地理信息系统在城市规划中的应用

GIS中空间分析功能在城市规划中的应用摘要：空间分析和统计功能是地理信息系统的一个独特的研究领域，其主要特点是帮助确定地理要素之间的新的空间关系。其常用的分析工具主要有叠合分析，缓冲区分析，数字地形分析，网络分析等。其主要是为了分析空间数据，提供空间决策信息。其可以对输入其中的关于城市的空间矢量数据和栅格数据进行分析，更加科学合理的发现或解决有关的城市问题。随着GIS技术在城市规划领域的逐步普及，其空间分析功能在城市规划设计领域中的应用越来越受到城市规划师的广泛关注。关键词：空间分析地理信息系统城市规划GISGIS的简介地理信息系统所属现代词，指的是由电子计算机网络系统所支撑的，对地理环境信息进行采集、存储、检索、分析和显示的综合性技术系统。1.1GIS的分类按应用功能分为专题地理信息系统、区域地理信息系统和地理信息技术处理系统。专题地理信息系统是根据专门地理问题的需求而建立的，如土地利用信息系统、能源信息系统、水资源信息系统、旅游信息系统、城市规划管理信息系统。区域地理信息系统以一定的区域作为研究对象，既有区域综合地理信息系统，也有区域专题信息系统，直接服务于区域发展的部门和综合数据管理。地理信息技术处理系统是面向技术处理的，如遥感数据处理系统、计算机辅助制图系统、地理数据分析系统等。从以上的GIS的分类中就可以看出，它已经在城市规划中的各方面有了相关的应用1.2GIS的四大基本功能（1）数据采集与编辑功能。GIS的核心是一个地理数据库,所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中,即数据采集.为了消除数据采集的错误,需要对图形及文本数据进行编辑和修改.属性数据编辑与分析.同时其内部的SQL查询功能更加便于用户利用数据。（2）制图功能。GIS的核心是一个地理数据库。建立GIS首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。（3）空间数据库管理功能。地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。（4）空间分析功能。通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。GIS中空间分析功能2.1空间叠加分析叠加分析提供根据两幅或两幅以上图层在空间上比较地图要素和属性的能力，通常有合成叠加和统计叠加之分，前者是根据两组多边形边界的交点建立具有多重属性的多边形，后者则进行多边形范围的属性特征统计分析。合成叠加得到一张新的叠加图，产生了许多新多边形，每个多边形都具有两种以上的属性。统计叠加的目的是统计一种要素在另一种要素中的分布特征。同样，它可以分别对矢量数据和栅格数据进行叠加分析。2.2空间临近度分析其中包括缓冲区分析和泰森多边形分析。（1）缓冲区分析:缓冲区用以确定围绕某地要素绘出的定宽地区，以满足一定的分析条件。点的缓冲区是个圆饼，线的缓冲区是个条带状，多边形的缓冲区则是个更大的相似多边形。缓冲区分析是GIS中基本的空间分析功能之一，尤其对于建立影响地带是必不可少的。（2）泰森多边形分析荷兰气候学家A·H·Thiessen提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，并称这个多边形为泰森多边形。2.3数字地形分析利用数字化的形式表达的地形信息。DTM的形式可以分为规则格网和不规则三角网。由它可以得到一系列地形因子包括地形的坡度、坡向，曲面面积、地表粗糙度、高程变异，以及谷脊特征等有关的地形有关的信息。2.4网络分析网络分析是指依据网络拓扑关系，通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面研究的一种分析计算。是研究一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好，如一定资源的最佳分配，从一地到另一地的运输费用最低等，其基本思想则在于人类活动总是趋于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。空间分析在城市规划中的作用3.1空间叠加分析法空间叠加分析法主要是适用于有多个属性要素的叠加，在城市规划中，可以适用于类似于客运站，垃圾处理厂等的选址。比如，提出的要求含有距离主干道1KM，要求地势平坦，处于人口密度较小的地方，处于城市的下风向来选择一个垃圾处理厂。那我们就可以把所有的信息输入到GIS中，然后变成栅格数据，通过栅格计算器，输入各种条件，就能够生成符合条件的区域。当然，这一切都要基于之前的数据采集要具有一定的准确性。上面只是一个小方面的的体现，空间叠加分析法在城市规划中的作用主要是用于城市的用地布局、城市用地适宜性评价以及土地利用规划。在路网确定的前提下，影响城市空间格局的建设用地类型主要为居住用地、工业用地和公共设施用地。因此，在建设用地布局之前，主要是对这三大类型用地的空间适宜性作出评价。将各种影响因子输入GIS中，能得出相应的结果，然后再根据结果调整及优化城市的用地的空间适宜性评价。用地布局相应的也是一样的，它相当于是对所有用地进行选址。而此时如何确定对于各种用地的影响因子以及其所占权重就显得比较重要了，这直接会影响到结果的准确性。3.2缓冲区分析法缓冲区分析是用来确定不同地理要素的空间邻近性和邻近程度的一类重要的空间操作。缓冲区分析主要是可以对于点线面的要素设定一个缓冲半径，得到相应的缓冲区域。其中点的缓冲区域为圆，线的缓冲区域为带状，面的缓冲区域为更大的面。其在城市规划中的作用如：道路规划中建立缓冲区以确定道路两边若干距离内的土地利用性质；水源的污染与防治，为水源建立缓冲区；污染源周边用地的控制，根据缓冲区确定其污染程度的等级；城市的自然保护区的建立，城市CBD区域的影响范围，中心城市周边区域人口的吸引力等等。3.3泰森多边形分析可以用于基于Voronoi图测度指标,研究农村居民点的主要集聚区域，通过一个区域的要素建立一个多边形来代表整个多边形的要素，根据一个自然村庄的主要人员集结区来预测整个村庄的布局。3.4数字地形分析法这种方法主要是将输入的数据建立一个数字模型，可以让人更加直观的感觉整个城市空间。建立好模型后，可以通过一系列操作了解到其表面状况如等高线、坡度、坡向、视域吗，填挖方计算等等。这些可以运用在城市规划中的道路选线、水系选线，确定城市的防洪区域等等。3.5网路分析法其含有的基本要素有链、障碍、拐角点、中心、站点。它可以运用到一些关于选线的问题，如某地有很多超市，可以建立缓冲区得到附近一定区域内的超市数量，然后根据网络分析确定距离此地最近或者最经济的路线到达一个超市。在城市规划中，它可以对对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化。也可以对于城市的地址匹配和资源分配进行分析。小结上面只是浅谈一下个人对空间分析对城市规划的作用，用了较多例子，很是浅显。但是空间分析作为GIS中的核心技术方法，不仅能用于城市土地分区功能规划、城市人口数量控制与预测、城市发展结构预测与分析、城市经济结构建模与预测、城市交通构架与评价、城市资源利用与合理分配等诸多方面，而且对于自然与城市结构演变、城市中环境发展趋势和城市基础设施建设与配置以及城市中物质、能量和信息的交换具有高效、准确、合理的预测与决策支持作用。其在城市规划中主要作用在以下：第一：比较分析。主要分析城市规划要素的时间序列与空间序列的变化。通过比较分析，发现要素在不同时期的数量变化、空间分布的模式及其演变。为规划人员提供更加详细的规划信息以供决策，并把握城市空间发展的内在规律以及未来的时空演变趋势。第二：统计分析。主要是对城市规划要素的非空间信息的分析。运用回归分析、相关分析和主成分分析等方法，确定数据库属性之间存在的函数关系或相关关系，应用于城市规划中的单因素不同状况统计、多因素交叉统计和频率统计等运算。第三：预测分析。根据城市发展的时空演变规律，使用各类预测模型，预测一定时期内人口规模、城市土地利用、城市灾害、区域增长等的发展变化趋势以及空间演变过程。在预测分析的基础上，可以制定正确的预测措施来引导城市结构要素在空间上的合理布局和组合。第四：优化分析。制定合理的城市规划涉及社会、经济、政治、环境等诸多要素，优化分析就是通过对大量规划数据的综合与概括，在多因素综合影响的条件下，在多种规划方案中选择最优的规划方案或发展目标。城市土地利用功能区划、城市功能区划、规划方案评价、环境质量评价等问题都可以进行优化分析。第五：规划模拟。它是以可视化方法模拟规划方案的实施过程，通过扩展分析和指标统计等方法，从模拟的结果中直观地了解规划方案实施以后的城市状况、经济发展水平及其空间机构与形态。参考文献[1]张占阳GIS空间分析在城市规划中的应用探讨中国知网[2]许为一GIS空间分析功能在城市规划设计中的应用初探科技广场2007/11[3]卢锐邵波基于GIS分析的建设用地优化与布局研究中国知网[4]王露露基于GIS空间分析的县域农村居民点布局优化研究城市规划学报2013/06[5]张成才秦昆卢艳等GIS空间分析理论与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2004/10