“多规合一”背景下古建筑规划保护辅助审批系统应用研究
——以东莞市古建筑为例
2021-02-25钱乐祥吴志峰陈颖彪李安敬许英明
覃 俊 钱乐祥* 吴志峰 陈颖彪 李安敬 周 芬 许英明
1(广州大学地理科学学院 广东 广州 510006)2(广州市昱安信息技术有限公司 广东 广州 510663)3(广东南方数码科技股份有限公司 广东 广州 510665)
0 引 言
历史古建筑损毁主要归因于:① 被侵占挤压,导致环境变化,加剧古建筑建材材质老化;② 人们物质生活水平提高,无法满足生活需求,被遗弃或拆除;③ 部分古建筑保护级别太低,属于城市改造规划范围内;④ 修缮、保护措施存在局限性;⑤ 自然灾害等。针对以上问题,学者开展了大量实地保护相关研究[1-5]。然而,实物保护受限于其生命周期,无法永久保存[6],古建筑数字化在保护、展示和辅助修缮[7]等方面逐渐成为研究热点,并随着激光测绘[8-10]、倾斜摄影测量[11]、BIM[12]等技术的发展,古建筑数字化体系趋于完善。同时,由于古建筑保护与开发利用多以政策导向为主要驱动力,城市规划管理部门和文物管理部门对古建筑的保护与开发利用起决定性作用。近年来,新的城市总体规划和控制性详细规划方案层出不穷,国家对文物保护的重视程度也与日俱增[13],不少地方的文物保护空间规划控制体系正积极和当地“多规合一”体系对接,纳入统一工作平台[14-15]。然而,基于文物古建的数字化成果和规划成果搭建数字化管理平台,辅助审批文物古建相关建设项目的研究较少,导致了“多规合一”背景下城市历史风貌空间保护管理体系的不完善。
本文梳理研究区域内古建筑数量及分布,采用无人机和云台相机分别采集低空和地面的古建筑立体空间信息,构建精细化三维实景模型。结合东莞市规划局现有规划审批系统,设计开发古建筑保护规划审批辅助决策系统,实现规划管理部门对古建筑的动态管理与辅助决策,分析古建筑周边建设项目对其造成的空间影响,加强对古建筑及其周边环境的保护,完善“多规合一”下城市古建筑风貌空间保护体系。
1 系统分析
传统城市规划管理通常以二维设计图为基础,其三维效果图往往屏蔽周围地物和环境。只从单一项目本身来审批,缺乏全局视角,无法直观感知建设项目与其周边环境的空间关系及协调度[16-17]。随着三维激光扫描技术和倾斜摄影测量技术的发展,建筑复杂结构三维建模技术逐渐成熟[12],利用二维空间展示城市规划数据的方法正在逐渐被更能直观反映城市规划成果的三维可视化技术取代[18]。然而,传统的三维WebGIS的客户端实现技术不能充分满足开放性、跨平台性、插件依赖性、渲染速度等方面的需求[19-20]。本系统采用新兴的HTML5和WebGL技术,将古建筑三维模型加入到WebGIS应用中[19-22],提出了一套古建筑规划保护辅助审批三维可视化平台,实现了多源异构数据的综合展示,弥补了东莞市城乡规划局规划审批三维空间分析功能的不足。该系统的设计与实现对城市建设部门审批古建筑周边建设项目、提高古建筑保护能力具有重要意义。
2 系统设计
2.1 系统架构
本文基于SOA架构模型进行系统设计,采用组件化和面向对象的设计开发模式,结合新兴的WebGL技术,选用J2EE技术体系架构主流的MVC分层设计模型及B/S结构进行实际开发。在基础二三维地理信息数据的基础上,整合历史建筑三维模型,建立基于3D WebGIS的规划辅助审批系统。系统由下而上分为四层:基础设施层提供系统运行和数据存储的软硬件环境;数据资源层由各类业务主体数据库、基础资源数据库组成;应用支撑层包含系统组件库和基础服务;应用层提供数据管理、综合展示、统计分析,以及包含三维规划方案审批等各项空间分析功能的辅助审批模块。除此以外,系统还包含了古建筑数字化标准体系、质量保障体系以及平台运维管理体系等内容,具体如图1所示。
图1 系统架构图
2.2 功能结构
本文中原型系统的设计采用组件式开发的理念,将系统中公共的业务和功能部分抽象为组件,并将组件注册到企业服务总线上。随着业务需求的变化,通过组件的组装,就可形成新的应用。系统应用层是在应用支撑层的基础上进行设计,分为四大模块(数据管理,综合展示,辅助审批,统计分析),每个模块对应详细的子功能如图2所示。
图2 功能结构图
3 数据库设计
3.1 数据采集与处理
数据采集的质量决定了三维模型的精度。因此,在选用高精度设备的基础上,需制定详细的数据采集方案。本文在低空多视角摄影和地面多视角影像采集工作中,分别采用DJI Inspire 1 RAW多旋翼无人机和DJI Osmo三轴手持云台,搭载Zenmuse X3广角镜头的集成化解决方案,将采集的影像根据色卡进行匀光匀色处理后,导入三维实景建模软件Context Capture(CC)。然后分别完成地面和低空的多视影像空中三角测量(Aero Triangulation,AT),基于影像位置信息严格配准,合并区块(blocks),对影像进行密集匹配,生成彩色点云,构建TIN三角网和Mesh模型,映射纹理。最终完成古建筑三维实景模型的建设工作。该过程如图3所示。
图3 三维实景建模技术路线
3.2 数据库存储
本文中原型系统数据库由用户数据、基础地理信息数据、古建筑属性数据、古建筑三维数据、规划方案三维数据、历史街道数据、全景空间数据等业务数据组成。古建筑三维模型又根据其重要性分为精细模型和简单模型,基础地理信息数据由规划局或国土局提供高清电子地图和影像数据。数据存储部分由Oracle关系型数据库和ArcGIS SDE地理空间数据引擎组成,基于由开放地理空间联盟(OGC)提出的开放标准(如WFS、WMS)通过数据库连接驱动、Web Service进行访问[13]。规划方案三维数据要求建设单位提供.max文件格式,由Autodesk 3ds Max打开,通过该软件中UsxExporter插件导出.usx格式的模型数据,然后经由编译发布平台发布模型服务,在服务器中进行配置后,可导入本系统中进行辅助审批的各项分析功能。
4 系统开发与功能实现
4.1 开发环境
(1) 操作系统:Windows 7;
(2) 编程语言:Java,SQL,JavaScript,JQuery,CSS;
(3) 开发工具:Eclipse、PLSQL Developer;
(4) 数据库系统:Oracle Database 11g;
(5) WebGIS平台:ArcGIS Server 10.2;
(6) 空间数据引擎:ArcGIS SDE。
4.2 总体结构
本系统为Web端应用,创建Web站点时,需要使用HTML语言向组成Web站点的各个Web页面放置文本、图形、动画、音频信息等内容,以及按钮和超链接等可以进行交互的内容。数据管理综合展示、辅助审批、统计分析等用户操作界面由此构建而成。系统操作界面分为三块,采用DIV + CSS实现布局,用
- 标签实现导航栏,