基于GIS的城市规划图则自动制图技术的设计与实现
来源:用户上传
作者:潘翔
摘 要：以上海市国土空间规划信息管理系统的应用为例，阐述了基于GIS的城市规划图则自动制图技术的功能设计与实现。该功能采用Arc GIS Engine与Java结合的技术方式，实现了系统自动从GIS格式的规划成果数据包中读取空间与属性数据转换为PDF格式的规划图则的功能。生成的图则符合上海市规划部门对控制性详细规划等不同规划类型的成果规范显示要求，对同类系统专题制图模块的设计与实现具有参考价值。
关键词：城市规划;GIS;规划图则;自动制图
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2022）16-0120-04
Design and Implementation of Automated Cartography Technology
for City Planning Map Based on GIS
―Taking Shanghai Territorial and Spatial Planning Information Management System as an Example
PAN Xiang
（Shanghai Big Data Center， Shanghai 200435， China）
Abstract： Taking the application of Shanghai territorial and spatial planning information management system as an example， this paper expounds the function design and implementation of the automated cartography technology for city planning based on GIS. The function uses technology mode of combining Arc GIS Engine with Java to realize the function of that system automatically reads spatial and attribute data from the planning result data package in GIS format and transforms it into the planning map. The generated maps are in line with the results specification display requirements of the planning department in Shanghai for the different planning types. It has reference value for the design and implementation of similar system thematic mapping modules.
Keywords： urban planning; GIS; planning map; automated cartography
0 引 言
S着上海市全面数字化转型工作的推进，政府在行政审批与管理中越来越注重城市信息数据的质量与精准性。在城市数字化转型的背景下，上海市规划和自然资源局自2020年起发布了全市统一的国土空间规划数据标准，并依据标准发布了GIS格式的规划成果数据入库模板，要求在本市城市规划编制报批阶段统一提交GIS格式的规划成果数据文件，并通过信息系统对文件进行规范性质量检测。
对于过去大多通过AutoCAD等绘图软件绘制城市规划图则的规划师及习惯审阅PDF格式规划图则的政府规划管理从业者来说，在阅读和使用GIS格式的城市规划数据时存在一定的技术难度。由于CAD和GIS本身是不一样格式的数据，对于规划师，他们时常困扰于对两者进行数据格式转换时会出现数据失真的情况（例如弧线的转换）。而对于政府规划管理从业者，他们时常困扰与如何便利地阅读和使用GIS格式的城市规划数据。
本自动制图技术采用GIS Engine与Java结合的开发方式，通过系统程序自动从GIS格式的规划成果数据包中读取城市规划GIS数据，并转换成易于阅读的图片格式的城市规划图则，实现城市规划制图的自动化与智能化，在保证城市规划数据高质量与高精准性的同时，帮助城市规划师与政府规划管理人员方便地使用数据内容。
1 自动制图技术架构
自动制图技术架构如图1所示。
1.1 规划成果数据标准
数据标准是自动制图的基础。在2020年，上海市规划和自然资源局将过去不同规划层次的数据标准进行融合修订，最终发布了全市统一的国土空间规划成果数据标准，并依据标准发布了GIS格式的规划成果数据模板。自此全市各规划项目有了统一的参照标准，在编制规划成果时具备了形成统一的制式规划成果的基础。
1.2 规划成果质检软件
规划成果质检软件是保证规划成果数据符合数据标准的重要工具，它可以对GIS格式的规划成果进行结构检测、属性检测与几何检测。结构检测针对图层字段进行检测，包括“字段完整性、字段类型匹配、字段长度约束”3个子项。属性检测针对规划成果图层数据进行检测，包括“地块编号唯一、字段值判空、字段小数、符合代码表、值域检测”5个子项。几何检测针对图层的图形数据进行检测，包括“图形合法性检测、空间拓扑检测、其他”3类共44个，其中“空间拓扑检测”和“其他”两个类型下根据规划类型的不同展示不同的检测项。如图2所示，以上海市对总体规划成果数据的几何检测项为例，展示了相关检测项。
nlc202211011406
通过质检软件检测的成果文件代表符合了规划成果数据标准，是自动制图功能获得符合数据标准格式数据作为其输入的重要保障。
1.3 规划图则模板化
自动制图技术的实现需要将城市规划图则表达形式模板化。以上海市控制性详细规划的普适图则为例，其图则内容包括：图面区、表格区、图纸信息、编制信息、区位图、风玫瑰、图例七部分：
（1）图面区：包含控制性详细规划专题图。
（2）表格区：地块控制指标一览表和特定管理条文。
（3）图纸信息：含图纸名称
（4）编制信息：盖章栏处：含规委会审议会日期、批准文号和城乡规划专用章;设计单位栏：含设计单位名称XX、〔建〕城规编第（XX）;组织编制单位：含XX区人民政府、上海市规划和自然资源局。
（5）区位图：用来表示本次规划项目在所属行政区域内的相对位置。
（6）风玫瑰：采用固定风玫瑰。
（7）图例：说明图面区内各种颜色地块所代表的用地性质含义，如图3所示。
1.4 自动制图类型及尺寸参数设置
当通过质检的规划GIS成果文件传入系统后，可以通过自动制图的参数设置功能选择生成图则的图纸大小、比例尺。在用户没有指定比例尺大小时，自动制图功能会根据GIS成果文件中规划范围划示的大小自动适配合适的比例尺出图。
1.5 自动制图模块
如D4所示，自动制图模块由图面区出图功能、表格区出表功能、图例生成功能、编制信息生成功能、风玫瑰绘制功能、区位图绘制功能6部分组成。本文着重介绍前4项功能。
1.5.1 编制信息生成功能
系统自动读取规划成果GIS数据中“规划范围线图层”的“规划名称、设计单位名称、设计单位证书编号、组织编制单位”4个字段属性值后按照图则模板编制信息区域的模板样式显示到图则指定位置。
1.5.2 图例生成功能
系统自动读取规划成果GIS数据中需要生成图则的图层的要素属性表数据，当要素属性数据表中存在要素属性代码时，系统会从符号库中读取与代码匹配的图形符号，并一一罗列在图例区域中。图例区的图例个数是随着不同的规划成果GIS数据中要素属性代码的个数的不同而变化的，因此本规划成果数据中不存在的数据类型不会在生成的图例中展示。
1.5.3 表格区生成功能
系统自动读取规划成果GIS数据中“规划地块”要素属性表记录。将地块属性字段“街坊编号、地块编号、规划动态、用地性质、面积、备注”等字段逐一显示。
1.5.4 图面区出图功能
规划范围内数据出图：对于本次规划范围内成果数据的图形展示，系统自动读取规划成果GIS数据中“规划范围线”图层的数据以确定出图的范围（规划范围线层以带坐标的图形的方式划示本规划的范围）。然后自动读取本规划范围内的“规划地块”图层的图形数据，根据图形所带的坐标将其在映射在图面区地图内的对应位置。在图形的映射过程中，系统需要根据规划范围的大小计算匹配不同的出图比例尺，以达到在一个固定的图面区域内完整显示整个规划成果图形的要求（例如：规划范围在5平方千米以下时，选取1：100比例尺为佳）。系统还需要读取“道路红线、详细规划范围线、轨交上盖规划地块、设施、道路中心线、道路系统线、河道蓝线、河道中心线、轨道保护线、轨道控制线、公共通道、端口、连通道”图层数据并映射在图面区对应位置显示，原理同“规划地块”图层的映射显示。
规划范围外数据出图：由于规划图则要求图面区内显示本规划范围周边区域的“道路红线、地形图”等信息，而提交的规划成果GIS数据包中并不包含本规划范围之外的数据，因此制图功能需要根据本次规划范围的空间位置信息，自动从本市国土空间数据库中调取规划范围外区域的空间图形数据，作为图面区的底图，衬在规划范围内图形之下进行展示。调取的规划范围外区域空间图形数据主要是“城市开发边界、地形图、道路红线”。
2 制图数据结构
2.1 数据组织方式
基于GIS的城市规划图则自动制图技术的数据来源于上海市国土空间规划数据库。数据库中的数据符合上海市规划和自然资源局自2020年起发布了全市统一的国土空间规划数据标准，并以GIS格式存储。数据库结构如图5所示。数据库由空间要素图形数据、要素属性数据、要素属性代码表、符号库组成。
2.1.1 空间要素图形数据
空间要素图形数据主要由城市地形图与城市规划图形层组组成，其中城市规划图形层组包含227个图层，分为总体规划、单元规划、详细规划3个层次。图层按照其几何类型可分为线性图层（例如：道路红线）、点图层（例如：公共服务设施）、面图层（例如：规划地块）图层中的点线面数据记录了其几何坐标以及空间拓扑关系。
2.1.2 要素属性数据
每一个空间要素图形数据中的图层都对应一张要素属性数据表，图层中的几何图形通过ID号与属性数据表中的记录关联，每条记录包含若干与图层用途相关的业务属性字段值，要素属性数据存在数据库的表中。
2.1.3 要素属性代码表
每个要素属性数据表都包含若干与图层用途相关的业务属性字段，当业务属性字段存在分类情况时，需要关联使用代码表表示。
2.1.4 符号库
因为部分代码表其业务含义用于表示规划设施的类型，所以存在与代码对应的符号图形，符号图形用于在规划图则上显示。符号库由多个符号图形组成
2.2 数据之间关系
图6展示了空间要素图形数据、要素属性数据、要素属性代码表、符号库之间的关系，以及自动制图技术数据质检的关联关系，通过数据关联将GIS数据中的属性转换为图形符号显示在图则上。
nlc202211011406
3 自动制图技术的应用
3.1 应用意义
由于GIS的技术门槛较高，过去政府规划管理人员往往只能选择审核纸质图则或CAD文件，因而难以发现GIS格式下规划成果数据中存在的错误，在这种背景下一个个GIS规划成果数据如果进入统一的城市空间GIS数据库则会留下许多错误。基于GIS的城市规划图则自动制图技术的应用意义在于，通过系统程序自动将城市规划GIS数据转换成易于阅读的图片格式的城市规划图则，帮助城市规划师与政府规划管理人员方便地是阅读使用规划成果数据的内容。他们可以更加便捷地审核发现GIS数据中的内容错误问题，进而推进城市空间数据的底座逐渐向高质量、高精度的方向发展。
3.2 应用条件
基于GIS的城市规划图则自动制图的技术架构在本文第1章节已进行了详细说明，在技术层面，自动制图技术的应用需要具备3个前置条件：一是具备统一且稳定的规划成果数据标准，二是基于数据标准的规划成果质检软件，三是具备一套模板化的城市规划图则。
3.3 应用成效
在上海市大数据中心的技术支持下，上海市规划和自然资源局于2021年10月在本市国土空间规划信息系统中上线了基于GIS的城市规划图则自动制图模K。模块上线后首先在本市普陀、闵行、松江、青浦、黄浦、徐汇6个行政区的控制性详细规划编制审批业务中试点运行。截至2022年4月已全面覆盖6个行政区95%以上的控制性详细规划图则生成业务。
4 结 论
本文介绍了基于GIS的城市规划图则自动制图技术的设计与实现原理，及其在上海国土空间规划编制中的应用与成效。本技术是规划领域数字化转型的一项重要实践，它极大地提高了规划制图工作的效率，也使得规划GIS成果文件中的数据更易被那些不具备GIS技术能力的规划领域从业者阅读与使用。随着该技术的普及，规划GIS成果文件在国土空间规划编制中的重要性将得到实质提升，从而推动城市空间信息数据向高质量与高精准方向发展，也为今后更多的城市治理智慧化场景提供数据保障。
参考文献：
[1] 张新长.基于GIS的城市规划专题制图 [J].中山大学学报（自然科学版），1997，36（4）：95-99.
[2] 张扬，李小娟，陈莹，等.基于ArcGIS Engine的专题制图模块的设计与实现――以北京市城市规划信息系统为例 [J].首都师范大学学报（自然科学版），2008（2）：95-100.
[3] 周勇前，陈军.基于GIS的城市规划专题制图 [J].城市规划，1995（2）：27-29.
[4] 赵景伟，顾凤霞，吕京庆.城市规划制图中的GIS应用 [J].四川建筑科学研究，2009，35（1）：211-214.
[5] 方艺辉.基于ArcGIS Engine专题图渲染设计与实现 [J].电脑知识与技术，2011，7（30）：7501-7502.
作者简介：潘翔（1992―），男，汉族，上海人，助理工程师，本科，研究方向：计算机软件及计算机应用。
nlc202211011406
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15441652.htm
