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摘要：传统的海绵城市规划编制，缺乏对空间数据和分析过程的有效管控，滞后于现代数据管理方式。地理信息系统（GIS）作为能科学管理和处理海量空间数据的先进工具，辅助海绵城市规划方案编制，具有极强的实用性。本文梳理出海绵城市规划编制的五大需求，确定海绵城市规划GIS平台的三层C/S架构，并对数据库、客户端功能进行了总体设计。该研究成果实现了GIS功能与海绵城市规划编制的融合，对同类规划编制平台研发具有较强的借鉴意义。
关键词：海绵城市；GIS；C/S结构；ArcSDE
Research on GIS Platform Design of Sponge City Planning
SUN Changfeng
(Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group)Co.,Ltd.,Shanghai 200092)
【Abstract】：Traditional sponge city planning lacks effective control of spatial data and analysis process,lags behind modern data management methods.Geographic Information System(GIS),as an advanced tool that can scientifically manage and process massive spatial data,assists in the preparation of sponge city planning programs,and has strong practicability.This paper sorts out thefive major requirements for the preparation of sponge city planning,determines the three-tier C/S architecture of the sponge city planning GIS platform,and designs the database and client functions.The research results realize the development of GIS software and sponge city planning.Integration,has a strong reference significance for the development of similar planning and preparation platforms.
【Key words】：sponge city;GIS;C/S structure;ArcSDE
0引言
海绵城市建设是党和国家建设生态文明、美丽中国的重大举措，是城市绿色发展的新理念，自2016年全国掀起海绵城市建设热潮发展至今，海绵城市理念越发深入人心，并渗透到规划、设计、施工的各个环节。国内海绵城市试点城市，在进行海绵城市工程设施建设的同时，也建立了海绵城市信息化平台，用于指导海绵城市的规划建设、管理与运行维护等工作，但在海绵城市规划阶段，面向规划设计院的规划信息化平台却鲜见。海绵城市规划编制过程中需要处理大量繁琐的空间数据，长期以来依赖ArcGIS、AutoCAD等软件，数据存储处于割裂状态，未能将大量的规划信息数据资源进行集中有效管理，难以对各类数据资源进行深入整合挖掘价值；规划编制流程缺乏标准化，导致编制方案因人而异，同时方案的修改也极为繁琐，降低了工作效率。随着国土空间规划“多规合一”改革，对空间类规划提出了新的要求，需按照统一的数据格式、空间坐标将现状数据、规划成果纳入到国土空间规划信息系统。
为了解决上述问题、顺应规划发展趋势，本文以实现空间数据有效管理和规划过程标准化为目标，以提高规划设计人员工作效率为目的，探索海绵城市规划GIS平台（以下简称平台）构建。
1业务需求分析
规划设计部门是平台的主要服务对象，同时也包括其他相关的实施主体。海绵城市规划体系可分为总体规划、详细规划和实施规划3大层面[1]，在当前国土空间规划体系下，海绵城市作为专项规划提供对总体规划和详细规划的支撑[2]。本次研究为总体规划和详细规划层面的信息化平台建设，规划内容包括提出海绵城市建设目标、明确自然生态格局、划定建设分区、分解控制指标、制定近期建设重点等[3]。根据平台服务对象和规划内容，按照数据的流向划分为数据管理、可视化、数据处理、海绵规划分析、成果输出五大功能需求，平台的总体架构和子系统功能设计都将按照需求分析展开。数据管理功能用于实现对数据库的更新维护功能，可视化功能为数据的浏览查询等展示功能，通过数据处理功能将异构数据进行标准化，方便数据存储及规划分析使用，规划分析功能是平台的核心功能，实现海绵城市总体规划内容，成果输出功能是平台的数据导出功能，形式可以为矢量或栅格数据、图件及表格等。
2平台架构设计
海绵城市总体规划采用的国土空间数据属于涉密资料，平台的主要服务对象为规划编制单位，且用于局域网，因此平台的逻辑框架采用三层C/S体系结构，即把平台划分为客户端、应用服务器和数据库服务器[4]，各层之间互相提供不透明的服务，通过数据产生联系。三层之间逻辑上保持了独立，使客户端的应用程序无需频繁地与数据库服务器交流，降低了数据库服务器的链接代价，也使客户端的负担得以减轻，运行过程更加高效。同时，各层可以采用并发方式独立开发，通过标准接口进行联通，可以提高平台开发效率[5]。平台物理结构上，应用服务器和数据库服务器放置在同一台电脑上，作为总服务器，然后连接多个客户端，平台系统结构图如图1所示。
3数据库设计
海绵城市规划工作要求空间数据被快速访问，并具有极高的安全性。建设海绵城市规划数据库要达到合理组织、存储和管理数据，并且相关数据模型和数据结构的设计，可与国土空间规划信息系统实现数据兼容。海绵城市规划数据结构复杂，多源异构，有空间数据和非空间数据两大类，管理起来十分繁琐，特别是空间数据的响应速率一般不高，因此需要在传统数据库管理系统上使用空间数据引擎进行优化。
关系型数据库SQL Server伸缩性好、与其他软件兼容性高，并且可实现跨平台、跨系统使用，因此采用SQL Server管理海绵城市数据。空间数据引擎ArcSDE在传统关系型数据库的基础上进行了空间扩展[6]，能实现快速的数据访问和海量数据存储，是GIS的一项重要技术，其采用的面向对象的GeoDatabase空间数据模型，是空间数据存储的首选解决方案[7]，其存储地理数据的数据结构表现为：用矢量数据表达要素，用栅格数据表示图像、用不规则三角网表示地表等。平台数据库采用ArcSDE和SQL Server相结合的模式进行设计，SQL Server统一管理数据，ArcSDE作为SQL Server和空间数据的纽带[8]，实现对空间数据的高效管理，使用GeoDatabase组织空间数据、二维关系表组织非空间数据，由此建立一个涵盖数据广、结构合理的海绵城市规划数据库，数据库逻辑结构如图2所示。为方便管理，对现状数据与规划成果数据进行了区分，数据库包括现势库、成果库两个一级子数据库，向下分别设置空间数据库、属性数据库、关系数据库三个二级子数据库。空间数据库包括基础地理数据和海绵城市专题空间数据，属性数据库存储描述空间数据的属性表，关系数据库存储空间数据与数据表之间的关联关系。
4客户端功能设计
在五大功能需求的基础上，结合平台体系结构设计，将平台划分为数据库管理、浏览查询、地理处理、海绵规划分析、成果输出5大子系统，如图3所示。
数据库管理子系统分为数据库访问、数据库更新两大功能，可实现数据库的连接与断开、数据资源的上传与下载，主要包括登录数据库服务器，添加或保存工程、矢量文件、栅格数据等功能。浏览查询子系统，为平台的基础GIS功能，不产生新的数据，包括视图操作、几何量测、属性查询和标注四种功能，使用户能够多方位地了解海绵城市规划数据的结构关系、空间特征及属性。成果输出子系统，是平台的展示和输出功能，可对分析成果进行颜色渲染，突出重点内容，方便规划人员阅读，还可将成果数据和图表直接导出或进行制图表达，以图片形式予以保存。
地理处理子系统，是GIS类软件区别于一般信息系统的主要标志之一，作为海绵规划分析子系统的前期数据预处理模块，主要有新建矢量文件、编辑矢量数据、数据转换、空间分析功能，通过数据的新建、修改以及运算等处理产生新的数据，方便进一步的海绵城市规划分析应用。矢量数据编辑功能可以对已有或新建的矢量文件进行编辑操作，改变地理实体的形态、位置等几何特征，并对属性表进行更新。数据转换功能包括数据格式转换及坐标转换，通过格式转换将多源异构的海绵城市规划数据转化为标准的GIS数据格式，通过坐标转换将数据坐标统一到2000国家大地坐标系。空间分析功能是规划领域应用GIS的核心内容[9]，包括叠置分析、缓冲区分析、密度分析等，叠置分析生成若干个图层间的空间交并集、数值运算或其他叠合运算结果，缓冲区分析反映地理实体对周围的影响程度，密度分析反映地理实体的空间集聚程度。
海绵规划分析子系统，是平台的特色功能，是海绵城市规划知识同GIS分析功能的融合，按照编制内容划分为海绵城市规划目标、海绵功能分区、海绵建设适宜性、单元指标分解等功能，直接产生分析结果，为海绵城市规划方案制定提供重要支撑。海绵城市规划目标采用年径流总量控制率作为衡量指标，是海绵城市管控目标的核心强制性指标，通过对近30年的日降雨资料统计分析，计算规划区设计降雨量。海绵功能分区是海绵城市规划的重要成果，是制定分区管控策略和建设指引的依据，通过对地理处理子系统生成的地质灾害、热岛强度、生物多样性保护、水文调节等评价因子进行叠加分析，将规划区划分为海绵生态保育区、海绵生态缓冲区、海绵功能提升区等海绵城市功能分区。海绵建设适宜性分析是辅助决策海绵设施建设和分解海绵指标的重要依据，从建设需求和建设条件两方面评价，选用的因子包括内涝风险、水环境质量、建筑密度、用地类型等，通过赋权重叠加分析，统计得到各个海绵城市规划管控单元（控规地块或排水分区）的海绵建设适宜性综合评价成果。年径流总量控制率管控单元分解是海绵城市专项规划的难点和重点[10]，对单元建设适宜性评价成果进行分级，根据分级结果的数值分布特征计算调整系数，定量分解到每个管控单元，各单元年径流总量控制率按照单元面积加权平均，核算得出整个规划区的年径流总量控制率，反复校核，使其满足海绵城市建设总体目标要求。
5小结
本文探索海绵城市规划编制与GIS功能的融合，采用三层C/S结构架构海绵城市规划GIS平台，基于ArcSDE空间数据引擎、SQL Server数据库、Geodatabase数据模型设计海绵城市数据库，基于海绵城市规划的五大功能需求确定客户端各子系统，并对海绵城市规划分析子系统功能进行了详细说明。文中提出的平台设计框架和功能划分，对同行业GIS平台建设具有较强的借鉴意义。将GIS强大的管理与分析空间数据的能力与规划需求结合起来，并融入规划编制全过程，更能有效发挥GIS平台优势，提升规划编制的质量水平，促进规划行业的技术革新。
参考文献
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