城市规划空间数据库设计思路研究

2022-09-12

1 规划空间数据内容及其来源

1.1 规划空间数据的特点

(1) 数据种类齐全。

规划管理“一书两证”审批管理业务所涉及的图形资料包括:城市基础地形图、市政综合管线、各项规划编制成果 (包括总体规划、分区规划、控制性详细规划、专项规划等) 、各类报批方案 (如总平面规划方案、建筑设计方案、市政设计方案、施工图等) 。另外, 还有各种空间定位控制数据、各种航摄与遥感影像数据、地名数据等。这些数据既是城市规划管理部门管理、决策的依据, 也可为其他政府部门和企事业单位所利用。可以说, 规划局所管理和使用的地理空间数据是“数字城市”重要的数据基础设施。

(2) 数据间关系紧密。

由于“一书两证”的各项业务之间是紧密关联的, 与这些业务对应的空间数据之间也是密切关联的。事实上, 可以通过空间位置把完整的“一书两证”业务审批管理过程的各项业务关联起来, 实现“以地块为中心的一体化审批管理模式”。即通过点击任意的空间位置, 就能够查看到该位置所有已经发生过的规划审批活动, 如选址意见书、规划设计方案、用地规划许可证、建筑工程规划许可证等, 并查看到这些业务之间的关联关系。

另一方面, 城市规划审批管理工作具有“图文不分家”的特点, 在各项业务审批的各个环节, 都有可能调图、查图和审图操作。在对图形进行审批时, 需要查看相关的业务数据, 许多图形审批结果将被存放在业务审批数据库中, 空间数据和业务数据是紧密联系的。

1.2 规划空间数据内容及其来源

城市规划涉及到的数据内容十分丰富, 所涉及的空间图形数据资料包括:基础地形图、市政综合管线、各项规划编制成果 (包括总体规划、分区规划、控制性详细规划、专项规划等) 、各类报批方案 (如总平面规划方案、建筑设计方案、市政设计方案、施工图等) 。另外, 还有各种空间定位控制数据、各种航摄与遥感影像数据、地名数据等。

2 城市规划空间数据库中空间对象的时空变化

根据空对象的变化特征, 可以总结出空间对象有三种变化类型:第一种是连续变化 (continuous change) , 这种变化中的空间对象时时刻刻都处于变化状态, 包括空间位置、形状和属性。例如:云的形状、特征等几何信息与属性信息随着时间的变化在连续变化。第二种变化类型是离散变化 (discrete change) , 这种类型的空间对象一般是处于静止状态的, 如果没有“事件”的触发, 将一直静止下去, 当一个事件发生时, 会引起此类空间对象的突变, 包括几何信息及属性信息的变化, 变化完成之后又继续保持静止, 这类空间对象一般空间位置不会发生改变。例如:地块的划拨、道路的拓宽等等。第三种是阶进变化, 此类型的空间对象有时处于静止, 有时处于变化状态, 如交通工具, 这类空间对象如果发生变化一般是空间对象的位置发生改变, 几何信息和属性信息都保持不变。

下面我们重点分析一下规划领域所涉及空间信息的时空变化。

2.1 规划业务中的时空信息

规划业务中涉及大量的空间信息, 有各种比例尺的基础地形图、用地红线图、历史红线、选址红线、正射影像等数据。

在分析这些空间信息变化的特点时, 还有一个重要因素要考虑, 那就是获取空间信息的时间周期。即使空间对象是连续变化的, 但是我们获取该变化信息的周期太长, 不能够准准确表达变化过程, 比如基础地形图中的河流, 我们知道河流是随着时间的推移其河道在逐渐的变化, 是一个连续的过程, 但是这种变化, 在GIS系统中是无法表现出来的, 因为信息获取的手段制约了表达这种变化准确度, 除非是特定的研究水系的GIS才有可能获取实时的河流信息。基础地形图的更新一般都是测绘部门按照一定的时间周期进行更新的, 所以, 我们还是把地形图中的河流变化看作是离散的, 因为在系统中只能以离散的变化体现。

通过对上述空间信息进行分析, 不难看出, 有部分空间信息是要靠测量或者调查更新的, 其空间信息的获取需要有一定的时间周期, 如基础地形图、行政区界等。部分是规划的数据, 其变更是随着规划的变化而改变, 也属于离散变化范畴, 如:控制性规划图、分区规划图等。此外还有一部分图是没有空间坐标信息的, 如:路网图等, 最后我们要讨论的就是红线图了。红线划拨是规划GIS系统的核心数据, 所有红线地块的变化都需要能够在规划信息系统中重现历史状态, 并能够追踪实体的变化过程, 分析红线的变化原因。

2.2 时空数据模型基础——基于事件的时空概念模型

在时态数据库中, 有基于事件的时间表达和基于状态的时间表达, 基于事件的模型用时刻表示事件的发生与结束, 基于状态的模型用时间段来表示状态的整个过程。这两种模型都假设事件是一个状态变化到另外一个状态的过程, 时间是由事件分隔开的状态序列。这样, 我们在记录变化的状态的同时也间接地反映了事件, 记录了事件也就反映了状态的变化。所以, 两种模型实际上时相通的。区别就是, 主要重点表达事件, 还是表达事件引起的状态变化。

事件不但是时空目标状态开始或终结的标志, 而且还是表示状态变化的原因。从这一点上考虑, 基于事件更能有助于进行分析历史, 预测将来。时态地理信息系统的基本目标就是记录和描绘空间实体和现象的变化, 如前所述, 变化可以分为连续变化和离散变化, 对于离散变化, 我们可以把它描述为事件或者事件集。一个事件就是一个或多个实体状态的变化, 包括几何信息和属性信息。将时间理解为事件序列的表现形式, 而时间上的位置成为记录变化的主要组织基础。所有的变化被表达为通过时间的事件序列。事件序列用时间线说明。一条时间线表示从某已知时刻到其它已知后续时刻的实体集。由此便建立起了基于事件的时间模型。从上面分析, 基于事件的模型能够很好的表达离散的时空对象变化, 而我们所要研究的目标, 基本上都复合离散变化的特征, 所以, 基于事件的概念模型是一个好的选择。

2.3 空间数据的多时态管理技术

由于环境的不断改变, 地理数据库也需要不断更新。在很多的实际应用中不但需要浏览数据库中的现势数据, 也要可以回放过去某一时刻某一地理区域当时的情况。这就需要在数据库的设计中考虑数据的时间序列的问题。在数据库的设计中以实体为单位建立时间索引, 数据的变更以实体的变化为事件触发。这样就可以在数据库中将实体的变化全部存储起来, 使用户可以以时间轴上的时间段过滤空间数据, 作到任意时间点数据快速回放。

3 数据库逻辑设计

3.1 数据编码设计

空间数据和属性数据是规划局信息中心基础空间数据库管理系统中紧密联系的两部分, 属性数据的内容有时是直接记录在图形数据文件中, 有时则单独存为一个属性表, 通过关键码与空间图形数据相联系。属性数据包括名称、登记、数据、代码等多种形式, 属性数据编码时将各种属性数据变为计算机接收的数值或字符形式, 以便用于管理信息系统存储管理。

数据编码一般要基于以下三个原则: (1) 管理效率高。即具有较高的计算机录入、检较、存储效率, 具有最高的查找速度。 (2) 适用性好。即符合专业化, 标准化和系统化的要求, 既要完整清晰的表示属性内容, 又具有最小冗余, 并于专业分类体系保持一致。 (3) 便于共享和扩展。可以满足设备和数据更新的要求。

数据编码一般包括三个方面的内容: (1) 登记部分。用来标示属性数据的序号。可以是简单的连续编号, 也可划分不同层次进行顺序编码。 (2) 分类部分。用来标示属性的特征, 可采用多位代码反映多种特征。 (3) 控制部分。通过一定的查错算法, 检查在编码、录入和传输中的错误, 在属性数据量较大的情况下有重要意义。

3.2 时态设计

3.3 无缝集成设计

在GIS应用数据库设计中, 数据的无缝集成是比较关键的, 只有实现了数据的无缝集成, 才能为功能集成打下基础。概括起来, GIS数据集成包括两类, 空间数据的无缝集成和空间数据与属性数据的无缝集成。

空间数据的无缝集成:传统的空间数据都是基于图幅的, 每一图幅以文件的方式存放起来。由于数据生产的系统误差或偶然误差, 在图幅与图幅之间往往存在数据不一致的情况, 如河流在图幅之间发生了错位, 房屋在图幅之间不能闭合等等现象, 我们把这种情况称为“图幅缝隙”。由于数据来源比较复杂, 例如有来自规划局的基础地形图, 有来自国土局的土地利用现状图等。而且数据的格式也多种多样, 有Arc/Info的数据、Auto CAD的数据、Map Info的数据和Map GIS的数据, 各种数据采用的分幅标准也不一样, 有按行政区划分的, 也有按地形图标准分的。因此我们必须解决异构数据的入库问题。

因此我们必须选择支持连续空间数据库模型的空间数据库管理软件, 用户可将整个城市的同一类型数据放到一个连续的层 (Layer) 中, 另外在将各种数据导入到数据库中的时候支持自动拼接功能, 以达到空间数据的无缝集成。

空间数据和属性数据的无缝集成:空间数据和属性数据的无缝集成, 在规划业务上来讲, 也就是如何将规划图形表示与其相关的案件信息高度关联起来, 实现图文一体化的查询的问题。

摘要：本文基于笔者多年来从事城市规划的工作经验, 以GIS在城市规划中的应用为研究对象, 研究探讨了城市规划空间数据库的设计思路, 论文首先分析了规划空间数据库的内容及来源, 进而探讨了城市规划空间数据库中空间对象的时空变化特征, 最后给出了城市规划空间数据库的逻辑设计思路, 全文是笔者长期工作基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：城市规划,空间数据库,空间对象,逻辑设计