GIS空間分析在城市規(guī)劃中的應(yīng)用探討

1、GIS空間分析在城市規(guī)劃中的應(yīng)用探討摘要：GIS的發(fā)展引領(lǐng)著空間分析也在迅速的走向成熟，因?yàn)榭臻g分析作為GIS的核心技術(shù)，同時(shí)也是區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的主要特征，能夠根據(jù)地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征等采用相關(guān)分析模型對(duì)其進(jìn)行綜合性的分析、預(yù)測(cè)乃至決策和支持。本文針對(duì)空間分析在城市發(fā)展建設(shè)中的作用以及具體內(nèi)容進(jìn)行了探討研究。關(guān)鍵詞：GIS，空間分析，城市規(guī)劃空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算和基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算以及空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算?？臻g分析賴(lài)以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，代

2、數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間的實(shí)際問(wèn)題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策?？臻g分析在GIS應(yīng)用中起著非常重要的作用，如空間查詢(xún)與量算、緩沖區(qū)分析、跌至分析、路徑分析和空間插值以及統(tǒng)計(jì)分類(lèi)分析等。本文則主要介紹了空間分析與地理信息系統(tǒng)的關(guān)系及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用思想。1. 空間分析與地理信息系統(tǒng)空間分析就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字地圖進(jìn)行分析，從而獲取和傳輸空間信息。由于空間分析對(duì)空間信息（特別是隱含信息）所具有的提取和傳輸功能它已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要功能特征，也成為評(píng)價(jià)一個(gè)地理信息系統(tǒng)功能的主要指標(biāo)之一?？臻g分析是基于地理對(duì)象的位置和形

3、態(tài)特征的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，是各類(lèi)綜合性地學(xué)分析模型的基礎(chǔ)，為人們建立復(fù)雜的空間應(yīng)用模型提供了基本工具。因此，空間分析與應(yīng)用模型的關(guān)系是“零件”與“機(jī)器”的關(guān)系，不從概念上明確這一點(diǎn)，就無(wú)法在一個(gè)適當(dāng)?shù)木C合程度上研究空間分析的體系，也就無(wú)法改進(jìn)GIS系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)。但是長(zhǎng)期以來(lái)，空間分析的各種模型和方法沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)，甚至對(duì)空間分析的基本內(nèi)容也沒(méi)有形成普遍認(rèn)同的界定，這一狀況對(duì)空間分析的理論和方法的擴(kuò)展，對(duì)空間分析與GIS集成都是不利的。在GIS發(fā)展早期階段，由于人們的注意力多集中在空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)制圖方面，因而空間分析尚未受到重視。但是今天，對(duì)GIS空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，

4、計(jì)算機(jī)制圖也達(dá)到了相當(dāng)高的實(shí)用水平，實(shí)用的GIS軟件以及實(shí)際的GIS系統(tǒng)已有許多成功的實(shí)例，因此空間分析又慢慢成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。相對(duì)于GIS的其它分支領(lǐng)域，空間分析的研究是相對(duì)落后的，這已經(jīng)引起GIS理論界的高度重視。對(duì)于GIS中的空間分析目前還沒(méi)有明確的、統(tǒng)一的定義。RobertHaining給出以下定義：空間分析是基于地理對(duì)象布局的地理數(shù)據(jù)分析技術(shù)；郭仁忠等給出的定義是：空間分析是基于地理對(duì)象的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息。但“空間分析是GIS的主要特征，有無(wú)空間分析功能，這也是GIS與其它系統(tǒng)區(qū)別的標(biāo)志”這一點(diǎn)已被廣大學(xué)者和專(zhuān)家所認(rèn)可。2. 城市規(guī)劃中

5、空間分析的意義一般來(lái)說(shuō)，地理信息系統(tǒng)首先是在城市規(guī)劃和管理中得以發(fā)展和應(yīng)用的。城市規(guī)劃中的GIS空間分析主要是指利用GIS的統(tǒng)計(jì)分類(lèi)分析和制圖功能，對(duì)城市規(guī)劃中含有空間信息（位置、形狀和分布等）的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)、比例計(jì)算，并形成報(bào)表，同時(shí)繪制出相應(yīng)圖件的分析過(guò)程。在可能的條件下，利用多媒體技術(shù)形象和動(dòng)態(tài)的反應(yīng)地表實(shí)況，如將遙感圖像、地面攝影像片錄像片等均存入GIS內(nèi)，規(guī)劃人員要了解規(guī)劃區(qū)域現(xiàn)狀時(shí)，GIS除顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、空間分布外，還顯示這些地面情況，幫助規(guī)劃人員身臨其境地掌握現(xiàn)狀資料。作為地理信息系統(tǒng)核心功能的空間分析方法，在城市規(guī)劃領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。城市規(guī)劃空間分析的實(shí)踐意義在于

6、：分析和研究城市空間實(shí)體的現(xiàn)狀以及預(yù)測(cè)其發(fā)展前景，并以此作為編制城市規(guī)劃、指導(dǎo)城市建設(shè)的依據(jù)?？臻g分析技術(shù)方法的應(yīng)用，提高了城市規(guī)劃處理各類(lèi)規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，提高了對(duì)未來(lái)城市發(fā)展的預(yù)測(cè)、模擬和優(yōu)化能力，使規(guī)劃能夠在理性的綜合分析基礎(chǔ)上做出科學(xué)判斷與決策。城市空間作為一個(gè)特殊的空間系統(tǒng)，是政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等共同作用的結(jié)果，有其獨(dú)特的空間演變機(jī)制。通常，在充分分析城市空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)空間演變的規(guī)律，為城市規(guī)劃奠定分析基礎(chǔ)，使城市規(guī)劃成果有據(jù)可依，然而基礎(chǔ)規(guī)劃數(shù)據(jù)分析一直是城市規(guī)劃工作中的薄弱環(huán)節(jié)，成為城市規(guī)劃學(xué)科發(fā)展的一個(gè)技術(shù)瓶頸。在城市規(guī)劃領(lǐng)域，主要從

7、感性的角度來(lái)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)抓住主要矛盾來(lái)解決城市發(fā)展問(wèn)題。這種方法，不僅速度慢、效率低，而且主觀隨意性大，因此無(wú)法做出科學(xué)的分析和決策，在分析問(wèn)題的深度和廣度方面，都存在著嚴(yán)重的不足，既影響了規(guī)劃的科學(xué)性，也不能適應(yīng)現(xiàn)代城市迅速發(fā)展的需要?？臻g分析技術(shù)方法的應(yīng)用，為城市規(guī)劃空間研究提供了新的技術(shù)手段。在數(shù)據(jù)的分析處理方面，基于GIS的空間分析技術(shù)，首先能夠管理海量空間數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)、檢索、查詢(xún)城市規(guī)劃相關(guān)信息，安全可靠且現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)；其次可以對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性分析處理，獲得對(duì)規(guī)劃所需要的有用信息；同時(shí)還能將分析所得的結(jié)果用可視化方法進(jìn)行表達(dá)，易于規(guī)劃人員理解和進(jìn)一步加以利用。在空間分析研究的深度

8、方面，由于空間分析方法實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的一體化處理，因此，能夠透過(guò)城市空間現(xiàn)象的表面，對(duì)深層次的空間關(guān)系進(jìn)行研究分析。在把握城市空間演變機(jī)制的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)模擬城市的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，優(yōu)化調(diào)整城市空間格局，從而改變以往城市規(guī)劃停留于城市空間問(wèn)題的表象、就事論事、缺乏預(yù)見(jiàn)能力的空間分析研究方法，使規(guī)劃具有更強(qiáng)的深度和說(shuō)服力，也能更好的面向未來(lái)。3. 城市規(guī)劃中空間分析的內(nèi)容地理信息系統(tǒng)應(yīng)用于城市規(guī)劃領(lǐng)域的目的是提供決策支持，其中的GIS空間分析是一種提供可靠決策信息的有效手段。通過(guò)城市規(guī)劃空間分析，可以揭示城市空間相互作用關(guān)系，如城市土地空間演變、城市結(jié)構(gòu)以及空間演變、人口與用地之間的關(guān)系，

9、自然條件與城市結(jié)構(gòu)的關(guān)系，城市持續(xù)發(fā)展中物質(zhì)、能量和信息流動(dòng)的空間規(guī)律等。在實(shí)際應(yīng)用中，城市規(guī)劃空間分析通常有五種主要類(lèi)型：第一：比較分析。主要分析城市規(guī)劃要素的時(shí)間序列與空間序列的變化。通過(guò)比較分析，發(fā)現(xiàn)要素在不同時(shí)期的數(shù)量變化、空間分布的模式及其演變。為規(guī)劃人員提供更加詳細(xì)的規(guī)劃信息以供決策，并把握城市空間發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律以及未來(lái)的時(shí)空演變趨勢(shì)。第二：統(tǒng)計(jì)分析。主要是對(duì)城市規(guī)劃要素的非空間信息的分析。運(yùn)用回歸分析、相關(guān)分析和主成分分析等方法，確定數(shù)據(jù)庫(kù)屬性之間存在的函數(shù)關(guān)系或相關(guān)關(guān)系，應(yīng)用于城市規(guī)劃中的單因素不同狀況統(tǒng)計(jì)、多因素交叉統(tǒng)計(jì)和頻率統(tǒng)計(jì)等運(yùn)算。第三：預(yù)測(cè)分析。根據(jù)城市發(fā)展的時(shí)空演變

10、規(guī)律，使用各類(lèi)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)一定時(shí)期內(nèi)人口規(guī)模、城市土地利用、城市災(zāi)害、區(qū)域增長(zhǎng)等的發(fā)展變化趨勢(shì)以及空間演變過(guò)程。在預(yù)測(cè)分析的基礎(chǔ)上，可以制定正確的預(yù)測(cè)措施來(lái)引導(dǎo)城市結(jié)構(gòu)要素在空間上的合理布局和組合。第四：優(yōu)化分析。制定合理的城市規(guī)劃涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境等諸多要素，優(yōu)化分析就是通過(guò)對(duì)大量規(guī)劃數(shù)據(jù)的綜合與概括，在多因素綜合影響的條件下，在多種規(guī)劃方案中選擇最優(yōu)的規(guī)劃方案或發(fā)展目標(biāo)。城市土地利用功能區(qū)劃、城市功能區(qū)劃、規(guī)劃方案評(píng)價(jià)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等問(wèn)題都可以進(jìn)行優(yōu)化分析。第五：規(guī)劃模擬。它是以可視化方法模擬規(guī)劃方案的實(shí)施過(guò)程，通過(guò)擴(kuò)展分析和指標(biāo)統(tǒng)計(jì)等方法，從模擬的結(jié)果中直觀地了解規(guī)劃方案實(shí)施以后的城市狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及其空間機(jī)構(gòu)與形態(tài)。4. 結(jié)論空間分析作為GIS中的核心技術(shù)方法，不僅能用于城市土地分區(qū)功能規(guī)劃、城市人口數(shù)量控制與預(yù)測(cè)、城市發(fā)展結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分析、城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)建模與預(yù)測(cè)、城市交通構(gòu)架與評(píng)價(jià)、城市資源利用與合理分配等諸多方面，而且對(duì)于自然與城市結(jié)構(gòu)演變、城市中環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與配置以及城市中物質(zhì)、能量和信息的交換具有高效、準(zhǔn)確、合理的預(yù)測(cè)與決策支持作用。參考文獻(xiàn)：1 張成才，秦昆，盧艷等.GIS空間分析理論與方法M武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.10.2 吳信才地理信息系統(tǒng)原理與方法M.北京：電子工業(yè)出版