基于GIS及公园选址和规划.doc

基于GIS的公园选址和规划摘 要：位置的选择是公园开发的先决条件，地理信息系统依靠其强大的空间分析和可视化功能使公园选址和规划更具直观性和科学性。GIS技术的应用为公园选址和规划提供了新的思路和方法，弥补了传统研究方法的不足，为商业企业的科学决策提供了科学、形象和直观的数据和信息。因此，在对传统公园网点选址模型分析的基础上，通过GIS技术与数学模型的结合，运用GIS空间分析的有关知识，探讨基于GIS的公园选址和规划模型的构建，并对模型的应用前景进行了评价和展望。关键词：地理信息系统； 空间分析； 公园选址； 中图法分类号: 文献标识码:A 文章编号:51引 言地理信息系统 (Geographic Information System，简称GIS)是以计算机为核心的信息处理技术，在国民经济建设中得到了广泛应用，极大地推动了社会生产力的发展，GIS成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一。GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析，GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。地理信息空间分析技术在公园选址与规划中的应用，体现出其众多的优点和巨大的潜力，保证了公园选址与规划的准确性和精确性。地理信息系统是现代信息社会的产物。由于计算机技术与网络技术的迅速发展，数字地球、数字城市等概念的相继提出，空间信息技术的应用范围得到了极大地拓展，开始由资源环境领域向社会经济领域和商业领域转变。在这种情况下，传统的GIS技术与相关前沿的IT技术相融合，在强调和拓展空间信息服务的基础上，逐步演变为基于位置的服务，并成为近两年国内外空问信息技术和应用研究的热点和前沿。2空间分析应用举例2.1提出问题收稿日期： ；修订日期：基金项目：作者简介：姓名张敏敏（1986），女，班内序号102，学号05273023，05思源班，理学院，邮箱：05273023构建一所服务于农村居民的休闲公园，运用地理信息系统和空间分析方法解决这座公园的选址及规划设计问题。2.2公园的选址由于地理信息系统(GIS)具有强大的空间分析和可视化功能，使得它在公园选址等方面得到了广泛应用，采用地理信息系统(GIS)分析和实现公园选址相对于主观经验或一些数学方法更具有科学性和可操作性，取得了较好的效果，有很高的实用价值。2.2.1公园选址的目标在执行地理分析之前需要分析问题建立目标。公园选址的目标是从若干候选地点中选择适于建造公园的最优位置，并进行资源分配。首先，要根据选择公园用地的基本准则确定出一些具体的区域，作为一个公园选址的可能位置。例如：公园要服务于居民地，因此，公园离居民地的距离不能太远；为了便于居民休闲和生活的需要，应使公园尽可能靠近道路；同时，为了保证地基稳定，应使公园距河流有一定的距离。其次，考虑到公园用地的要求，应选择适合于公园选址的土地类型，并且土地面积至少为2000平方米。因此，本次公园选址的标准包括以下条件：(1) 公园距居民地的距离在150米范围之内；(2) 公园距农村道路在150米范围之内；(3) 公园距河流的距离至少为20米；(4) 选取特殊用地作为适于公园选址的土地类型；(5) 面积至少为2000平方米。2.2.2准备空间操作的数据从地理信息系统空间数据的几何形态来考虑，选址工作要使用的数据主要有点状数据居民点数据、线状数据研究区域内的道路数据、面状数据区域内的地形特征信息。居民点和道路的数据主要以最新高精度的遥感影像数据及大比例尺地形图作为数据源，完成居民点的定位、道路线的生成。居民点数据要包括较完整的属性说明内容，如人口数量、经济指标、占地面积等，这些属性内容需要从全国的统计年鉴获得，并进行实地调查来加以校对，表现居民点精确的属性信息，这是进行GIS分析的基础。道路数据除了精准的几何特征以外，还需要有道路等级、长度、流景、路面类型等属性数据，属性数据的获取主要向路政部门索取。由居民点和道路网构成网络数据的两个基本要素：结点和链。对于地形数据，由于其变化速度并不是很快，所以可以用地形图作为数据源，进行DEM的生成，数据结构采用格网结构，主要是考虑数据生成成本。根据以上的选址条件，在执行地理分析之前需要准备的Coverage有：居民地、农村道路、河流及特殊用地。分以下两步：创建工作区和新建图层。本次设计的底图是XX乡行政区划图，给定的图层是XZS、XZL层。其中：XZS，土地利用现状图；XZL，道路层。需要创建的图层是居民地(jmd)、河流(river)、农村道路(road),特殊用地(teshu)层。(1)由XZS层创建jmd、river、teshu层。Jmd：表示农村居民点地类代码为52；River：表示水域，包括河流水面(地类代码71)，水库水面(地类代码73)，坑塘水面(地类代码74)；Teshu：表示特殊用地地类代码为55。(2)由XZL层创建road层。road：表示农村道路 地类代码为63。这样就准备好了要进行空间操作的数据。2.2.3进行空间操作，找出适于公园选址的候选区域为了达到公园选址的标准，首先需要找出公园、居民地、农村道路的影响范围。因此要对居民地、农村道路、河流分别建立特征缓冲区。为了同时满足以上选址条件，需要将得到的缓冲区进行叠加。叠加分析是GIS的特有功能，也是GIS区别于其它信息系统的主要标志，它提供抽象的数据类型和对象类型叠加分析的数学模型，将同一地区、同比例尺的二组或多组图形要素进行叠加。如利用区域的气候、水文、植被、交通等图形的叠加分析，分析公园环境。这里用特征合并操作，将两个输入层中重叠的多边形合并在一起，在输出层中仅保留两个输入Coverage中共同覆盖的区域。同时，为了满足距河流的距离至少为20米，还要减去距河流的距离在20米以内的区域，因此要用特征提取操作。2.2.4选址和分区分析选址和分区用于确定一个或多个服务设施的最优位置的过程，即确定的位置尽可能保证服务设施可以以最经济有效的方式为它所服务的对象提供服务。选址和分区分析中，既有定位过程，也有资源分配过程。选址和分区采用的技术与路径选择和资源分配类似，但涉及的基础数据除了Center (供方)、Demand(需求)、Impedance(阻抗)等以外，在实现过程中还需要一些特殊的参数和信息：在Center文件中要增加一个数据项(Candidate)，用于说明结点、点状目标或多边形是否成为Location的候选操作对象，以及候选资格的等级(0一非候选，1一候选，2一固定候选者)。公园与居民的关系构成一种在网络中供需分配关系。公园是资源提供方，它负责提供设施和服务供居民休闲。居民是资源的需求方，他们要求享受休闲。作为需求方的居民沿街道网络分布，他们产生了对作为供给方的公园的资源服务设施的需求。依农村道路构建网络图层。选址时遵循的原则是所有居民到公园的路程之和最小。资源分配(Allocate)就是根据资源分配中心(Center)的供给和网络弧段的需求，通过最短路径算法分配路径至分配中心，因此，资源分配生成的路径系统也为最短路径。分为以下几步：(1) 建立网络。由于选址和分区分析是地理网络分析功能，网络分析是依据网络拓扑关系，通过考察网络元素的空间、属性数据，对网络的性能特征进行多方面的分析计算。根据已有的农村道路层建立的网络图层，将居民地层和候选适于选址的图层作为背景层，编辑农村道路层，增加结点和弧段，使两个候选地点与农村道路相连，形成的网络图层Road。(2)创建结点表并增加属性项Population。为了给网络中的结点增加需求(Demand)，这里作为结点的属性，就需要创建结点表并增加Population属性项并赋值，作为需求量，以表示使用公园的居民的数量。首先，用Build命令创建结点表；其次，增加population属性项作为资源需求量，并赋值。Population是居民的数量，代表所在居民地对资源的需求量。(3)建资源中心(Center)表。资源中心(Centers)在网络分析中用来描述网络系统中的分散中心点，用于供应资源或代表某类吸引力，资源中心所能供应的资源数量称为供应量 (Supply)，其属性数据存储于INFO格式资源中心表中。这里选择road ID =0和road ID =64的两个结点为资源中心，它们的资源供应量分别为2500、1500，表示负责提供的使用公园的居民的数量。Candidate的值为1，表示这两个地点都有候选资格。在Arcedit模块中使用Create命令创建资源中心表，增加数据项Road ID，Supply，Candidate，并在TABLES模块中依次为数据项赋值。(4)在Arcplot下设置资源分配分析的数据源。(5)实现选址和资源分配功能。在分配过程中，Center与Node和Link间资源的流动是在最优路径(最小阻值)中进行的。每当一个Node或Link分配给一个中心，就从Center的资源量(Supply)减去Node或Link的需求量(Demand)，如果Center的资源耗尽，对该中心的分配过程即结束。(6)资源分配结果的显示。可见，road ID=64 的结点为所选的资源中心点，是适合于公园选址的地点，它满足居民到公园的距离之和最小。2.3 公园的规划GIS具有强大的空间数据处理和计算能力，它在公园规划设计中的作用主要表现在公园服务设施空间相关数据的采集、处理、存储、查询、分析和显示。利用GIS的空间分析功能分析公园规划管理数据，辅助规划设计具体表现在以下几个方面。2.3.1地形地貌分析利用地形分析模型，以图表的形式展示公园的地质地貌景观，分析公园内部山体的坡度、高程，应用GIS地形地貌分析功能，合理设计各个景点和基础设施。另外，对单元公路网长度、各类用地面积进行测算，科学布局公园内部交通路网系统和照明系统。2.3.2缓冲区分析缓冲区是围绕某地物要素画出的定宽地区，点的缓冲区是圆饼，线的缓冲区是多带状，多边形的缓冲区则是更大的相似多边形。缓冲区对于建立“影响地带”是必不可少的。如建立风景优美的观光通道，通过缓冲区分析，规划确定通道两边需要美化的面积以及修建观光通道需要占用各种用地的数量等。另外，在规划公园居民活动区域时，对居民可能产生危险的设施用地如输配电设施用地区域设置缓冲区，使得居民活动用地尽量远离这些区域。2.3.3网络分析公园规划要从全局出发，统一安排，充分合理利用地域空间，因地制宜地满足风景区多种功能需要，实行地质地貌景观保护与生物资源、人文景观资源保护规划相结合、统一协调的原则。因此充分研究公园区域背景条件对于一个成熟的规划显得尤为重要。公园的背景条件包括区域内的自然地理、文化、经济发展水平及其发展预测，客源市场，以及区域内的生态环境问题。网络分析将公园地区放在一个更大的区域中进行研究，在最大程度上发挥园区的特有优势，确保稳定的游客市场。在规划设计吸引游客的交通设施时，首先分析公园景观资源条件，区位和区域交通条件，区域范围内存在的未建及已建的旅游环境，并结合缓冲区分析，得出最稳定的客源中心，计算客源中心到公园的最佳和最短路径，最后设置合理的交通设施。另外在安全地疏散人群的最佳路径的选择分析时，同样可以由网络分析实现。3运用GIS选址的优点及不足3.1利用GIS进行选址的优点主要有：(1)GIS具有地图浏览功能，可以直接在数字地图上进行定位，展示资源和市场的空间分布，通过空间数据的属性查询，可以了解备选区域的地理位置，地形，相邻地物的空间关系，土地选用类型，人口密度，交通条件，社会经济发展水平等。另外，通过三维GIS数据模型，可以对选址区域的地理特征可以有更直观更详细的了解，这样，可以充分考虑在域内进行公园建设的地理条件。(2)GIS具有地址匹配查询功能，通过输入客户的街道的门牌号码或邮政编码， 就可知道客户大致的位置和所在的街区。这样，可以对客户的分布有比较精确的了解，可以更准确的知道市场的范围，进而可以进行比较精确的配送成本计算，而不是像数学模型里面只是将市场重心作为需求聚集地，忽略了到单个消费点的配送成本。 (3)GIS不仅可为用户提供信息服务，而且具有分析决策功能，地理信息系统是一个决策支持系统，它的最大的好处是能够对GIS数据进行空间操作而获得新的有用的信息。GIS中集成了一些决策分析工具，如在计算两点之间的最短距离时，计算机可在数字化信息的基础上，利用最短路径数学模型，快速、方便地计算出来。此外，GIS还可进行缓冲区分析，叠加分析，资源分配等。(4)GIS具有地图制作和地图展示功能，在一些GIS软件中都集成了一些数据分析工具，如可以作直方图，圆状图，数据分布曲线等，可以在地图上添加标签，图例，报表等等，使选址结果的各项信息都能很清晰的表达。(5)GIS数据可时时更新，更适应实际情况的变化。3.2在实际应用中，基于GIS的选址与传统的选址方法相比，也有如下的困难与不足：(1)发达国家和新兴工业国家大多已经建立了本国统一、规范、广泛共享的国家基础地理信息系统，积累了相当规模的数字化专业空间信息，多种形式的数字化地理信息产品广泛进入市场，相关的GIS产业也已成为信息产业中一个重要的分支。我国的GIS的应用及其产业的发展水平与发达国家相比，差距还很大，而且缺乏有效的宏观调控。(2)运用GIS进行公园选址需要大量的资金的投入购买软件和硬件，有些GSI应用软件很昂贵，并且GIS数据库的建立也需要大量的资金。据统计，在GIS的开发中，用于数据库建设的费用平均要占项目总费用的80左右。(3)在进行公园选址过程中，需要大量的数据，GIS的数据采集和处理起着关键的作用，许多工作都必须依靠相应的空间或(和)属性数据来进行，数据采集是一项非常艰辛的工作，要花费大量的时间与资金。4结 语基于GIS的选址能摆脱数学模型的一些不足之处，充分考虑了实际客观情况，通过对空间信息和非空间信息同时进行分析和处理，使之得到的公园的位置更加准确，能更符合实际要求，有很高的实际应用价值。GIS系统具有强大的空间分析功能，而不必要去编复杂的程序，使选址过程更为简单。但是，GIS系统需要一些硬件、软件设备，需要有充足的数据，选址地区必须先数字化。我国目前的GIS系统建设还比较落后，在实际中数据的采集、输入、转化等工作会耗费大量的时间和资金。今后，随着社会数字化的不断发展，GIS的应用将更上一个台阶，应用的广度和深度也将进一步加强。地理信息系统是一门与多学科相互渗透、相互交叉的综合性应用性学科，它作为新兴学科发展至今，已拥有自己的一套科学系统的理论体系。学习GIS，首先了解它的基本构成和功能，其次要掌握三个方面的内容：一是GIS的数据结构、空间数据处理及空间数据库，二是GIS的空间分析方法，三是GIS的应用模型。地理信息系统的应用遍及环境保护、资源保护