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GIS技术在山地规划设计中的应用

[日期：2009-09-16] 来源：作者：发表评论(0)打印

　　摘要：简述目前GIS技术在我国规划设计领域的现状，探索GIS技术在山地规划设计中的一些应用，如地形分析、坡度坡向分析、视线控制与视觉感受分析等，希望将新技术、新方法引入城市规划，带来一些新的思路。

　　关键词：山地规划 GIS 城市规划

　　Abstract: Summarize the situation of GIS technology application in urban planning in China. Some research with GIS technology in mountainous region planning such as terrain analysis, slope analysis and aspect analysis are made in this paper.

　　Key words: Mountainous region planning, GIS, Urban planning

　　当前在城市规划编制工作中有一种不良的现象，即过分追求图面效果，而对其内在分析很少，其目的是迎合领导、委托方，片面追求经济效益。新技术、新方法(如地理信息系统)应用于城市规划是一种必然趋势，其从理性的角度、定量的分析入手，使规划决策更加科学、合理。

　　1．目前我国GIS应用于城市规划领域现状

　　地理信息系统（Geographic Information System）,简称GIS，问世于20世纪60年代后期，GIS作为一项新技术应用于中国的城市规划开始于80年代中期。GIS有着十分强大的管理空间信息的功能，并且可以把社会、经济、人口等属性信息与地表空间位置相连，以组成完整的规划信息数据库。方便查询、管理、分析、调用和显示；同时GIS也提供了许多地埋空间分析功能如图层叠加、缓冲区、最佳路径、自动配准等。GIS可应用于城市规划领域的各个方面，从设计到管理，从前期资料收集整理到成果出图，从小范围的详细规划到大的区域规划，从综合性的总体规划到专项规划，从项目选址到可持续发展战略制定。不同用户不同的阶段又有不同的应用重点，如在规划管理部门主要应用GIS空间数据库功能，以查询显示为主。而在设计部门则要用到GIS的空间分析功能，其在GIS空间数据库的基础上加入规划专业分析模块[1]。举例如用GIS生成土地适应性分析图辅助规划方案的制定，如笔者曾做的科研工作，GIS技术辅助武汉市木兰生态旅游区生态敏感性与适宜度分析，利用 AutoCAD软件、Automap软件、ArcView软件完成，为武汉市木兰生态旅游区的用地提供科学合理决策依据。总之GIS引入城市规划领域，可以提高规划工作的效率，改善规划成果的准确性和合理性，同时能监控城市发展状况及时调整制定城市发展战略。

　　目前，在我国城市规划领域，GIS主要应用于管理部门，如许多城市规划局建立的城市规划管理信息系统，其作为城市规划行业的GIS应用系统，以解决建设项目“一书两证”的规划审批为核心，是为土地管理服务的，最基本的是把规划管理部门批准的用地许可资料记录到图形、属性数据库里，可随时查询、统计，提高了工作效率[2]。GIS真正应用于规划设计分析（区别于规划管理）还较少，大部分仅仅局限于科学研究。我国规划编制单位（如城市规划设计研究院）在计算机应用方面还仅仅是画图，而根本没有用到GIS强大的空间分析功能，以辅助规划决策。造成这种状况的原因涉及到许多技术和非技术因素，现分析如下：

　　1) GIS应用很大程度上取决于适当的分析数据的取得及合理的数据组织。城市是一个复杂的巨系统，其涉及城市、社会的方方面面，其信息量极大，且城市每天都在更新，变化，其信息是动态的，时刻变化的。城市地理信息系统的数据库建设是信息系统的重点和难点，其数据库建设投资巨大，见效时间长，且需及时更新、维护，才能真正充分发挥其功效。据估计在GIS应用中80％的时间和投资都是花费在数据收集和整理上。目前，我国的规划设计单位大部分没有为自己服务的信息中心，即没有数据库的建设，一些城市已经建设的信息中心并没有和规划设计单位相联，所以规划设计单位数据的获取更加困难，只能依靠手工收集、录入数据，规划师的大部份精力用在数据收集、录入和处理上，而非GIS分析中，这更抑制了GIS应用的发展。

　　2)目前，我国城市规划设计院的大部分规划工作人员在传统的城市规划方面，知识、经验很丰富，但对GIS在城市规划中的应用了解很少，而GIS专业性较强，缺少解决实际城市规划问题的专业模地，缺乏友好的用户界面，不易掌握。

　　3)我国的规划设计单位基本上是企业化管理的市场经济运作模式，即个人的完成工作量大，则收入高。而利用GIS需要数据收集、处理、分析等，需花费很多的时间，并且许多规划设计人员对GIS不了解，对其有抵触倾向，这样，更加压制了GIS在规划设计中的应用。

　　2．GIS技术在山地规划设计中的应用

　　我国是一个多山的国家，有差不多半数以上的城镇都位于丘陵与山地上，山地区最显着的特征之一地形的复杂性，这给山地地区基础设施（特别是交通设施）和城市建设带来了较大困难，但也正是由于这丰富多变的地形孕育了山地多姿多彩的自然景观与人文景观，为规划师设计提供了很大的创意发挥空间。在这种地形复杂的情况下，详细的地形分析是规划师进行规划设计的首要条件。在本文中尝试利用GIS技术在规划设计领域，尤其在山地规划中的应用进行一些初步探索，以期提供一些新的方法和思路。

　　2．1 地形地势分析

　　地形条件是城市用地条件分析的一个重要的因素之一，在山地地区地形条件显得有为重要。地形条件对规划布局、平面结构和空间布置有显着的影响。不同的地形条件对其规划布局，道路的走向、线形，各种工程的建设，以及建筑的组合布置，城市的轮廓、形态等都有一定的影响。如河谷地带、水网地带和丘陵地带有不同的布局结构。

　　因此，在规划设计过程中，首先对地形进行分析研究,尤其是山地地区地形的分析，能指导规划师掌握其结构和方位，帮助规划师对各种不同的用地、空间以及其它因素与地形的内在结构保持一致。

　　图1 地势分析图

　　利用GIS绘制的“地形分析图”，并结合更直观的由数字高程模型建立的三维透视图，地形的分析变得很容易。地势分析图以地面的高度为基准，用不同的色调表示不同的高度，如深色调代表较大的高度地带，而浅色调则代表较小的高度地带。图1是由栅格方法（grid）建立的地形分析图。由地形分析图，我们可对整个地区有一个整体的直观的印象，如图1，其地势由西北向东南逐渐变高。

　　在GIS地形分析图的基础上，并依据地形、地貌与建筑功能特性的关系，把适于表现山地形态特征的一类住宅用地和商住用地均安排在山坳、山坡，而把需要以山体为背景的行政办公、旅馆也用地、二类居住用地布置在山麓，其它一些建筑密度和体量较大且人流量大的用地安排在较平缓的地带[3]。

　　2．2 坡度坡向分析

　　地面的坡度，即高程的变化率，利用GIS可绘制“坡度分析图”，坡度分析图是表达和了解某一特殊地形结构的手段。坡度分析图以斜坡坡度为基准，用不同的色调表示不同的坡度，如深色调一般代表较大的坡度，而浅色调则代表较缓的坡度（图2）

　　图2 坡度分析图

　　坡度分析图的价值在于它能为某一地区不同坡度的土地利用方式提供决策依据。例如，对于居民用地来说，其分析步骤应如下进行：0—1％斜坡，太平坦不利于排水；1—5％斜坡，理想的地形条件，只需要最小程度的挖方；5—10%斜坡，需要一定的工程量；10—15%斜坡，住宅单元需呈错层状，并与等高线相平行，以减少挖填土方量，同时还需建造挡土墙；大于15%的斜坡，住宅需采用特殊的建筑方式进行修建，如支撑式工程。可以结合实际情况，根据不同的地形坡度、坡向采取不同的建筑形式，针对坡度较大的地区，可采取错层、跌落、掉层、吊脚等形式。

　　也可利用GIS可绘制“坡向分析图”，坡向分析图将地面坡度的朝向用不同的色调表示，可将坡度的朝向分为平坦、东、西、南、北或平坦、东、西、南、北、东北、西北、东南、西南等不同的等级。坡向影响到建筑的通风、采光。如在炎热地区，住宅适合建在面对主导风向、背对日照的地方，而寒冷地区则希望背对主导风向，面对日照，这和坡向密切相关。

　　利用坡度坡向分析具体应用如下：

　　1）利用GIS的地图查询（map query）分析出适合某类用地的地带

　　坡度对规划与建设有着多方面的影响。如在平地常要求不小于0.3%的坡度，以利于地面水的排除、汇集和减少排水管道的设置。但地形过陡将出现水土冲刷的问题。地形坡度的大小对道路的选线、纵坡的确定以及土石方工程量的影响有为显着。城市的各项设施对用地的坡度都有要求。

　　如图3，可分析出坡度小于5%的用地，这为建设用地的选择提供决策依据。同样，可分析出满足某类用地坡向条件的地带，例如在园林绿化中，不同的植物对光的要求并不同，这种差异在幼年期尤其明显。根据这种差异性把园林植物分为阳性植物（如悬铃木，松树、刺槐、黄连木）和耐荫植物（如杜英、枇杷）两大类。阳性植物只宜种在向阳地带，耐荫植物能种在光线不足和背阴的地带。利用GIS坡向查询分析可为园林植物种类的选择提供依据。当然，也可以分析出既满足某一坡度要求又满足某一坡向要求的综合查询。

　　图3 坡度查询

　　2）利用GIS坡度坡向分析图综合分析对日照间距的影响

　　建筑之间的间距．是应该满足相应的日照标准的，即我们所说的日照间距。一般的一系列规划指标的经验数字，皆指平坦地区的规划指标，而在山地地区的详细规划中，规划师不应忽视坡度与坡向因素对规划指标的影响。在坡地上布置房屋，在同样的日照情况下由于坡度、坡向的不同，日照间距将会随之变化（图4）。利用GIS坡度坡向分析图可对日照间距进行综合的分析，对坡度较大且向阳坡地带建筑的间距可适当缩小或建筑的高度可相应增大，而坡度较大的北坡则建筑的间距应适当加大。

　　图4 坡度坡向的变化导致日照间距的变化

　　3）可以把坡度分析图作聚类分析，其可作为用地适宜性与生态敏感性分析的一个因子，为用地决策提供科学依据。

　　2．3 视线控制与视觉感受分析

　　1）视线控制

　　山地控制性详细规划中，一般对建筑实行高度控制，其目的是为了弱化建筑，强化自然，避免在城市主要干道两侧密集建设遮挡山体的高层建筑，寻求建筑与山景的“视觉和谐”（Visual Congruity），以强化城区空间和山景的融洽关系。传统的控制指标如建筑高度、建筑密度、容积率、其灵活性较大，不便于掌握。对于山地地区，尤其是山水特色的城市而言，由于要妥善处理建筑和山体的关系，因此，对建筑要实行严格的竖向控制。

　　利用GIS建立起来的数字高程模型（DEM），可做出城区主要干道的背景——自然山体的轮廓线，依据此轮廓线可确定建筑的控制高度（图5），控制高度确定的原则一是建筑与山体高度之比，二是建筑组合的美学原则，三是建筑的功能性质要求。综合协调三者的关系，可确定建筑的控制高度。但是，竖向控制线是一个在限值范围内的变化幅度的控制概念，不等于建筑轮廓线，也就是说，建筑不得超过竖向控制线，但可以在竖向控制线内根据需要作一定的调整，这保证了建筑设计既有一定的高度控制约束，又有一定的灵活性，其目的在于确保建筑与山体的和谐关系，构建山地建筑的基本框架。按此控制要求，建筑设计和建设就不会失控，优美的山景就不会被淹没[4]。

　　图5 建筑高度控制

　　2）闭合空间视觉感受分析

　　人的视平线高于四周景物的空间是开敞空间。开敞空间中所见到的景物是开朗风景。开朗风景，目光宏远，心胸豪放。人的视平线被四周屏障的空间是闭合空间，闭合空间中所见到的景物是闭锁风景。屏障物的顶部与游人得视线所成角度愈大，则闭合性愈强。反之，所成角度愈小，则闭合性愈小。闭锁风景，近景感染力强，四面景物有琳琅满目的效果[5]。

　　闭合空间的大小与周围景物高度的比例关系，决定它的闭合度。闭合度的大小对欣赏者的感受有很大的影响，闭合度太小，则显得过于空旷，反之，闭合度过大，则显得过于封闭。一般来说，在闭合空间中，风景视线的处理，如仰角小于6度，景物有空旷疏远感；仰角在13度左右时，景物有亲切感，艺术欣赏价值较高；仰角大于18度时，则空间闭塞，景物使人感到压抑；例如：西湖三面环山，仰角为2—3度，在比例上显得山不够高。颐和园的昆明湖边看西山，仰角为4度，山高与湖面之比，比西湖要好。怀柔水库，由大坝向西望，三面诸山仰角为4.30—5度，山高与湖面之比又比昆明湖强。

　　图6 闭合空间视觉感受分析

　　利用GIS可对闭合空间进行视觉感受分析，如图6，其为从C点到D点（参图7）的视觉路线图，由此图可分析出闭合度的大小，可进一步分析欣赏者的视觉感受。

　　3）可视区域分析

　　利用GIS数字高程模型，可以检验某点相对周围区域的可视性，如图7，从A点向B点方向观望的视觉分析，可分析出可视区域与不可视区域。

　　图7 可视区域分析

　　4) 三维立体直观感受分析

　　利用GIS三维模拟技术可以很快、很方便的生成三维立体透视图，起到沙盘模型的作用，供人们从各种不同的角度观察地形的起伏变化。可以将其它信息如道路、河流、建筑物等在同一画面上显示出来（图8），以便于规划师立体直观的分析建筑物与地形、山体、河流之间等是否和谐，各建筑物之间是否和谐等。同时，可以查询建筑的层数、高度、性质等属性信息。

　　图8 三维立体分析(动态画面中的一幅)

　　参考文献：

　　韩笋生,彭震 GIS在国外城市规划中的应用国外城市规划2001/1

　　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 1995.10 科学出版社

　　吴天谋山地居住区特色塑造探析—以重庆“融侨锦江城”概念规划为例规划师2001/1

　　余柏椿利用性保护山水特色的控制规划方法初探——以宜昌市五龙片区控制性详细规划为例城市规划 2000/4

　　同济大学等合编城市园林绿地规划1983 中国建筑工业出版社

　　作者:段义猛

　　(转自“http://www.ylstudy.com/thread-10100-1-1.html)

编辑：xuzj | 阅读：次

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