三維規(guī)劃管理系統(tǒng)設計范文

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摘要：

三維規(guī)劃管理系統(tǒng)建設已經成為城市規(guī)劃管理的熱點。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)的設計過程，系統(tǒng)設計主要包括總體框架設計和系統(tǒng)結構設計。總體框架設計采用局域網、公務網和因特網三網融合的網絡結構，選擇了適合的基于WebServer、WebGIS數據庫的軟件平臺。研究了以數據層、平臺層、應用層構成的系統(tǒng)結構框架下的相應系統(tǒng)功能和數據結構。

關鍵詞：

GIS；三維；規(guī)劃設計

隨著我國城市化進程的加快，傳統(tǒng)的二維規(guī)劃已無法滿足城市規(guī)劃設計與管理的要求，三維規(guī)劃的應用順勢而來。經過30多年的發(fā)展，GIS在我國的各行各業(yè)已經得到廣泛應用。三維GIS輔助城市規(guī)劃工作已成為三維GIS技術的一個重要應用方向[1]。城市規(guī)劃中面臨的諸多問題急需三維GIS技術的支撐。目前，我國三維GIS發(fā)展勢頭良好，許多城市在三維規(guī)劃方面已取得不錯的成果[2]。廣西在數字化三維規(guī)劃管理技術的研究應用方面還遠遠落后于國內先進水平，因而推動廣西的規(guī)劃設計與管理的數字化進程勢在必行。

1總體框架設計

1）硬件、網絡環(huán)境的配置。系統(tǒng)運行的網絡環(huán)境是由規(guī)劃局、設計院、勘測院等多部門的局域網、公務網和因特網組成的一個有機整體，不同的網絡環(huán)境之間采用嚴格的物理隔離和邏輯隔離，定期通過中間數據轉換服務器實現三網的數據交換和同步。數據交換以內網為核心，涉及三網之間的相互轉換。2）軟件平臺。系統(tǒng)采用B/S的體系結構，軟件主要包括WebServer平臺、WebGIS平臺、數據庫平臺。由于微軟的網絡產品技術比較成熟、維護方便，同時考慮到和WebServer平臺以及內網平臺的結合，本系統(tǒng)WebServer平臺選擇了Windows2000AdvancedServer+IIS5.0[3]。WebGIS平臺選用ArcGIS及其提供的空間數據引擎ArcSDE來連接數據庫，ArcGIS通過ArcSDE可以在DBMS中輕而易舉地管理一個共享、多用戶空間數據庫。考慮到本系統(tǒng)運行涉及大量矢量、柵格地圖，為有效管理海量空間信息及其屬性信息，同時為了保證數據庫系統(tǒng)的跨界運行，系統(tǒng)數據庫平臺選擇了MSSQLServer。

2系統(tǒng)結構

2.1系統(tǒng)框架設計根據系統(tǒng)的邏輯結構可將系統(tǒng)劃分為數據層、平臺層、應用層三層結構，如圖1所示。數據層采用實地拍照勘測方式或者從航拍相片、遙感影像等方式采集原始數據并對其進行處理，獲得DRG、DLG、DOM、DEM等勘測資料及相關屬性數據[4]。平臺層采用的信息技術主要包括因特網技術、3S技術、數字化野外測量技術、CAD技術、虛擬現實技術等[5]。根據采集轉換的數據，通過可視化軟件調用并生成可實時交互的三維圖形界面，并可以用數字模型對現實地理空間的現象和過程進行模擬和仿真。南寧三維規(guī)劃系統(tǒng)的應用層旨在通過對已有的數據資源和實際情況的分析，建立合理的數據模型來解決南寧市的城市規(guī)劃建設問題。

2.2功能模塊圖設計功能模塊圖如圖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。同一個項目中可以同時包含多個方案，可以進行方案比較；可以打開與方案對應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，并以圖層為基礎設定方案；可以將三維場景、規(guī)劃數據和動畫有機地集成于一體。提供模型修改、材質修改、模型庫、輔助工具和測量功能。可對模型進行移動、旋轉、比例調整、刪除、復制、陣列、替換等多種修改操作；為美化場景，系統(tǒng)提供材質編輯；利用模型庫可以縮短建模時間，快速創(chuàng)建或美化三維場景，系統(tǒng)提供捕捉點輔助工具。2）數據功能。可根據三維場景自動計算規(guī)劃數據，包括建筑的高度、層數、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、道路中線長度。在系統(tǒng)中，攜帶規(guī)劃數據的最小單元叫作規(guī)劃元素，一個規(guī)劃元素可以對應一個或多個三維模型。為了滿足規(guī)劃設計的需要，系統(tǒng)中內置了三大規(guī)劃元素——建筑、用地、道路中心線；還可以根據需要添加新的規(guī)劃元素，同時可以根據需要擴展或刪除規(guī)劃元素的屬性或字段。數據表中的某些字段的值由系統(tǒng)根據三維場景自動生成并實時更新；某些字段的值則由用戶填寫。系統(tǒng)提供常規(guī)的計算、統(tǒng)計和導出等數據表功能。內置了用地平衡表的計算方程，可以隨時生成與三維場景保持一致的用地平衡表。可對數據進行模糊查找和高級查找，查找的基礎是規(guī)劃元素數據表中記錄的信息，根據查找結果可以在三維場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、鼠標和軟鍵盤等方式進行基本漫游操作；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。支持鼠標定位、特定場景、動畫以及輸出成avi格式；可設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景觀的過程，用戶可以基于場景中已經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，可預定義演示匯報的流程；利用布局管理器功能，設計師可以預定義演示匯報的流程，在交流時只需順序播放布局頁即可，布局頁中的每個窗口都是可激活的，播放布局頁的過程也可以進行動態(tài)漫游等操作。4）數據存儲管理。數據存儲的同時還要保障數據的安全，當遇到不可抗拒的損壞時，能夠盡可能地降低系統(tǒng)損失，提供備份恢復數據功能。5）查詢和分析。系統(tǒng)擁有豐富的查詢和分析功能，并可進行通視、視域、日照、斷面等分析[6]。6）應用開發(fā)。SDK提供了豐富的接口，包括創(chuàng)建對象、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，方便進行B/S應用開發(fā)，并且有豐富、詳實的幫助文檔，大量的SDKSample，以及樣例數據。

2.3數據結構圖該系統(tǒng)數據庫建設涉及到GIS數據庫、CAD數據庫、SQL屬性數據庫，數據庫的設計牽涉到很多行業(yè)規(guī)范標準，現根據城市規(guī)劃基本術語標準（GB/T50280-1998）和城市規(guī)劃制圖標準（CJJ/T97-2003）來設計數據庫中各圖層的符號樣式、線型、塊名等。系統(tǒng)既有空間數據庫，也有屬性數據庫；空間數據庫包括交通狀況、建筑分布等；屬性數據庫包括控規(guī)數據、道路紅線、道路中線屬性等。空間數據庫與屬性數據庫二者在物理上相分離，但又存在相互間的聯(lián)系[7]。為了對數據更好地管理與使用，將得到的各類數據采用物理分層輸入到不同分類中，如用地、道路、設施等。該系統(tǒng)的數據庫龐大，現就南寧市某規(guī)劃區(qū)空間數據庫和屬性數據庫的設計加以說明。

2.3.1數據庫組織形式基礎地理數據庫根據規(guī)劃編制類型的不同劃分為總體規(guī)劃圖、控制詳細規(guī)劃圖、分區(qū)規(guī)劃圖和其他數據，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，并將圖層存儲到圖層集下。

2.3.2空間數據庫圖層在地圖上，三維空間的地理特征在GIS中可以抽象為點、線和多邊形（面或區(qū)域）。為同時滿足制圖和GIS對數據檢索分析的需要，還需要將數據按照幾何類型（點、線、面）嚴格分開。實體類型采用2位幾何特征縮寫代碼，如用PT、LN、PY分別表示點、線、面3類幾何類型，如表1。

2.3.3數據屬性結構由于空間數據庫涉及的數據量大、范圍廣、種類繁多，無法一一列舉，同一類的數據，其屬性結構是一致的。以表2為例，詳細地說明了地圖層屬性結構，以此了解數據庫各個圖層的屬性結構。表中以地塊編號為主鍵。本系統(tǒng)數據庫的基本表均通過定義外鍵與主鍵間對應的關系來實現各實體屬性間的聯(lián)系。例如，用地示例表、設施示例表、道路示例表可以通過地塊編號聯(lián)系在一起。

3結語

三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)的設計與實現涉及地理信息系統(tǒng)、三維可視化技術、地理信息獲取技術等重要技術要求。三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)可以改變城市規(guī)劃內部信息流程和城市規(guī)劃部門與社會的信息交流反饋機制。但是，由于實際應用的復雜性，目前對于系統(tǒng)建設還缺乏一個統(tǒng)一建設標準。本文從系統(tǒng)設計的角度對南寧市三維協(xié)同規(guī)劃管理系統(tǒng)進行了較深入的研究，整合可視化技術與ArcGIS的核心功能，實現一套切實可行的南寧市三維協(xié)同規(guī)劃系統(tǒng)設計方案。

參考文獻

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作者：謝樂琦 廖英伶 歐達城 李寶林 黃敏 單位：廣西大學 數學與信息科學學院