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08城乡规划方法与技术(钮心毅) 发布时间: 2013-11-26 点击: 2487

协作式规划中不同类型可视化方法的使用效果比较
协作式规划强调多方参与,各方利益相关人参与规划讨论制定。传统方式是采用纸质平面图、剖面图、实体模型、效果图等方式展示规划内容,供规划参与讨论时使用。随着计算机技术发展,产生了更多可视化展示手段,包括三维计算机动画、交互式虚拟现实技术等。这些技术不仅用三维方式表达规划成果,还能让使用者通过交互式方式进行漫游。不同可视化表达方式在规划参与中起到的交流、沟通作用有何差异?在协作式规划中,哪些可视化表达方式更适用?英国谢菲尔德大学的一项研究对协作式规划中不同类型可视化表达方式的作用进行了比较。
这项研究选择了谢菲尔德城市中心区某地一项重建计划为研究对象。在重建计划制定过程中,市政当局需要征询各方意见,召集利益相关方参与规划讨论。为此,组织了一次专题规划研讨会。来自于不同背景的11位参与者参与了这个研讨会。
研讨会上提供了六种可视化表达方式展示这项重建计划。第一种是纸质平面图。其中,包括了1:1000的规划平面图、1:1000的现状图、1:1000该处的总体规划图。以上图纸是地形图的基础上,采用彩色打印。第二类是实体模型,采用1:500实体模型来展示重建计划。第三种是打印出来的三维透视图,采用了A3幅面的计算机三维渲染效果图。效果图包括了1张鸟瞰图、4张不同地点的正常观察视高效果图。第四种是三维CAD模型,采用SketchUp软件制作三维模型,在直接屏幕上显示的方式展示开发项目。第五种是交互式三维漫游。采用虚拟现实的技术,由参与者使用手持控制器操纵进行三维场景的漫游,以正常人眼观察视角进行漫游。第六种是配置立体眼镜的交互式三维漫游场景,也采用虚拟现实技术,参与者除使用手持控制器外,额外配置了立体眼镜。两种交互式三维可视化都是用3m×2.5m的屏幕进行显示和交互式操作。以上六种可视化表达媒介同时陈列在同一个房间内。传统纸质媒介和实体模型摆放在房间内的桌面上。计算机三维模型和交互式三维漫游分别通过显示器和投影屏幕展示。在房间内设置了两台摄像机,用于记录所有参与者使用各种媒介的情况。
研讨会分三个阶段进行。第一阶段,由政府工作人员介绍这个开发重建计划。同时,工作人员介绍了以上展示重建计划的六种媒介。在第二个阶段中,参与者有50min时间来查看规划资料。参与者可以自主选择使用哪些可视化媒介。第三个阶段是参与者对这个开发计划进行发表意见。在发表意见过程中,参与者也可以使用任何一种媒介来表达自己的看法。摄像机全过程记录了六种可视化方式的使用情况。在研讨会结束之后,对11位参与者进行了问卷调查。参与者要回答对六种媒介使用的熟练程度,并对这六种媒介按是否易于规划沟通、讨论进行排序。
在这项研究中,主要分析依据并不是问卷调查,而是依据摄像机记录的实际使用情况。录像分析是根据参与者两种动作来确定使用状况。这两种动作分别是手势指向、眼光观察。对录像中每一个参与者的动作进行分析和记录。录像分析结果是传统纸质媒介中1:1000的现状图、1:1000该处总体规划图使用最频繁。两种三维漫游方式总计使用时间位于第二、第三位。在讨论阶段,也有短时间使用三维CAD模型。A3幅面效果图、实体模型、二维规划平面图使用时间则非常少。问卷调查结果则有所不同。在问卷中,参与者表示对传统纸质媒介比较熟练,对互动式三维漫游方式接触较少。对各种媒介按适用程度评分中,参与者对传统纸质媒介的适用性评价较高。这一点与实际录像记录情况有一定差异。对交互式三维漫游适用性评价也较好,这与录像分析结果比较接近。
这个实验得出结论:传统的纸质平面图、交互式三维漫游都是比较有效的可视化表达方式。传统的纸质图纸可以提供较全面的信息。交互式三维漫游能够给参与者以亲身体验方式进行观察。问卷调查方式得出参与者自我使用效果评价,并不与实际情况完全符合。类似的研究不能过于依赖于问卷调查,实际观察数据更为可靠。
来源:Gill L, LANGE E, MORGAN E, et al. An analysis of usage of different types of visualization media within a collaborative planning workshop environment[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2013, 40(4): 742-754.

基于GIS的跨季节太阳能蓄热站选址
跨季节太阳能蓄热是将夏季将太阳能采集,用蓄热装置将热能储存起来,以便通过冬季通过供暖管网进行供暖。太阳能的跨季节储存和使用,提高了太阳能作为替代能源的利用效率。跨季节太阳能蓄热站是其中重要设施。美国宾夕法尼亚州提出了利用废弃矿井建设太阳能蓄热站的设想,并运用GIS进行了跨季节太阳能蓄热站选址。
这项计划在宾夕法尼亚州Clearfield、Indiana、Cambria三个县范围内选址建设跨季节太阳能蓄热站,利用废弃的矿井进行蓄热,冬季为周边的中小学供热。选址中必须综合考虑三个因素:现有废弃矿井位置、中小学校位置、土地使用和土壤类型。选址的主要条件是,第一,废弃矿井和学校之间的距离不大于800m,减少供热管道长度和热能的损失。第二,废弃矿井与学校之间敷设管道沿途没有居住用地、工业用地、商业用地,便于管道建设。第三,适宜于建设蓄能站废弃矿井,其土壤必须是非水成土,避免地下水导致热能流失。
废弃矿井的数据、土地使用数据、土壤类型数据均来源于宾夕法尼亚空间数据交换中心。在三个县范围内有2361个能使用的废弃矿井。废弃矿井数据、土地使用数据是矢量数据。土壤类型数据是30m分辨率的栅格数据。从州政府获取了学校地址,采用ArcGIS的地址匹配功能,将学校地址匹配到图上。将废弃矿井、土地使用、土壤类型、学校数据统一转换为30m分辨率的栅格图层。
首先将土地使用栅格和土壤类型栅格进行叠合,剔除了土地使用性质是居住、工业、商业的地块,也剔除了土壤类型是水成土的区域,得到了一个符合土地使用性质要求、土壤类型要求的土地栅格图层。符合选址要求的单元赋值为1,其余单元赋值为0。然后,对学校、废弃矿井、土地三个图层分别进行赋值。将学校图层中将学校所在栅格单元赋值为3,其余单元赋值为0。在废弃矿井图层中将废弃矿井所在栅格单元赋值为2,其余单元赋值为0。随后对3个图层进行加法叠合,得到叠合后输出图层。
依据选址条件,学校和废弃矿井之间的距离不能大于800m。使用ArcGIS空间分析扩展的焦点统计(Focalvariety)功能。设定每一个栅格单元的圆形邻域800m,取邻域范围内单元的最大值。通过焦点统计计算,得到结果栅格图层。在结果栅格图层中,满足上述选址距离要求的废弃矿井所在单元值均被赋值为3。
需要对以上得出的满足土地使用、土壤、与学校距离要求的废弃矿井进行检验确认,确认是空的矿井才能使用。直接赴现场实地检验是一个非常费时、费钱的工作。该项研究选择了依托LiDAR航空影像和DEM数据快速检验方法。先用LiDAR影像查看已选出符合要求的矿井是否还存在。然后用1m分辨率的地表高程模型数据制作山体阴影(Hillshade)计算,采用光线方位角315°、高度角45°计算生成山体阴影栅格。将山体阴影栅格和前面得到候选矿井栅格叠合。根据矿井口形成的阴影就能很快确认每一处矿井是否仍是空的。采用以上步骤最终确定了跨季节太阳能蓄热站的选址。
采用叠合的方法进行设施选址是GIS的基础应用。这项选址有两个创新点。第一使用栅格空间分析焦点统计(Focalvariety)功能对叠合后栅格进行处理,得到符合与学校距离要求的矿井位置。第二使用了栅格空间分析的山体阴影(Hillshade)功能,根据地表高程模型生成阴影,根据矿井口阴影确定矿井是否能使用,代替了费时的矿井实地检验。
来源:DOLNEY T, FLAREND R, A GIS-based site identification for the seasonal storage of solar heating: promises and pitfalls[J]. Transactions in GIS, 2013, 17(2): 247-266.

在SLEUTH模型中模拟区划对土地使用的影响
SLEUTH模型是比较常用的元胞自动机(CA)模型,已经有相当多的研究运用SLEUTH模型模拟土地使用演变,预测未来土地使用状况。已有研究在模拟土地使用变化时,一般都不将区划(zoning)作为影响因素。如果能在SLEUTH模型中引入土地使用区划条件,将其用作模型校正,是否能更好地模拟土地使用演变?依据以上目标,展开了研究。
这项研究选取了美国佛罗里达州Redland地区作为研究对象,以2001年-2011年之间土地使用数据基础数据。该项研究的关键是将区划条件引入了SLEUTH模型中排除层。在SLEUTH模型中,排除层是用以确定限制哪一类城市增长的图层。一般采用0-100的排除度表达模型中每一个单元是否限制开发。0表示开发不受限制,100表示开发完全禁止。
为模拟区划在Reland地区土地使用起到的作用。该项研究中,设定了四种不同的情景。模拟三种不同土地的区划起到的作用,分别是可建设用地区划、农地区划、临时用地区划。E1情景是无区划的情景,不在模型中设置表达区划要求的排除层。E2情景设置区划要求,将可建设区的区划要求设置为0,即区划中划为可建设区的开发不受任何限制;区划为农地和临时用地的开发受一定程度限制,设定排除度为50。E2情景中表达区划要求的排除度数值是人为设定,并没有其他推算依据。E3情景和E4情景同样考虑了可建设区、农地、临时用地的开发限制,但是排除度的数值采用了不同的方法。E3情景中,先计算出城市增长需要占用的各类型土地数量,然后推算出不同类型土地的排除度。可建设区的排除度设置为0,区划为农地的排除度为83、临时用地的排除度为80。E4情景中更进一步,首先确定了Redland地区最有可能进行开发的区域,仅在这些区域内计算城市增长需要占用的各类型土地数量,然后推算出不同类型土地的排除度。可建设区的排除度设置为0,区划为农地的排除度为72、临时用地的排除度为53。
采用以上四种情景,以2001年Redland地区土地使用现状为基期年,分别与2003年、2006年、2011年的城市增长数据进行校正。从模拟结果表明,E4情景中模拟的结果和现状土地使用匹配最好。简单地将四个情景的城市用地增长数量和增长率与2011年实际情况进行比较。E1情景最接近 2011年实际增长数量,E4情景次之。可建设区内实际开发土地数量上,E4情景最接近 2011年实际增长数量,E1情景次之。临时用地开发数量上,E1情景最接近 2011年实际增长数量,E4情景次之。农地开发数量上,E4情景最接近 2011年实际增长数量,E1情景次之。继续采用评估SLEUTH模型模拟结果和现实情况吻合程度的专用评OSM指标进行定量比较,计算结果表明,E4情景的吻合程度最好,E1情景次之,E2、E3情景的吻合程度相对较差。
研究结论认为应用SLEUTH模拟土地使用变化中必须考虑区划的作用。Redland地区2001年到2011年十年间城市增长中,区划对控制增长位置、数量方面确实有显著作用。从技术角度总结,这一研究说明了在应用CA模型进行土地使用演变模拟中不能忽视规划本身对土地使用的影响。
来源:ONSTED J, CHOWDHURY R. Does zoning matter? a comparative analysis of landscape change in Redland, Florida using cellular automata[J]. Landscape and Urban Planning,  2014, 121: 1-18.

融入未来:预测、情境、规划和个案
(Engaging the Future: Forecasts, Scenarios, Plans and Projects)
这是一本关于城市规划方法的著作。该书核心观点是未来是不确定的,会有多个合理的未来可能会出现,规划必须考虑如何应对未来不确定性、应对未来的多样性,才能促使规划付诸实施。全书共十四位作者,既有来自于大学的学者,也有职业规划师。编著者之一Lewis D. Hopkins是美国著名城市规划学者。他的另一本著作《都市发展——制定计划的逻辑》完整地提出了有关城市发展、制定规划的逻辑。在本书中,基于美国的经验,用多个案例来说明规划师如何处理未来的不确定性,如何在未来不确定前提下制定规划,使得规划能够适应未来的多样性。
全书有15个章节组成,围绕预测(forecast),情境(scenario)、规划(plan)、个案(project)四个规划工具展开讨论。第一章、第二章、第三章、第四章对四个工具的理论讨论为主。在第一章中,作者详细讨论规划中预测,情境、规划、个案四个工具具体含义。第二章讨论了从规划实践出发如何看待预测,如何进行预测、以及预测与未来之间的关系。第三章从一系列案例出发,在社区层面讨论了普通公众对未来和预测的看法。第四章也是在社区层面讨论了规划师应如何将普通公众的个人意愿与社区共同未来共同目标结合。
第五章、第六章、第七章专门讨论了情境规划和预测。第五章从本属于商业领域的情境规划出发,讨论了情境规划的观点,定义情境、建立情境的基本方法,以加利福尼亚中央峡谷2025年为例,展示了从区域发展角度如何定义区域发展的情境、建立区域发展的情境。第六章以城市规划背景下的情境出发,讨论将情境引入城市发展规划制定中,如何利用情境来制定规划,提出了10条情境规划的实践原则,并引入了布兰特伍德地区区划、中海岸缅因州门户走廊规划两个城市规划中的情境规划案例。第七章以哥斯达黎加蒙特维多镇为例,说明在在社区层面如何使用情境规划为工具,社区居民参与规划过程。
第八章关注地区文化对规划的影响,提出在地区文化影响下,地方准则比规划其他准则对预测未来、对规划会更有帮助。第九章关注预测,提出预测不仅仅是机械性工作,也不仅仅是技术专家的实践,而是一个以服务规划为目的的工具,更是参与规划的工具。该章用案例说明预测不是枯燥的数据统计,可以是集体参与方式、吸引公众参加。预测可能的未来需要学习理解社会如何运行。
第十章、第十一章关注计算机技术支持预测、情境、规划、个案的应用方法。在第十章中,结合一个规划支持系统软件what-if在威斯康辛、俄亥俄的应用案例,提出了适宜性分析、需求分析、分配三阶段的土地使用规划决策支持框架。在第十一章中,讨论了一个土地使用模型LEAM的应用案例,结合情境规划应用,如何用于发展情境、支持多情境的土地使用规划。
第十二章、第十三章、第十四章关注在规划中表达、融入多种观点、多种声音的方法。第十二章、第十三章讨论了通过对话方式构建情境、或是通过叙述的方式构建情境的方法。第十四章以伊利诺伊州州厄巴纳地区综合规划为例,介绍了一个多方持续商议、融入多方观点规划编制过程。
第十五章介绍了在寻求规划咨询服务时,如何准备编写招标说明。该章节以一个虚拟的50万人口的都市区域规划为例,提出了一个包含规划目标、规划背景、外部要求、现状、规划任务等的招标说明。该招标说明其实可以看作是一个融入未来式的规划制定框架,预测、情境、规划、个案四个工具如何在这个框架中发挥作用。这一章节看也可以看作是全书的总结。
本书中的“情境”(scenario)在国内中文文献中更多译做“情景”。近期国内文献也多有讨论情景和情景规划在城市规划中应用。由于没有专门讨论城市规划中情景、情景规划的理论书籍,在研究中很多不得不参考引用商业领域的情景规划。本书是一本专门讨论城市规划中应对未来、应用情景规划的理论书籍,解释了规划中情景、预测、规划、个案四个工具相关的理论知识。对相关研究、应用有会较大的帮助。另一方面,本书在讨论理论问题时,多个章节都附带了应用案例,或者直接用一个案例来说明规划工具应用过程。这一方式非常有利于读者学习和理解。
需要强调的是这是一部以协作式规划、多方参与式规划方式为背景下,讨论规划方法的理论书籍。预测、情境、规划、个案四个工具的相关理论、方法都植根于当前美国规划制度之中。编著者在本书中文版序言中也强调了中美背景的差异性,阅读本书需要跨越背景的差异。尽管中美规划制度上存在较大的差异,但作者相信这些差异“并未导致未来可预估的地步”。也就是说,在当今的中国规划中也存在未来的多样性、不确定性,那么本书在当前中国的发展背景下也有价值。
来源: Lewis D. Hopkins, Marisa A. Zapata. 融入未来:预测、情境、规划和个案[M]. 韩昊英, 赖世刚, 译. 科学出版社,2013.