规划支持系统并不是传统的计算机技术在规划领域的简单应用,而是将规划自身的基础理论以专业规划模型的形式融入到最为先进的信息技术中。这种模式赋予信息技术以灵魂,能够保证规划理论和知识通过信息技术得到更有效的应用,提高规划编制的效率,并通过先进的可视化技术进行规划成果的最终表达。
目前使用最广的辅助规划工具CAD,Photoshop,ArcGIS。
规划支持系统并不是一个可以替换目前规划师所采用的软件工具的全新的计算机辅助规划技术,而应该是一个集成的有利于规划展开的信息技术框架。他不应该某一个或是某一类技术,而应该是采用所有适合特定规划目的的一系列工具,或者说,是一套松散集成在一起的工具集,其中每个工具在规划过程中实现特定的功能,总体上构成了一套信息技术框架。
他不应该是由众多能够接受原始数据并自动生成规划方案的计算机模型构成的封闭系统,而应该是一套实现规划师、公众、政府之间交互的规划信息框架,包含一系列与现实世界相关的结构性的可利用的而不是原始的数据,同时还包括一整套软件工具用于分析、预测、指定决策。
规划支持系统的发展目标:
1、 系统中的模型应尽可能普遍,而不是尽可能多
2、 系统基于GIS
3、 系统能根据客观条件和主观因素的变化进行快速的反馈
4、 系统应能够揭示规划政策或方案对未来产生的影响
5、 系统应便于公众的参与
6、 系统应便于多个规划方案的生成
终极目标:
1、 各模块集成
2、 可以根据特定任务选择适当的分析预测工具
3、 建立已有的各个尺度的空间或属性数据与分析模型的恰当链接
4、 运行适当的模型来分析不同规划方案或政策实施的效果及影响
5、 以地图、表格、视频、三维可视化等形式同步显示分析或规划结果。
总体上,适合各个尺度、各种数据、各种大小的研究区域,适合各种研究深度。
基本组成要素:
地理系统分析理论、地理信息技术(信息处理、建模、图形显示)、城市模型、专业规划模型(用于决策支持)、可视化技术(用于方案表达)和其它计算机模型。
总体框架:系统四个层次(系统底层、系统应用基础层、系统应用层、统一的用户界面)
系统底层:在geodatabase数据模型的基础上,开发数据库,包括符号库等
系统应用基础层:数据的编辑、表达、常规GIS功能
系统应用层:专业规划模块(空间、生态、交通、市政等)
用户界面:进入各应用层模块的接口
计算机辅助规划cap,不同于cad(计算机辅助设计)侧重于设计,cap侧重数据管理、查询、分析、计算、表达等。Cap有多种形式,包括PSS(规划支持系统)、SDSS(空间决策支持系统)。PSS一般是以GIS和规划专业模型为核心的集成系统,用于实现特定的规划辅助功能,侧重于计算分析和表达,而SDSS侧重于决策的制定。
按目前的城市规划体系,规划的主要业务可分为规划编制和规划管理两大部分。
城市规划管理的主要职责是城市用地的规划和建设工程的管理。这就需要城市规划管理信息系统,实现的主要功能是规划管理而规划支持系统主要用于规划的编制,实现的主要是系统分析和科学决策。
一、地理系统分析理论
现代地理学中的数学方法的内容体系
相关分析 用于分析地理要素之间的相互关系
回归分析 用于拟合地理要素之间的具体的数量关系,预测发展趋势
主成份分析 用于地理要素的因素分析与综合评价研究
投入产出分析 用于产业部门联系分析、劳动地域构成分析、区域相互作用分析
系统动力学方法 用于地理系统的仿真、模拟和预测
遗传算法 用于复杂的非线性地理问题的计算
元胞自动机 用于地理过程的计算机模拟
人工神经网路 用于地理模式识别、地理过程模型和预测、地理系统的优化
系统预测
回归预测:在城市规划研究中主要用于城市人口规模预测、建设用地规模预测、用水量预测、区域物流规划等。
人工神经网路:用于宏观经济预测、产业结构预测、用水量预测、水质评价预测和预警、交通流量预测、土地利用变化预测等。
贝叶斯预测:用于地价走势预测
系统模拟
元胞自动机 用于探讨城市形态及城市动态演化的基本特征,用于城市模拟
基于agent建模(ABM) 用于城市空间演化模拟、城市土地利用模拟、交通模拟等。
系统评价
模糊综合评价
层次分析法 用于确定各种评价指标体系
相关分析 用于确定地理要素之间的关系
聚类分析 用于研究多要素事物分类
主成份分析 揭示变量间的关系,对复杂信息进行提炼
投入产出分析 经济预测
分形理论 研究城市形态和城市增长
系统优化
线性规划 用于交通规划等,得到最优配置
整数规划
多目标规划
动态规划
遗传算法 全局优化
网络分析 最短路径和空间选址
系统决策
风险型决策
效用理论 投资决策
多准则决策
地理系统分析相关软件:
Spss 统计分析软件
其中的,主成分分析、聚类分析、相关分析、回归预测,可用于规划。主要应用:
经济发展情况综合评价、土地利用变化驱动分析、人口增长预测、城市用水量预测等。
Matlab 数值计算软件
其中的,人工神经网络工具箱、小波分析工具箱、最优化工具箱,可用于规划的回归预测、相关分析、模糊综合评价、线性规划、灰色规划。
主要应用:
交通系统规划、经济发展分析、城市给排水管网规划、土地资源评价、城市化水平分析及预测、生态城市评价、城市发展指标体系的建立、环境评价和环境规划、城市需水量预测。
Repast 建模与仿真工具软件
(ABM研究)
城市模拟、城市演变研究。
Vensim 系统动力学软件
解决复杂系统的动态平衡
实例:
中国可持续发展系统动力学仿真模型。
北京市水资源动态预测模型,对人口、产业结构、政策3个约束水资源供需平衡的核心因子进行分析,并将他们的变化趋势做为参数输入到该动力学模型中,进行动态仿真模拟,得到未来北京水资源供需平衡变化的两种典型情景。
对规划数据进行综合分析、深层次的数据发掘的基础上,GIS可以对整个城市的发展趋势做出预测和模拟,为决策提供科学的依据。
GIS用于规划:
公共设施选址、土地适宜性评价、交通网络分析、路径选择、环境和景观评价等
Gis可用于规划的各个环节:
基础资料调查、现状分析、建模预测、方案制定、方案优化选择、规划实施、评价检测与反馈。
在规划中使用GIS,可在基础资料调查方面节省大量的时间,利用GIS的强大的空间数据存储、处理能力,可以对土地现状进行分析,将土地开发现状和土地适宜条件向叠合,找出土地开发与环境不相适应的位置;利用GIS建模与预测功能能够模拟规划远景方案,并通过优化模型、多准则决策分析与GIS的结合进行方案比选和制定;在规划实施过程中,GIS可对开发项目的环境影响进行评价,对如何减轻环境影响提出政策上的建议;最后,GIS与RS的结合可以实现对土地利用和环境变化的检测,从而实现对规划的反馈和评价。
RS用于规划:
三维数字地图、土地类型
城市空间信息现状分析、城市变化检测、规划实施监督。
城市空间信息现状分析包括:城镇体系分析、城市内部用地结构分析、建筑密度与建设容积率分析、城市环境污染分析等。
城市模型:
发展阶段:
一、城市形态结构模型阶段
二、静态城市模型阶段1、城市统计模型 2、空间相互作用模型
三、动态城市模型阶段 1、系统动力学城市模型
2、离散动力学城市模型
(1)基于元胞自动机的城市模型
(2)基于分形理论的城市模型
常用的城市模型:
CUF
Ubansim
专业规划模型
1、 空间相互作用模型
引力模型 影像力模型
Clark模型 人口分布模型
2、 区位模型
韦伯区位 工厂选址和设施选址
帕兰德区位 市场竞争
3、 区域结构模型
4、 生态环境模型
(1) 非点源污染模型
USLE(土壤流失方程) 模拟土壤流失的经验模型
Weep 土壤侵蚀模型
(2) 水质模型
(3) 地下水模型
(4) 景观生态学模型
(5) 大气污染扩散模型
5、 城市经济模型
(1) 城市经济增长模型
(2) 空间经济学模型
6、 人口模型
马尔萨斯人口模型
罗杰斯蒂人口模型
7、 交通模型
宏观交通流模型
(1) 出行时间模型
(2) 一般路网模型
8、 市政模型
管网模型
雨水径流模型
能源模型
国际典型系统
Index 规划方案评价
Whatif 情景式规划
土地适宜性评价
土地利用需求分析
土地利用需求分配
Community Viz 交互式分析、3D环境
Citygreen 森林绿地规划研究
GB-QUEST 对未来情景预测、与游戏结合