三維規(guī)劃管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
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摘要：
三維規(guī)劃管理系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為城市規(guī)劃管理的熱點(diǎn)。從協(xié)同規(guī)劃管理的角度研究了三維規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括總體框架設(shè)計(jì)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。總體框架設(shè)計(jì)采用局域網(wǎng)、公務(wù)網(wǎng)和因特網(wǎng)三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇了適合的基于WebServer、WebGIS數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件平臺(tái)。研究了以數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架下的相應(yīng)系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：
GIS；三維；規(guī)劃設(shè)計(jì)
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的二維規(guī)劃已無法滿足城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理的要求，三維規(guī)劃的應(yīng)用順勢(shì)而來。經(jīng)過30多年的發(fā)展，GIS在我國(guó)的各行各業(yè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。三維GIS輔助城市規(guī)劃工作已成為三維GIS技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向[1]。城市規(guī)劃中面臨的諸多問題急需三維GIS技術(shù)的支撐。目前，我國(guó)三維GIS發(fā)展勢(shì)頭良好，許多城市在三維規(guī)劃方面已取得不錯(cuò)的成果[2]。廣西在數(shù)字化三維規(guī)劃管理技術(shù)的研究應(yīng)用方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，因而推動(dòng)廣西的規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理的數(shù)字化進(jìn)程勢(shì)在必行。
1總體框架設(shè)計(jì)
1）硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置。系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是由規(guī)劃局、設(shè)計(jì)院、勘測(cè)院等多部門的局域網(wǎng)、公務(wù)網(wǎng)和因特網(wǎng)組成的一個(gè)有機(jī)整體，不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間采用嚴(yán)格的物理隔離和邏輯隔離，定期通過中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)器實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換和同步。數(shù)據(jù)交換以內(nèi)網(wǎng)為核心，涉及三網(wǎng)之間的相互轉(zhuǎn)換。2）軟件平臺(tái)。系統(tǒng)采用B/S的體系結(jié)構(gòu)，軟件主要包括WebServer平臺(tái)、WebGIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。由于微軟的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品技術(shù)比較成熟、維護(hù)方便，同時(shí)考慮到和WebServer平臺(tái)以及內(nèi)網(wǎng)平臺(tái)的結(jié)合，本系統(tǒng)WebServer平臺(tái)選擇了Windows2000AdvancedServer+IIS5.0[3]。WebGIS平臺(tái)選用ArcGIS及其提供的空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE來連接數(shù)據(jù)庫(kù)，ArcGIS通過ArcSDE可以在DBMS中輕而易舉地管理一個(gè)共享、多用戶空間數(shù)據(jù)庫(kù)?？紤]到本系統(tǒng)運(yùn)行涉及大量矢量、柵格地圖，為有效管理海量空間信息及其屬性信息，同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的跨界運(yùn)行，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選擇了MSSQLServer。
2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。數(shù)據(jù)層采用實(shí)地拍照勘測(cè)方式或者從航拍相片、遙感影像等方式采集原始數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，獲得DRG、DLG、DOM、DEM等勘測(cè)資料及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)[4]。平臺(tái)層采用的信息技術(shù)主要包括因特網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)、數(shù)字化野外測(cè)量技術(shù)、CAD技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等[5]。根據(jù)采集轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，通過可視化軟件調(diào)用并生成可實(shí)時(shí)交互的三維圖形界面，并可以用數(shù)字模型對(duì)現(xiàn)實(shí)地理空間的現(xiàn)象和過程進(jìn)行模擬和仿真。南寧三維規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用層旨在通過對(duì)已有的數(shù)據(jù)資源和實(shí)際情況的分析，建立合理的數(shù)據(jù)模型來解決南寧市的城市規(guī)劃建設(shè)問題。
2.2功能模塊圖設(shè)計(jì)功能模塊圖如圖2所示。1）三維功能。系統(tǒng)支持多方案、多窗口、多圖層、多信息處理。同一個(gè)項(xiàng)目中可以同時(shí)包含多個(gè)方案，可以進(jìn)行方案比較；可以打開與方案對(duì)應(yīng)的單視口的透視圖窗口、頂視圖窗口和斷面視圖窗口，還可以打開多視口的布局窗口；利用圖層控制物體的顯示或隱藏、物體是否允許被編輯以及物體所屬的規(guī)劃元素類型，并以圖層為基礎(chǔ)設(shè)定方案；可以將三維場(chǎng)景、規(guī)劃數(shù)據(jù)和動(dòng)畫有機(jī)地集成于一體。提供模型修改、材質(zhì)修改、模型庫(kù)、輔助工具和測(cè)量功能?？蓪?duì)模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、比例調(diào)整、刪除、復(fù)制、陣列、替換等多種修改操作；為美化場(chǎng)景，系統(tǒng)提供材質(zhì)編輯；利用模型庫(kù)可以縮短建模時(shí)間，快速創(chuàng)建或美化三維場(chǎng)景，系統(tǒng)提供捕捉點(diǎn)輔助工具。2）數(shù)據(jù)功能?？筛鶕?jù)三維場(chǎng)景自動(dòng)計(jì)算規(guī)劃數(shù)據(jù)，包括建筑的高度、層數(shù)、基底面積、建筑面積、所屬地塊；地塊的用地面積、建筑面積、建筑基底面積、容積率、建筑密度、道路中線長(zhǎng)度。在系統(tǒng)中，攜帶規(guī)劃數(shù)據(jù)的最小單元叫作規(guī)劃元素，一個(gè)規(guī)劃元素可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)三維模型。為了滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)的需要，系統(tǒng)中內(nèi)置了三大規(guī)劃元素——建筑、用地、道路中心線；還可以根據(jù)需要添加新的規(guī)劃元素，同時(shí)可以根據(jù)需要擴(kuò)展或刪除規(guī)劃元素的屬性或字段。數(shù)據(jù)表中的某些字段的值由系統(tǒng)根據(jù)三維場(chǎng)景自動(dòng)生成并實(shí)時(shí)更新；某些字段的值則由用戶填寫。系統(tǒng)提供常規(guī)的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出等數(shù)據(jù)表功能。內(nèi)置了用地平衡表的計(jì)算方程，可以隨時(shí)生成與三維場(chǎng)景保持一致的用地平衡表?？蓪?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊查找和高級(jí)查找，查找的基礎(chǔ)是規(guī)劃元素?cái)?shù)據(jù)表中記錄的信息，根據(jù)查找結(jié)果可以在三維場(chǎng)景中快速選中查找到的物體。3）交流功能。系統(tǒng)提供多種漫游工具，可以利用鍵盤、鼠標(biāo)和軟鍵盤等方式進(jìn)行基本漫游操作；另外還提供了窗口縮放、最佳視角、平移、盤旋、選擇集盤旋等多種便于交流的漫游工具。支持鼠標(biāo)定位、特定場(chǎng)景、動(dòng)畫以及輸出成avi格式；可設(shè)定視覺走廊并沿視覺走廊漫游，利用視覺走廊功能可以模擬人沿景觀大道欣賞兩側(cè)景觀的過程，用戶可以基于場(chǎng)景中已經(jīng)存在的任意線條快速生成視覺走廊，沿視覺走廊漫游的過程中可以隨意改變觀察的方向。系統(tǒng)提供布局管理器，可預(yù)定義演示匯報(bào)的流程；利用布局管理器功能，設(shè)計(jì)師可以預(yù)定義演示匯報(bào)的流程，在交流時(shí)只需順序播放布局頁即可，布局頁中的每個(gè)窗口都是可激活的，播放布局頁的過程也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)漫游等操作。4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同時(shí)還要保障數(shù)據(jù)的安全，當(dāng)遇到不可抗拒的損壞時(shí)，能夠盡可能地降低系統(tǒng)損失，提供備份恢復(fù)數(shù)據(jù)功能。5）查詢和分析。系統(tǒng)擁有豐富的查詢和分析功能，并可進(jìn)行通視、視域、日照、斷面等分析[6]。6）應(yīng)用開發(fā)。SDK提供了豐富的接口，包括創(chuàng)建對(duì)象、模型編輯、地形編輯、空間分析、三維交互等功能接口。提供了JavascriptLibrary，方便進(jìn)行B/S應(yīng)用開發(fā)，并且有豐富、詳實(shí)的幫助文檔，大量的SDKSample，以及樣例數(shù)據(jù)。
2.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)涉及到GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、CAD數(shù)據(jù)庫(kù)、SQL屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)牽涉到很多行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)根據(jù)城市規(guī)劃基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50280-1998）和城市規(guī)劃制圖標(biāo)準(zhǔn)（CJJ/T97-2003）來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各圖層的符號(hào)樣式、線型、塊名等。系統(tǒng)既有空間數(shù)據(jù)庫(kù)，也有屬性數(shù)據(jù)庫(kù)；空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括交通狀況、建筑分布等；屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括控規(guī)數(shù)據(jù)、道路紅線、道路中線屬性等?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)二者在物理上相分離，但又存在相互間的聯(lián)系[7]。為了對(duì)數(shù)據(jù)更好地管理與使用，將得到的各類數(shù)據(jù)采用物理分層輸入到不同分類中，如用地、道路、設(shè)施等。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)龐大，現(xiàn)就南寧市某規(guī)劃區(qū)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)加以說明。
2.3.1數(shù)據(jù)庫(kù)組織形式基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)規(guī)劃編制類型的不同劃分為總體規(guī)劃圖、控制詳細(xì)規(guī)劃圖、分區(qū)規(guī)劃圖和其他數(shù)據(jù)，如圖3所示，將同一類型的規(guī)劃編制成果按圖層分類存放，并將圖層存儲(chǔ)到圖層集下。
2.3.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)圖層在地圖上，三維空間的地理特征在GIS中可以抽象為點(diǎn)、線和多邊形（面或區(qū)域）。為同時(shí)滿足制圖和GIS對(duì)數(shù)據(jù)檢索分析的需要，還需要將數(shù)據(jù)按照幾何類型（點(diǎn)、線、面）嚴(yán)格分開。實(shí)體類型采用2位幾何特征縮寫代碼，如用PT、LN、PY分別表示點(diǎn)、線、面3類幾何類型，如表1。
2.3.3數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)由于空間數(shù)據(jù)庫(kù)涉及的數(shù)據(jù)量大、范圍廣、種類繁多，無法一一列舉，同一類的數(shù)據(jù)，其屬性結(jié)構(gòu)是一致的。以表2為例，詳細(xì)地說明了地圖層屬性結(jié)構(gòu)，以此了解數(shù)據(jù)庫(kù)各個(gè)圖層的屬性結(jié)構(gòu)。表中以地塊編號(hào)為主鍵。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本表均通過定義外鍵與主鍵間對(duì)應(yīng)的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)各實(shí)體屬性間的聯(lián)系。例如，用地示例表、設(shè)施示例表、道路示例表可以通過地塊編號(hào)聯(lián)系在一起。
3結(jié)語
三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)涉及地理信息系統(tǒng)、三維可視化技術(shù)、地理信息獲取技術(shù)等重要技術(shù)要求。三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)可以改變城市規(guī)劃內(nèi)部信息流程和城市規(guī)劃部門與社會(huì)的信息交流反饋機(jī)制。但是，由于實(shí)際應(yīng)用的復(fù)雜性，目前對(duì)于系統(tǒng)建設(shè)還缺乏一個(gè)統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度對(duì)南寧市三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究，整合可視化技術(shù)與ArcGIS的核心功能，實(shí)現(xiàn)一套切實(shí)可行的南寧市三維協(xié)同規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
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作者：謝樂琦 廖英伶 歐達(dá)城 李寶林 黃敏 單位：廣西大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院