论数字城市及其对城市规划的影响，本文主要内容关键词为：城市规划论文,其对论文,数字论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
［中图分类号］TU997 ［文献标识码］A ［文章编号］1009-2579(2002)01-0016-06
当今世界信息技术已发展到了一个崭新的阶段，卫星遥感成为数字城市获取信息的新手段，互联网成为数字城市的信息通讯平台，海量数据存储和分布式计算技术正成为数字城市的信息存储基础，虚拟现实和仿真技术成为数字城市崭新的信息表现方式。因此，在信息获取、信息通讯、信息存储、信息表现各个技术领域正在发生着历史性的重大变革。基础信息技术变革的大趋势势必影响到城市规划、建设和管理行业的信息技术应用领域。
传统的城市规划设计和城市建设管理手段已难以适应信息化社会发展的步伐和现代化城市建设的需求，如何在未来的城市规划中提高工作效率和工作质量，更有效地利用城市空间、优化配置城市资源，适应信息化社会和数字时代发展的需要？这就要求在未来的城市规划设计和城市建设管理中运用新理念、新技术，不断提高规划行业的科技含量，以适应现代化城市建设与发展的要求。
一、数字地球研究及其发展背景
数字地球(Digital Earth)作为一个新的科学术语最早出现于1997年下半年。1998年1月31日在加里福尼亚科学中心召开的Open GIS Consortium年会上，美国副总统戈尔(Al.Gore)发表了“数字地球”：21世纪认识地球的方式(The Digital Earth:Understanding Our Planet in the 21st Century)的演讲。他认为：数字地球是指以地球坐标为依据的、具有多分辨率的、由海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。他指出，应在三维地球的数字框架上按照地理坐标集成有关的海量空间数据及相关信息，构建一个数字化的地球，即数字地球，为人们认识、改造和保护地球提供一种重要的信息源和新技术手段。该项计划现由美国宇航局(NASA)协同其它部门组织实施，计划于2005年实现，到2020年正式建成。
根据Al.Gore的报告，数字地球将给“我们有一个空前无比的机会，可以把关于我们社会和我们星球的原始数据流转换成可以理解的信息，这种数据不仅包括地球的高分辨率的卫星影像、数字地图，也包括经济、社会和人口等的信息。如果成功的话，它将在教育、可持续发展的决策、土地利用规划、农业以及危机处理等领域产生很大的社会和经济效益。……”
数字地球计划是继信息高速公路之后又一全球性的科技发展战略目标，是国家主要的信息基础设施，是信息社会的主要组成部分，是遥感（Remote Sensor，简称RS）、遥测(Telemeter)、全球定位系统（Global Position System，简称GPS）、互联网(Internet)—万维网(Web)、仿真与虚拟技术（Virtual Reality，简称VR）等现代科技的高度综合和升华。数字地球的提出引起了各国政府和科技界的广泛关注和积极反应，成为世界上的一个热点。近年来，数字地球已经成为世界各国面向新世纪的发展战略，是争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。
当人们进行处理、发布和查询有关信息时，发现大量的信息都与地理空间位置有关。数字地球是把复杂的地球数字化、网络化，变成一个地球信息模型计划，而城市是地球表面人口、资源、环境、经济活动等信息最密集的地区，数字城市(Digital City)是数字地球理论在城市领域的具体实现，必然成为数字地球最重要的组成部分。
二、数字城市
（一）数字城市的含义
数字城市(Digital City)，又称信息城市(Information City)、或称信息港(Information Port)、数码港(Digital Port)、智能城市(Intelligence City)等。它是在Al.Gore提出“数字地球”概念后，又根据很多教授、专家、企业家和政府管理人员的意见，于1998年9月提出了“数字化舒适社区建设”，即“数字城市”建设的建议。
数字城市概念提出时间不长，迄今为止，仍然还是一个正在发展和演变的概念。从信息化广义角度看，数字城市即是空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统。实际上，数字城市(Digital City)指的是信息化的城市，是综合运用3S(RS、GIS、GPS)、网络和虚拟仿真等技术对城市社会、经济、人口及城市基础设施等信息进行自动采集、动态检测管理和辅助决策服务的技术系统。它具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化表现等强大功能。数字城市是城市地理信息系统(UGIS)的延伸与发展，其功能更强、更丰富，表现在对城市有关数据能够自动采集、处理分析、传输分发、自动或半自动智能决策，可直接为社会公众提供便利的网络服务等。其战略目标是实现城市各种数据的整合，使之便于共享和容易使用。
可见，数字城市是地理科学与信息科学技术高度综合的学科，是两者结合的边缘学科。其研究对象是与城市有关的信息理论、信息技术及信息应用模型。通过运用现代信息技术，包括遥感、遥测、数据库、信息系统、宽带网、仿真和虚拟现实技术的融合，为城市规划、建设和管理的知识创新与理论深化研究创造了实践条件，是城市科学技术的研究和开发的科学实验基地。其研究的主要内容包括城市基础设施数字化、城市信息和交换共享化、城市生活和管理网络化等诸多方面。
（二）数字城市的功能
数字城市不仅是信息社会的重要组成部分，也是数字地球技术系统的集中体现，其功能主要有以下几个方面：
1.城市地理信息系统(UGIS)功能 城市GIS是数字城市的基础。公共GIS、专业GIS和网络GIS等共同构成数字城市，从而真正实现数据共享、信息交换和信息服务，为“现实城市”的规划、管理决策服务。
2.城市空间动态模拟功能 通过数字城市，可以实现对整个城市空间、局部城市空间、不可见破空间以及城市空间过程进行宏观的或微观的、现实的或虚拟的动态模拟。
3.城市活动动态模拟功能 对城市各项社会经济建设活动中有形或无形的活动或现象进行可视化模拟。
4.网络虚拟城市功能 城市作为开放空间，人们可以通过网络自由地创建空间、场景或氛围，如居住、购物、休闲、旅游、教育、工作环境等现实或虚拟的环境空间。
5.网络信息服务功能 提供众多的有关城市政治、经济、社会、环境、管理及服务等信息。
（三）数字城市的应用范围
数字城市可以应用于城市规划设计与管理、城市交通的智能管理与控制、城市资源的检测与可持续利用、城市灾害的防治、城市环境治理与保护、城市通讯条件建设与管理、城市人口、经济、环境的可持续发展决策制定、城市生活的网络化和智能化以及区域城市（镇）群协调发展等诸多方面。
三、数字城市的建立对城市规划的影响
建设部科技司司长赖明在“中国21世纪数字城市论坛”上提出，数字城市是城市规划、建设与管理的终级目标。他指出，随着城市的不断膨胀以及人口的高度密集化，传统以手工为主的城市规划、建设与管理方式已越来越不适应城市迅速发展的需要。他认为，数字城市本身的意义不仅是体现一种技术，重要的是向人类展现一种新的生存方式。对中国来说，数字城市是城市规划、建设、管理与服务数字化工程的终级目标。
可见，“数字城市”是对真实城市及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，是一种可以嵌入海量地理数据、多分辨率、三维的地球表达，数字城市的建立将对传统的城市规划与管理产生巨大影响。它能够将原先用于城市研究和规划的海量数据以空间数据的形式表达并融为一体，通过利用航空航天遥感等技术获得城市土地利用、城市交通、建筑等与城市相关的各种有形或无形数据，借助Internet数字化、网络化技术变成可管理、控制和规划的虚拟模型。具体地说，数字城市的建立对城市规划设计和城市建设管理的影响主要体现在以下几个方面：
（一）城市规划设计理念
虽然目前我国的城市规划仍处于粗放式的状态，但时代的发展对城市规划提出了更新、更高的要求，使其面临着从静态规划向动态规划、从物质规划向社会经济发展规划、从专家评审到公众参与、从行政管理到法制化管理等方面的重大转变。此外由于概念规划、弹性规划及滚动规划等模式的倡导，规划的制定和修改周期大为缩短。这些变化对城市规划和管理的技术手段和信息的规范化、智能化、可视化及现势性等提出了更高的要求。
数字城市的建立将为城市规划提供数字平台与技术基础。它不仅给城市规划提供了全新的技术手段，更加深了我们认识城市本质的能力和程度。规划和管理工作者的观念和逻辑思维将发生重大变化，使之从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式，从单一思维转向多向思维。这种方式更强调知识的发现和所产生的效益，使规划从对区域和城市现象的发现转向对区域和城市特征的发现，从而使城市规划经历一次以信息和数字化为基础的深刻变革。
数字城市的建立，一方面使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来，城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息，从更大和更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。另一方面，通过数字城市提供的多种分析手段和模型，对城市现象进行更多的定量分析，从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。
（二）城市规划技术方法
1.获取城市规划所需各种信息的手段
城市规划需要获取包括与城市相关的经济社会等各项基础资料、历次规划成果及规划实施与管理等复杂的数据和信息。其数据和信息具有多尺度（比例变化大）、多类型（如图象、图形、各类文档等）、多层次、多时相等特点。而数字城市以其各类信息的数字化和大容量的数据存储设备、高速宽带的信息传输系统、高效智能的处理系统，为城市规划设计现代化提供了丰富的信息；同时，数字城市采用分布式数据库和数据仓库技术，对数据进行自动更新和动态管理，保持数据的实效性和实时性；此外，数字城市还提供丰富的数据类型，其中包括二维矢量图形数据、影像数据、数字高程模型数据，属性表格数据、城市三维图形与纹理数据等，满足城市规划与管理的不同需求。
由此可见，数字城市改变了过去城市规划需要花费大量的时间和精力进行现场踏勘的状况，且提高了信息的准确性、现势性以及信息量和工作效率，为进一步提高方案的科学性、可行性和可操作性打下了坚实的基础。
2.分析方法和手段
以往的城市规划对所收集到的资料和信息需要花费大量的时间和精力进行分类整理，然后采用“定性分析为主，定量分析为辅，定性分析与定量分析相结合”的传统分析方法，分析和预测城市未来的发展潜力和发展方向。由于受到信息的准确性、时效性、来源等各方面因素的影响，规划分析和决策过程中的失误在所难免。数字城市的建立可以使规划人员在获得所需的诸如社会、经济、环境、城市建设等各类信息基础上，利用空间叠置、数学建模等多种方法，对数据进行定性、定量、定位综合分析和动态分析处理、多维和多形式地显示分析处理结果。如进行城市经济和产业结构分析、人口等的空间分析和定量分析；结合信息的时间维，直观地展现城市发展和演变的历史过程，从中找出城市发展的一般规律和特点，对城市的未来发展作出更加科学的预测。
同时，数字城市还将强化对城市空间的智能分析。空间分析技术方法的应用，分析和研究城市空间实体之间的相互作用关系和城市空间的发展模式，将进一步提高城市规划对于各类规划基础数据的分析处理能力，及对未来城市发展的预测、模拟和优化能力，使规划能在理性的综合分析的基础上作出科学合理的判断和决策。如城市人口分布估算、居住区环境质量分析评定、大型公建布局与人口空间关系分析、城市区位条件分析、城市土地级差地租分析评定等。
虚拟现实技术是数字城市的关键技术之一。所谓虚拟现实技术是指运用计算机生成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉等效果的可交互的动态世界，人们可以对这个虚拟世界中的虚拟实体进行交互式操作，且具有查询、分析、评价、规划和决策等功能。虚拟现实技术可以应用于城市景观的仿真、城市地下管线的可视化、城市发展历史演变过程的再现、城市人流和车流的动态模拟、城市生态建设或改造的虚拟实验以及城市灾害事故的动态模拟等诸多方面。如美国的VR技术专家和城市管理专家结合，对洛杉矶和拉斯维加斯两个城市改造进行了实验，对城市的街道及建筑物，尤其是高层建筑，根据城市的功能和城市美学的原则，进行了多种方案的对比分析，同时还对街道绿化树种的选择进行比较，包括幼年树和成年树绿化及美观效果作了一一比较，最后作出了行道树树种的决择。
3.规划方案决策和表现方式
目前，城市规划设计虽然借助计算机和CAD等技术，改变了过去传统的手工制图的作业方式，但大多数城市规划设计仍以二维平面设计为主，通过图纸来展现设计者的设计思想和意图，所表达的信息是有限的。规划设计的整体效果如何，建成后的景观如何等取决于非规划专业人员对图纸的理解和判断，这就要求非规划专业人员必须具有一定的专业知识和空间想象力，才能充分理解设计者的设计思想和意图。
数字城市及其相关技术，特别是可视化技术的发展和完善，将使规划方案决策手段多样化、科学化，规划成果的表现动态化、形象化。(1)规划人员可以利用数字城市提供的多种分析手段和模型，如DSS（Decision Support System，决策支持系统），对城市发展过程、现象和发展趋势进行量化分析和预测，对规划方案进行比较和分析，使规划方案更加科学、合理、准确。(2)利用数字城市的空间环境感知分析功能，对规划方案进行模拟、分析和修改，以更好地体现“以人为本”的思想。(3)有利于提高规划空间布局的精确性，使规划与管理更加紧密地结合起来，有利于规划目标的实现。(4)结合数字城市的仿真和可视化技术，多种形式、动态地输出规划成果，展现规划方案的设计意图和设计效果，以利于人们从不同的角度进行观察和体验。
4.公众参与方式
公众参与(public participation)是环境使用者和城市居民参与对城市规划的调查、构想、评议和决策等城市建设的过程。公众参与是保证城市规划成功的重要保障，有利于体现公众利益和“以人为本”的原则，促进城市规划水平的提高和规划决策的合理。目前的公众参与方式存在着费时、费力、工作效率低下、参与方式单一、专业技术性不强（外行公众对规划工作的过分干预等）、直接参与规划的居民有限和公众参与范围狭窄等问题。
因特网技术及数字城市将改变城市规划中建设者、规划师、规划管理人员和公众的信息交流与反馈方式。随着邮电通信网和有线电视网的数字化和计算机网络化，网络传输速度的大幅度提高，可以方便地通过因特网进行静态和动态的信息交流，尤其是交互式双向信息传输，使城市规划人员的信息交流可以跨越空间甚至一些时间限制。一方面，规划设计部门可以通过网络进行市民意愿调查、发布城市规划初步设计草案、召开公众展示会和公众听证会、规划方案及成果的公众评议会；另一方面，公众可以通过可视化技术展现的虚拟城市景观提出自己的感受，更多地参与城市规划。
通过因特网可以进行规划评审，各地的专家可以在任何地方对规划成果进行评审，规划成果将利用虚拟现实技术展现专家所需的各种信息（如建筑物三维动态模型），通过网络会议交流意见，专家甚至可以实时与规划师交流，提出自己意见和设想，并可以较快地通过建立数字模型加以证实。
（三）城市规划的实施与管理机制
数字城市的建立将同样改变城市规划的宣传、管理、实施的方式与公众监督机制。城市规划实施成功与否，除了宣传和管理之外，公众舆论的监督作用不可忽视。随着信息技术特别是基于GIS及Web－GIS技术的发展，使城市各部门以及公众、企业等可以通过城市规划综合数据库共享规划部门的数据信息，起到宣传城市规划和服务于大众的作用；规划编制和规划管理机构可以在网上实时发布城市规划信息和法规草案等，公众可以及时了解城市规划实施进展状况，反映规划实施过程中出现的违背城市规划的现象和问题，达到引导公众参与城市规划和监督城市规划实施之目的。
另外，在规划和实施的过程中，大量的信息和数据不断产生，而管理这些数据和信息也是现代城市规划的重要任务之一。数字城市的建立可以提供新的技术手段，实现城市规划信息管理的规范化(standardization)、智能化(intelligentization)和可视化(visualization)。
总之，信息技术变革的大趋势必然地深刻地影响到城市规划、建设和管理行业的信息技术应用领域。信息技术的飞速发展为城市规划更好地适应城市发展的要求提供了技术基础，数字化技术为城市规划提供了更加方便、快捷的技术手段，增加了信息量，提高了分析问题、解决问题的能力、准确性和工作效率。数字城市是信息技术发展对物质城市影响的具体体现，是信息时代技术飞跃的新阶段。传统的城市规划、建设和管理必需顺应历史的潮流，以积极的姿态迎接数字城市的技术革命。
［收稿日期］2001-11-27
标签：城市规划论文; 数字地球论文; 数字城市论文; 空间数据论文; 城市设计论文; 空间分析论文; 功能分析论文; 社会网络论文;