GIS 三维模型在城市规划中的应用

陆童 丁静

GIS(地理信息系统)是以地理空间数据库为基础,采用地理模型分件方法,适时提供多种空间和动态的地理信息,为地理研究及决策服务的计算机系统。它主要由硬件、软件、数据和应用四大部分组成。

1 研究区概况

富民县位于云南省中部,省会昆明市的西北部,东经102°12′～102°47′,北纬 25°08′～25°36′之间。 县境呈不规则的梯形状,地势大致由南向北倾斜,南高北低,山峦起伏。本次研究区域位于富民县的南侧,距离富民县城约1 km,本次研究的目标为富民县打造出全新的昆明周边最高品质的旅游休闲名镇——富民新城。

2 GIS技术在城市总体规划中的应用

基于GIS的城市总体规划信息管理系统,不仅具备一般MIS系统的报表和统计功能,而且还具有空间分析功能,用户可以根据不同的要求来对城市信息进行分类统计,构建相应的土地利用专题,直观了解土地利用现状及分布情况;用户还可以通过系统提供的缓冲区分析和叠置分析功能,对土地利用情况进行更深层次的分析研究,从而对多种规划方案进行优选,这一切是实施城市规划管理土地用途管制的主要技术手段。

城市总体规划中涉及到的土地的空间特征和属性特征处于不断的变化之中,GIS技术可以成为土地数据管理、更新、评价的有力工具。应用GIS技术,可以建立覆盖整个行政区域的数字高程(DEM)模型,通过 DEM与航空摄影资料的合成,可建立起1∶50 000或1∶10 000的三维立体旋转景观模型,使得修订城市总体规划更具有现实性和科学性。

3 本项目三维模型的建立及显示

3.1 三维模型的建立

TIN模型把不规则分布的离散数据点,按优化组合成的三角形面来逼近地形表面。该模型是一种三维空间的分段线性模型,其数据格式在概念上类似二维数据结构中带拓扑结构的矢量数据结构。TIN是根据不规则三角网的算法来实现的,在众多不规则三角网生成算法中,Delaunay三角网在国内外得到广泛应用,Delaunay三角网生成方法主要有逐步生成法、逐点插入法、分割归并法(分而治之法)等,其中,逐步生成法应用最为广泛。逐步生成算法的基本思路是,先找出点中相距最短的两点连接成一条Delaunay边,然后按Delaunay三角网的判别法则找出包含此边的Delaunay三角形的另一端点,依次处理所有新生成的边,直至最终完成。算法的关键是如何搜寻“第三点”。

在本研究中,利用Arcview3.2,加载3D Analysis扩展模块,激活矢量化的等高线图层,利用convertto TIN功能,自动生成TIN,根据所需突出表现的主题调整颜色级数和色阶,如要表现规划区块,则用绿色递减色阶即可。也可将3D模型TIN转成DEM文件。

3.2 研究区三维显示

三维场景的属性主要包括三维场景的名称、创建者、创建日期、制图单位、二维投影、垂直缩放因子等。

对于含有现状的三维效果图,Base Heights赋值为主题的基本高程值,所有的区块都将建立在此给定的基准高程上。高程的偏移量设为0,并在延伸命令选择Adding to Base Height。最后调整方向角度输出三维地形图(见图1～图4)。

4 基于三维模型的城市规划

三维城市规划还将在实时漫游的基础上实现对各种信息进行集成与分析的基本功能,具体来说具备以下几种主要功能:实现各种信息的二维查看、查询和测量等一系列功能;实现二维与三维的交互性查看、漫游。利用数据模型的一些特点进行相应的加工处理,要实现数据库与模型库的对应关系,同时要实现对各种信息的查询、调用、分析和处理,就必须利用GIS及相关工具建立一个高效率的数据库,并使之具备对信息进行搜集、分析、处理和更新的功能,将数据库中的信息与实时场景中的模型进行绑定,从而达到对各种信息的即查即用,实现丰富的查询和分析、决策功能。

本项目地处山区,研究区域面积达到2 100 hm2,但是地形对选址的限制较大。从城市规划规范角度,去除了坡度大于25°、高程大于2 000 m及大坝泄洪影响区等自然限制区约850 hm2;从政策限制角度,研究去除了村庄用地、水库用地、坟地及基本农田等约400 hm2。

规划选址过程中,水库及大坝泄洪影响区属于不可占区域,严禁使用;坡度、高程及村庄等因素,由于工程改造难度大,拆迁成本高,为了节约投资尽量避开,仅在微小区域进行调节;基本农田过于分散,规划选址占用基本农田不可避免,响应国家政策,在保证290 hm2基本农田用地的基础上,对基本农田进行规整性合并。最终根据GIS地形分析图,选定4个地块,总面积约880 hm2。

5 结语

城市总体规划是我国实施土地用途管制的主要依据,是对土地资源的开发、利用和整治、保护在时间和空间上所作的总体的、战略的安排。在GIS技术支持下建立城市总体规划管理信息系统,将会加强土地利用总体规划的实时管理和动态实施,是城市土地管理工作面临信息时代基础的、必然的步骤。基于GIS的城市总体规划信息管理系统,不仅具备一般MIS系统的报表和统计功能,而且还具有空间分析功能,用户可以根据不同的要求来对城市信息进行分类统计,构建相应的土地利用专题,直观了解土地利用现状及分布情况;用户还可以通过系统提供的缓冲区分析和叠置分析功能,对土地利用情况进行更深层次的分析研究,从而对多种规划方案进行优选,这一切是实施城市规划管理土地用途管制的主要技术手段。

[1] 李 冰,姚建卫,时 荣.GIS技术在城市规划中的应用[J].太原科技,2009(10):77.

[2] 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,1995:80-90.

[3] 刘 京,贾宏涛,常庆瑞,等.GIS三维建模在城市规划中的应用——以江西瑞金市为例[J].天津农业科学,2009,15(3):39-41.

[4] 陈小钢.虚拟地理环境和地学认知检验[J].地理研究,2003,22(2):245-252.

[5] 顾朝林,段学军,于涛方.论“数字城市”及其三维再现关键技术[J].地理研究,2002,21(1):14-24.

[6] 杨建思,杜志强,彭正洪,等.数字城市三维景观模型的建模技术[J].武汉大学学报(工学版),2003,36(3):37-40.