数字城市与数字城市规划关键技术综述

数字城市与数字城市规划关键技术综述

时间：2010-01-07 来源：城市规划网作者：

前言

随着数字地球和数字城市等概念的提出，传统的城市规划与管理面临着巨大的挑战。如何在未来的城市规划设计与建设管理中应用好新理念、新技术，不断提高城市规划管理的科技含量，以适应现代城市建设与发展的需要，这是一个值得探讨的问题。数字城市规划理念正是在这一背景下提出的，研究数字城市规划关键技术有很强的现实意义。

一、数字城市与数字城市规划

（一）数字城市

Al.Gore在提出“数字地球”概念之后，又于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。[1]目前各类有关数字城市的叫法名目众多，有“数码城市”、“信息城市”、“信息港”等等，这些名称从不同的着眼点和侧重点对“数字城市”进行认识和理解，侧重点有所不同。就目前的发展形势来看，数字城市仍然还是一个正在发展和演变的概念。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，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。

（二）数字城市规划

数字城市规划（Digital Urban Planning）是传统城市规划理论与方法和现代信息技术发展相结合的必然产物，是在实际应用中逐步形成的城市规划理论和方法，以及在此基础上形成的计算机应用系统，是数字城市中的一个重要的组成部分。[2]数字城市规划使得以前的单一目标的静态规划模式向多目标动态规划模式方向发展成为现实，实现物质、社会与环境空间一体化的整体优化规划目标，提高了城市规划中的城市居民参与程度、规划与管理的科学化程度，从而达到理论与实际的最佳吻合点，不是城市规划要素、城市规划理论与方法、城市规划过程的简单数字化，而是它们之间的有机结合。数字城市规划的发展还依赖于城市规划理论与方法的不断革新和其支撑技术体系的逐步完善，而且城市规划理论方法与关键技术体系相互促进、相互影响，见图1-1。

二、数字城市规划信息获取关键技术

数字城市规划可以利用网络技术和数据库技术，从各种各样的信息提供方那里获取到丰富的信息，同时，所得到的信息将具有很强的技术性，对于这些信息的有效获取，需要建立在对其相应的技术有一定的了解的基础上。

（一）遥感技术

遥感技术不仅可以获取有形的信息，例如房屋建筑道路绿地等人工地物，而且可以获取无形的信息，例如城市热岛效应、交通流量等等。[3]遥感技术所获取的信息具有宏观性、综合性、动态性和多源性等特性。目前，遥感技术正走向集多种传感器、多级分辨率、多谱段和多时相为一体并形成以获取信息为主，可以进行信息处理和信息应用的综合信息流程，具有信息获取的瞬时性、信息的丰富性和信息的周期性等特点，遥感技术也是获取和更新城市地理信息的一种重要手段。

（二）GPS技术

卫星定位技术由于其自动化程度高、全天候全天时作业、定位快速而精确等特点，已经给测绘技术带来了革命性的变化，在数字城市规划中将发挥巨大的作用。首先，大量城市遥感信息的精确定标工作、城市地籍信息的测量工作、城市数字摄影测量工作，都离不开卫星定位技术，数字城市空间数据基础设施的建设必须应用GPS技术。在数字城市规划的信息获取过程中，也直接利用GPS技术。GPS技术在数字城市规划空间信息获取中的应用价值，主要表现在：

1.建立城市空间参考基准

2.应用于航空摄影测量中

3.应用于地面测绘中

4.GPS与RS结合应用

（三）地面数字测量技术

与遥感技术相比较，地面数字测量（Ground Digital Measurement）技术可以获取精度更高的平面信息和三维信息，与传统测量技术相比，地面数字测量技术具有测量所得为数字化信息、工作效率高等特点，本文重点介绍三维激光扫描技术与全站仪测量技术，这些技术相应的仪器可以像GPS接收机一样，成为数字城市规划获取信息的有效工具，辅助数字城市规划完成必要的实地信息收集。

1.三维激光扫描技术

三维激光扫描可以深入到任何复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并直接将各种大型的、复杂的实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据，同时，它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作，它是各种面向工程工具的对称应用工具，即：逆向工程工具。所有采集的三维点云数据及三维建模数据都可以通过标准接口格式转换给各种正向工程软件直接使用。

2.全站仪测量技术

全站仪（Electronic Total Station），即全站型电子速测仪，是一种地面测绘仪器，利用它可以同时测定某一点的平面位置和高程，可用于地形图测绘等工作。全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储系统等组成，它本身就是一个带有特殊功能的计算机控制系统。

（四）历史数据数字化处理技术

以传统方法测绘的各种比例尺的地形图、公用设施分布图等必须经过数字化处理，进行分类编码、制作成矢量图，然后通过整饰，编制现状专题图等。这种数字化处理可以采用键盘输入数字化、手扶跟踪数字化和扫描数字化等方式。

1.键盘输入数字化

键盘输入数字化建立在对空间信息的坐标定位上，需要明确知道空间信息的每一个特征点的坐标信息。这种方法精度高、成本低，但是劳动密集程度高、工作量大、效率低。因此只适用于较小局部范围空间信息的数字化。

2.手扶跟踪数字化

手扶跟踪数字化，可以直接获取矢量数据。用数字化仪跟踪纸介质图形中的点、线等信息，通过数字化软件实现图形信息向数字化信息的转换。

3.扫描数字化

扫描数字化是通过扫描仪对纸介质图形的扫描、识别，而获得信息并存入计算机数据库，工作效率是目前此类数字化方式中最快捷的一种，但是难以解决特殊地物的识别和文字的识别以及对不同属性信息进行分层处理。因此，这种方法的应用受到限制，需要进一步探讨解决。

（五）物联网与RFID技术

物联网是指把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，将通过感应器获得的信息实时地与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，是具有标识、感知和智能处理能力的物体基于通信技术相互连接形成的网络，这些物体可以在无需人工干预的条件下实现协同和互动，目的在于为人们提供智慧和集约的服务。[4,5] 其中RFID是构成物联网的关键技术之一。基于RFID技术的物联网应用主要有三个层次，一是数据的感知层，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别，以获取相关信息；二是数据的传输层，通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；三是应用层，可借助现有的计算机平台及相关软件实现。就数字城市规划来说，利用RFID技术组建物联网，可以将有关城市发展的各种信息通过Internet实现整合，为数字城市规划及管理提供更为科学、更加有效的数据支持。

三、数字城市规划信息处理关键技术

（一）地理信息系统技术

地理信息系统（GIS,Geographic Information System）是管理和分析空间数据的计算机系统。它有两个关键词，其一为计算机系统，其二为空间数据。[6]间数据的管理可以视为空间数据分析的基础，GIS的空间数据分析功能对于数字城市规划意义重大，也是本文将GIS技术列入数字城市规划信息处理的技术方法的原因。对于数字城市规划而言，可以将GIS 技术作为整个数字城市规划的信息平台，其他技术通过与GIS技术有效集成，进而共同构成数字城市规划的技术方法体系。

（二）三维可视化及虚拟现实技术

空间信息三维可视化（3D Visualization）是信息与人交互的窗口和工具，通过空间信息可视化技术，为分析和查询数据库中的数据展现了新的视野，也有助于发现隐藏在其中的信息，实现城市空间信息可视化的关键在于虚拟现实技术。虚拟现实（Virtual Reality）技术是近年来十分活跃的一个研究领域，它集成了计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、电子等科学技术，来营造一个使人感觉置身于真正的现实世界中的环境，可以作为实现数字城市规划与人交互的窗口和工具。虚拟现实技术具有立体感的视觉效果，给人以存在感，可以通过视觉、听觉、触觉、形体、手势或口令等进行多重感知，还可以动态显示。

（三）CAD技术