數字城市規劃中異構系統協同探討與實踐

陳世宏，姜波，陳祥蔥

(哈爾濱勘察測繪研究院，黑龍江哈爾濱 150010)

1 引言

城市規劃是根據國家方針、計劃、政策及城市所在地區的自然條件、歷史情況、現狀條件等布置城市體系，確定城市性質、規模和布局，統一規劃、合理利用城市土地。上世紀90年代以來，我國進入了加速城市化建設時期，在這一階段，哈爾濱城市規模急劇擴張，人口快速增長。為滿足城市發展要求，哈爾濱市同步開始城市規劃信息化建設，其建設內容分為橫向和縱向兩個層面:

(1)橫向建設

城市規劃包含諸多平行的功能域，如設計、報建、審核、測繪等，這些職能分屬于不同的部門(包括設計單位、聯審大廳、規劃局審批部門、執法大隊等)。橫向建設主要面向管理需求，以職能部門為用戶對象，側重于流程標準化和數據規范化。

(2)縱向建設

縱向需求來源于規劃管理職能的從屬關系，且該關系決定了信息的有向流動，即由各部門逐漸匯集于領導決策層，從更高的層次上實現城市規劃的管理與決策。

哈爾濱市規劃局在進行充分需求分析的前提下，利用數字城市建設的有利契機，構建了城市規劃管理GIS體系，在滿足橫向應用的同時，逐步向縱深決策方向發展。本文以哈爾濱市城市規劃GIS體系建設實踐為例，探討數字城市異構系統間信息與功能的協同，實現面向管理的應用系統向綜合輔助決策的轉變。

2 城市規劃GIS體系建設

以規劃電子報批(審批)系統建設為標志，哈爾濱開始了規劃信息化建設。此后分階段完成了城市規劃地理信息系統、數字城市規劃監察系統、三維規劃審批等系統建設，體系構成如圖1所示。

圖1 城市規劃GIS體系

(1)規劃電子報批(審批)系統

規劃電子報批(審批)系統是在AutoDesk公司的AutoCAD平臺上進行定制開發完成，系統包括報批模塊和審批模塊，前者面向設計單位，以標準化的方式體現設計方案及指標表;后者面向審批部門，主要對設計方案的指標、參數進行審核驗證。規劃電子報批(審批)從數據源上實現了數字化，是城市規劃信息化建設的基石。

(2)規劃地理信息系統

規劃地理信息系統于2004年建設，其目標是與規劃管理信息系統協同，完成城市規劃的日常審批工作。該系統進行了4期建設，其中一期和二期完成了規劃信息建庫及城市規劃信息發布，三期、四期完成規劃電子報批數據接入，并引入了三維應用。規劃地理信息系統建成了覆蓋城市總體規劃、控詳規劃、電子報批、用地界線等信息的綜合數據庫，并運用WebGIS、RS等技術手段實現與規劃管理信息系統的業務協同，已成為城市規劃審批的日常性輔助工具。

(3)數字城市規劃監察系統

數字城市規劃監察系統于2008年建設，其目的是實現城市規劃監察執法的數字化。該系統以規劃審批數據為依據，運用VRS、GIS、無線通信等技術，實現城市規劃監察數字化執法、現場辦公、現場處置與行政審批同步，有效提升了城市規劃監察執法的科學性和執法效率［3］。

(4)三維規劃審批系統

三維規劃審批系統于2010年開始建設，系統運用三維虛擬現實、GIS等技術，提供了日照、視域、控高、方案對比等多種分析功能，實現了三維可視化的規劃審批。

整個GIS體系覆蓋了城市規劃批前、審批及批后管理，屬于城市規劃信息化的橫向建設內容。三維規劃審批系統是整個GIS體系的總綱，在信息綜合的基礎上實現了縱向輔助決策的部分職能?，F階段城市規劃GIS體系逐漸傾向于城市規劃輔助決策建設。

3 異構系統協同

在哈爾濱市城市規劃GIS體系中，由于建設時間不同，面向的應用需求不同，在技術平臺、體系架構及應用模式等方面均存在較大的差異。這種管理職能差異導致的系統異構為信息職能綜合應用帶來了極大障礙，所有系統雖屬一個體系，但卻無法形成有效協同。為整合已建成的應用系統，我們從數據和系統兩個級別來實現異構系統協同。

3.1 數據協同

數據是信息的載體，從本質而言，城市規劃的信息是具有統一性的。數據異構影響因素為數據格式，數據協同的主要工作為數據格式轉換與標準化。

在現有體系中，存在三類數據:CAD線劃數據、GIS空間數據和三維模型數據，分別存在于電子報批(審批)系統、規劃地理信息系統和三維規劃審批系統。協同策略為以空間數據(Shapefile)為鏈接點，將CAD線劃數據通過二次生產轉換為GIS數據，并建立三維模型與空間數據的匹配映射。

CAD線劃數據主要應用于電子報批(審批)系統，除空間位置表達外，還承載了經濟指標、設計方案等內容，無法進行直接的格式轉換，必須通過數據二次生產完成格式轉換與屬性錄入。在完成格式轉換的同時，我們建立了哈爾濱市電子報批(審批)數據庫，實現電子報批(審批)數據的集中管理。

三維模型雖然在空間位置上與GIS數據具有一致性，但由于數據單元、存儲模式存在較大差異，基于空間位置的映射無法滿足應用要求。為此，我們建立了三維模型編碼體系，通過編碼實現與二維空間數據的映射，原理如圖2。

圖2 GIS與模型映射關系

3.2 系統協同

異構系統協同是城市規劃GIS體系整合的核心和難點。系統協同采用三種模式:

(1)數據庫共享

城市規劃的GIS系統雖然采用不同架構，但所有系統均部署于政務網且為同一領域服務，在信息訪問、信息共享等方面不存在障礙，數據庫共享具備可行性。圖3展示了數字城市規劃監察系統中的數據庫共享策略，通過數據庫共享數字城市規劃監察系統可以獲取規劃管理和市地理信息中心的信息資源，與專屬數據庫共同支撐數字監察業務的運行。

圖3 數字城市規劃監察數據庫布局圖

(2)功能適配器開發

功能適配器屬于定點功能協同，即通過定制的信息交換接口，由功能適配器實現數據內容和調用模式的轉換，實現系統間的雙向協同。圖4所示為狀態監聽適配器原理圖，通過該功能適配器可以實現規劃管理信息系統報批狀態與數字城市規劃監察系統中報批狀態(GIS數據)同步，由適配器屏蔽了二者在信息結構、數據格式、調用接口等方面的差異，實現系統協同。

圖4 狀態監聽適配器原理圖

(3)服務協同

無論是數據庫共享和功能適配器開發，均只適用于同一體系、小范圍內的系統協同，為實現范圍更廣、適用性更好的協同，較為理想的方案為采用基于SOA架構的服務協同?；赟OA的理念，數據、功能均可封裝為服務，以WebService的方式進行調用，僅需遵循統一的數據交換標準(OGC等)即可實現系統協同［4］。目前，哈爾濱市正在開展相關平臺的建設。

4 城市規劃決策

“管理就是決策”，這是美國著名管理學家西蒙的名言。管理體系一般呈金字塔狀，管理層級越高，決策所需求的信息量將呈級數增加，對輔助決策系統的信息綜合和功能協同能力要求更高。在綜合考慮信息表現力、數據容量和系統協同能力的前提下，我們選擇三維GIS作為城市規劃輔助決策的基礎平臺，并以此構建了三維城市規劃審批系統。

在數據內容上，三維城市規劃審批系統集基礎空間數據、規劃控制數據、電子報批數據和三維模型于一體，形成城市規劃“一張圖”;在功能上，系統融合了GIS空間分析能力和三維表現能力，達到所見即所得的目標。系統采用二三維聯動的方式實現了與規劃地理信息系統、規劃管理信息系統的業務聯動，并充分利用三維立體表現能力，加入了日照分析、控高分析、方案對比等功能，從數據、指標、感官等多個角度進行審批決策。

圖5 三維規劃審批方案對比效果圖

三維城市規劃審批是在信息綜合、系統協同的基礎上實現的，是整個城市規劃GIS體系的高級應用模式。目前，該系統已在規劃局決策層獲得了認可，初步實現了輔助決策的建設目標。

5 結語

本文簡要闡述了數字城市在哈爾濱城市規劃管理中的應用實踐歷程，著重探討了城市規劃異構系統的協同策略，最后在系統協同的基礎上，提出了城市規劃輔助決策的應用模式。在數字城市建設中，異構與協同，管理與決策的矛盾普遍存在，隨著“數字城市”逐步進入“智慧城市”，以下兩個方面的問題值得我們深入思考:

(1)政務綜合是數字城市建設的必然趨勢，如何利用現有建設成果，實現系統協同，滿足政務綜合對信息和應用的需求。其中，基于服務的協同方式是一種可行的技術方案，但其標準和規范尚待完善;

(2)輔助決策是數字城市建設的目標之一，如何將面向應用點的管理職能提升為面向整體的決策功能，合理的規劃管理與決策信息共享與功能交互。

［1］哈爾濱數字城市科技有限公司.數字城市規劃監察系統可行性研究報告(內部資料)［R］.哈爾濱:2007.

［2］畢碩本，王橋，徐秀華.地理信息系統軟件工程的原理和方法［M］.北京:科學出版社，2003.

［3］陳世宏.基于3S技術的數字城市規劃監察系統設計及實現［D］.武漢:武漢大學，2010.

［4］龔健雅，杜道生，高文秀等.地理信息共享技術與標準［M］.北京:科學出版社，2009.

［5］劉世偉.基于GIS平臺的城市規劃管理數據的組織和研究［D］.上海:同濟大學，2008.

［6］范江，汪嘉平.城市三維可視化地理信息系統初探［J］.現代測繪，2005(04).

［7］Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson 等.設計模式—可復用面向對象軟件的基礎［M］.北京:機械工業出版社，2008.