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[摘要]：数字城市作为“数字地球”建设的基础，在网络化不断完善的大环境下，必将成为未来人类日常生活中不可缺少的一部分，而数字城市城市规划系统也将成为未来城市智能规划、城市建设的重要工具。本文从数字城市和城市规划的理论研究入手，剖析数字城市在城市规划中应用时存在的问题，同时根据这些问题提出解决方案。在此基础上提出数字城市智能规划系统，并对其具體功能做出相应的阐述。
[关键词]：数字城市；城市规划；解决方案；网络化；智能
引言
从生活到办公、从交通到娱乐、从教育到卫生，数字化、信息化已经成为当今时代的主旋律。如何建设更加智能的城市，如何将地理信息与其他人们关心的信息有机地结合起来已经成为政府及大众所关心的问题。各地政府不断加大力度建设数字城市，一方面是为了更好地提供便民服务，一方面也可以更科学、更高效地进行城市规划工作。在这样的大环境下，一个功能全面、操作便捷的数字城市智能规划系统将成为一个非常实用的工具，为实现城市规划全面数字化、智能化铺设一条平坦之路。
数字城市智能规划系统可以满足城市规划设计者的规划工作需求，实现基本的规划功能。建立GIS 操作平台，规划工作的过程、结果直观可视。
由于规划工作本身具备不确定性，专家经验和人为操作不可避免，本系统允许人工修正、编辑系统的规划数据和方案。对于规划功能，本文设计了多个功能模块，这些功能模块相对于GIS 系统是独立的，并且功能模块之间也相对独立的。这种独立设计具备三个优点：一是灵活性，用户可有选择的自由调用规划功能模块，从而节省计算机工作空间；二是便于维护，当某个模块出现问题，不会干扰其他模块的正常工作，GIS 系统也不会受到影响；三是可扩充性，用户可以根据自己的实际需要，进一步丰富规划功能。本系统实现的功能可以分为两大类：GIS 功能和规划功能。
数字城市智能规划系统的技术特点
（1）系统的智能化反映在模型的智能化和模型选择的智能化，综合了几种有关城市规划问题的模型，将模型与其使用情况相绑定，增强了系统的分析能力，
提高了系统决策的可靠性，用户可根据需要选择不同的模型用于决策。
（2）强调人机交互。强调在计算机辅助规划过程中的人工干预，这种干预体现在关键问题上选择决策支持系统进行决策的全过程，发挥人工经验在城网规划过程中的作用，将城网中不稳定因素的影响降到最低。
（3）采用多数据库协同系统，加强了城市的信息资源管理。各个数据库协同运行完成规划任务，同时各库也可独立工作。
（4）知识的获取和表达。知识的表达建立在对象类的基础上；知识获取采用多种获取方式。
（5）GIS 既可以作为人机界面和规划模型的信息支持系统，又可以作为规划结果的表达平台，形象直观地显示规划前后的数据信息和电网图。
（6）用户可以根据自身实际需要，通过继承机制不断扩充功能，而不影响原有系统运行。
系统构建原理
数字城市主要特点之一就是能够给用户提供数据和图示化结果，要在城市规划中充分发挥这一特点，就要有针对性地构建数字城市。城市数据结构复杂，不仅有地理相关数据，还有大量的属性数据，因此数字城市必须将城市中的各种属性数据与反映地理位置的图形信息结合在一起。其构建原理是：利用MapX 把在城市空间定位数据与属性数据一一对应联系起来，综合分析与空间检索定位数据，构建具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统。
系统的数据来源
城市规划所需的数据包括空间数据（或图形数据）和属性数据，这些数据可以通过以下途径获得：
（1）已有数据的转入：购买现成兼容的规划区域的地理电子地图叠加结合录入；也可将已有的由CAD 软件绘制的图形数据，通过MapInfo 或MapX 提供的“数据转入”功能转入GIS 系统，但在转入前，要作图层划分等处理。
（2）测量：应用GPS 定位系统确定规划区空间位置，编辑空间信息和属性信息，再结合规划区的电子地图。
（3）遥感、航拍地理图片。
系统功能
基础功能
数字城市智能规划系统的基本功能主要是结合数据库建设的内容，利用入库数据进行空间数据建模和分析，为城市规划决策提供服务。具体内容如下：
数据输入编辑与更新功能
主要完成图形信息和属性信息的输入、编辑、存储、数据转换和数据更新，包括：地图（或图纸）的数字化输入；地图文件转换输入，如DXF与MIF之间的转换等；地图编辑、修改、存储；地图文件管理，如地图文件建立、复制、删除等；地图属性数据输入与管理；社会经济统计数据输入与管理。(以上所指的地图包括地形图、规划图、市政管线图、建筑施工图、建筑竣工图、管线竣工图等。)
空间信息查询检索功能
实现各种方式的空间信息及其属性信息的查询检索，包括：指定专题进行简单查询；指定属性的逻辑条件查询空间元素；指定任意空间范围查询地图属性；属性和空间条件复合查询；指定空间范围统计专题属性；指定属性条件进行统计；指定属性和空间范围的复合条件进行统计。
空间信息操作和地图制图功能
主要进行各类空间信息的操作，实现标准的制图输出，包括：地图拓扑叠加，即将不同的专题地图叠加，产生具有新的空间关系和属性内容的新图；空间信息提取，即从各种专题图中，根据用户的条件提取用户需要的信息；网络分析，如市政管线和交通网络的最短或最佳路径分析；地图拼接和裁剪；地图比例尺变换和投影变换；地图制图。
地形分析功能
实现以地形信息为主的各种分析，提供如下地形分析功能：. 维地形模拟；产生坡度图；产生坡向图；坡度分级与统计；高程分级与统计；坡向分级与统计；产生断面图；竖向设计与土方计算。
地图数据库管理功能
实现各类图库的管理和更新，其主要功能有：地图数据库结构设定；地图数据库建立；地图数据库查询；地图数据库添加、删除、更新。
城市规划功能
城市规划相关功能主要用来辅助政府部门进行城市规划与管理方面的分析和决策。一般较实用的辅助决策分析模块包括：
项目选址分析模块
主要用于重要项目的选址分析和决策，主要功能有：项目可选地址（空间位置）的确定；不同可选地址的信息查询检索和统计；不同选址方案的比较分析；数据或图纸的输出。
道路拓宽分析模块
主要用于道路改造拓宽分析，主要功能有：道路拓宽影响区域（影响缓冲区）的确定；道路改造区域内的信息查询、统计；道路拓宽的改造总面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位的改造面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位拆迁损失估算、总的拆迁损失估算、道路改造投资估算；各类数据和图纸的输出。
旧城改造分析模块
主要完成旧城改造的信息查询统计、拆迁人数、面积计算，拆迁损失和投资估算等，主要功能有：旧城改造区域边界（影响缓冲区）的确定；改造区域内的信息查询、统计（包括重要设施、地下管线等）；旧城改造区域内的搬迁户数、人数、改造总面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位的改造面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位拆迁损失估算、总的拆迁损失估算、旧城改造投资估算；各类数据和图纸的输出。
道路断面结构分析模块
提供任意道路的断面结构分析图，包括路面结构、道路红线、建筑红线的计算，及地下管线的类型、相对位置、管径、管底标高、管线与道路红线的关系等计算。其主要功能有：道路查询、选择；确定道路断面位置；计算路面结构、道路红线、建筑红线、地下管线的类型、管线的相对位置、管径、管底标高、管线与道路红线的关系等指标；显示道路断面结构图；绘制道路断面结构图。
噪声分析模块
用于实现对单独建筑物或建筑群的噪声分析，主要功能包括：已有建筑噪声分布；新建建筑对周围的噪声影响；专家系统自动分析噪声减弱措施。
热能分析模块
能夠分析单独建筑物或建筑群内外部热能情况，主要功能包括：建筑物热能图显示；建筑物热能对周边影响分析；建筑物热能利用率；改变建筑物热能分布消耗电能或燃气量分析。
光能分析模块
用于查看和分析不同条件下建筑物的光能信息，主要功能包括：根据历史信息生成不同季节不同天气不同地点下建筑物光能情况；根据光能情况实时制定光能最优利用方案便于节能减排；新建建筑物对周边建筑物光能影响分析。
城市绿化模块
用于分析城市已有绿化区和新建绿化区，具体功能包括：植被属性（包括植被种类、数量、年龄等）查询；根据植被属性生成植被产氧量、吸附有害气体及尘埃量、需水量、蓄水量；植被维护方案；新建绿化区最有区域选择；单独绿化区对周边及整个城市环境改善贡献率。
低碳生活模块
用于城市节能减排方案优化，具体功能包括：输入城市整体或某一区域详细经纬度、海拔高度、时间、建筑材料等参数，系统自动输出目标区域的太阳辐射情况并根据此数据自动生成最优照明、供电、取暖等方案；根据已有资料查询目标建筑或区域周围水、矿产等能源情况；单独建筑物或建筑群碳排放量查询。
突发应急模块
用于城市反恐及日常安全保障，具体功能有：危险建筑位置查询；救助最优路线自动生成；交通控制及拥堵车辆疏散最优路线自动生成；已发生的危险状况（如恐怖分子炸楼）损失分析。
抗震防灾模块
用于城市抗震防灾方案优化，具体功能有：已有建筑物抗灾系数查询；单独建筑物倒塌对周围的影响（包括建筑物、管线等）；地震安全区域以及应急指挥；民用建筑物固定居住人数；城市排水点属性查询（包括位置、排水量）。
给水管线控制分析模块
实现对给水路线影响和控制分析，其主要功能有：给水阀门的选择和模拟；计算被影响的管线；计算影响户数、单位名称；显示影响区域、影响管线和影响单位；给被影响的单位发函；有关数据和图件的打印和绘图。
排水管线控制分析模块
主要实现排水线路的模拟和控制分析，其主要功能有：排水阀门（或闸门）的选择和模拟；计算被影响的排水管线（包括上游和下游）；计算影响户数、单位名称；显示影响区域、影响管线和影响单位；给被影响的单位发函；有关数据和图件的打印和绘图。
供热、天然气管线模块
主要实现对供热管线及天然气输送管线等的控制和建设、维修分析，其主要功能有：管线模型显示；新建管线自动生成；管线属性信息查询（包括埋设时间、承办单位、管线材质等）；用户信息报表；故障点危害分析；维修经费及新建经费报表输出。
电网、通讯网络模块
主要实现对电网、通讯网络的管理，主要功能有：现存网络的查询；专家系统辅助决策新增网络选址；故障点查询和危害分析；节点（如电线杆、变电站等）属性查询；线路属性查询；维修经费及新建经费报表输出。
结论
无论是国外还是我国，数字城市建设都是现阶段乃至未来很长一个时期的重要建设内容。信息化已经成为现代化的必由之路。如何利用数字城市让城市规划工作更智能必然成为政府和民众关注的问题。建设完善的城市规划管理信息数据库和功能齐全的数字城市智能规划系统，使城市具有基础信息管理功能、业务应用功能和城市规划的辅助决策功能，对于实现城市规划管理的自动化和智能化具有重要意义。本系统对于建设智能数字城市有着重要的帮助，相信在不断的开发与完善中，一定会有更好的发展前景。
参考文献
[1]李春光．城市景观三维重建与可视化表达．武汉大学硕士论文．2004
[2]荐军．城市基础地理信息平台框架及关键技术研究．中国科学院研究生院博士论文．2005
[3]乔术．基于OpenGL的虚拟场景建模技术的研究．郑州大学硕士论文．2005
[4]史慧珍．数字城市规划的技术方法研究．清华大学硕士论文．2004
[5]修文群．新一代数字城市建设指南．北京：科学出版社．2006:66-72
[6]钱健，谭伟贤等．数字城市建设[M] ．北京：科学出版社．2007：33-39
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]：数字城市；城市规划；解决方案；网络化；智能
引言
从生活到办公、从交通到娱乐、从教育到卫生，数字化、信息化已经成为当今时代的主旋律。如何建设更加智能的城市，如何将地理信息与其他人们关心的信息有机地结合起来已经成为政府及大众所关心的问题。各地政府不断加大力度建设数字城市，一方面是为了更好地提供便民服务，一方面也可以更科学、更高效地进行城市规划工作。在这样的大环境下，一个功能全面、操作便捷的数字城市智能规划系统将成为一个非常实用的工具，为实现城市规划全面数字化、智能化铺设一条平坦之路。
数字城市智能规划系统可以满足城市规划设计者的规划工作需求，实现基本的规划功能。建立GIS 操作平台，规划工作的过程、结果直观可视。
由于规划工作本身具备不确定性，专家经验和人为操作不可避免，本系统允许人工修正、编辑系统的规划数据和方案。对于规划功能，本文设计了多个功能模块，这些功能模块相对于GIS 系统是独立的，并且功能模块之间也相对独立的。这种独立设计具备三个优点：一是灵活性，用户可有选择的自由调用规划功能模块，从而节省计算机工作空间；二是便于维护，当某个模块出现问题，不会干扰其他模块的正常工作，GIS 系统也不会受到影响；三是可扩充性，用户可以根据自己的实际需要，进一步丰富规划功能。本系统实现的功能可以分为两大类：GIS 功能和规划功能。
数字城市智能规划系统的技术特点
（1）系统的智能化反映在模型的智能化和模型选择的智能化，综合了几种有关城市规划问题的模型，将模型与其使用情况相绑定，增强了系统的分析能力，
提高了系统决策的可靠性，用户可根据需要选择不同的模型用于决策。
（2）强调人机交互。强调在计算机辅助规划过程中的人工干预，这种干预体现在关键问题上选择决策支持系统进行决策的全过程，发挥人工经验在城网规划过程中的作用，将城网中不稳定因素的影响降到最低。
（3）采用多数据库协同系统，加强了城市的信息资源管理。各个数据库协同运行完成规划任务，同时各库也可独立工作。
（4）知识的获取和表达。知识的表达建立在对象类的基础上；知识获取采用多种获取方式。
（5）GIS 既可以作为人机界面和规划模型的信息支持系统，又可以作为规划结果的表达平台，形象直观地显示规划前后的数据信息和电网图。
（6）用户可以根据自身实际需要，通过继承机制不断扩充功能，而不影响原有系统运行。
系统构建原理
数字城市主要特点之一就是能够给用户提供数据和图示化结果，要在城市规划中充分发挥这一特点，就要有针对性地构建数字城市。城市数据结构复杂，不仅有地理相关数据，还有大量的属性数据，因此数字城市必须将城市中的各种属性数据与反映地理位置的图形信息结合在一起。其构建原理是：利用MapX 把在城市空间定位数据与属性数据一一对应联系起来，综合分析与空间检索定位数据，构建具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统。
系统的数据来源
城市规划所需的数据包括空间数据（或图形数据）和属性数据，这些数据可以通过以下途径获得：
（1）已有数据的转入：购买现成兼容的规划区域的地理电子地图叠加结合录入；也可将已有的由CAD 软件绘制的图形数据，通过MapInfo 或MapX 提供的“数据转入”功能转入GIS 系统，但在转入前，要作图层划分等处理。
（2）测量：应用GPS 定位系统确定规划区空间位置，编辑空间信息和属性信息，再结合规划区的电子地图。
（3）遥感、航拍地理图片。
系统功能
基础功能
数字城市智能规划系统的基本功能主要是结合数据库建设的内容，利用入库数据进行空间数据建模和分析，为城市规划决策提供服务。具体内容如下：
数据输入编辑与更新功能
主要完成图形信息和属性信息的输入、编辑、存储、数据转换和数据更新，包括：地图（或图纸）的数字化输入；地图文件转换输入，如DXF与MIF之间的转换等；地图编辑、修改、存储；地图文件管理，如地图文件建立、复制、删除等；地图属性数据输入与管理；社会经济统计数据输入与管理。(以上所指的地图包括地形图、规划图、市政管线图、建筑施工图、建筑竣工图、管线竣工图等。)
空间信息查询检索功能
实现各种方式的空间信息及其属性信息的查询检索，包括：指定专题进行简单查询；指定属性的逻辑条件查询空间元素；指定任意空间范围查询地图属性；属性和空间条件复合查询；指定空间范围统计专题属性；指定属性条件进行统计；指定属性和空间范围的复合条件进行统计。
空间信息操作和地图制图功能
主要进行各类空间信息的操作，实现标准的制图输出，包括：地图拓扑叠加，即将不同的专题地图叠加，产生具有新的空间关系和属性内容的新图；空间信息提取，即从各种专题图中，根据用户的条件提取用户需要的信息；网络分析，如市政管线和交通网络的最短或最佳路径分析；地图拼接和裁剪；地图比例尺变换和投影变换；地图制图。
地形分析功能
实现以地形信息为主的各种分析，提供如下地形分析功能：. 维地形模拟；产生坡度图；产生坡向图；坡度分级与统计；高程分级与统计；坡向分级与统计；产生断面图；竖向设计与土方计算。
地图数据库管理功能
实现各类图库的管理和更新，其主要功能有：地图数据库结构设定；地图数据库建立；地图数据库查询；地图数据库添加、删除、更新。
城市规划功能
城市规划相关功能主要用来辅助政府部门进行城市规划与管理方面的分析和决策。一般较实用的辅助决策分析模块包括：
项目选址分析模块
主要用于重要项目的选址分析和决策，主要功能有：项目可选地址（空间位置）的确定；不同可选地址的信息查询检索和统计；不同选址方案的比较分析；数据或图纸的输出。
道路拓宽分析模块
主要用于道路改造拓宽分析，主要功能有：道路拓宽影响区域（影响缓冲区）的确定；道路改造区域内的信息查询、统计；道路拓宽的改造总面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位的改造面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位拆迁损失估算、总的拆迁损失估算、道路改造投资估算；各类数据和图纸的输出。
旧城改造分析模块
主要完成旧城改造的信息查询统计、拆迁人数、面积计算，拆迁损失和投资估算等，主要功能有：旧城改造区域边界（影响缓冲区）的确定；改造区域内的信息查询、统计（包括重要设施、地下管线等）；旧城改造区域内的搬迁户数、人数、改造总面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位的改造面积、拆迁用地面积、拆迁建筑面积的计算；各单位拆迁损失估算、总的拆迁损失估算、旧城改造投资估算；各类数据和图纸的输出。
道路断面结构分析模块
提供任意道路的断面结构分析图，包括路面结构、道路红线、建筑红线的计算，及地下管线的类型、相对位置、管径、管底标高、管线与道路红线的关系等计算。其主要功能有：道路查询、选择；确定道路断面位置；计算路面结构、道路红线、建筑红线、地下管线的类型、管线的相对位置、管径、管底标高、管线与道路红线的关系等指标；显示道路断面结构图；绘制道路断面结构图。
噪声分析模块
用于实现对单独建筑物或建筑群的噪声分析，主要功能包括：已有建筑噪声分布；新建建筑对周围的噪声影响；专家系统自动分析噪声减弱措施。
热能分析模块
能夠分析单独建筑物或建筑群内外部热能情况，主要功能包括：建筑物热能图显示；建筑物热能对周边影响分析；建筑物热能利用率；改变建筑物热能分布消耗电能或燃气量分析。
光能分析模块
用于查看和分析不同条件下建筑物的光能信息，主要功能包括：根据历史信息生成不同季节不同天气不同地点下建筑物光能情况；根据光能情况实时制定光能最优利用方案便于节能减排；新建建筑物对周边建筑物光能影响分析。
城市绿化模块
用于分析城市已有绿化区和新建绿化区，具体功能包括：植被属性（包括植被种类、数量、年龄等）查询；根据植被属性生成植被产氧量、吸附有害气体及尘埃量、需水量、蓄水量；植被维护方案；新建绿化区最有区域选择；单独绿化区对周边及整个城市环境改善贡献率。
低碳生活模块
用于城市节能减排方案优化，具体功能包括：输入城市整体或某一区域详细经纬度、海拔高度、时间、建筑材料等参数，系统自动输出目标区域的太阳辐射情况并根据此数据自动生成最优照明、供电、取暖等方案；根据已有资料查询目标建筑或区域周围水、矿产等能源情况；单独建筑物或建筑群碳排放量查询。
突发应急模块
用于城市反恐及日常安全保障，具体功能有：危险建筑位置查询；救助最优路线自动生成；交通控制及拥堵车辆疏散最优路线自动生成；已发生的危险状况（如恐怖分子炸楼）损失分析。
抗震防灾模块
用于城市抗震防灾方案优化，具体功能有：已有建筑物抗灾系数查询；单独建筑物倒塌对周围的影响（包括建筑物、管线等）；地震安全区域以及应急指挥；民用建筑物固定居住人数；城市排水点属性查询（包括位置、排水量）。
给水管线控制分析模块
实现对给水路线影响和控制分析，其主要功能有：给水阀门的选择和模拟；计算被影响的管线；计算影响户数、单位名称；显示影响区域、影响管线和影响单位；给被影响的单位发函；有关数据和图件的打印和绘图。
排水管线控制分析模块
主要实现排水线路的模拟和控制分析，其主要功能有：排水阀门（或闸门）的选择和模拟；计算被影响的排水管线（包括上游和下游）；计算影响户数、单位名称；显示影响区域、影响管线和影响单位；给被影响的单位发函；有关数据和图件的打印和绘图。
供热、天然气管线模块
主要实现对供热管线及天然气输送管线等的控制和建设、维修分析，其主要功能有：管线模型显示；新建管线自动生成；管线属性信息查询（包括埋设时间、承办单位、管线材质等）；用户信息报表；故障点危害分析；维修经费及新建经费报表输出。
电网、通讯网络模块
主要实现对电网、通讯网络的管理，主要功能有：现存网络的查询；专家系统辅助决策新增网络选址；故障点查询和危害分析；节点（如电线杆、变电站等）属性查询；线路属性查询；维修经费及新建经费报表输出。
结论
无论是国外还是我国，数字城市建设都是现阶段乃至未来很长一个时期的重要建设内容。信息化已经成为现代化的必由之路。如何利用数字城市让城市规划工作更智能必然成为政府和民众关注的问题。建设完善的城市规划管理信息数据库和功能齐全的数字城市智能规划系统，使城市具有基础信息管理功能、业务应用功能和城市规划的辅助决策功能，对于实现城市规划管理的自动化和智能化具有重要意义。本系统对于建设智能数字城市有着重要的帮助，相信在不断的开发与完善中，一定会有更好的发展前景。
参考文献
[1]李春光．城市景观三维重建与可视化表达．武汉大学硕士论文．2004
[2]荐军．城市基础地理信息平台框架及关键技术研究．中国科学院研究生院博士论文．2005
[3]乔术．基于OpenGL的虚拟场景建模技术的研究．郑州大学硕士论文．2005
[4]史慧珍．数字城市规划的技术方法研究．清华大学硕士论文．2004
[5]修文群．新一代数字城市建设指南．北京：科学出版社．2006:66-72
[6]钱健，谭伟贤等．数字城市建设[M] ．北京：科学出版社．2007：33-39
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。