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地理信息系统在城市设计中的应用(二)

文章出处：城市规划学刊作者：钮心毅发布时间：2006-11-21

3　城市设计咨询反馈阶段的GIS应用

　　3.1　城市设计的公共参与

　　笔者提到的咨询反馈阶段包括两个部分的内容。第一是专家评审或其他形式的专家论证；第二是针对广大市民的公众参与。尽管面向的对象不同，但是对于城市设计编制过程来讲，都是在设计单位已经提出完整的推荐方案之后进行。目前，专家论证是主要的咨询和反馈方法，以后公众参与的地位会越来越重要。

　　关于公众参与城市规划、参与城市设计的有关呼吁、倡议由来已久。各地的规划部门在实际工作中，努力扩大规划的公布和宣传、争取公众参与，取得了一定的进展，但其实际效果与规划界的设想、广大人民需求相比仍相差甚远。出现这种情况的主要原因是来自于城市规划体制、社会和法制等等方面。但是不可否认的是，也存在技术方面的原因所造成的影响。具体地来讲，包括以下两个方面：

　　3.1.1　规划本身是一种专业技术，所展示的规划设计方案，如果不是以一种易于非专业人员理解的方式出现，那么这种参与的效果必然是大打折扣的。在各种规划层次中，城市设计的成果虽然已经属于比较形象化，但是仍然存在这一问题。

　　3.1.2　公众参与的形式问题。一般来说可以采用城市规划公示制度和城市规划听证制度。目前采用召开展示会等方式，更多的是一种宣传性的公示制度，与真正意义上的参与相去甚远。

　　和专家咨询相比较，以上技术层面的问题在普通的、非专业的公众参与中更为突出。计算机技术的介入可以使城市规划的公众参与更为有效(Lauri—ni，2001)。从技术层面上来看，在公众参与有效应用中的计算机技术，必须满足以下几个条件：

　　(1)必须是一种直观的、易于理解的方式展示设计方案。目前，最理想的方法是采用虚拟现实技术，但是它也存在设备硬件昂贵、需要专门的浏览软件等问题。

　　(2)必须是能够满足广泛参与，参与者不需要付出(或极小的)额外的费用，就可以实现。通过互联网参与是一种理想的方式。

　　(3)必须是双向的交流，能让参与者以文字、图形等等形式反馈意见。

　　3.2　WebGIS及其应用

　　WebGIS是Internet/Intranet技术应用于GIS开发的产物，它是在Internet或Intranet网络环境下的一种兼容、存储、处理、分析和显示与应用地理信息的GIS，由于大多数的客户端应用采用了WWW协议，故通常可以称为We—bGIS(宋关福等，1998)。WebGIS技术上有以下的几个特点，使其有助于在技术上辅助城市规划的公众参与(Kington　etc，2000)：

　　3.2.1　与传统的GIS相比，We—bGIS操作简单，易于为广大的普通公众所接受。由于WebGIS的客户端，只采用通用的Web浏览器(如Internet Ex—plorer、Netscape)。客户端如果使用矢量图形，只需在客户端事先安装Web浏览器插件(plug—in)，或者运行时自动下载Java Applet或ActiveX控件；在客户端如果使用栅格图像则不需要而任何额外程序(Peng，1999)。这样，大大降低了操作复杂度(只要会上网的人都会用)。

　　3.2.2　而与单纯WWW方式的进行网上展示规划成果相比，WebGIS能够体现传统GIS的空间查询(图文互访)、简单空间分析的长处。从WWW的任意一个节点，用户可以浏览Web—GIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和简单分析。也能够完成将参与者的意见以文字或图形的形式反馈的任务。

　　3.2.3　WebGIS又具有客户端平台独立性，无论客户机是采用何种操作系统，只要支持通用的Web浏览器，用户就可以访问WebGIS数据库。

　　虽然WebGIS在理论研究和应用方面都还处于发展阶段，但是几个重要的GIS厂商都已经有了各自的WebGIS产品，如MapInfo ProServer、GeoMedia Web　Map、ArcIMS。这些现有的产品和技术，是当前实现基于互联网的城市规划GIS应用的基础。

　　直接使用WebGIS，可以实现通过Internet或Intranet，广大市民查询以二维形式存在的城市规划成果信息，并且可以反映市民的意见。但是，针对城市设计而言，必须将城市设计的成果以三维的形式反映给市民，才能达到有效的公众参与的目的。单纯依靠现有的二维WebGIS难以实现在城市设计公众参与中应用。

　　3.3　VRML与WebGIS结合的城市设计公众参与

　　从现有的技术手段来看，虚拟现实技术和WebGIS的结合，可以有效地应用于城市设计的公众参与。

　　在城市设计领域，首先需要解决的是：在互联网上有效地表达三维城市环境和城市空间的问题。在互联网表达三维实体模型，目前，公认有效的工具是虚拟现实建模语言(VRML)。VRML是在互联网上表达三维模型的标准，它是一种跨平台的语言，主要包括几何造型、变换、属性、光线、阴影和表面纹理描述，目前使用的一般是VRML2.0规范。与传统的三维模型的表达方法不同，浏览由VRML构造的三维模型不需要专用的软件，用户通过一个在普通Web浏览器(IE等)安装的标准VRML插件就可以浏览三维模型数据。常见的Web浏览器VRML插件有多种，一般都是较小的免费软件。采用VRML建立的模型文件小，对于网络带宽要求不高，适合网络传输。对VRML数据的浏览又是一种互动的方式，用户可以自由变化视点、角度，从任意视点和路线观察由设计形成的虚拟城市空间。目前，许多软件都可以支持生成VRML模型。现有的GIS软件，也已经可以方便地将二维半的GIS空间数据，转化为VRML形式。

　　VRML与WebGIS结合应用在城市设计中，WebGIS技术是基础，由Web—GIS提供在互联网条件下的空间查询和空间分析的基础。VRML则是城市设计必不可少的三维城市环境在互联网上的表达工具。至于VRML数据的来源，可以是多种多样的，可以是由GIS产生，也可以由CAD或其他动画软件产生，也可以使用专用虚拟现实软件。从虚拟环境的真实性、细致程度考虑，更应该采用专用的虚拟现实制作工具或动画软件(图4)。

图4　通过安装了CORTVRML插件的IE浏览器，观看转化为VRML形式的城市设计方案

　　图5提出了一个VRML和WebGIS相结合，适用于城市设计的公众参与的基本框架。由数据库、服务器、客户端三部分构成。

　　3.3.1　数据库

　　数据库中包括城市规划设计方案的图形和属性数据库(方案说明书等)。在建立相应数据库时应将城市规划设计中的CAD数据转化为GIS数据。为了实现城市虚拟环境，还需要将表现三维城市空间的数据转化为VRML形式。其他的渲染图、计算机动画等图形、图像数据也存放在数据库中。

图5　基于WebGIS和VRML的城市设计公众系统参与的框架

　　3.3.2　服务器

　　服务器包括WWW服务器、Web—GIS服务器。WebGIS服务器用以支持用户的空间查询、分析。通过建立专用网站的方式，在Internet上发布城市设计有关信息。利用VRML在互联网上实现城市虚拟环境与漫游，利用Java实现本地数据库或者异地数据库的数据链接。这些功能通过在专用网站上下载的浏览器插件实现与客户端的交互。

　　3.3.3　客户端

　　在相应专用网站的主页上提供有关的VRML和WebGIS浏览器插件。普通的市民就可以在城市虚拟环境下进行漫游，从不同角度、任意视点、动态地观察城市设计形成的三维城市空间和环境的方案。通过WebGIS访问二维的城市设计图形数据和对应的属性数据库(城市设计说明书等)。更为重要的是，作为客户端的市民还应能与网站交换关于对城市设计方案的意见，并能将修改后的意见以图或文方式发送回服务器。

　　WebGIS和VRML结合，是城市规划和设计的广泛公众参与一种适宜的方式。它已经在国外的城市设计和城市规划实践中得到了应用(Doyle etc，1998 Laurini，2001)。它可以解决前面提到的，在公众参与的技术层面上三个要求。

4　小结和讨论

　　近年来，GIS的发展，尤其是三维可视化技术的发展，为GIS应用于城市设计带来了可能。GIS在城市设计的多个阶段都可以发挥有效作用。笔者提出了一个建立在现有的GIS技术基础上，城市设计中应用GIS的基本框架。除了社会经济分析、交通分析等与其他类型的城市规划差别不大的空间分析应用外，在城市设计中应用GIS的关键在于如何有效地表达三维城市空间。在城市规划的方案阶段，GIS的三维可视化技术可以作为规划师推敲、修改方案的辅助工具。在城市设计咨询反馈阶段，WebGIS和VRML的结合可以在技术层面上提供一种有效的公众参与方法。

　　在城市设计中应用的GIS，其特点在于三维技术应用。需要指出的是现有的三维可视化技术只是基于二维半的GIS。由于三维GIS的理论研究和系统建设工作比二维GIS远为复杂，所以迄今为止，目前，国内外还没有一个成熟完整的三维GIS系统(肖乐斌等，2001)。现有的二维半的技术有两个明显的特点：它表达的对象内部是空的，不具备应有的信息；虽然它能表现邻近的多个表面，但难以进行表达多个表面交叉的情况，例如，在城市建筑物的表达中就难以展示复杂的坡屋顶。二维半的GIS更不能进行三维空间分析和查询。GIS本身在不断地发展中，如果真正意义上的三维GIS普及化和商业化了，那么GIS在城市设计中的应用前景将更为广阔。

　　(感谢宋小冬教授在研究过程中给予的帮助)

参考文献

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　　③ Clarke,K.C.,Visualising Different Geofurture.In Longley,P.,Brook,S.M,MeDonnell,R.,MacMillan,B.(eds),Geocomputation:A primer.pp119~137,John Wiley & Sons,Chichester,1998

　　④ Doyle S.,Dodge,M.and Smith,A.,The　Dotential of Web-based Mapping and Virtual Reality Technologies for Modelling Urban　Environments.Computers,Environment and　urban systems,Vol.22,pp137~155,1998

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　　⑧ Laurini,R.,Information Systems for urban　planning:a hypermedia co-operative approach,Taylor & Francis,New York,2001

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　　⑩ Peng,Z-R,An Assessment Framework for　the development of Internet GIS.Environment and Planning B,Vol.26,pp 117~132,1999

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　　(12) Varkki，R George著，金广君译，当代城市设计诠释.规划师，2000[6]，98～103