基于AutoCAD拓展GIS功能在城市规划中的应用初探

 摘要：AutoCAD、GIS等信息技术在城市规划中的应用越来越广泛，但由于GIS的专业性较强在规划设计阶段应用较少，导致规划设计与管理阶段缺乏有效的衔接，因此，笔者提出基于AutoCAD平台利用VC++和ObjectARX进行二次开发来拓展其GIS功能的工作思路，并结合开发研制成果介绍其在浙江坎门控制性规划、珠海南湾分区规划、佛山历史保护规划等规划实例的应用。
 关键字：规划设计   GIS   AutoCAD   二次开发

ABSTRACT:With regulatory detailed planning of Zhejiang Kanmen, district planning of Zhuhai Nanwan and conservation plan of history city of Foshan as cases, the paper explores the possibility of extending the GIS function by the secondary development using VC++6.0 and ObjectARX based on AutoCAD2000/2000i, presents its implement methods, and illustrates its application in detail.
KEYWORDS: urban planning, GIS, AutoCAD, secondary development

1. GIS在城市规划领域应用存在的问题
 目前，计算机的普及、计算机辅助制图、图形处理软件的飞速发展以及辅助设计技术和GIS技术的广泛应用，都为专业规划信息系统所需的信息数据和开发打好了扎实的根基，现在国内对GIS在城市规划中的应用和开发正从机构上、组织上、技术上进行准备，并已取得了初步成效，但也存在一个不容忽视的现象：在我国城市规划领域，GIS大多应用于管理部门，主要以解决建设项目“一书两证”的规划审批为核心，GIS 真正应用于规划设计阶段的很少；另一方面，全国各大中城市都编制了大量的规划图文成果，却没有行之有效的专业管理信息系统来应用这些成果，最后转换到各城市的信息中心进行下一步城市管理的数据还是需要再次输入，造成大量城市信息资源的浪费，这与我们建设数字城市实现数据共享的目标是相背离的。
2. 基于AutoCAD进行二次开发拓展其GIS相关功能
 2.1. 基于AutoCAD平台拓展GIS相关功能的技术路线
 2.1.1. 二次开发需具备的软、硬件环境
 本文所研制的系统中笔者采用以下开发环境：
 软件环境：
 开发平台：AutoCAD 2000i
 开发语言：Microsoft Visual C++32 bit Edition Release6.0
 开发工具：ObjectARX SDK for AutoCAD 2000i
 操作系统：Windows NT4.0 或Windows 2000或以上版本
 数据库管理系统：MicroSoft Access 2000或以上版本
 硬件环境：      
 Pentium PC机，主频90MHz或更高，内存32MB或更大
 800×600 SVGA显示或更高
 2.1.2. 选择AutoCAD为开发平台的理由
 AutoCAD是美国Autodesk公司开发的通用计算机辅助绘图、设计系统，因其强大的功能、使用的便利和良好的开放性，在国内应用非常广泛，影响深远，尤其在建筑和机械行业，拥有强大的应用和开发队伍，从1982年推出AutoCADＲ1.0以来到现在的AutoCAD2000i，其界面风格经历了很大变化，越来越接近Windows，使用更方便，其二次开发技术的不断更新也令人瞩目。因此，AutoCAD在建筑、规划设计单位倍受青睐，设计人员也非常乐于接受这种电脑辅助绘图的方式，与之相比，GIS由于图形处理的能力弱以及使用GIS软件有一定的专业知识要求而被大部分设计人员排斥。为了充分利用AutoCAD提供的图形处理功能以及其与Windows的高度集成、与其它常用软件的互易操作性、提高开发效率，同时考虑到规划管理信息系统主要是面向规划设计成果的管理，为了与AutoCAD完全兼容，使应用AutoCAD庞大用户群避免格式转换之间的麻烦，我们采用在AutoCAD平台拓展GIS功能这一方法。
 当然，Autodesk Map作为Autodesk公司新推出的兼容GIS功能的产品，也可以作为开发平台的一个选择，它可以实现.dwg数据格式与部分GIS数据格式(如.shp、.dgn等)的转换，其增加的map菜单也具备了部分GIS功能，但它使用起来存在一些不足，例如map菜单的用户界面不太友好而不易学习，进行图形数据与空间属性拓扑时对图形成果的质量要求较高等；另外Autodesk Map本身也是采用C++ (ObjectARX) 编写的，它可以和AutoCAD 面向对象技术一起拓展，本文中的研制成果作为一个实验性的探索也是基于AutoCAD平台采用模块化开发，只是根据规划设计和管理中的具体需要灵活开发一些相应的模块以满足不同的功能需求。
 2.2. 基于AutoCAD平台拓展GIS相关功能的工作思路
 运用计算机技术对规划成果的管理，最重要的是空间实体的全面数字化工作，包括图形的数字化和与相应属性的连接。限于目前数据条件，许多设计单位在承担规划设计任务时只是自行进行地形图上规划信息的数字化（大部分采用在扫描的地形图上进行屏幕手工数字化），这类数字化工作往往只是对图形的数字化，并不是真正的GIS数据集（即图形和属性有连接关系的空间数据），花费了大量人力财力生成的数据却很难为其它应用所用，造成了很大的资源浪费。另一方面，数字规划成果的不规范也使管理部门接收和统一数据有很大困难，对此，也需要通过从速建立有关的数据标准并使数字规划成果GIS化而加以改善。
 因此，鉴于目前还没有行业统一的数据标准，我们可以考虑将数字规划需要的基础数据与规划设计结合起来，实践中在重复的草案实行与修改调整的基础上来逐步加以完善。具体到规划设计的实际操作，可通过遵循标准规范对CAD系统或基于CAD的GIS（如Autodesk Map）利用高级语言编程进行二次开发来实现对规划设计成果的GIS化，一般采用以下两种方式来实现图形数据与属性数据的连接：
 （1）属性数据作为外部数据库，将图形实体的句柄ID(handle)与数据库的ID号相关联建立索引；
 （2）把属性数据作为图形实体的扩展数据（XData）添加到实体的缓冲区链表，通过添加和获取扩展数据的方法来实现绑定。
 上述第一种方法原理上很容易理解，但需要对图形和属性进行整体拓扑关系处理，修改不太方便，适合对已完成的规划成果进行后期整理，Autodesk Map采用的就是这种方法；本文中笔者从规划设计的实际应用出发，选用上述第二种方法，充分利用VC的控件资源设计用户界面，通过简单的人机交互对话框把属性数据作为图形实体的扩展数据（XData）添加到实体的缓冲区链表，通过添加和获取扩展数据的方法来实现图形数据与属性数据的绑定。因为AutoCAD中一个重要功能就是允许用户在任何一个图形的数据结构中再加入一部分其它信息，这就是扩展的对象数据库结构，通过ObjectARX程序设计可以实现对图形对象数据库的访问和修改，先自行定义扩展的对象数据库信息表，再加入到指定的对象中。这是一种相当实用的非图形数据库建立和使用方法。扩展的对象数据库内容是在对象数据库中以-3码为前导的一个项，在一个对象中，可以加入扩展的对象数据大小为16383字节（相当于8千多汉字），完全可以满足常规对图形实体的属性赋值。当然这些复杂的程序流程是在内部实现的，展现给用户的只是对话框的界面，只要是符合条件的实体（一般闭合多义线即可）均可实现属性的输入、修改、查询等功能。
 然后利用AutoCAD与Access之间的通信机制（本文中利用ODBC的调用机制），将各实体的属性转到数据库中，从而实现图形数据库与属性数据库的连接。采用这种方法我们可以直接将多个实体的多项属性一次性转到数据库中，避免了规划中例如控规分图则制作和指标表输出时需要逐一键盘输入属性和校对的劳顿之苦，并可以随时进行更新，通过记录入库时间的方式可以明确了解更新的历史纪录。本文研制的系统最基本的功能就是通过AutoCAD平台的二次开发实现实体属性输入、图文互查、属性入库等，对源代码进行稍稍改动则可用于各种AutoCAD实体的属性转换。
 规划成果的GIS化在现阶段可以协助和促进地方规划部门建立规划管理信息系统，从长远来看，在各地规划管理信息系统普及达到一定程度后，规划设计工作将会在GIS的数据与分析功能支持下结合CAD系统来进行。以控制性详细规划管理为例，管理单位所依据的主要是地块的一系列指标，因此，可以通过在AutoCAD平台开发拓展相应的地块属性管理功能，在规划设计阶段就把各地块及其属性联结起来，实现图形与属性的互相查询、指标检核、数据更新等（本文中浙江坎门控规管理信息系统均已实现这些功能），使之在目前城市空间数据还不是完全成熟的过渡阶段基本达到规划成果GIS化的目的。同理，对于道路、公建配套设施、管线等均可以采取这种方式来生成适合管理要求的规划成果数据库。
 在规划成果GIS化以后，相应的对规划成果上各要素进行各种查询也就非常方便，可以快速通过图形查询属性或查找定位符合某属性条件的相对应图形，这样不仅便于规划管理单位对控规成果的信息化管理和规划设计人员对方案的检查完善，也可为公众提供一个详细规划咨询结果，引导房地产开发商按照城市规划部门所要求的控制和引导指标来进行开发投资。例如，输入项目申报的各项数据，应用系统对各用地的属性进行查询，得到满足条件的用地以及相应的属性信息。另外，还可以通过一些数学模型的分析，对城市道路网络体系、公共服务设施选址等也可以进行分析判断。这部分功能借鉴了GIS的属性管理方法，通过对数据库进行SQL条件查询得到参考结果，由于本文的研究主要倾向于在规划设计阶段实现对规划成果的GIS化，从而保证与后期GIS运用的有效衔接，数据库只是选用最常用的Access，因此，属性查询的功能有些薄弱，仅实现了点击实体查询属性、实时属性查询、输入部分条件查询等功能。
3. 相关应用实例
 基于以上工作思路，利用Vc++6.0和ObjectARX基于AutoCAD2000/2002平台进行研制开发，建立与规划图形成果相关的属性数据库，实现对相关规划信息的查询、检索以及数据库的更新维护等功能，并保证规划设计成果与后期规划管理GIS平台（如ArcGIS）之间的兼容性，方便后期应用GIS软件进行规划辅助设计和辅助决策。笔者结合多个规划实例根据不同具体情况进行各有侧重的开发研究，下面结合实例进行讨论。
 3.1. 浙江省坎门旧城控制性规划规划
 笔者在参与本规划中考虑到控规中指标较多，在规划编制中指标经常需要修改，后期也需要结合各地块控制性指标进行规划管理工作，因此，在前期规划设计阶段，确定好各地块边界之后即可以进行地块编号、容积率、建筑密度等一系列指标，并可以直接导入Access数据库中，通过保存历史纪录的方式实时更新，同时也可以通过访问数据库进行相关指标查询检核等工作。
图1.输入地块初始信息                图2.输入地块详细信息(兼查询)
Figure 1. Input simple information        
Figure 2. Input detailed information
图3.建筑密度指标检核                       图4.将地块属性转到Access数据库
 Figure 3. Check building density          
 Figure 4. Transfer attributions of plots to ACCESS
 
 3.2. 珠海南湾城区分区规划
 珠海南湾城区原属于珠海市城乡结合部，在新一轮总体规划中被纳入到主城区范围，但由于历史原因该地区征地情况比较复杂，同时还存在村改居等一系列问题，而规划时肯定要考虑到用地现状的各种情况（如用地面积、开发平整情况、征地情况、建筑质量整体评价、现状调研附加说明等），因此，笔者在负责本规划编制的前期在AutoCAD上拓展GIS管理的小型用地管理信息系统对现状调研的用地信息进行统一管理，同时通过与规划局管理人员的交流后另外附加部分后期管理的功能（如用地许可证编号、征地说明、开发商情况等），方便前期规划设计阶段对用地的查询分析和后期对用地的规划管理（与上例中的属性管理原理一致）。另外，对当地配套设施的现状信息也建立基础数据库，并对现状分布进行分析研究，辅助后期公建布点规划。该项目由于现状信息的翔实和科学合理的分析，对后期的规划分析和决策起到事半功倍的效果，也得到当地规划管理部门的很好评价。
图5：查询现状配套设施相关信息             图6：配套设施信息列表及合理性检核
Figure 5. Query the attributions of the facilities
Figure 6. The list of the facility

 3.3. 佛山历史文化名城保护规划
 目前，历史文化保护规划采用的大多是传统的方法和手段，主要从感性角度来分析收集现状基础资料，缺乏对现状基础数据的快速准确分析，同时大量收集到的文物保护基础资料与后期的规划管理缺乏有效的衔接，且规划实施效果的好坏往往有赖于规划成果的质量，更取决于规划管理部门在规划实施过程中的控制和管理，而历史文化保护是一个长期的、动态的过程，需要全过程的动态控制和调整，要求规划设计和管理部门及时掌握各种能反映现状的动态信息，并作为管理部门保护和管理的依据。本次规划中主要从解决实际问题出发，一方面进行大量文物信息的收集工作，并从历史文化保护和利用的角度对文化资源进行文物古迹编码、文物古迹评价等级体系划分、建立物分级预警体系等，针对规划实施的动态性和长期性开展基于GIS管理平台的历史保护规划管理信息系统的探索性研究，基于AutoCAD平台利用VC和ObjectARX进行二次开发拓展其GIS的属性管理功能，实现在规划阶段进行文化绘图的同时即可建立图形与相关属性的链接，并可在AutoCAD界面直接进行相关信息的图文查询、属性信息维护与更新等，为后期GIS（ArcGIS）管理平台准备相关的空间和非空间的信息，相当于建立小型的历史保护规划管理信息系统。另外，考虑到与佛山市地理信息中心的数据转换更好的衔接，选用ArcView GIS软件进行相关的GIS分析、超链接到文物点相应的图片影音文件、专题图制作等。

图7 基于AutoCAD平台开发的系统菜单功能   图8 插入文物点符号后进行属性输入与查询
Figure 7. The menu of Conservation plan of history information system of FOSHAN
Figure 8. Input the information of the cultural relic and querying its attribution

4. 结语
 AutoCAD作为全球领先的通用设计应用程序，且Autodesk的行业应用程序都是基于这个软件，其绘图设计功能具有大部分GIS软件无法取代的优越性，但GIS软件所擅长的图形空间分析和属性管理功能又是Auto CAD的薄弱环节，因此有必要加强这方面的开发研究探讨一种更适合规划设计和规划管理的途径。
 本论文在深入研究AutoCAD的内部运行机制、充分利用Visual C++面向对象编程技术和控件资源的基础上，通过对城市规划设计和规划管理工作内容的思考，有效的探索了如何利用面向对象技术基于AutoCAD平台拓展GIS功能，并在城市规划阶段实现规划成果的GIS化以及与后期GIS应用的有效衔接问题，且将本文的基本思想和方法应用于实际规划案例，系统运行检测结果证明这一思路是完全可行的。同时，笔者研制开发的系统可在一般的微机平台上运行，软硬件要求不高，成果易于普及应用，且结合不同的规划项目需要进行变更，从而满足不同项目的需要，可以直接用来辅助规划设计工作，解决了规划设计成果GIS化的问题，大大减轻了城市规划尤其是控制性详细规划、分区规划等设计成果制作的工作量，提高了工作效率，使规划设计人员能将大部分精力用于现场调查和方案分析阶段，从而提高规划成果的科学性。因此，笔者建议在AutoCAD平台利用VC进行二次开发拓展GIS相关功能的工作思路具备可行性，具有一定的实用价值和参考价值，希望能为国内相关系统的建设提供思路，也希望本文能够抛砖引玉，与国内同行共同开展对规划设计阶段GIS应用的研究探讨。
 （感谢武汉大学蓝运超教授、周婕教授、华南理工大学周剑云副教授、吴庆洲教授在本文写作过程中提供的支持与帮助.）
 附：文中所列的实例均为笔者负责或参加的规划项目。

参考文献
Charles McAuley著，李世国、潘建忠、平雪良译，AutoCAD2000 ObjectARX编程指南，.机械工业出版社，2000.7
蓝运超 肖映辉 陈燕申主编，城市规划管理现代化，武汉测绘科技大学出版社，1999.12
肖敦余 梁伟，用控规管理系统进行城市空间管理，规划师，2001.4，Vol.17, P73-75