数字城市技术在城市规划中的应用

第25卷第3期合肥工业大学学报(自然科学版)V o l.25N o.3 2002年6月JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY Jun.2002数字城市技术在城市规划中的应用
储金龙
(安徽建筑工业学院建筑系,安徽合肥　230022)
摘　要:信息技术正在全方位地渗入到我国城市规划领域,信息化社会和数字时代给城市规划带来了新的设计与管理理念,同时也提出了更高的要求。

从数字城市的产生、含义、功能、特点及主要技术等方面出发,分析和探讨了数字城市技术在城市规划中的应用前景,以及对城市规划在设计理念、技术方法、规划的实施与管理等方面所带来的影响。

关键词:数字城市;城市规划;信息;数据
中图分类号:TU984.199;T P393.4 文献标识码:A 文章编号:100325060(2002)0320414205
Appl ica tion of the D ig ita l C ity’s techn ique i n urban plann i ng
CHU J in2long
(D ep t.of A rch itecture,A nhui Institute of A rch itecture,H efei230022,Ch ina)
Abstract:T he info r m ati on techn iques are infiltrating in to the field of u rban p lann ing in every aspect, and the new concep ts of u rban design and m anagem en t have been b rough t in to u rban p lann ing in the info r m ati onal and digital era.In the pap er,the arising,m ean ings,functi on,characteristics and m ain techn iques of D igital C ity are p resen ted,and the app licati on p ro spect of the D igital C ity’s techn ique in u rban p lann ing are discu ssed.T he effect of bu ilding up D igital C ity upon u rban p lann ing are also ana2 lyzed in ter m s of design concep t and techn ique,and u rban p lann ing i m p lem en tati on and m anagem en t. Key words:D igital C ity;u rban p lann ing;info r m ati on;data
当今信息技术正在全方位地渗入我国城市规划领域。

运用CAD技术进行规划设计与制图已成为常规手段,将G IS作为核心技术建立规划管理系统已成为城市规划领域的共识。

然而,由于城市规划设计与管理工作的特殊性,传统的城市规划设计和管理手段已难以适应信息化社会发展的步伐和城市建设的需求。

一方面,现有的以CAD格式表达的规划基础信息与规划成果信息难以进入以G IS环境为规划管理服务;另一方面,在对复杂多样的城市信息和数据的收集、利用与处理、规划成果的表现、规划宣传与公众参与及规划档案管理等方面,仍存在着很多不足。

随着“数字地球”(D igital Earth)、“数字城市”(D igital C ity)概念的提出和相关技术的逐步完善,城市规划设计与管理技术也面临着重大变革。

如何在未来的城市规划中提高工作效率和工作质量,更有效地利用城市空间、优化配置城市资源,适应信息化社会和数字时代发展的需要?这就要求在未来的城市规划设计和城市建设管理中运用新理念、新技术,不断提高城市规划行业的科技含量,以适应现代化城市建设与发展的要求。

收稿日期:2002201225
作者简介:储金龙(1964-),男,安徽合肥人,安徽建筑工业学院讲师.
1　数字地球研究及其发展背景
数字地球作为一个新的科学术语最早出现于1997年。

1998年初在加里福尼亚科学中心召开的
Op en G IS Con so rtium 年会上,美国副总统戈尔(A l
.Go re )发表了“数字地球是世纪认识地球的方式”(T he D igital Earth :U nderstanding O u r P lanet in the 21st Cen tu ry )的演讲[1]。

认为数字地球是指以地球坐标为依据的、具有多分辨率的、由海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球,并指出在三维地球的数字框架上按照地理坐标集成有关的海量空间数据及相关信息,构建一个数字化的地球,即数字地球,为
人们认识、改造和保护地球提供一种重要的信息源和新技术手段[2]。

数字地球计划是继信息高速公路之后又一全球性的科技发展战略目标,是国家主要的信息基础设施,是信息社会的主要组成部分,是遥感(R em o te Sen so r ,R S )、遥测(T elem eter )、全球定位系统(Global
Po siti on System ,GPS )、
互联网(In ternet )—万维网(W eb )、仿真与虚拟技术(V irtual R eality ,V R )等现代科技的高度综合和升华。

数字地球是把复杂的地球数字化、网络化,变成一个地球信息模型计划,而城市是地球表面人口、资源、环境及经济活动等信息最密集的地区,数字城市是数字地球理论在城市领域
的具体实现,必然成为数字地球最重要的组成部分[3]。

2　数字城市
2.1　数字城市的含义
数字城市,又称信息城市(Info r m ati on C ity )、信息港(Info r m ati on Po rt )、智能城市(In telligence
C ity )等。

它是A l
.Go re 在提出“数字地球”概念后,又根据很多教授、专家、企业家和政府管理人员的意见,于1998年9月提出了“数字化舒适社区建设”,即“数字城市”建设的建议。

数字城市仍然还是一个正在发展和演变的概念。

从信息化广义角度看,数字城市即是空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统。

实际上,数字城市是指信息化的城市,是综合运用3S (R S 、G IS 、GPS )、网络和虚拟仿真等技术对城市相关信息进行自动采集、动态检测管理和辅助决策服务的技术系统。

它具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济及社会等复杂系统的数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化表现等强大功能。

数字城市是城市地理信息系统(U G IS )的延伸与发展,其功能更强、更丰富,表现在对城市有关数据的自动采集、处理分析、传输分发、自动或半自动智能决策,可直接为社会提供便
利的网络服务等[4]。

其战略目标是实现城市各种数据的整合,并便于共享和容易使用。

可见,数字城市是地理科学与信息科学技术高度综合的学科,是两者结合的边缘学科。

其研究对象是与城市有关的信息理论、信息技术及信息应用模型。

通过运用现代信息技术,包括遥感、遥测、数据库、信息系统、宽带网、仿真和虚拟现实技术的融合,为城市规划、建设和管理的知识创新与理论深化研究创造了实践条件,是城市科学技术的研究和开发的科学实验基地。

其研究的主要内容包括城市基础设施数字化、城市信息和交换共享化、城市生活和管理网络化等诸多方面。

2.2　数字城市的功能
数字城市的主要功能有:
(1)城市地理信息系统(U G IS )功能。

城市G IS 是数字城市的基础,公共G IS 、专业G IS 和网络G IS 等共同构成数字城市,实现数据共享、信息交换和信息服务,为“现实城市”的规划、管理决策服务。

(2)城市空间动态模拟功能。

通过数字城市,可以实现对整个城市空间、局部城市空间、不可见破空间以及城市空间过程进行宏观的或微观的、现实的或虚拟的动态模拟。

(3)城市活动动态模拟功能。

对城市各项社会经济建设活动中有形或无形的活动或现象进行可视化模拟。

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(4)网络虚拟城市功能。

城市作为开放空间,人们可以通过网络自由地创建空间、场景或氛围,如居住、购物、休闲、旅游、教育及工作环境等现实或虚拟的环境空间。

(5)网络信息服务功能。

提供众多的有关城市政治、经济、社会、环境、管理及服务等信息。

2.3　数字城市的应用范围
数字城市可以应用于城市规划设计与管理、城市交通的智能管理与控制、城市资源的检测与可持续利用、城市灾害的防治、城市环境治理与保护、城市通讯条件建设与管理、城市人口和经济及环境的可持续发展决策制定、城市生活的网络化和智能化以及区域城市(镇)群协调发展等诸多方面[5]。

2.4　数字城市的主要技术
数字城市技术系统的基本框架包括基础技术:多分辨率遥感、以计算机为核心的W ebG IS与Op enG IS和高速计算机通信网络。

关键技术:1m分辨率的卫星遥感技术,海量数据的快速存储与处理技术,数据共享与互操作技术,高速网络技术,W ebG IS与OpenG IS的互操作技术,多分辨率、多维数据的融合与动态表现技术,仿真与虚拟技术以及元数据(M etadata)技术等。

3　数字城市的建立对城市规划理念的影响
赖明在“中国21世纪数字城市论坛”上提出,数字城市是城市规划、建设与管理的终极目标。

随着城市的不断膨胀以及人口的高度密集化,以手工为主的传统城市规划、建设与管理方式已越来越不适应城市迅速发展的需要。

数字城市本身的意义不仅是体现一种技术,重要的是向人类展现一种新的生存方式。

对中国来说,数字城市是城市规划、建设、管理与服务数字化工程的终极目标。

目前我国的城市规划正面临着从静态规划向动态规划、从物质规划向社会经济发展规划、从专家评审到公众参与、从行政管理到法制化管理等方面的重大转变[6]。

同时,由于概念规划、滚动规划等模式的倡导,规划制定和修改的周期大为缩短。

这些变化对城市规划和管理的技术手段及信息的规范化、智能化、可视化及现势性提出了更高的要求。

数字城市的建立将为城市规划提供数字平台与技术基础。

它不仅给城市规划提供了全新的技术手段,更加深了认识城市本质的能力和程度。

规划和管理工作者的观念和逻辑思维将发生重大变化,使之从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式,从单一思维转向多向思维。

这种方式更强调知识的发现和所产生的效益,使规划从对区域和城市现象的发现转向对区域和城市特征的发现,从而使城市规划经历一次以信息和数字化为基础的深刻变革[7]。

数字城市的建立,使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来,城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息,从更大、更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。

通过数字城市提供的多种分析手段和模型,对城市现象进行更多的定量分析,从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。

4　数字城市技术在城市规划中的应用
4.1　获取城市规划所需各种信息的手段
城市规划需要获取包括与城市相关的经济社会等各项基础资料、历次规划成果、规划实施与管理等复杂的数据和信息。

其数据和信息具有多尺度(比例变化大)、多类型(如图像、图形、各类文档等)、多层次及多时相等特点。

数字城市以其各类信息的数字化和大容量的数据存储设备、高速宽带的信息传输系统及高效智能的处理系统,为城市规划设计现代化提供了丰富的信息。

同时,数字城市采用分布式数据库和数据仓库(data w are hou se)技术,对数据进行自动更新和动态管理,保持数据的实效性和实时性。

此外,数字城市还提供丰富的数据类型,其中包括二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据、属性表格数据、城市三维图形及纹理数据等,满足城市规划与管理的不同需求。

由此可见,数字城市改变了过去城市规划需要花费大量的时间和精力进行现场勘察的状况,且提高了信息的准确性、现势性、信息量和工作效率,为提高方案的科学性和可操作性打下了坚实的基础。

4.2　分析方法和手段
(1)利用数字城市中的多种数学模型与分析手段,更多地进行定量分析。

以往的城市规划对所收集到的资料和信息需要花费大量的时间和精力进行分类整理,然后采用“定量分析为辅,定性分析与定量分析相结合”的传统分析方法,分析、预测城市未来的发展潜力和发展方向。

由于受到信息的准确性、时效性、来源等各方面因素的影响,规划分析和决策过程中的失误在所难免。

数字城市的建立可以使规划人员在获得所需的诸如社会、经济、环境及城市建设等各类信息基础上,利用空间叠置、数学建模等多种方法,对数据进行定性、定量、定位综合分析和动态分析处理,多维和多形式地显示分析处理结果。

如进行城市经济和产业结构分析、人口等的空间分析和定量分析,结合信息的时间维,直观地展现城市发展和演变的历史过程等。

(2)以人为本,强化对城市空间的智能分析。

数字城市强化对城市空间的智能分析。

空间分析技术方法的应用,分析和研究城市空间实体之间的相互作用关系和城市空间的发展模式,将进一步提高城市规划对于各类规划基础数据的分析处理能力,以及对于未来城市发展的预测、模拟和优化能力,使规划能够在理性的综合分析基础上作出科学合理的判断和决策。

如城市人口分布估算、居住区环境质量分析评定、大型公建布局与人口空间关系分析、城市区位条件分析及城市土地级差地租分析评定等。

(3)虚拟现实技术。

虚拟现实技术是数字城市的关键技术之一,所谓虚拟现实技术是指运用计算机生成一个逼真的可交互的动态世界,人们可以对这个虚拟世界中的虚拟实体进行交互式操作,并产生各种感官刺激,如视觉、听觉、触觉及嗅觉,给人一种身临其境的感觉,同时具有查询、分析、评价、规划和决策等功能。

虚拟现实技术可以应用于城市景观的仿真、城市地下管线的可视化、城市发展历史演变过程的再现、城市人流和车流的动态模拟、城市生态建设或改造的虚拟实验以及城市灾害事故的动态模拟等诸多方面。

如美国的V R 技术专家和城市管理专家结合,对洛杉矶和拉斯维加斯两个城市改造进行了实验,对城市的街道及建筑物,尤其是高层建筑,根据城市的功能和城市美学的原则,进行了多种方案的对比分析,同时还对街道绿化树种的选择进行比较,包括幼年树和成年树绿化及美观效果作了一一比较,最后作出了行道树树种的决择。

(4)仿真技术。

计算机仿真技术(Com pu ter Si m u lati on )是利用计算机建立、校验、运行实际系统的模型,以得到模型的行为特性,从而达到分析、研究实际系统之目的的一种技术。

仿真技术应用于城市规划与设计,规划师可以直观、真实地体验设计效果,进行多方案比较,使仿真技术成为规划决策的辅助手段;应用于规划管理,可以作为展现城市发展蓝图的手段,吸引更多的公众参与城市设计与管理。

4.3　规划方案决策和表现方式
数字城市及其相关技术,特别是可视化技术的发展和完善,将使规划方案决策手段多样化、科学化,规划成果的表现动态化、形象化。

(1)规划人员可以利用数字城市提供的多种分析手段和模型,如D SS (D ecisi on Suppo rt System ,决策支持系统),对城市发展过程、现象和趋势进行量化分析和预测,对规划方案进行比较。

(2)利用数字城市的空间环境感知分析功能,对规划方案进行模拟、分析和修改。

(3)有利于提高规划空间布局的精确性,使规划与管理更加紧密地结合起来。

(4)结合数字城市的仿真和可视化技术,多种形式、动态地输出规划成果,展现规划方案的设计意图和设计效果,以利于人们从不同的角度进行观察和体验。

4.4　公众参与方式
公众参与(pub lic partici pati on )是环境使用者和城市居民参与对城市规划的调查、构想、评议和决策等城市建设的过程[8]。

公众参与是城市规划成功的重要保障,有利于体现公众利益和“以人为本”的原则,促进城市规划水平的提高和规划决策的合理。

目前公众参与的方式存在着费时、费力、工作效率低
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下、参与的方式单一、专业技术性不强、直接参与规划的居民有限和公众参与范围狭窄等问题。

因特网技术及数字城市将改变城市建设者、规划师、规划管理人员与公众的信息交流和反馈方式。

随着邮电通信网和有线电视网的数字化和计算机网络化,网络传输速度的大幅度提高,可以方便地通过因特网进行静态和动态的信息交流,尤其是交互式双向信息传输,使城市规划人员的信息交流可以跨越空间甚至一些时间限制。

一方面,规划设计部门可以通过网络进行市民意愿调查、发布城市规划初步设计草案、召开公众展示会和公众听证会、规划方案及成果的公众评议会;另一方面,公众可以通过可视化技术展现的虚拟城市景观提出自己的感受,更多地参与城市规划。

通过因特网可以进行规划方案评审。

各地的专家可以在任何地方通过虚拟现实技术展现规划方案的各种信息(如建筑物三维动态模型)进行方案评审,通过网络会议交流意见,专家可以实时与规划师交流,提出自己意见和设想,并可以较快地通过建立数字模型加以证实。

4.5　城市规划的实施与管理机制
数字城市的建立将同样改变城市规划的宣传、管理、实施的方式与公众监督机制。

城市规划实施成功与否,除了宣传和管理之外,公众舆论的监督作用不可忽视。

随着信息技术特别是基于G IS及W eb2 G IS技术的发展,使城市各部门以及公众、企业等可以通过城市规划综合数据库共享规划部门的数据信息,起到宣传城市规划和服务于大众的作用;规划编制和规划管理机构可以在网上实时发布城市规划信息和法规草案等,公众可以及时了解城市规划实施进展状况,反映规划实施过程中出现的违背城市规划的现象和问题,达到引导公众参与城市规划和监督城市规划实施之目的。

另外,在规划和实施的过程中,大量的信息和数据不断产生,而管理这些数据和信息也是现代城市规划的重要任务之一。

数字城市可以提供新的技术手段,实现城市规划信息管理的规范化、智能化和可视化。

5　结束语
当今世界信息技术已发展到了一个崭新的阶段,卫星遥感成为数字城市获取信息的新手段,互联网成为数字城市的信息通讯平台,海量数据存储和分布式计算技术正成为数字城市的信息存储基础,虚拟现实和仿真技术成为数字城市崭新的信息表现方式。

信息技术的飞速发展为城市规划更好地适应城市发展的要求提供了技术基础,数字化技术为城市规划提供了更加方便、快捷的技术手段,增加了信息量,提高了分析问题和解决问题的能力。

数字城市是信息技术发展对物质城市影响的具体体现,是信息时代技术飞跃的新阶段。

随着数字城市技术的逐步完善和在城市规划中的应用,必将带来城市规划设计与管理的重大变革。

[参　考　文　献]
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(责任编辑　瞿尔仁)。