程建权 詹庆明 张小男
【摘要】作为面向未来的指导性活动，规划是一个复杂的决策过程，包括多目标、多行动者和多方面利益。发生在大多数中国大型城市的物理增长与社会经济的转型给规划工作者处理越来越多的空间问题带来了巨大的挑战，比如土地利用冲突、交通拥挤和环境恶化等。要了解各种新出现问题的复杂性，信息是不可或缺的先决条件。地理空间技术的发展为空间规划的信息支持提供了广阔的可能性。通过对五个互相作用的软件工具、资料、模型、系统和用户的界定，论文提出了一个地理空间环境的概念框架。使用此概念框架，论文比较分析了西方和中国规划信息支持中可获得的地理空间环境信息，并通过比较提出了中国城市规划中如何提高地理空间信息应用的可能策略。
1.引 言
自20世纪70年代经济改革与80年代土地改革以来，中国保持了高速的城市化，带来了迅猛的城市物理增长与社会经济功能与结构的转型。预计在2015年，中国的都市化水平将达到40%，2030年达到50%，2050年达到75%。中国人口在1百万以上的城市有166个，而美国仅9个。大多数的特大城市的建成区面积在几十年内扩展了好几倍。例如，武汉经历了城市的剧烈扩张，其建成区面积从1949年的3000公顷扩展到2000年的27515公顷。随着计划经济到市场经济的转型，随之而来的是新的土地与房产市场，这些给中国的城市规划工作者提出了巨大的挑战。例如，城区扩展大多是以牺牲宝贵的城市周边农田资源为代价的，也导致了强迫搬迁等大量的社会冲突。
此外，中国近来已经成为世界第四大汽车生产国与第三大汽车消费国，每年生产445万辆汽车，估计10～15年内中国汽车拥有量可能超过一亿辆。汽车化成为人们出行方式的一个趋势。私家车的使用无疑对中国的城市规划带来了巨大的挑战。中国城市的设计中没有考虑，也无法简单地适应公路上不断增加的私家车的需要。每年15%～20%的私家车增长率大多集中于已然拥挤不堪的城市之中，道路空间与交通管制措施已无法应付新的增长。各地方面临包括交通拥挤、停车困难、交通事故及其他公路安全问题;汽车尾气带来的空气污染、人类健康甚至建筑物损坏的问题。
就系统科学而言，中国高速城市化的特点在于社会动态性、变化的多样性、人、活动、空间之间的交互作用。发达国家在其工业化初期也许已经历过类似的过程。然而在新的社会经济环境下，城市规划部门由于缺乏这方面的经验，很难处理此类问题。例如Gu与Shen(2003)认为经济的转型，自由化与大规模的国际资本流入，农村移民等问题已经引起了社会空间极化的加剧。他们认为社会与空间的极化在北京等城市的出现，给城市管理者提出了新的问题与挑战。
幸运的是，信息与远程通信技术的进步促进了地理空间技术的发展，新的传感器、新的网络、高精度的全球定位系统和移动通信设备已经使得信息的采集、加工、分析与服务非常方便可靠。这些为空间规划的信息支持带来了良机。早在1995年Batty(1995)就预期到此现象的影响，提出了“计算化城市”的概念，他预言我们城市中的几乎每件事都在数字化或可用数字计算的方法表现。西方世界的经验与教训或许对中国城市的规划实践有所裨益。着眼于此，论文采取了比较性的视角，对中国城市规划地理空间环境进行了审视。
引言之后的第二部分通过定义支持城市空间规划的地理空间环境，提出了一个由五个部分(概念、资料、模型、系统与用户)组成的概念框架并简要地介绍了当前地理空间环境中的进展。第三部分中使用此概念框架对比西方国家与中国城市规划实践中地理空间信息的应用情况。第四部分中运用比较结果，讨论了有效地提高中国城市规划中地理空间信息应用的可能的策略(建模的哲学与方法论、PSS开发的角色与重点以及当地空间数据基本设施的建设)。论文结尾进行了总结。
空间规划所探寻的是从国家、地区、城市区域、大都市区直至社区等各不同的空间规模级别上影响的人与活动分布的方法。此间，空间规划特别关注的是城市环境，目的是最好地利用各种活动与建筑空间。城市规划要求数据、信息、知识与智慧的输入，以界定总体环境。再进一步，就信息支持而言，这样的环境可以由五个互相关联的部分或称工具(图1)所界定，即空间规划过程(概念工具)、数据(数据工具)、模型(模型工具)、系统(系统工具)与用户(用户工具)。在这五个工具之中，概念工具与用户工具为软件，其他三个为硬件;但是用户工具经常被忽视，被作为一个外部组成部分。第一，大多数情况下，规划过程在不同国家、不同时期是大不相同的，从社区到城市地区、从土地利用规划到交通运输规划而言也是不同的。所以概念工具趋向回答以下问题:地理空间环境在针对哪个阶段，在何种等级上、为哪类规划提供支持。所以概念工具趋向回答:需要搜集、处理与整合哪些数据包，来支持规划过程中的任一具体阶段的规划。数据工具与规划过程涉及的空间性的、时间的、决策的尺度尤其相关，作为规划支持的核心，模式工具对空间性问题的理解以及决策事务中不合理结构提供解析功能。建模方式随规划支持的目标而变化(例如评估、预报与模拟)可以是数据驱动、知识驱动或模型驱动等方式。第四，系统工具为用户的交互式通信提供平台或界面，为规划过程的不同阶段服务。
最后，用户工具试图回答以下问题:用户参与怎样规划过程的各个不同阶段，用户如何与概念工具、数据工具、模型工具和系统工具进行互动。地理空间环境的成功应用主要有赖于这些构件的有效运作及其交互作用。以下几个部分中将依据当前相关科学技术领域中取得的最新进展，对上述五个工具进行简要回顾。
图1 地理——空间环境
1.1 概念工具
在当今的信息时代，技术发展已经改变了距离的定义以及空间的概念。社区、廊道、互动(空间与社会互动)的新的涵义及其构成的网络，对城市规划与地理学的相关研究而言都提出了新的挑战。更进一步而言，城市蔓延与私人出行的汽车化所带来的消极影响，在发达国家与发展中国家都引起了广泛关注，也使得可持续发展的目标已然落实到制定理想的规划目标之上，例如可持续的可达性。州、地区甚至个体之间持续增长的相互作用需要有效而全盘的城市管理，使之与规划决策过程相配合。
Batty与Densham(1996)论述了GIS在规划支持中的应用并提出规划过程是一个由问题、目的、目标、方案、评估、选择、执行与监控等构成的系统。这个概念模型的要点是不同规划阶段的连续互动，并评估GIS系统在其中的相关作用(数据、信息和模型)。
以可持续的可达性为例，Bertolini等(2005)提出了一个决策过程的概念模型，其结构是一个涉及各个风险承担者(政治家、公务员与专业人士)的行动所构成的网络，各种行动相互联系，但并不一定是顺次连续的。不同的风险承担者对过程中的具体行动有着不同的输入和输出。他们认为，相比规划评估与项目优先级评定而言，“战略”与“方案”的交互式设计的开发就显得欠缺多了。在这个模型里，软性部分(知识、眼光、概念与战略)被重点突出，并被确定为通过利用地理空间资料与情报进行支持的关键阶段。
概念工具开发过程中的一般趋势是将地理与社会经济的概念(比如可持续发展、全球化与网络)不断地纳入到规划过程。
1.2 数据工具
地区空间规划需要的主要数据一般包括人口、住宅、交通、经济、公用设施、设备与服务、健康与安全、环境、土地、城市发展、规划与政策等。新传感器的出现、高精度的全球定位系统与新的网络为此类信息的提供带来了巨大的新的机遇。
在遥感成像领域，传统的空间数据采集主要是通过多光谱的成像技术(例如MSS、TM、IRS以及SPOT 4/5)以提取城市用地与环境信息。相反，新的传感器使高分辨率空间成像(例如1米精度的IKONOS、60厘米精度的快速鸟瞰和航拍图像)成为可能，为定向对象的图形与结构信息提取更丰富的材质。
全球定位系统(GPS)提供快速与精确的空间定位与基于现场的数据更新。通过多样化的平台，全球定位系统的应用已经从导航定向服务转向针对个人的服务。近来，航空LiDAR(激光雷达)技术已经成功地用于城市建筑的立体(高度)数据提取和建模之中。这些通过LiDAR建立的三维(或2.5维)模型，如果与采集材质与色彩信息的数字空中成像技术(垂直影像)结合，可以用于三维地理成像的开发之中。当使用三维动画与透视图时，公众对规划方案的理解和接受能力就增强了。
移动GIS允许基于现场的地理信息获取、存储、更新、分析与显示。移动GIS对于基于位置的服务以及基于地理位置的信息的实时获取也是同样重要的。配备GPS装置的移动电话和PDA(掌上电脑)提供了新的基于服务和定位系统的地理空间定位的应用。移动GIS和LBS使得对个人类型活动数据的采集成为可能，这些数据能够体现城市社会-空间相互作用及空间-时间行为。
空间数据采集的总体趋势转向于多维数据来源和多层次数据表示法。
1.3 模型工具
20世纪50年代后期和整个60年代，城市建模在美国和西欧国家都很盛行。直到80年代建模方法主要通过空间、静态、线性、跨部门、聚合、宏观、简化的系统分析及决定性方法，例如空间的相互作用、还原分析、数理规划法、投入产出分析甚至系统动力学。许多研究都致力于以往所提出的交通与土地利用模型的深化与改善，将新的理论，例如熵最大化、离散选择与任意效用理论等，纳入旧的体系。
进入90年代以后，复杂性科学与人工智能的进步为城市建模带来了新的概念与算法(例如Batty 2005年的研究)。原胞自动机与多因子系统是此种变化的典型代表，以自下而上为主要特征。和传统的由上而下方法相对照的是，由下而上方法试图解释由局部交互作用引起的全球模式。各种原胞自动机改良形式已经被广泛地应用到对动态模式、城市与地区开发过程的理解以及基于大地模拟的规划支持之中。原胞自动机建模的独特优势之一是易操作性及对数据包的宽松要求。
与原胞自动机相比，多因子系统(MA)甚至可以通过考虑涉及因子的相互作用以及因子与环境的相互作用，在模拟中纳入空间行为。空间行为建模可以帮助我们理解相关主体的决策复杂性与决策过程，决策过程往往被其他社会经济过程所影响。
相对而言，原胞自动机适用于小规模(例如大都市与区域性)城市及空间建模，而多因子系统适用于大尺度的(如社区)城市政治的与社会经济的建模。然而，在空间规划中，这两种方法经常被统一到一个共同的平台中，以便一并考虑大量的空间与社会经济的因素，并模拟其相互作用。
将微观经济学与社会学理论(离散选择，任意效用理论与社群网)纳入土地利用与交通系统的空间决策过程的做法已经成为了城市建模的新型方法。微观模拟，即通过使用分解的数据包与多因子方法，目的在于模拟复杂的政治(主体)与社会经济、空间在微观层次上相互作用的方法。微观模拟使得将土地利用、交通运输与环境组件整合至空间规划过程成为可能。
当前城市建模发展的重点在转向动态分解、微观整合性(定量与定性、土地利用-交通运输-环境)以及可计算化，帮助人们理解城市发展的模式、过程与行为。
1.4 系统工具
系统工具基于任一独立的或者综合的计算机化平台，满足规划各阶段查询、可视化、交互式通信和参与等具体需求。
与一般的二维GIS系统一样，三维GIS系统将包括三维数据获取、三维存储数据、三维数据管理、三维数据分析和三维数据显示等。三维GIS的发展被三维技术的动态与交互式的可视化特征所主导，它在某种程度上与虚拟现实(VR)与计算机辅助设计(CAD)有所交叉重叠。利用航空激光探测和测距雷达(LiDAR)及高分辨率的卫星成像技术数据获取三维数据，有着可快速更新、时效性强、成本低、处理简单等优点，并可对研究地区实现交互式鸟瞰、穿越等视角的体验。虚拟的三维-五维城市建模体现的是从空间与地理上参考引用城市数据。它的特征是对于用户行为、实时三维图解的反映，以某种意义上的植入。从互动过程中所取得的这些丰富的体验使得用户可更透彻地的理解规划信息。
网络-GIS系统为信息服务提供一个混合的基于客户端/服务器的平台或环境。一些学者认为基于万维网的交互式测绘与虚拟现实技术对城市环境可视化、建模和分析有着巨大的潜力。
作为一个结合数据库与模型的系统，规划支持系统(PSS)与空间规划的信息支持关系尤其密切。规划支持系统可看做是通过多种技术和公用接口，为任一规划过程中的整体或部分专业规划任务提供综合环境数据的工具。在许多规划支持系统实践中，耦合战略主要通过松耦合(经由文件交换)、紧耦合或强耦合(共享公用数据包和界面)来实现。
总的来说，系统工具的发展有两个方向:独立模式(发展专门功能，例如可视化)和综合模式(耦合所有需要的功能)。
1.5 用户工具
用户满意与否是评价任何规划支持实践成功与否的关键标准。就某种程度而言，只有当用户能了解到规划支持的结果时，他们会真正接受此结果。这意味着，让用户参与到规划支持的任一阶段也是达到此目的的合理手段。参与正成为帮助规划工作者了解本地情况的工具和手段(Ball，2002)。
传统的规划经常使用的是在实体工作场所面对面的参与模式。使用因特网与万维网进行同步及异步通信实现的GIS系统中的公众参与(PPGIS)比传统的实体场所方式可以提供更为广泛和便捷的GIS服务。PPGIS的逐渐兴起，可说是早前两种相对独立活动的交集与融合:即基于技术的空间分析和民主的参与。逐渐兴起的参与型GIS(PGIS)通过利用土地-空间工具将用户的空间知识转化为讨论、信息交流和分析的交互式媒介及规划实施和决策支持的手段。用户使用此类成果主要是作为支持其观点的媒介。作为双向交流的工具，PGIS同时也是一个共同学习系统，知识处理过程的交互作用交流的各个节点都可进行输入。在众多PGIS工具之中，参与式测绘是实践中主导的应用方式，其中使用的数据和工具包括地图的草图、航空照片、卫星图像、全球定位系统、交互式三维模型(P3DM)、空间多媒体、土地可视化与虚拟现实等。PGIS工具可萃取并处理当地的空间概念和空间坐标，因此，使用PGIS工具的参与式空间规划可保证对人们权利的尊重。
总而言之，用户参与的概念已经被纳入到规划支持(数据输入和决策)的不同阶段，不仅应用到技术层面，也涉及文化与组织机构层面。
2.地理空间环境比较
复杂的政治、社会经济、技术和体制因素及其交互作用被认为对城市规划实践中土地-空间环境的变化有着相当大的影响。在此，我们将中国与西方国家(例如美国、欧洲与日本)在上述5个工具方面的不同发展水平进行了比较和审视。
2.1 概念工具
2.1.1 西方国家的概念工具
Innes与Gruber(2005)从美国规划实践中提炼出四个共存的风格，分别称为技术/官僚式、政治影响式、社会运动式和合作式。尽管一些主体通常比较倾向于一种方式，但他们在不同的时期可能使用不同的风格。这些阶段也可以以其他实践的术语来体现:与工程师规划、与/为政治家规划、为公众规划、与公众规划。它指出不同的阶段的特点在于规划是为或者与哪个变化的群体进行规划。西方国家的总趋势是倾向参与或合作式风格，规划日益变成协调规划涉及各群体矛盾利益的工具或方式、作为决策过程民主和透明度的条件之一。广泛的公众参与所体现的是对决策过程的有效参与和公众的良好接受度。
在全球化的影响下(例如可持续发展、气候变化和经济发展)，西方国家的空间规划业已超出农村范围，为了更好的区域性结合而延伸至大陆性的尺度。例如:ESPON(欧洲空间规划观测网)(http://www.espon.lu/)的宗旨就是通过资助来自大多数欧洲国家专业人才的参与从而促进合作性规划。空间规划的过程中已经纳入了众多的新的概念与建议。例如，城市网络的概念正日渐被纳入到区域级、国家级甚至是国际级的层面之中。这些概念的实质是建立不同的网络(例如主体网络、政策网络及社群网)以便作出全球性、空间性、系统性的考量。可达性概念，作为交通运输和土地利用系统之间的分界面，经常被用作综合规划过程中体现两者整合程度的指示性指标。发达国家所使用可持续的可达性概念，期望在可动性与可达性之间达到一个动态平衡。
2.1.2 中国的概念工具
随着中国经济从计划经济到社会主义市场经济的转变，其城市规划方式也显著变化。在1987年土地改革之前，政府是城市发展中唯一的主体，城市土地可自由规划与利用。此时城市规划的主要功能是将社会经济发展计划反映到众多的建设项目之中，例如基础设施、工厂和单位。在此期间，规划被概念化为应用科学的一套原则，由于对经济效益最大化的追求，规划实施中土木工程方面的考虑颇为突出，主导规划的是自上而下的决策方式。项目的在空间与时间上的技术实施，是规划的主要任务之一，也就是说此阶段规划的方式是技术/官僚式。在这样的蓝图规划风格之下，规划制定过程中的所有阶段都没有对凸显的问题进行空间实体与技术经济分析(例如总体规划与修建性规划)，在城市规划中唱主角的是建筑师与基础设施工程师(马，2004)。
然而，在进入市场经济阶段以后，随着大量私人开发商的涌现和不受控制的人口流动，过去以政府作为城市发展唯一主体的蓝图式规划迅速被改变。城市规划变为更加积极与透明的过程，对未来目标明确，更具前瞻性，即将城市变为优美、环保、经济活跃、社会平等的城市中心。Although public虽然自90年代以来，中国的城市规划中已经越来越提倡和建议公众参与，但是许多正面和反面的因素仍使得其在规划过程中的作用难以发挥。因此，中国城市规划在此期间被更多的政治影响所主导，而其他三方面(技术的/官僚的、社会运动、合作性)的影响较少，也就是说体现为Innes与Gruber 2005年提出的第二种风格。
城市交通规划主要强调运输组件(例如道路网与设施)，尤其重视与交通管理相关的工程方案与政策研究，目的是提高其流动性，例如各种智能运输系统。战略协同作用与土地利用系统在实践与决策过程中往往被忽略。同样地，当代中国的空间规划对区域或城市地区级的总体土地利用规划、大都市级的总体规划非常重视，但是总体土地利用规划与城市规划之间的整合却非常有限(Cheng et al.，2007)(Ou，2003)。总之，土地利用规划的制定和审批中对规划中交通运输方面考虑甚少甚至完全忽略。同样地，交通运输规划的制定和审批中也几乎不考虑如何与土地利用规划衔接的问题。
2.2 数据工具
城市规划的信息提供取决于规划市场需要，因而又受具体的政治制度下变化的社会和经济结构的影响。
2.2.1 西方国家的数据工具
比较而言，城市(空间)发展在西方国家较少由物理生长(例如城区扩展或基础设施建设)所支配，而更多由社会经济的结构变化(例如城市更新)所主导。物理数据采集主要为高分辨图像的广泛使用所主导(例如航拍影像，各学术机构可以从网上(http://www.multimap.com/)获得由英国Multi-map公司所提供的大城市级别的影像资料，由激光雷达LiDAR所获得的邻里与社区级别的三维建筑高度资料等)。高分辨图像已经成为获得空间与时序上土地利用/土地覆盖信息的主要来源，并被作为基于通信地址的空间咨询的背景资料(例如基于万维网的Multimap)。三维数据与虚拟现实一起，已经成为城市更新及其他城市设计的地理可视化信息的主要来源。
地理空间数据的另一个来源是最细致级别上的将通信地址表现为一点的模式，主要由地形测量(OS)提供，例如英国与爱尔兰运用的ADDRESS-POINTTM)。这种信息源对存储与地址密切相关的社会经济实体与活动的信息是非常理想的(例如公司、超级市场与服务)。显示财产权的数据包是登记土地契约、土地所有制与土地使用权的另一个来源。
在参考地理信息的社会经济数据中，已经通过定义组织机构的、行政的或分析过程的方式(例如规划管辖权、区域、统计调查划区、邻里或小分区、交通分析区、街区以及地块)以及生态性的定义方式(例如临界区域、分水岭与流域盆地、飞机场、栖息地)等将不同等级的空间单位提取出来。在这些划分方式之中，全国人口普查虽然随国家情况不同而大相径庭，但已经成为详细社会经济空间分析与空间决策过程的主要来源(例如生活方式、健康情况与人口构成)。许多发达国家(例如美国、英国和荷兰)提供多层次的人口普查资料，并提供给公众自由获取和使用。例如:在美国，数据统计单位(TIGER系统)的层次结构是:调查街区、街区组、地区、城市边界、郡域边界。著名的GIS软件包都支持TIGER系统文件格式，并可自由下载(人口调查TIGER数据用ArcData格式发表在http://www.esri.com/)。
英国的层次结构由地区、监控和输出地区组成，基于此结构，进行相关登记后的学术机构可通过在线服务(www.census.ac.uk/CASWEB)自由地获取普查表。普查表将诸如职业、社会的分级和旅行信息、在各单位聚集情况等，按空间分布编组成标准数据格式。
以空间和时序方式组织地理空间和社会经济的数据，旨在创造新的空间指示计或变量的数据集成，在规划支持中正受到特别的关注，例如兼容区设计的时序数据包，以及通过将基于邮政编码的信息与影像数据的融合后，应用到市区用地植被的保护及市区用地使用的分级之中。
移动GIS已经被广泛地运用于获取不同的场地的空间数据之中(例如用于支持交通管理的交通事故数据)。社会定位方法(SPM)通过使用基于定位服务(LBS)技术，通过分析移动电话场所坐标与携带手机的人群的社会性识别来研究时间和空间上社会的流入。社会定位方法可以用于获取动态活动信息并进一步使它能够在公共生活的组织与规划中进行可能的应用。移动GIS与LBS可作为获取个人与活动定向数据的理想手段。
总的来说，数据获取与数据集成在西方国家趋向于分解(甚至是个人级的)级别、活动定位和三维数据，从而使得不同的诸如工作可达性等的微级空间知识指标(Cheng et al.，2007)。
2.2.2 中国的数据工具
就比较而言，中国的城市发展在实体与机能结构(例如城市增长和更新)以及社会经济结构(例如社会的极化)等方面都发生着巨大的变化，大规模的城市扩展要求通过土地管理与战略规划对可耕地与自然资源进行有效保护。过去的十年中，许多中国城市广泛地应用遥感影像监控区域和城市空间发展，包括多光谱扫描器MSS、TM和SPOT、直至IKONOS和Quick-bird等技术(Li与Yeh，1998)(Cheng与Masser，2003)的使用。通过实地调查与当地情况的辅助，市区用地覆盖数据可以更新为土地利用数据，供城市规划使用。
土地开发与房地产市场涉及多重的主体(居民、规划工作者、开发商、投资者与政府)与多重的利益(政治的、社会的、经济的和环境的)。分区规划与详细规划需要丰富的信息，针对这些冲突与矛盾来支持决策。
基于地块的数据资料注册作为房地产管理的依据但却不能提供给城市规划使用。此类数据的维护由于需要大量的时间、人力和资金的投入而显得并不理想。
在城市(或建筑)设计的微观层面上，使用虚拟现实技术对新开发项目进行动态的三维可视化尤其受到规划工作者、开发商和政府的欢迎。这一趋势也促使了数字城市的发展，数字城市正是基于通过激光雷达LiDAR、大地激光扫描(TLS)和摄影测量学等技术手段采集的三维建筑高度数据而实现的。城市整体的虚拟模型可在指导城市建设与空间规划过程中，为城市提供一个全景的系统审视。此技术也适用于珍贵历史建筑的保护上。在规划局的管理之下，委托地方信息中心为支持城市规划构建其城市的数字模型。
然而就社会与经济方面而言，城市GIS系统的运用仍处于初期。社会经济的数据被分成两个类型∶全国人口普查(大约10年一次:1954、1963、1982、1990与2000年)和每年的1%抽样统计报告。全国人口普查数据以较细致的空间统计单位进行上报，并在地区级别进行汇集，形成统计年鉴出版。亚地区级户口普查资料只对特别授权的学术机构开放。
迄今为止还没有移动GIS与LBS在城市规划与管理中成功运用的报告。搜集活动定位数据通过调查表搜集，主要用于分析上下班出行模式及其他有限的社会事务，但他们并未参考地理信息。因此，中国城市规划中的信息提供局限于实体的或部分的功能性数据，缺乏分解的社会经济数据。
2.3 模型工具
城市建模可以是以全尺度方式建模服务整体规划(交通运输、土地利用和环境)或在任何一种具体的尺度服务专门分析(预测、模拟、评价、参与、可视化)。由于土地利用、交通运输和环境是空间规划中所关注的核心问题，城市建模与土地利用变化模型密切相关，交通模型与环境模型密切相关。
2.3.1 西方国家的模型工具
在全尺度模型方面，有代表性的6个模型(ITLUP、MEPLAN、TRANUS、MUSSA、NYMTC-LUM和UrbanSim)的特点在于大规模的操作性模型及综合的城市交通和土地利用模型，自20世纪80年代以来在北美洲与欧洲都有运用。在荷兰Randstad地区运用的RAMBLAS模型，基于对交通运输与土地利用交互作用的微观模拟，趋向于模拟空间规划方案(预测将来游客的旅行模式)。空间规划中的环境部分越来越为人们所关注。例如，ILUTE(综合土地利用、运输和环境)将替代传统模型，通过微观模拟技术，分析加拿大城市的大量运输、住房及其他城市政策。
就原胞自动机方面而言，这样的模型已经成功地运用到对土地利用动态的理解之中，并支持国家级、区域级与邻里级等不同层面上土地利用规划。最著名的实例包括SLEUTH模型、DUEM模型、LOV模型和MoLand模型。其中，SLEUTH(坡度、土地利用、隔断、城市、运输、山阴)模型已经应用在美国与欧洲的许多城市之中。MoLand(监控土地利用动态)主要在欧洲和非洲的一些城市中使用。
在多因子系统方面，这些建模方式应用在住宅动态、地理模拟、交通运输与土地利用、土地利用规划制定(非空间)等方面。Ligtenberg等(2001)设计了一个概念性的多因子模型，通过模拟规划过程中涉及的主体(因子)的交互作用来辅助空间规划。这些大地模拟技术的前景之一是用于有效整合数据与建模的面向对象的程序设计中。
因此，西方国家城市建模的特点在于通过使用最新技术(原胞自动机、多因子系统和微观模拟)双管齐下的开发全尺度和具体尺度的模型，并综合各级别的空间和社会经济数据。
2.3.2 中国的模型工具
近来，随着获取影像数据价格的日益低廉及城市增长管理中相关需求的不断增加，基于原胞自动机的城市建模在中国空间规划支持中的运用日益成为热潮。Yeh与Li(1998)提出了可持续的土地开发模式，并建议为支持区域的城市增长、控制空间决策建立不同的方案。Wu(1998)提出了第一个在中国城市背景下的原胞自动机模型(SimLand)。在SimLand模型中，通过使用原胞自动机将AHP决策原则纳入到土地利用变化模拟过程之中。区域开发的不同方案都被纳入到讨论之中。Yeh与Li(2001)提出一个约束性原胞自动机模型来模拟城市形态，并为城市理论的理解作出了公认的贡献。这些在原胞自动机建模方面的先导性研究从地理上讲仅限于中国南方，从应用背景上而言仅限于区域开发。在随后的期间，其他城市也进行了原胞自动机建模类似应用的探索，以了解模拟城市增长和规划支持(例如Cheng与Masser，2004)。
就比较而言，多因子系统建模在规划支持中的运用非常罕见。Xue and Yang(2003)通过使用多因子建模以理解多主体(家庭与企业)的交互作用及其对城市形态(紧凑的、带形和多中心)的影响。这些可以被称做一种以使用模拟数据而不使用任何一种实际案例研究进行校核的、人工的城市建模。这些例子也说明，多因子建模的主要障碍在于缺乏离散级别的社会经济数据。
微观模拟建模与综合全尺度城市模型在中国城市规划实践中迄今也没有成功的应用案例报道。就概念上而言，中国城市的城市发展在时序上面临三大挑战:物理生长(土地开发与交通运输基础设施)、交通拥挤(私人汽车化)与环境可持续发展。因此，这些挑战对应三个阶段的规划支持:分离的规划过程(土地利用规划与运输规划)、综合土地利用与运输规划、可持续发展规划(土地利用、交通运输和环境)。当前城市建模中的实践似乎仍停留在第一个阶段，离全尺度建模阶段还有很长一段距离。
功能性与社会经济性数据的缺乏使得定量分析和系统分析相当有限乃至不可能。中国城市规划中的建模实践主要是定性分析，很少有城市级的综合模型。
2.4 系统工具
GI系统与当前三维GIS、Web-GIS、COM-GIS等技术的进步，使得我们有可能建立一个综合多源数据、分析多尺度问题、多维度的可视化、多用户服务的平台。
2.4.1 西方国家的系统工具
西方国家许多城市都已建立了虚拟的3D-5D城市模型，例如伦敦的虚拟三维模型(http://www.casa.ucl.ac.uk/)、京都虚拟4D模型(http://www.geo.lt.ritsumei.ac.jp/uv4w/frame_e.jsp)和美国的虚拟5D模型。这些虚拟城市模型正逐渐地被运用到三维空间建模，例如模拟洪涝灾害的洪水建模之中。实时三维GIS已运用到快速紧急事件反应之中。地理可视化为城市规划与城市设计过程的参与提供创新的视觉环境。
基于万维网的交互式绘图与虚拟现实技术已经被应用到城市环境的可视化、建模和分析之中，例如使用结合网络与GIS技术的Delphi框架来作为解决问题和规划的虚拟空间。
作为耦合数据、建模和可视化的综合平台，PSS已经被广泛地开发并应用于西方国家学术界和规划实践中。例如:INDEX是一种基于指标指示的PSS(规划支持系统)，“What-If”系统则是一种易于操作的、基于GIS的规划支持系统，其目的是支持与适合性相关的土地利用规划。近来，微观模拟与开放式源程序的软件开发方法促进了开放式规划支持系统的发展与应用，例如Urbansim(Waddell，2002)(http://www.urbansim.org)。
2.4.2 中国的系统工具
从20世纪80年代末到90年代中，GIS主要注重在各种简单测绘与空间操作之中，应用于区域的和城市战略规划。原始数据来源主要是中低分辨率(MSS、TM)卫星图像、航拍图片(格式较小、黑白、红外线色彩)与地形图。从90年代中期到2002年，GIS的应用转入各级空间规划的信息管理，确切而言即城市规划常规事务的办公自动化。从2002年至今，GIS的应用进入新阶段即数字城市阶段，例如电子政府与电子规划，其推动力是多种技术上的、组织机构的和政治的因素。三维GIS与网络GIS对广泛的信息服务、可视化与决策支持系统而言都是具有吸引力的良好平台。LiDAR(激光雷达)处理的三维数据已经被相当多地输入使用到“数字城市”之中。Zhu等(2002)详细描述了三维GIS原型、CCGIS(数字城市地理信息系统Cyber-City GIS)的技术实现，并使用3DGIS完成了一个面积约54平方公里进行了可视化与三维空间查询的试点方案。
上述的GIS在中国的发展轨迹表明其重点是偏向实体与功能数据(非社会经济方面)、信息管理(非空间分析与模型驱动的决策)和可视化(非公众参与)。任何一种综合规划支持系统都没能在中国得到应用。
2.5 用户工具
用户参与不但涉及技术事务，同时也包括组织机构的文化事务。北方PPGIS的运用与南方PGIS的运用为公众参与规划支持的各个阶段作出了贡献。
2.5.1 西方国家的用户工具
合作性规划与参与式规划需要公众在任一潜在阶段的参与，例如方案评估、远见与意见。Tang与Waters(2005)从理论上、方法上、技术上与实践等层面上详细论述了PPGIS在城市交通规划中的应用。在实践中，Woodberry Down网站(http://www.casa.ucl.ac.ukwoodberry/)建立了一个公众规划支持系统(PPSS)允许该地区通过可缩放的地图与交互式全景地球仪观看居民现状与规划后预期图像。可缩放的地图支持“图像点播”功能，允许通过航拍图像进行不同地点与各级别细节的平滑切换。
Sliuzas(2003)在PGIS中展示了空间数据提供的混合式做法，即其中除了传统的空间数据来源之外，还加入了更多的参与性做法。通过援引达累斯萨拉姆(Dar es Salaam)一些非正式的聚落的实例，说明了此种做法的好处。通过利用一系列低成本的、最新的航空照片镶嵌图，混合式方法可提供对居民与专业人才都相关且可用的空间数据，从而为各主体间就对聚落中可能的介入方式进行进一步的交流、进行更明晰的讨论机会。
2.5.2 中国的用户工具
过去几年间，地理空间信息基础设施在城市管理中的成功应用吸引了政府官员、学者与当地居民的注意力，也成为公众媒体报道的焦点和数字城市发展的重要部分。近来，“城市网格”的概念在许多城市悄然兴起并付诸试验，例如北京与武汉。在这种情况下，各网格(大约1公顷的空间单位)相关的属性数据的记录与报告是通过10多个监视设备传导的，监视设备与一系列的手持全球定位系统(GPS)接收器、个人数字助理(PDA)与无线电通信网络互相连接。这种PGIS应用的目的在于通过提供特定作业地点的实时信息来辅助城市管理(例如公用设施的维护)，许多城市都将总体规划及其他规划方案发布于网上，用于搜集市民的意见与评论。但是在大多数情况下，这样的参与并非交互式的双向通信。比较而言，公众在规划过程的参与流于形式，且在深度上有限。
3.建议战略
城市规划是一个独特的空间决策过程，它随着国家不同而不同，也被众多未知的政治、社会经济、组织机构与技术上的因素所影响。从对中国与西方国家的比较中我们可以得出提高中国人城市规划中地理空间信息支持的可行性战略。
4.在城市规划过程中的思考
城市规划的过程是一个系统工程，由许多互相关联的阶段构成，分别涉及事件、远见、宗旨、目标、战略、主体与政策等。这种系统可以被称做某种意义上的软系统，因为不存在所谓最理想的解决方案，只有较满意的方式。在中国，软系统方法论(SSM)有多个改进版本，以传统中国文化为特征。一个例子便是20世纪90年代一位系统科学家Gu Jifa所提出的“WSR”(武力-实力-人力)方法论。WSR方法(例如Gu与Tang，2005)倾向于通过有系统地考虑所涉及环境对象、任务与人之间的关系来解决复杂的问题。WSR方法尤其适用于中国的决策环境，因为中国的规划几乎不去处理多个主体(例如政府、开发商、投资者和居民)之间的矛盾冲突。“WSR”系统尤其强调个人的或组织的交互作用应该被整合到定性的或定量的、分析或建模的过程中去。
5.在城市规划过程中的建模
中国城市规划的复杂性在于出现问题的多样性与动态性，以及规划过程的不良结构。20世纪90年代后期Gu建议的概念性规划(e.g.Gu、Yao等，2003)正在中国特大城市中逐渐流行(例如深圳)，它强调对创新的空间概念与战略的理解与应用。大多数概念性规划都要经过多轮的评审，参与评审的人员包括专业人才与当地人士，共同对方案的构想进行探讨。
定量分析的主要障碍之一是3.4部分中所描述的薄弱数据基础设施。要改善这一状况有两个可应用的战略。首先，使用模拟数据而非观测数据的人工(城市)建模，目的是理解其机制或理论。这种建模，作为一种学习工具，通过构建不同参数与条件下相应的方案，帮助用户或规划工作者测试其对理论的理解。新出现的方法，例如原胞自动机、多因子系统，充当的是计算逻辑算法或游戏的角色，同样也可以通过使用模拟数据揭示所研究系统的复杂性。这些战略的局限是建模者必须是城市研究同时也是城市规划的专业人士，因为这种建模很大程度上依赖其对复杂系统的认识或相关知识。第二种战略被称做草图建模，即全尺度建模的简化版本。草图建模的特点在于使用可利用的较粗略的数据包和一般的建模精度，达到相对较少的目标。在运输规划领域，草图建模经常使用在战略规划的辅助之中。
6.在城市规划过程中的规划支持系统(PSS)
从信息的角度而言，快速的城市化常常带来大规模的新城开发与旧城更新，要求迅速地更新信息以进行有效的规划支持。规划支持系统的一般发展由于需要相当长的周期，因此无法满足中国城市规划市场对开发规划及时校订的需要。因此，规划支持实施中需要的是能很快适应社会变化的规划支持系统。快速响应的概念现在在很多学科中都已不是新鲜的概念，例如运输规划。要达到在城市规划中的快速反应，建模战略必须考虑数据可用性与计算时间。前述部分中谈到的草图建模可在牺牲一定程度精确性的情况下满足此要求。与全尺度模型比较，草图建模的优点包括快速反应、易于理解和使用，并且开发费用低廉。草图建模方法的关键理念是快速和方便地生成不同方案。它介于定性概念建模与定量详细建模之间。它可以在一定的缩放范围内为进一步详细建模提供导向与框架。规划工作者通常保持在草图规划模式之中，直到完成多种方案的比较或者发现有价值的战略计划，值得以更详细的细节进行考虑为止。
在中国城市背景之下，草图建模中的参数可从西方国家的类似案例中进行借鉴。因此，建模中的比较研究或称全球模型基础设施是值得探讨的。
7.改善本地的空间数据基础设施
自20世纪90年代以来，遥感(RS)、GPS和GIS等技术在中国就有了effectively使用。然而，GIS在社会经济方面有效应用的主要障碍是社会经济数据的记录与出版(Cheng、Turkstra等，2006)。要改善此情况，PGIS可作为将本地知识整合到信息支持中的辅助手段。当前数字规划项目中进展(例如虚拟现实、电子测绘、网络GIS与电子政府)促进了用户与主体的参与。当前市政空间数据基础设施被各种市场经济下形成的体制因素所约束。各方面都接受信息分享及其标准，但却很难实现。
关键问题在于数据、容纳人数、政治与组织机构的不稳定性;以及与发达国家共有的问题，如协调与交通、结构化数据、资金或投资利润、处理过程。政治与组织机构的不稳定性(许多官员任期年限短)可能导致对当地空间数据基础设施投资的兴趣不大，因为其建设的特点是长期的且造价高。
8.结论
作者在论文中提出了定义空间规划中地理空间环境的一般框架，由五个工具组成，即概念、数据、模型、系统和用户。使用此框架，论文分析了中国城市规划中地理空间信息支持的现状，并特别将其与西方国家进行了比较。
总的来说，当前中国城市规划市场更多强调硬件(项目、物理数据和决策)较少强调软件(政策、社会经济信息、主体和知识)。为达到有效的城市规划，规划支持系统发展或信息支持应在方法论、模型、规划支持系统开发、地方数据基础设施方面采取专门的战略。规划支持系统(PSS)应强调在变化的环境中针对自上而下政策分析的“快速反应”。草图模型对于长期和面向未来的战略规划都是很适用的。最后，中国地方信息基础设施的开发很大程度上必须依赖政治制度的改进。西方国家城市规划中地理空间环境的相关研究可为中国人城市规划中规划支持系统的开发提供比较研究。
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