前言

　　隨著數(shù)字地球和數(shù)字城市等概念的提出，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃與管理面臨著巨大的挑戰(zhàn)。如何在未來(lái)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)管理中應(yīng)用好新理念、新技術(shù)，不斷提高城市規(guī)劃管理的科技含量，以適應(yīng)現(xiàn)代城市建設(shè)與發(fā)展的需要，這是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。數(shù)字城市規(guī)劃理念正是在這一背景下提出的，研究數(shù)字城市規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

　　一、數(shù)字城市與數(shù)字城市規(guī)劃

　　（一）數(shù)字城市

　　Al.Gore在提出“數(shù)字地球”概念之后，又于1998年9月提出了“數(shù)字化舒適社區(qū)建設(shè)”，即“數(shù)字城市”建設(shè)的建議。[1]目前各類有關(guān)數(shù)字城市的叫法名目眾多，有“數(shù)碼城市”、“信息城市”、“信息港”等等，這些名稱從不同的著眼點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)對(duì)“數(shù)字城市”進(jìn)行認(rèn)識(shí)和理解，側(cè)重點(diǎn)有所不同。就目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，數(shù)字城市仍然還是一個(gè)正在發(fā)展和演變的概念。數(shù)字城市的建立，使城市規(guī)劃所需要的一切信息通過(guò)數(shù)字技術(shù)表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)數(shù)字城市提供的多種分析手段和模型，對(duì)城市現(xiàn)象進(jìn)行更多的定量分析，從而進(jìn)一步提高規(guī)劃的科學(xué)性、可操作性和前瞻性。

　　（二）數(shù)字城市規(guī)劃

　　數(shù)字城市規(guī)劃（Digital Urban Planning）是傳統(tǒng)城市規(guī)劃理論與方法和現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是在實(shí)際應(yīng)用中逐步形成的城市規(guī)劃理論和方法，以及在此基礎(chǔ)上形成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是數(shù)字城市中的一個(gè)重要的組成部分。[2]數(shù)字城市規(guī)劃使得以前的單一目標(biāo)的靜態(tài)規(guī)劃模式向多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模式方向發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)、社會(huì)與環(huán)境空間一體化的整體優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)，提高了城市規(guī)劃中的城市居民參與程度、規(guī)劃與管理的科學(xué)化程度，從而達(dá)到理論與實(shí)際的最佳吻合點(diǎn)，不是城市規(guī)劃要素、城市規(guī)劃理論與方法、城市規(guī)劃過(guò)程的簡(jiǎn)單數(shù)字化，而是它們之間的有機(jī)結(jié)合。數(shù)字城市規(guī)劃的發(fā)展還依賴于城市規(guī)劃理論與方法的不斷革新和其支撐技術(shù)體系的逐步完善，而且城市規(guī)劃理論方法與關(guān)鍵技術(shù)體系相互促進(jìn)、相互影響，見(jiàn)圖1-1。

　　二、數(shù)字城市規(guī)劃信息獲取關(guān)鍵技術(shù)

　　數(shù)字城市規(guī)劃可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，從各種各樣的信息提供方那里獲取到豐富的信息，同時(shí)，所得到的信息將具有很強(qiáng)的技術(shù)性，對(duì)于這些信息的有效獲取，需要建立在對(duì)其相應(yīng)的技術(shù)有一定的了解的基礎(chǔ)上。

　　（一）遙感技術(shù)

　　遙感技術(shù)不僅可以獲取有形的信息，例如房屋建筑道路綠地等人工地物，而且可以獲取無(wú)形的信息，例如城市熱島效應(yīng)、交通流量等等。[3]遙感技術(shù)所獲取的信息具有宏觀性、綜合性、動(dòng)態(tài)性和多源性等特性。目前，遙感技術(shù)正走向集多種傳感器、多級(jí)分辨率、多譜段和多時(shí)相為一體并形成以獲取信息為主，可以進(jìn)行信息處理和信息應(yīng)用的綜合信息流程，具有信息獲取的瞬時(shí)性、信息的豐富性和信息的周期性等特點(diǎn)，遙感技術(shù)也是獲取和更新城市地理信息的一種重要手段。

　?。ǘ〨PS技術(shù)

　　衛(wèi)星定位技術(shù)由于其自動(dòng)化程度高、全天候全天時(shí)作業(yè)、定位快速而精確等特點(diǎn)，已經(jīng)給測(cè)繪技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化，在數(shù)字城市規(guī)劃中將發(fā)揮巨大的作用。首先，大量城市遙感信息的精確定標(biāo)工作、城市地籍信息的測(cè)量工作、城市數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作，都離不開(kāi)衛(wèi)星定位技術(shù)，數(shù)字城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)必須應(yīng)用GPS技術(shù)。在數(shù)字城市規(guī)劃的信息獲取過(guò)程中，也直接利用GPS技術(shù)。GPS技術(shù)在數(shù)字城市規(guī)劃空間信息獲取中的應(yīng)用價(jià)值，主要表現(xiàn)在：

　　1.建立城市空間參考基準(zhǔn)

　　2.應(yīng)用于航空攝影測(cè)量中

　　3.應(yīng)用于地面測(cè)繪中

　　4.GPS與RS結(jié)合應(yīng)用

　?。ㄈ┑孛鏀?shù)字測(cè)量技術(shù)

　　與遙感技術(shù)相比較，地面數(shù)字測(cè)量（Ground Digital Measurement）技術(shù)可以獲取精度更高的平面信息和三維信息，與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，地面數(shù)字測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量所得為數(shù)字化信息、工作效率高等特點(diǎn)，本文重點(diǎn)介紹三維激光掃描技術(shù)與全站儀測(cè)量技術(shù)，這些技術(shù)相應(yīng)的儀器可以像GPS接收機(jī)一樣，成為數(shù)字城市規(guī)劃獲取信息的有效工具，輔助數(shù)字城市規(guī)劃完成必要的實(shí)地信息收集。

　　1.三維激光掃描技術(shù)

　　三維激光掃描可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作，并直接將各種大型的、復(fù)雜的實(shí)體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)，同時(shí)，它所采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可進(jìn)行各種后處理工作，它是各種面向工程工具的對(duì)稱應(yīng)用工具，即：逆向工程工具。所有采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及三維建模數(shù)據(jù)都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口格式轉(zhuǎn)換給各種正向工程軟件直接使用。

　　2.全站儀測(cè)量技術(shù)

　　全站儀（Electronic Total Station），即全站型電子速測(cè)儀，是一種地面測(cè)繪儀器，利用它可以同時(shí)測(cè)定某一點(diǎn)的平面位置和高程，可用于地形圖測(cè)繪等工作。全站型電子速測(cè)儀是由電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等組成，它本身就是一個(gè)帶有特殊功能的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

　?。ㄋ模v史數(shù)據(jù)數(shù)字化處理技術(shù)

　　以傳統(tǒng)方法測(cè)繪的各種比例尺的地形圖、公用設(shè)施分布圖等必須經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理，進(jìn)行分類編碼、制作成矢量圖，然后通過(guò)整飾，編制現(xiàn)狀專題圖等。這種數(shù)字化處理可以采用鍵盤輸入數(shù)字化、手扶跟蹤數(shù)字化和掃描數(shù)字化等方式。

　　1.鍵盤輸入數(shù)字化

　　鍵盤輸入數(shù)字化建立在對(duì)空間信息的坐標(biāo)定位上，需要明確知道空間信息的每一個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)信息。這種方法精度高、成本低，但是勞動(dòng)密集程度高、工作量大、效率低。因此只適用于較小局部范圍空間信息的數(shù)字化。

　　2.手扶跟蹤數(shù)字化

　　手扶跟蹤數(shù)字化，可以直接獲取矢量數(shù)據(jù)。用數(shù)字化儀跟蹤紙介質(zhì)圖形中的點(diǎn)、線等信息，通過(guò)數(shù)字化軟件實(shí)現(xiàn)圖形信息向數(shù)字化信息的轉(zhuǎn)換。

　　3.掃描數(shù)字化

　　掃描數(shù)字化是通過(guò)掃描儀對(duì)紙介質(zhì)圖形的掃描、識(shí)別，而獲得信息并存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，工作效率是目前此類數(shù)字化方式中最快捷的一種，但是難以解決特殊地物的識(shí)別和文字的識(shí)別以及對(duì)不同屬性信息進(jìn)行分層處理。因此，這種方法的應(yīng)用受到限制，需要進(jìn)一步探討解決。

　?。ㄎ澹┪锫?lián)網(wǎng)與RFID技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)是指把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，將通過(guò)感應(yīng)器獲得的信息實(shí)時(shí)地與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，是具有標(biāo)識(shí)、感知和智能處理能力的物體基于通信技術(shù)相互連接形成的網(wǎng)絡(luò)，這些物體可以在無(wú)需人工干預(yù)的條件下實(shí)現(xiàn)協(xié)同和互動(dòng)，目的在于為人們提供智慧和集約的服務(wù)。[4,5] 其中RFID是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一?；赗FID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要有三個(gè)層次，一是數(shù)據(jù)的感知層，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)對(duì)“物”的識(shí)別，以獲取相關(guān)信息；二是數(shù)據(jù)的傳輸層，通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算；三是應(yīng)用層，可借助現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)平臺(tái)及相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)。就數(shù)字城市規(guī)劃來(lái)說(shuō)，利用RFID技術(shù)組建物聯(lián)網(wǎng)，可以將有關(guān)城市發(fā)展的各種信息通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)整合，為數(shù)字城市規(guī)劃及管理提供更為科學(xué)、更加有效的數(shù)據(jù)支持。

　　三、數(shù)字城市規(guī)劃信息處理關(guān)鍵技術(shù)

　?。ㄒ唬┑乩硇畔⑾到y(tǒng)技術(shù)

　　地理信息系統(tǒng)（GIS,Geographic Information System）是管理和分析空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它有兩個(gè)關(guān)鍵詞，其一為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其二為空間數(shù)據(jù)。[6]間數(shù)據(jù)的管理可以視為空間數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，GIS的空間數(shù)據(jù)分析功能對(duì)于數(shù)字城市規(guī)劃意義重大，也是本文將GIS技術(shù)列入數(shù)字城市規(guī)劃信息處理的技術(shù)方法的原因。對(duì)于數(shù)字城市規(guī)劃而言，可以將GIS技術(shù)作為整個(gè)數(shù)字城市規(guī)劃的信息平臺(tái)，其他技術(shù)通過(guò)與GIS技術(shù)有效集成，進(jìn)而共同構(gòu)成數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法體系。

　?。ǘ┤S可視化及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

　　空間信息三維可視化（3D Visualization）是信息與人交互的窗口和工具，通過(guò)空間信息可視化技術(shù)，為分析和查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)展現(xiàn)了新的視野，也有助于發(fā)現(xiàn)隱藏在其中的信息，實(shí)現(xiàn)城市空間信息可視化的關(guān)鍵在于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)是近年來(lái)十分活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，它集成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真、人工智能、電子等科學(xué)技術(shù)，來(lái)營(yíng)造一個(gè)使人感覺(jué)置身于真正的現(xiàn)實(shí)世界中的環(huán)境，可以作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市規(guī)劃與人交互的窗口和工具。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有立體感的視覺(jué)效果，給人以存在感，可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、形體、手勢(shì)或口令等進(jìn)行多重感知，還可以動(dòng)態(tài)顯示。

　?。ㄈ〤AD技術(shù)

　　目前為止，在城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不會(huì)使用CAD軟件的人可以說(shuō)是寥寥無(wú)幾。CAD作為規(guī)劃圖紙繪制的重要技術(shù)手段而存在，同時(shí)，有大量電子的圖紙資料也是以CAD文件的形式存在的。[7]由于CAD技術(shù)被廣泛的掌握，在今后的城市規(guī)劃中，它將繼續(xù)得到普遍的應(yīng)用。

　?。ㄋ模┛臻g數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

　　數(shù)字城市規(guī)劃在從數(shù)字城市各數(shù)據(jù)庫(kù)獲取信息的同時(shí)，也需要建立自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所獲取的各種信息進(jìn)行有效的管理，同時(shí)也對(duì)各種處理方法所得過(guò)程信息和成果信息進(jìn)行管理，在進(jìn)行各種信息獲取和處理的時(shí)候就應(yīng)該同時(shí)考慮建立數(shù)據(jù)庫(kù)的問(wèn)題。對(duì)于數(shù)字城市規(guī)劃而言，獲取和處理的數(shù)據(jù)多為空間數(shù)據(jù)，因此需要建立的數(shù)據(jù)庫(kù)以空間數(shù)據(jù)庫(kù)（Spatial Database）為主?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)具有數(shù)據(jù)量龐大、訪問(wèn)性可靠、空間數(shù)據(jù)模型復(fù)雜等特點(diǎn)，符合數(shù)字城市規(guī)劃中對(duì)數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)的要求。

　　四、數(shù)字城市規(guī)劃信息表達(dá)關(guān)鍵技術(shù)

　?。ㄒ唬╇娮游臋n技術(shù)

　　為了與傳統(tǒng)城市規(guī)劃進(jìn)行必要的銜接，數(shù)字城市規(guī)劃的成果也需要包括規(guī)劃文本、規(guī)劃附件等內(nèi)容。為了便于成果應(yīng)用、便于數(shù)字城市文檔數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展，上述文檔不應(yīng)該僅僅保持目前的紙介質(zhì)的文檔形式，而應(yīng)該以電子文檔（Digital Document）為主。電子文檔的格式可以根據(jù)所規(guī)劃城市的數(shù)字城市文檔數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)與類型進(jìn)行確定，通?？赡馨壳氨容^流行的超媒體文檔形式html、兼容性文檔格式PDF、MS通用文檔形式DOC或RTF、MS報(bào)告文檔形式PPT、以及最為簡(jiǎn)單的純文本形式TXT等。

　　（二）數(shù)字地圖技術(shù)

　　規(guī)劃圖紙是非常直觀的規(guī)劃成果表現(xiàn)形式，如果說(shuō)規(guī)劃文本與說(shuō)明書只是規(guī)劃思想與方案的概念描述的話，規(guī)劃圖紙則是規(guī)劃思想與方案在空間上的具體布局。在數(shù)字城市的背景下，基于數(shù)字城市信息基礎(chǔ)設(shè)施與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)規(guī)劃圖紙是非常直觀的規(guī)劃成果表現(xiàn)形式，如果說(shuō)規(guī)劃文本與說(shuō)明書只是規(guī)劃思想與方案的概念描述的話，規(guī)劃圖紙則是規(guī)劃思想與方案在空間上的具體布局。

　?。ㄈ┤S可視化模型技術(shù)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3D-GIS技術(shù)、虛擬GIS技術(shù)都屬于數(shù)字城市規(guī)劃三維可視化模型（3D Visual Model）技術(shù)的范疇。[8]利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成一個(gè)在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多方面都比較逼真的城市三維空間，為操作者提供一種身臨其境的感覺(jué)，以便于進(jìn)行城市規(guī)劃方案合理性的評(píng)價(jià)、建筑物視覺(jué)效果的鑒賞等，這無(wú)疑對(duì)數(shù)字城市規(guī)劃規(guī)劃成果的表達(dá)是非常有意義的。同時(shí)，3D-GIS技術(shù)也可以建立三維可視化模型，而且，虛擬GIS也是GIS的一個(gè)重要發(fā)展方向，也就是說(shuō)，GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也有結(jié)合應(yīng)用、趨同發(fā)展的趨勢(shì)。

　　五、數(shù)字城市規(guī)劃技術(shù)方法發(fā)展展望

　　目前對(duì)于數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法的探討可以說(shuō)是剛剛起步，還是非常有限的，關(guān)于數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法的研究有待進(jìn)一步深入是毫無(wú)疑問(wèn)的。多種技術(shù)方法在本論文中都僅僅是點(diǎn)到為止，技術(shù)方法綜合應(yīng)用的實(shí)踐也非常有限，所建立的技術(shù)方法體系也可以進(jìn)一步討論。數(shù)字城市規(guī)劃的技術(shù)方法的深入研究是與多個(gè)方面都密切相關(guān)的，從以下幾個(gè)方面做出努力都是有利于技術(shù)方法的深入發(fā)展。

　　一、技術(shù)方法的深入研究需要盡可能的結(jié)合規(guī)劃實(shí)踐。規(guī)劃實(shí)踐可以為技術(shù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、提出明確目標(biāo)、甚至激發(fā)無(wú)限靈感，結(jié)合規(guī)劃實(shí)踐進(jìn)行技術(shù)方法的研究可以避免就技術(shù)論技術(shù)的空洞，也可以提高技術(shù)方法的實(shí)踐價(jià)值，技術(shù)方法在規(guī)劃實(shí)踐中真正發(fā)揮作用是進(jìn)行技術(shù)方法研究的根本目的，技術(shù)研究的成果需要經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)才能得到認(rèn)可和推廣。

　　二、技術(shù)方法的深入研究需要致力于提高技術(shù)方法所能產(chǎn)生的信息量，信息量是信息論的一個(gè)重要概念，信息論規(guī)定“信息是減少可能事件出現(xiàn)的不確定性的量度，信息量等于消除的不確定性的數(shù)量。對(duì)于認(rèn)識(shí)主體來(lái)說(shuō)，如果他（它）在接受信息后，一點(diǎn)不確定性都消除不了，那么信息量就最?。ǖ扔诹悖?，如果他（它）在接受信息后，所有的不確定性都消除了，則信息量為最大。”對(duì)于數(shù)字城市規(guī)劃而言，信息獲取、信息處理和信息表達(dá)的過(guò)程都是減少不確定性的過(guò)程，都涉及信息量的問(wèn)題。通過(guò)信息獲取，可以減少對(duì)現(xiàn)狀的不確定性，通過(guò)信息處理，可以產(chǎn)生新信息、提高信息管理的不確定性，通過(guò)信息表達(dá)，可以將規(guī)劃成果提交給規(guī)劃管理等部門，從而減少實(shí)踐中的不確定性。

　　三、技術(shù)方法的深入研究需要立足于數(shù)字城市規(guī)劃的深入研究。數(shù)字城市規(guī)劃的研究包括理論研究、技術(shù)方法研究和規(guī)劃實(shí)踐等，技術(shù)方法作為其中一個(gè)組成部分與其他方面密切相關(guān)、相輔相成，數(shù)字城市規(guī)劃的深入研究為技術(shù)方法的深入研究提供方向指引、理論指導(dǎo)和實(shí)踐舞臺(tái)，將技術(shù)方法置于數(shù)字城市規(guī)劃的大前提下進(jìn)行研究也是將技術(shù)方法融入到城市規(guī)劃中的必由之路。