GIS在历史文化街区保护规划中的应用

■原雅捷 ■广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060

地理信息系统空间数据库的特点相比传统编制技术具有某些优势，这使其在历史文化街区保护规划中的应用具有可能性;传统历史文化街区保护规划编制的特点及其不足，使GIS应用的研究具有必要性。本文将从数据和数据库的角度论述GIS空间数据库在历史文化街区保护规划中的应用。

1 相关数据基础

1．1 保护规划涉及数据的类型

根据空间数据的性质，GIS应用于保护规划的相关数据可分为三个主要类型：图形数据、属性数据和图像数据。图形数据包括建筑、街巷道路、研究范围等，存储着地理实体在坐标系的位置以及实体间的空间关系;属性数据包括建筑的功能、风貌、年代、层数、占地面积等［1］，存储着地理实体的名称、类型、特性等定性信息，以及数量和等级等定量信息。

根据存储类型，GIS在保护规划中应用的数据可分为栅格数据、矢量数据、文本表格数据和音频视频数据等。通常采用矢量数据来描述空间图形，以栅格数据存储图像和描述地形信息。另外，使用图形数据生成的矢量数据还可按要素类型分为点、线和多边形等。点要素主要包括古树、古井等小型环境要素，线要素主要指道路空间轴线，多边形要素主要包括建筑单体、院落、街区等涉及面积的空间要素。

1．2 数据的采集与处理方法

原始数据的采集方式主要有：文献资料查阅、现状地形图与相关规划资料、口述历史、实地踏勘与调查等。首先将前期采集到的图形数据输入到GIS空间数据库中，然后将属性数据链接到图形数据中，完成GIS空间数据库的建立。图形数据主要为CAD绘制的线条，需要分层导入空间数据库。属性数据一般存储在Excel中，链接进入数据库、输出并完成字段编辑才能转为GIS分析可用的数据格式。

2 空间数据库设计

数据库设计就是将地理实体和信息进行抽象化。现实世界到计算机世界的中间层叫做概念模型［2］，数据库的概念模型设计包括需求分析、数据分析和专题图层设计三个方面［3］。

需求分析方面，按照历史文化街区保护规划编制的流程，将规划编制的主要内容总结归纳为现状数据查询和简单分析、深入研究并辅助规划决策、多方案比选、成果表达和输出等需求。

数据分析方面，根据系统功能和数据需求，筛选需要入库的现状数据。历史文化街区保护规划的现状数据从内容逻辑上可分为自然环境数据、城市空间数据、历史资源数据、规划边界数据等若干类型。

专题图层设计方面，应根据每个历史文化街区保护的任务要求和设计管理等需求，决定其空间数据库专题图层设计的差异。

3 空间数据库在历史文化街区保护规划中的应用

3．1 图形显示与属性查询

根据分层设色原理，图形数据在GIS软件界面中可以直观显示并可根据数据类型的不同，按照不同的符号或色带进行区分显示，还可将图形的属性数据按照柱状图、饼状图等方式直接显示在图形的位置上。

属性查询的实现则由简到难依次为综合识别要素、通过属性查询要素、通过空间查询要素等三种方式。

综合识别要素：使用基础工具中的识别工具(identify)可以直接查询图形的各类属性。具体做法为：选择识别工具，然后在地图上点击想要查询属性的对象，被选中的对象高亮闪烁，同时弹出相应的属性信息窗口。

通过属性查询要素：由于历史文化街区数据库要素和属性数据量较大，直接查询某一个要素很难满足进一步分析的需求，因此可使用GIS中的结构化查询语言(Structured Query Language，SQL)，选择特定图层中满足相应条件的对象，可以准确快速地筛选和查询特定属性。例如，在现状建筑图层中，输入使用功能等于办公的查询语言，符合条件的现状建筑被蓝色圈选，同时可在属性表中查看其他属性，实现空间特征和属性特征的联合查询。

通过空间查询要素：根据目标图层和源图层的空间位置关系，可以选择满足特定空间关系的对象，可实现进一步分析的需求，具体的空间关系包括相交、内部、包含、共边、中心点在内部等等。例如，先选择一个街区，然后通过中心点在内部的空间关系，可选中位于该街区内部的所有现状院落。GIS对海量信息的存储和查询功能，是实现历史文化街区保护规划编制数据分析和管理的基础。

3．2 简单的数据统计

按照查询功能，定义某种查询条件，在此基础上进行数学计算和统计，可生成和输出简单的数据统计结果，并转化为图表显示。例如，统计历史文化街区内面积超过50㎡的建筑的个数，还可以进一步以此筛选结果为对象，统计其中不同功能建筑的比例，并生成柱状图表达。对数据的定量统计功能可提高保护规划编制的精确性和可操作性。例如在历史文化街区保护规划的经济测算中，可根据方案统计各地块的拆迁量，进而算出方案的实施成本，对不同方案进行综合比较选择;还可以结合数学模型进行二次开发，计算开发强度［4］。

3．3 利用空间分析辅助决策

GIS强大的空间分析能力是其区别于CAD和科学计算可视化的特有功能［5］。栅格型数据和矢量型数据使用不同的空间分析方法，前者包括聚合分析、复合分析、统计分析和量算等，后者包括缓冲区分析、包含分析、叠加分析、网络分析、泰森多边形分析和数据量算等。ArcGIS还集成了多个分析模块，如空间分析、3D分析、地统计分析、网络分析、跟踪分析等，可直接展开专题性更强的多种空间分析［1］。

GIS在历史文化街区保护规划中应用时，主要使用到的空间分析方法包括：栅格数据的统计分析和量算，矢量数据的缓冲区分析、包含分析、叠加分析和数据量算，以及空间分析模块和3D分析模块中的多项分析功能。

另外，将相关数学模型嵌入GIS系统，可与GIS的空间分析结合，实现更多方面的分析研究。最常用的是使用多因子综合评价模型评价历史文化街区建筑价值。

GIS空间分析功能的优势，可以综合考虑和叠加分析多种限制条件，避免规划中完全使用认为主观判断的方法，提高规划决策的科学性。例如，利用GIS现状基础数据，规划者采取不同的分析决策，可提出不同的保护与整治方式;对肌理和建筑高度控制的研究，则是在定量化和三维层面的拓展。

3．4 成果输出与动态维护

将分析结果按照图层顺序叠加，并设置显示效果，可快速生成多种专项分析图以及相应格式的规划图则。

在GIS数据库中，基于第一次规划建立的数据分析体系，定期对历史文化街区每一个小尺度户籍单元进行即时更新，可方便后续分析调整和成果修改，为快速实现渐进性更新和可持续保护提供技术支持，并使持续整治和动态保护成为可能。

4 结语

本文介绍了GIS在历史文化街区保护规划编制中应用的核心技术，即数据特点与采集方法、数据库设计方法，然后对GIS在保护规划编制中的几个主要应用方向进行详细阐述。本文主要结论为：在历史文化街区保护规划编制工作中，GIS数据库可应用于图形可视化、属性信息查询、数据定量统计、更深入的空间分析辅助决策，以及成果输出和后续维护等方面。

［1］汤国安．地理信息系统空间分析实验教程［M］．上海：科学出版社，2006．

［2］王珊，陈虹．数据库系统原理教程［M］．北京：清华大学出版社，2008．

［3］胡明星，金超．基于GIS的历史文化名城保护体系应用研究［M］．南京：东南大学出版社，2012．

［4］李佳伶．基于ArcGIS的历史街区建筑保护更新模式研究［D］：［硕士学位论文］．长沙：湖南科技大学建筑与城乡规划学院，2010．

［5］艾丽双．三维可视化GIS在城市规划中的应用研究［D］：［硕士学位论文］．北京：清华大学建筑学院，2004．