基于时空GIS的城市空间规划管控技术研究

冯建忠

(福州市勘测院 福建福州 350108)

0 引言

近几十年，随着社会经济的迅猛发展,城市规模急剧扩张,城市规划建设尤为重要。而在城市规划领域,随着计算机图形显示技术和GIS技术的快速发展,以及“数字地球”“数字城市”的提出与实施,以往单纯的二维规划审查技术已不能满足当前工作所需[1-3]。而常见的三维规划审批和城市设计应用，多局限于单项目单阶段的审查，难以解决前后规划成果不匹配、规划管控工作量大而造成的审查困难等诸多问题[4]。本文基于时空地理信息数据，利用时空GIS在二维上的精准分析和三维上的高度仿真优势，结合全面的管控要素和应用功能，可以充分发挥时空数据的优势，更好地解决规划管控中的各项问题，为智慧城市中规划建设全生命周期的监管提供有力的支撑。

1 总体框架设计

通过对现实案例的研究，以信息系统的“先进性、易用性、实用性、开放性”等设计原则为指导，以城市规划管控的业务需求为出发点，以时空GIS技术为基础，综合应用数据融合分析、虚拟仿真等技术，对基于时空GIS的城市空间规划管控平台进行设计[5]，总体架构设计如图1所示。

图1 基于时空GIS的城市空间规划管控平台总体架构

从下而上，第一层是基础层，该层提供系统的基本网络、操作系统及数据库系统等基础软件环境，提供主机、存储和安全等软件系统运行所需要得硬件设备，是系统的软硬件基础支撑。

第二层为数据层，作为软件系统的资源核心，分为基础数据库、现状数据库和规划数据库。规划数据库根据方案审批提交的模型数据提取建库，与基础数据库和现状数据库结合，构成整套系统的数据核心。

第三层是服务层，在时空GIS平台运行框架上，为各应用模块提供标准服务接口。例如：时空GIS数据的查询展示、数据编辑更新、空间分析等各种服务的接口，平台总体框架如图1所示。

第四层为应用层，在平台服务层的基础上，面向三维规划的需求，为支持平台提供应用：如规划漫游模块、规划量测模块、空间查询模块、辅助分析模块、方案调整模块等。

以上所述结构之外，还必须建立信息化规范体系、管理制度以及安全保障体系，保证信息化建设与运作有章可循，规范发展。

2 关键技术

(1)基于多源、多尺度、多时态的二、三维空间数据融合建库技术

通过研究多源、多尺度、多时态空间数据的格式、信息及相关材料，根据建库标准实现数据的整合与建库，完成规划、设计和竣工等不同阶段数据的集成展示，形成二、三维一体化、地上地下一体化、规划全生命周期一体化的时空GIS数据成果，为城市规划管控提供丰富的数据基础。

(2)利用风道数据对城市规划进行三维管控的方法

在城市发展过程中，众多楼盘建筑的不规则分布，影响了城市的通风与散热，导致城市热岛效应愈加严重。通过整合风道分析成果数据对规划、设计和竣工阶段的空间数据进行管控，实现不同规划项目之间的综合审查，提高城市空气流通，提升城市居住品质。

(3)基于时空GIS数据，对城市规划不同阶段进行核验的分析方法

通过管控要素与时空GIS数据的融合，研究各类管控要素在城市规划不同阶段起到的作用和核验的分析方法，研发城市规划管控系统，提供多时态对比分析、廊道分析、风道分析等分析手段，结合管控要素，完成规划全生命周期内不同阶段时空GIS数据的合规性核验。为城市规划的空间管控提供多样的辅助决策手段。

3 设计与实现

3.1 数据资源体系设计

数据资源体系的设计是利用3S技术、无人机采集技术、BIM技术集成多源、多尺度、多时态的地理信息时空数据，如城市影像数据、高程数据、现状三维模型数据、规划设计模型数据、三维竣工模型数据等，实现二、三维数据一体化、地上地下一体化、规划全生命周期一体化的多源、多尺度、多时态规划空间数据管理[6-8]，为城市空间规划管控提供有力的支撑，数据资源内容如表1所示。

表1 数据资源体系

3.2 规划管控要素设计

规划管控要素的设计是通过对城市路网红线、河道蓝线、用地控规、风道、机场周边限高等多种规划管控要素的研究，实现不同管控要素的集成与三维化展示，为城市规划设计的管控提供直观立体的审核环境。

3.3 规划管控功能设计

规划管控功能是在丰富的时空GIS数据成果与多样的规划管控要素基础上，利用管控要素的业务需求，定制开发三维应用，实现在水平和垂直空间上对规划设计的便捷管控，也实现对城市规划不同阶段的成果核验分析，为城市规划全生命周期的管控提供行之有效的手段。

(1)规划漫游

规划漫游是平台的基础模块，提供对三维规划场景的漫游浏览功能，包括初始位置、漫游、步行、环视、前一视图、后一视图、坐标定位[9]、特定场景、动画导航、天气设置、设置地形透明度及地形开关。

(2)规划量测

规划量测主要用于三维规划空间上对空间位置、空间距离、平面面积等进行计算展示，为报审的设计方案提供空间距离、面积等规划指标的核查。

(3)空间查询

空间查询模块主要用于三维场景中要素的指定查询和范围模糊查询，快速获取目标对象的详细属性信息。

(4)辅助审查

辅助审查模块通过多种三维分析工具，在设计方案审查阶段，对设计单位提交的方案模型进行指标参数、立面色彩、空间布局等方面的仿真模拟，为设计方案审查提供定性或定量的辅助分析。

①控高分析

控高分析用于分析项目范围内，方案模型的高度是否超过了用地控规、视线廊道、机场周边控高等国家法定的控高限值[10]，分析结果如图2所示。

图2 控高分析

②退距分析

城市规划的道路红线、绿化绿线等要素要求建筑方案满足一定的退距要求，平台可分析建筑与控制线的相互关系，检测合规性，分析结果如图3所示。

图3 退距分析

③方案对比

在城市规划的全过程中，同一项目会有多种设计方案，利用分屏对比的方式，可以为审查人员提供不同角度、不同方案的空间形态展示，通过研究方案之间的异同点，评判不同方案的优劣[11]，效果如图4所示。

图4 多方案对比

④多时态模拟

通过整合不同阶段的空间规划模型，模拟一个项目在不同阶段的规划成果，并与管控要素进行合规性检测分析，实现目标区域的规划管控。

在三维场景中可查看同一个项目在出让、报审、施工、竣工阶段的方案模型。

通过叠加规划红线、绿化绿线、用地控规和机场周边限高等数据来分析每个阶段的方案模型是否符合管控要求。

(5)方案调整

方案调整主要针对设计方案评审阶段，可以根据审查意见，进行方案模型的现场实时修改与模拟，快速提供调整后的方案效果[12]。可提供方案模型位置、角度和大小的编辑控制，效果如图5所示。

图5 方案调整

4 结语

基于时空GIS的城市空间规划管控技术，通过整合不同阶段的规划成果和管控要素，利用退距分析、多方案对比和多时态模拟等功能，为城市规划管控提供辅助决策。该技术的推广应用不仅能够模拟未来的城市蓝图，也可以为规划设计、地块出让、方案审批和竣工核实的城市规划全生命周期提供有力支撑，助力城市规划部门实现“精细化”管控，对提高城市规划的长效性和科学性具有重要意义。