大数据和地理信息系统技术在智慧城市规划的应用

大数据和地理信息系统技术在智慧城市规划的应用摘要：地理信息系统(GIS)是对空间信息进行组织、管理、分析的技术系统。随着GIS技术的不断发展和城市化对城市规划管理要的提高，GIS广泛应用于城市规划管理领域。本文论述了GIS在城市规划中的应用，主要包括在城市规划管理和城市规划编制中的应用，指出在城市规划中运用GIS技术可以为城市规划管理和编制提供有力的决策支持。关键词：GIS城市规划应用1概述地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）有时又称为“地学信息系统”。20世纪80年代以来，我国的GIS快速发展并广泛应用于社会中许多领域与部门，城市规划是GIS应用的主要领域之一。GIS作为一种先进的辅助工具，为城市规划提供了更为科学的城市海量数据管理与分析、工程选址、城市环境监测等方法。城市规划涉及的基本问题是城市设施和城市资源在空间上的合理分布,地理信息系统作为存储、分析和管理空间数据的技术,为日益复杂的城市规划工作提供了强有力的辅助工具,可以协助城市规划工作者解决很多实际问题。随着GIS在城市规划领域应用的日益广泛和深入,应用的角度呈现出多样化的特点,其中就包括了城市空间扩展与建设用地格局分析、城市土地评价、建筑分析、风景和流域的造型规划、公共设施的选址、小尺度的社区景观规划和设计等诸多方面的应用。可以说，GIS为城市划、设计、管理提供了崭新思路，GIS能科学的管理和综合分析海量空间数据，为城市规划与管理提供先进的辅助工具，在现代化城市规划工作中发挥巨大的效用。2GIS在城市规划领域应用中的可行性地理信息系统处理的数据包括两类:反映地理位置的空间数据和描述空间特征的属性数据。空间数据是指确定目标的空间位置、几何形态以及与其它目标的空间关系的数据。在城市规划应用中,空间数据包括城市基础地理信息(如地形图、正射影像、卫片、地下管线、勘测数据等),城市规划图形信息(如总体规划、分区规划、详细规划产生的成果图等)等。属性数据是指描述空间目标的社会或自然属性的数据。在城市规划应用中,属性数据包括建设用地面积、性质、政策法规、审批周期等。城市是一个复杂的巨系统,城市信息具有如下的特点:1）数据量大。城市信息涉及到城市社会的方方面面,种类繁多,来源广,数量庞大,既有反映地理位置的空间数据,也有描述空间特征的属性数据。2）分析性。城市信息处理需要进行大量的分析性工作,不仅需要定性和静态的分析,而且需要定量、定位和动态的综合分析和评价。3）现势性。城市信息更新的速度随城市化进程的推进不断加快,规划的制定与修编周期大大缩短,要求城市信息具有良好的现势性,对信息的处理具有实时性。从城市信息的特点来看,城市信息与GIS处理的数据是相一致的,并且从若干国内外成功实践经验也可得出,GIS应用于城市规划领域是完全可行的。3GIS在城市规划领域中的应用3.1GIS在城市规划管理中的应用GIS具有独特的建模技术和强大的空间分析功能，GIS的这些优势可以帮助城市规划管理部门实现对相关信息的高速、动态查询与统计分析，并对各种规划方案与成果进行定量分析、模拟及预测，使GIS能够广泛应用在城市规划编制、审批、公众参与等各个方面，促进城市规划决策的科学性，促进城市规划设计与管理工作的高效化和智能化。3.1.1GIS与城市规划基础信息的收集有关机构的调查结果表明，GIS建设过程中硬件、软件、数据的投入构成比例应达到1：2：7，可见，数据是地理信息系统的主要组成部分，地理信息系统收集和存储的海量基础数据，特别是在城市基础地形信息方面，为城市规划编制和决策提供了大量的信息数据。有机融合遥感技术、地理信息系统、全球定位系统的3S技术的形成和发展，实现了对空间信息和环境信息的快速、机动、精确的收集、存储、分析和处理。遥感技术（RS）通过扫描、摄影、传输和处理高空或外层空间接收的地球表层各类地物的电磁波信息，对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别；全球定位系统（GPS）具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统；利用GIS强大的空间分析功能，城市规划管理过程中相关人员能充分有效地分析利用所获得的卫星遥感图片蕴含的空间信息。为城市规划所需信息的收集和处理提供了数据支持和技术保障。3.1.2GIS与城市规划报批“一书两证”（建设项目选址意见书、建设用地规划许可证、建设工程规划许可证）是城市规划区内建筑项目施工前的必备法定材料，这就要求建设单位进行必要的申请报批环节。电子报批是一新型的规划管理审批制度，要求建设单位将送交审批部门的送审图纸由以往规划报批图件采用的纸质材料转换为电子资料，由手工绘制转变为电子绘图，并通过贯彻一系列的标准化的计算机技术规程和规范的管理程序，使电子文件规范化、标准化，其特点主要体现在电子化的规划审批手段、标准化的规划结果、更快速的设计结入库速度等。通过将以CAD信息形式存在的合格报批数据提交到后台GIS数据库后，实现GIS系统的动态更新，为GIS利用城市报批数据提供前提条件，对规划管理提供了很好的数据支持。3.1.3GIS与城市规划审批GIS在城市规划审批中的运用主要体现在基于空间决策支持系统的电子审批过程和基于三维GIS技术的规划审批过程。基于Autodeskmap平台的电子报批数据到GIS数据的转换方法，通过AutoLISP和VBA对GIS数据进行二次开发，与现有的电子审批系统能够完美结合，充分保证数据转换过程中空间信息和属性信息的完整性和正确性。利用基于Autodeskmap平台的电子报批数据到GIS数据的转换方法，将电子审批通过的合格电子报批数据转换为GIS数据，并利用三维GIS技术展示和分析规划方案，用动态交互的方式，给城市规划管理人员提供立体、直观、全方位的场景，对要审批的规划建筑和现状建筑的空间关系以及协调一致性进行分析，方便非专业人员和设计人员之间的沟通。同时，结合空间数据与属性数据，为规划评审专家和规划管理决策者查询虚拟城市中建筑物的相关信息提供技术支持，并结合对建筑物及周边各种经济、环境、社会信息的空间功能分析，对各个规划方案的优劣进行综合评估，提高城市规划的前瞻性和科学性。3.2GIS在城市规划编制中的应用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，重点强调规划区域内土地利用空间配置和城市产业及基础设施的规划布局。城市规划的核心是城市物质空间的规划，它要为城市经济产业、政策措施等非物质规划对象提供实体空间，空间是城市规划的主角。而GIS除了具有海量数据的处理和管理功能外还具有强大的空间分析功能，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。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。而目前在城市规划编制中应用GIS技术最广泛的则是城市建设用地的适宜性评价模型，这是城市规划编制的基础性工作。将多准则决策（MCD）模型和GIS的基本功能相结合可以使基于GIS的建设用地评价技术走向深入和完善。传统的土地适宜性评价仅使用GIS的叠合功能，没有反映社会、经济、环境等多因素的影响，没有考虑这些因素之间的相对重要程度和轻重缓急。将MCD技术和GIS结合，以GIS作为评价的技术平台可以使土地评价不仅在物质形态上可行，而且能满足经济、社会和环境的多方面需要。随着三维GIS技术的发展和应用，把城市规划的理论和模型构筑于三维GIS平台上，可以运用三维GIS技术进行城市规划的仿真模拟。这样不仅可以预测城市规划状态的变化，而且可以对各种不同的规划方案进行客观评价和选择，从而使城市规划问题解决得更好。实践证明把GIS的空间分析功能应用到城市规划编制中，可为确定城市合理的发展规模和空间布局提供科学依据，这必然会提高城市规划编制的合理性和精确性。4结语由于GIS和城市规划的“空间”本质相同，所以将GIS技术应用到现代城市规划中在实践上是必要的，在技术上是可行的。在城市规划体系中运用GIS技术可以为城市规划的管理和编制决策提供有力支持。在规划管理中利用GIS的海量数据库处理功能可以构建城市规划管理信息系统，实现规划管理的现代化和自动化。在规划编制中利用GIS的空间分析功能，在GIS确定和提供的空间建模框架下，可以对城市规划的不同目的构造各种各样的空间决策模型，对规划中的复杂空间问题进行辅助决策，从而使城市规划方案更加合理可行。虽然GIS在城市规划中的应用日益广泛和深入，但也应看到GIS应用的局限性。GIS并不是万能的，它不能解决城市规划中的一切问题，而且离开城市规划的专业知识GIS将不能发挥作用。目前GIS仅作为规划管理和编制过程中的决策支持工具而发挥作用，从长远来看，把城市规划专家的知识和GIS有机结合起来构建基于知识的GIS系统，才能更加充分发挥GIS在城市规划中的应用潜力，从而实现GIS和城市规划更为紧密的结合。参考文献:[1]宋小冬,叶嘉安.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,1996.[2]王远响.GIS在城市规划中的应用研究[J].科技信息，2012（7）:278，309.[3]王永春.GIS在城市规划中的应用[J].淮海工学院学报，2009（18）:145-146.[4]张雅琼.浅析GIS在城市规划领域中的应用[J].山西建筑，2007（33）:55-57.[5]张晓瑞，周国艳，等.GIS在城市规划中的应用[J].地理空间信息，2009（6）:64-66.[6]刘月兰，何新东.试论GIS在城市规划中的应用[J].兵团教育学院学报，2001（11）:59.