『規劃師的ArcGIS應用手冊』- 3S技術在規劃設計中的應用
來自專欄規劃師的ArcGIS應用手冊
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不知不覺間月月小鳥已堅持了快三個月，『規劃師的ArcGIS應用手冊』也在不斷地充實和完善。試著來個小結，針對3S技術在城市規劃設計中應用展開全面研究和探索，試圖在城市規劃設計工作中構建相對完整和系統的3S技術服務框架體系。寫的不好，還請見諒。感謝支持，歡迎討論！
1. 數據準備
1.1 衛星影像
作為規劃設計者對此數據並不會感到陌生，獲取途徑也很多（甲方提供或網上下載），使用任何一款地圖下載器都可輕鬆獲取。需要說明的是，一張具有準確坐標信息的高清衛星影像將會為你後續工作帶來極大便利，筆者推薦使用標籤圖像文件格式（TIFF）文件的衛星影像。
示例影像，相關信息如下：空間參考GCS_WGS_1984；基準面D_WGS_1984；左上角經緯度（117.893525061，24.4338023221）；右下角經緯度（118.122178015，24.2921816861）；解析度0.6米/像素。
1.2 遙感影像
遙感數據的獲取是太陽輻射經大氣層到達地面被地物反射後再次穿過大氣層被遙感感測器接收，根據遙感平台的高度可以分為航天遙感、衛星遙感和地面遙感三種。城市規劃主要使用的是衛星遙感數據，常見的數據來源有LANDSAT數據、SPOT數據、RADARSAT數據、ASTER數據以及高解析度衛星數據等，其中以LANDSAT數據最為普遍。目前國內較權威的衛星遙感數據均來自地理空間數據云共享，獲取方式分免費下載和商業購買兩種。
目前城市規劃中常用的遙感數據來自LANDSAT-7/LANDSAT-8衛星，數據信息如下：空間參考GCS_WGS_1984、基準面D_WGS_1984、解析度30米。
1.3 DEM高程數據
將流域劃分為m 行n列的四邊形並計算每個四邊形的平均高程,然後以二維矩陣的方式存儲高程。DEM是數字高程模型是研究分析地形、流域、地物識別的重要原始資料，能夠反映一定解析度的局部地形特徵；通過DEM可提取大量的地表形態信息，包含流域網格單元的坡度、坡向以及單元格之間關係等。
目前城市規劃中常用DEM高程數據來源有地理空間數據云和地理國情監測雲平台等，常用DEM高程數據信息如下：空間參考GCS_WGS_1984、基準面D_WGS_1984、解析度30米。
1.4 地圖POI數據
地圖軟體針對人們日常生活比較關心的幾類POI（如銀行、餐飲、景點、賓館等）提供了更為詳盡的信息，包含名稱、分類、地址和電話等。目前城市規劃中較為常用的地圖POI數據，主要源自百度地圖和高德地圖。
2. 前期設計
本階段主要關注的是現狀調研的成果整理和基礎地形的分析處理，推薦的應用場景有：衛星影像、基礎地形和遙感影像。（見下表）
2.1 衛星影像
衛星影像與測繪CAD進行坐標變換並配准，打通傳統測繪數據和衛星遙感數據的互轉通道；有效避免了傳統規劃設計處理手法中，CAD地形圖與衛星影像無法精確配準的問題。如圖4所示：
基於高清衛星影像的工作底圖，利用GPS的位置採集技術將調研中拍攝的照片數據在底圖上進行空間落位；結合Arc-GIS軟體平台中可視化展示，構建現狀調研資料庫、繪製精準的現狀調研路線圖。使用常見的內置GPS設備（智能手機或無人機等）即可輕鬆實現，如圖5、圖6所示：
2.2 基礎地形
在尚未獲取測繪高程數據或者規劃範圍數據不齊全的前期研究階段，可基於DEM高程數據完成高程、坡度和坡向分析，構建規劃區及周邊的地表模型，模擬區域地表徑流，描繪河流水系現狀。規劃區開發強度越低，現狀水系與理論河網的契合度則越高。如圖7、圖8所示：
2.3 遙感影像
深度挖掘遙感影像數據中在城市規劃中的效用，推薦的應用場景有：歷史影像圖、用地解譯、城市空間演變、地表溫度和水質污染監測等。
歷史影像的處理，通常選用「一年一景」或「五年一景」（如圖9）；用地解譯可根據需求進行分類，常見的可簡單分為建設用地、林地、耕地和水系（如圖10）；城市空間演變是對各景解譯結果進行增減比對分析和和性質變更分析，構建用地變化轉移矩陣（見表3）；地表溫度解析和水質污染監測是遙感技術的拓展應用，適用於較大空間區域的水平監測和質量評估（如圖11）。
3. 方案構思
本階段主要關注的是水文、植被、生態等因子對方案布局的影響，推薦的應用場景有：水文分析、「源-匯」分析、生態承載力和建設條件分析。（見下表）
3.1 水文分析
經過「填窪分析——流向分析——流量分析」的過程，提取河流網路並劃分流域範圍；劃定河網等級，提取山體的泄洪通道和現狀乾枯的河流；完善水敏感性分析，指導「水生態文明」和「海綿城市」的建設；完善河流匯水面積和水量測算，實現濕地和水庫的選址優化。（如圖12）
3.2 源-匯分析
通過生態阻力分析和自髮廊道等分析，構建影響因子相互作用矩陣和最小阻力模型，明確生態廊道及廊道間的相對重要性。有理有據地闡明規劃設計中保留和建設生態廊道的必要性，而不再僅僅是依託上位規劃需求論或項目經驗總結論等設計者「拍腦袋」得到的結果。（如圖13）
PS：圖片引自論文《城市生態源功能視角下的源匯格局分析——以大黃堡濕地作用下的武清區為例》
3.3 生態承載分析
基於生態足跡和生態承載力的計算，評估區域可持續發展的狀態。常見的評價指標包含：生態盈餘或生態赤字、生態足跡指數（EFI）等。
0 ＜ EFI＜100%時，區域處於可持續發展狀態；-100% ＜ EFI＜0時，區域處於不可持續發展狀態；EFI＜-100%時，區域處於嚴重不可持續發展狀態。
3.4 建設條件分析
通過對影響因子「分項評價、加權疊加」的手法，開展區域生態敏感性和用地適宜性研究；利用生態安全格局分析的手法，劃定城市增長邊界。（如圖15）
4. 方案評估
本階段主要關注的是如何論證方案的合理性，藉助Arc-GIS分析軟體、City Engine建模軟體以及建築環境模擬軟體，對設計方案進行多維度評價。推薦的應用場景有：土地價值、交通網路、三維分析和環境分析。（見下表）
4.1 土地價值
開展地塊價值研究，將地塊價值作為分解落實開發量的基本依據；[4]同時引入片區綜合承載力測算模型，開展涵蓋交通承載力、公共設施承載力、環境承載力以及市政基礎設施承載力等內容的研究。（如圖16）
PS：圖片引自論文《基於開發強度指標體系構建的土地價值分析——以烏魯木齊市新市區高新區部分片區控制性詳細規劃為例》
4.2 交通網路
討論城市之間的外部關聯度、劃定城市基礎設施服務範圍，對現狀及規劃的交通網路進行評價、開展交通的可達性和最短距離分析。（如圖17）
4.3 三維分析
利用City-Engine進行參數化建模，實現多方案空間比選；結合Arc-GIS軟體在規劃設計項目的應用，設計了觀測位置（點、線、面）可視性分析、基於山體背景的地塊建築限高研究以及城市天際線等應用模塊。（如圖18、圖19）
4.4 環境分析
利用CFD、CadnaA/W、Fluent、Ecotect等環境模擬軟體，開展風環境、雜訊環境、熱島、日照和採光等模擬研究，對規劃設計核心地塊或某個標誌性建築群進行多緯度綜合評價。推薦的應用場景有：風環境模擬、雜訊環境模擬、熱島模擬、日照模擬和建築內部採光模擬等。（如圖20）
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