GIS新思维--地理设计

在2011年11月10日举办的第六届中国数字城市建设技术研讨会高峰论坛上，Esri中国（北京）有限公司副总裁首席咨询专家蔡晓兵做了题为《GIS新思维为数字城市建设提供新动力》的演讲，以下根据演讲实录整理。

各位下午好！如果大家早一个星期来北京，就可以体会到当时我们的环境，雾气沉沉，阴霾持续了近2周时间。当我离开北京出差到其它城市，发现不光北京这样，其它地方也有这个问题。呈现在我们面前的环境、生态及包括城市建设，交通拥堵等众多民生问题，使我们在享受现代文明带来好处和便利的同时，很多事情忧心忡忡。

理想与现实

我们谈建设数字城市、建设智慧城市，现在很多地方又提出要建生态城市。实际上数字城市也好、智慧城市也好、生态城市也好，每次提出这些目标时，我们都在脑袋里试图追求一种理想的境界。然而，我们每天生活、工作、都是在现实的世界里。从现实世界到理想世界之间，我一直在思考，我们从事GIS工作的可以做什么呢？应该怎么做？

我们的确需要有这样的思考。有一个故事说，一位先生不停地奔走，突然停下来。周围的人问他说你为什么不走了，他说我走得太快，把灵魂落下了，我得等等它。数字城市建设、智慧城市建设、包括下一步提生态城市的建设，在做这些事情的时候，我们的灵魂落下了吗？我们做信息化建设工作的时候，它的灵魂到底是什么？

地理设计（GeoDesign）

这里我要提一个概念——地理设计（GeoDesign）。听上去，“地理”和“设计”好像是两种不相干的事。但实质上，我们在城市建设过程中做的每一件事，规划也好、建设也罢，都在不同程度的改变着地理环境。我们每做一个决定、一个规划，被实施完后的结果，一定会对周边的环境产生正面的影响或者负面的作用。当然，我们不愿意等到结果出来以后再去修正它，最好的办法是在真正着手实施之前，就能够得到一些对实施或设计方案进行评估的机制。让我们知道，如果这么做了，会得到什么样的结果，这个的结果是否是我们需要的，或者期望的。

GIS提供的工具、方法和手段，让地理和设计结合在一起，使我们可以更好的按照所期望的那样去爱惜我们的环境。地理设计实际是一个系统的方法。无论是用GIS软件还是其它任何信息系统，当我们去考虑各种因素的时候，技术肯定不是唯一要考虑的。技术再先进、表面上再华丽、投入再多的精力和资源，如果结果不是我们期望的，那么所有这些努力都可能是无效的。所以地理设计，是希望能够用一种系统的方法，相对比较全面或者系统地帮助我们，对所做的决定给出及时的评估和反馈。如果发现评估后的结果并不是所期望的那样，我们可以及时的做出调整或修正，这就是地理设计要做的事情。

地理设计的应用方式

地理设计的应用方式是怎样的，跟传统的方式有什么不同？我们看下地理设计的应用环境。当我们要对一片区域的土地利用做规划时，比如用作学校、公园或仓储，规划人员要做的是出一份方案。接着，我们在这个界面上勾勒一个想法时，立刻就会有一个指标评估出现，而指标的评估取决于我们到底希望从什么样的角度看待这个方案，或者评估它对环境的影响、或者评估任何其它我们期望感知的、这个方案可以带来什么、结果是不是我们想要的。这些都可以得到及时的反馈，而不是弄完以后做定性的表述，得不到定量的反馈。

地理设计可以帮助我们及时地得到反馈，这是它和以往其它GIS或信息系统应用存在的很大不同。关键在于两一方面，一个必备条件是在地理设计的背后有一个信息系统在支撑，另一个方面是有一系列的分析模型，有模型才能对规划的设想进行评估，而评估的基础是后面的信息系统。所以，把信息系统、分析模型和GIS分析方法结合起来，可以让规划人员和决策者提前或及时地对将要做出的决定进行比较或评判。

下面是用触摸笔在可多点触摸的环境里面工作的场景。规划人员用触摸笔在屏幕上做规划，当设想勾勒出来后，反馈结果马上就可在工作环境中得到。这个结果其实就是对设想的评估，可以用饼图或柱状图来表现。以往的工作方式是在图纸上表达，但没有信息系统做支撑，对于结果到底是不是我们真正想要的缺乏及时的判断，所以现在这种在屏幕上画草图把规划的设想表达出来，然后切合后面的数据库和分析评价模型，给规划设计人员提供了手段和工具的基于GIS的方式，和以往是不同的。

另外的场景也是在触摸屏的环境下，两个工程师探讨一个规划方案。比如一方要进行高速公路选址，当他把规划的设想勾勒出来后，马上就会有修建后对周边环境造成影响的评估。再看看以往做城市三维建模，很多城市投入了大量的资金，并且花费最大的工作就是让这个城市“竖”起来。这是一个费时费力的工作，并且做完以后除了效果展现外，并没有更多的方法来应用这个成果，这个投入产出比非常糟糕的选择。

地理设计的新方法

那么新的办法是什么？Esri今年收购了一家瑞士公司，该公司有一个非常棒的三维建模软件City Engine，跟类似于CAD的建模软件最大的不同，在于它可以和GIS数据库结合起来。

建模的基础是之前投资了很多年、做了很多工作的二维空间数据库。在建模过程中，不是一个一个贴，而是按照规则贴。在二维场景里面从数据库中调出城市区域的街道、建筑和街区数据，在City Engine中加载三维模型，最初生成的是简陋的模型。然后，我们可以对选中的建筑再运用新的规则，当从左下角选定新的规则后，房顶和墙的里面马上发生了变化，选中新的模型参数以后，就可以对这个模型产生新的改变，这个变化是由建模的规则驱动的。

所以现在城市三维建模就变成了一种新模式：前期工作要有二维城市基础数据并建立模型的建模规则，然后用这个规则来驱动数据库，自动生成城市的三维模型。比如，我们从数据库中抓取城市道路的中间线，在这里规划一条道路，马上道路的模型就铺上去了。我们可以通过改变道路模型的参数来改变模型，比如我们对一个地块做规划，设定建筑规则，然后加载二维数据，接着可以进一步对建筑本身的建筑规则进行更改。可以看到，设定不同的参数，马上就会发生变化。如果改变了后缀红线的厚度，这个房子就会自动根据限制条件往回缩。

所有这些，不是通过手工的方式，而是直接选用规则和改变参数来改变模型。我们规划一条道路其实就是一个交互的建模过程，直接拖动鼠标，规划的道路就和已有的道路结合在一起。如果想建一条步行街，同样也可运用一组规则，得到实际的模型产生结果。如果步行街和主干道发生了交叠，那么这个规划设想的结果就不是我们想要的。这不是所谓艺术制作的过程，而是真正完成了一个设计，结果立刻可见，并且有二维的空间数据库数据做支撑。

City Engine是一个工具，目前Esri正在做与ArcGIS的整合。在这样的环境里建模，整个过程就变成了由工作流驱动。定义一个目标收集准备数据，然后进行交互设计和分析，接着比较结果，如果有问题就再重复、再调整。运用GIS空间发布的能力对组织内部或公众共享，可以把方案及时反馈到公众面前，整个工作形成一个工作流。最后，决策者认为方案可行的话再进行实施。整个过程经历了大量的循环，信息系统和规则分析工具可以帮助我们迅速的完成评估。

数字城市建设的灵魂

以往这些年，我们从数据最开始的测绘、数字化、建库，到后面可以做基本的查询、检索等工作，后来又有了Web应用，可以在网上发布工作。所有这些工作是不得不做的，在做的同时，很多工作我们又发现是受技术本身的驱动。而技术驱动是不断有了新的技术，跟着技术不断做很多事情。仔细回顾，会发现里面有相当一部分工作只是形式上变了，本质上并没有太多改变，只不过以前是在一个局域网环境下看到一个结果。现在在Web上，工作站、PC、手机甚至Pad上都可以看到。

然后，并不是这种表面的东西我们不需要，但我们思考信息系统的建设、数字城市的建设，智慧城市的建设，需要更多的关注本质的东西。我们需要进一步挖掘分析得到的东西，对我们的规划和有效的决策到底能够起到什么作用，这才是信息系统和数字城市建设的灵魂所在。

所以前面讲的小故事，我们无论跑多快，用再先进的技术，互联网也好、云也好、物联网也好，无论我们有再多花哨的手段，千万不要忘了信息化本身灵魂所在。我们希望在整个建设过程当中，不要落下自己的灵魂，谢谢大家！