指标统计计算。地理信息系统的数据分层是可以按相应的主题分层，使得在产生规划中可以快速的实现按各个主题进行分类量算统计，从而快速准确的得到各种建筑面积、绿地面积、道路管线长度等统计数据;通过GIS的分类及表格功能还可以得到用地平衡表、用地比例、土地利用率等统计图表。

(6)规划方案的评价比较。城市规划设计一般要设计出多个方案，从中选择最优的方案。

(7)竖向规划。城市规划的各个阶段都涉及到合理利用地形，达到工程合理、造价低廉、景观良好的目的。

(8)规划成果的可视化及输出。地理信息系统专业的制图功能可以决速准确的生成各种专题图。以上，只是结合地理信息系统自身的特点以及作为一个技术工具的角度来分析归纳总结了地理信息系统在城市规划设计中的适用范围。

4.3.另一个角度看GIS在城市规划设计应用

城市是一个非常复杂的大系统，因而城市规划设计要面临城市中方方面面不断变化的问题。事实上GIS在城市规划上的使用只是提供了一个辅助工具。到目前为止。一个完善的、全面系统的应用于规划的GIS还不多见。GIS更多的应用于城市规划设计中，是以一种建立于解决某一个问题的形式出现。于是很难将GIS这些应用一一列举、归纳总结出来。但是我们可以从“GIS已经解决了哪些城市规划设计中问题”的角度来看GIS在城市规划

设计中应用的问题。

4.4.GIS在城市规划设计辅助决策应用

城市规划设计工作中的核心内容是对充实建设中多方面的问题进行现状调查分析，做出科学合理的预测，并对相关问题解决和未来发展方向做出科学决策。地理信息系统自身具有的技术手段和技术优势为城市规划决策提供独特而强有力支持。因此GIS辅助城市规划决策是GIS应用于城市规划设计中的一个研究重点。

(1)城市规划决策的内容及存在问题

决策是一项立足现实，指向未来的活动。作为对城市未来发展的预测，城市规划决策对城市的各项规划活动具有重要的超前指导作用。在城市规划设计的各项决策中，既有对城市总体发展方向所作的五年、十年中长期规划，又有指导城市各项具体规划活动的控制性详细规划、修建性详细规划等。城市规划决策具体的内容是:在收集、调查城市规划所必需的基础资料上，预测城市的发展目标，拟定城市的发展方向和经济结构，确定城市性质，预测规划末期的城市人口发展规模和城市用地规模;对城市进行合理布局，协调城市的各部分的功能关系。现阶段，我国的城市规划设计中的决策还存在着缺乏科学性问题，主要体现在:

①对于城市规划决策的对象缺乏系统、周密的调查研究，决策往往凭主观意志，想当然的拍板定案，人为主观因素作用比较大。这与缺乏系统的客观的决策手段有关。

②规划决策缺乏反馈。城市规划设计的成果进入实施阶段后，规划决策逐步落实到具体的城市建设中去，并最终反映出规划决策对城市规划和城市发展的影响效果。

③随着信息时代的到来，传统的规划决策手段与信息反馈的落后已经不能适应充实发展更加多变的趋势，现有的规划决策方法的落后在一定程度上削弱了决策的科学性。针对上述存在的问题，地理信息系统提供了解决这些问题的途径。

(2)GSI在规划决策的支持功能

从地理信息系统的发展历史可以看到，地理信息系统的主要目标是通过一系列的空间分析手段，把原有的数据进行相应变换和运算，生成新的信息，来支持决策过程。

a.空间查询与量算

①空间查询

空间查询是地理信息系统的最基本的功能之一。空间查询主要包括图形查属性、属性查图形、图形与属性混合查询。

②空间量算

空间量算是指对空间信息的自动化量算，是地理信息系统所具有的重要功能，也是进行其它空间分析的定量化基础。其中的主要量算有: 质心量算和距离量。质心是描述地理空间分布的一个重要指标。地理目标的质心是目标的半径位置。人们日常生活中的“距离”是指两个事物或实体之间的远近。

b.空间数据的内插

空间数据往往是根据自己的要求获取采样的观测值，诸如土地类型、地面高程等。这

些点的分布往往是不规则的，在用户感兴趣或模型复杂区域可能采样点多，在其它地区则采样点少，由此而导致所形成的多边形的内部变化不可能表达得更精确、更具体，而只能达到一般的平均水平。但用户在某些时候却欲获知未观测点的某种感兴趣特征的更精确值，这就导致了空间内插技术的诞生。一般来讲，在己存在观测点的区域范围之内估计未观测点的特征值的过程称内插;在己存

在观测点的区域范围之外估计未观测点的特征值的过程称推估。

c.空间信息再分类

空间信息分类方法是地理信息系统功能组成的重要组成部分。与地图相比较，地图上所载负的数据是经过专门分类和处理过的，而地理信息系统存储的数据则具有原始数据的性质，这样用户就可以根据不同的使用目的对数据进行任意提取和分析。

d.缓冲区分析

缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。从数学的角度看，缓冲区分析的基本思想是给定一个空间对象或集合，确定它们的邻域，邻域的大小由邻域半径R决定它是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。

e.叠加分析

空间叠加分析是指在统一空间参照系统的条件下，每次将同一地区的两个地理对象的

图层进行叠合，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。前者一般用于搜索同时具有几种地理属性的分布区域，或对叠加后产生的多重属性进行新的分类，称为空间合成叠加;后者一般用于提取某个区域范围内某些专题内容的数量特征，称为空间统计叠加。

g，追踪分析

追踪分析一般都是基于栅格数据的，它是指对于特定的栅格数据系统，由某一个或多个起点，按照一定的追踪线索进行追踪目标或者追踪轨迹信息提取的空间分析方法。

h.网络分析

网络分析是基于矢量数据的，其主要用途是:选择最佳路径、选择最佳布局中心的位置。所谓最佳路径是指从始点到终点的最短距离或花费最少的路线;最佳布局中心位置是指各中心所覆盖范围内任一点到中心的距离最近或花费最小;网流量是指网络上从起点到终点的某个函数，如运输价格，运输时间等。网络上任意点都可以是起点或终点。其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。

4.5.GIS在城市规划设计中应用要解决的问题

地理信息系统本身作为一门地理学内容，更容易被相近学科领域所融合。因而现阶段GIS的应用也多集中于农业、林业、勘探、生态与社会、经济资源调查等基于地理空间研究的方面。我国城市规划现阶段的GIS应用，主要是辅助规划管理工作，在城市规划设计中的应用，还处在较低级的阶段。虽然有规划问题，但在技术手段上和规划编制机构日常业务的结合不够紧密也是当前研究工作的弱点。目前我国城市规划编制中GIS研究、

应用有如下不足之处:

(1)GIS在城市规划设计中的应用尚停留在GIS功能简单应用的阶段，如基本的叠加、拓扑、简单的网络分析;

(2)GIS初步、被动参与规划设计。规划师较少全面领会GIS，不能进一步发挥现有GIS软件的功能。。

(3)不少研究工作脱离城市规划的需要。

(4)GIS开发研究人员不熟悉规划业务，和规划人员的需求尚有一定差距。GIS与规划的交互性不够，不足以达到规划人员希望的效果，缺少与规划的融合，也就是缺少GIS面向城市规划的专家分析模型。GSI虽然功能强大但也不是万能的，应该保证对GIS作为新兴技术的正确认识，将GIS放到一个合适的地位去理解和应用。

4.6本章小结

本章在分析论述了GIS对城市规划设计的影响后，根据城市规划设计工作的各个阶段工作的内容，概括总结GIS在规划设计各阶段中的主要应用内容。通过网络科技文献搜索和归纳，从目前GIS在规划设计中应用的成果这一视角来看GIS在规划设计中的应用，着重研究了地理信息系统辅助城市规划决策的应用，并分析了目前GIS应用规划设计存在的问题。

参考文献

[1]《中华人民共和国城市规划法》

[2]《城市规划读本》

[3]陈述彭主编，《城市化与城市地理信息系统》，科学出版社，2001

[4]张新长，曾广鸿，张青年编著，《城市地理信息系统》，科学出版社，2001

[5]宋小冬，叶嘉安著，《地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用》，科学出版社，2002

[6]同济大学主编，《城市规划原理》(第三版)，中国建筑工业出版社，2002

[7]董光器编著，《城市总体规划》，东南大学出版社，2003

全国城市规划执业制度管理委员会:《城市规划相关知识》，中国计划出版社，2003

[8]中国城市规划学会全国培匆咔中，编著:《城市规划读本》，中国建筑工业出版社，2002

[9]赵峰:地理信息系统及其在城市规划中应用，浙江大学硕士学位论文，2000

[10]中国城市规划学会全国培匆咔中，编著:《城市规划读本》，中国建筑工业出版社，2002

致谢

本论文的完成是在我们的导师农晓春老师的细心指导下进行的。在每次编写遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的论文顺利的进行。从论文的选题到资料的搜集直至最后论文的修改的整个过程中，花费了农老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！

在此学生表示深深的谢意！26

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