区域遥感经济信息空间集成系统应用研究1

5.4 规划指标计算工具的应用,一、规划指标类型与计算工具的选择二、统计型指标计算工具三、几何特征计算工具,规划指标类型与计算工具的选择,根据区域规划指标分类系统及模型计算方法，对区域规划指标建立编码（字段），并选择合适的工具进行计算。,在计算工具一列中，主要有一下几种计算工具可供选择：,统计数据 统计型指标计算工具 重分类工具 栅格计算工具,统计型指标计算工具,根据以上区域规划指标分类系统与模型计算方法，对于统计型数据可以利用统计型指标计算工具来计算。该工具包括：输入图层，输入目录，添加字段，字段类型，计算字段，计算表达式。,统计型指标计算工具界面,几何特征计算工具,在区域规划中，通常要计算区域或者栅格的几何特征，包括面积、长轴、短轴、扁率等。几何特征计算工具能够计算矢量数据或栅格数据的几何特征。区域规划中，交通线的密度是反应交通线通达程度的重要指标。该工具包括输入道路图层、加载字段、搜索距离、输出结果、模板栅格尺度、面积单位等项，其中输入数据要求是Shapefile格式。,几何特征计算工具界面,交通线的密度计算工具,一个完整的ESRI的shape文件包括一个主文件，一个索引文件，和一个dBASE表文件。主文件是一个直接存取，变记录长度文件，其中每个记录描述一个由其顶点列表组成的shape。在索引文件中，每条记录是在主文件中对应记录距离主文件头部的偏移量。dBASE中记录的是对应主文件中记录的属性记录，每条主文件记录对应dBASE中的一条属性记录。几何对象和属性间的一一对应关系是基于记录编号的。在dBASE文件中的属性记录必须和主文件中的记录保持相同的顺序。注意：Shapefile不含拓扑数据结构。,5.5 主要规划模型计算工具的应用,模型计算工具的内容工具目录设置应用模型计算工具之前的数据准备主要社会经济指标空间离散化及算法设计城市相互作用模型交通通达度模型专题区划模型城市用地适宜性评价模型城市建成区及人口识别模型城市宏观背景分析模型,一、模型计算工具的内容,基于AML宏语言编写模型工具脚本由ArcGIS的ArcToolbox调用这些脚本,二、工具目录设置,AML宏语言的突出优势是可以在较低版本的ArcGIS（或ArcInfo）的Workstation上运行，然而其明显不足是如果要改变程序代码中指定的数据调用与存放路径比较麻烦。所以在实际应用时，采取一种便捷的办法，即设定统一的默认工作目录。由于AML中不支持重复文件名，所以结果目录在程序启动时应被清空。在运行过程中产生的大量临时文件，也应在运行结束后被删除。如果要进行程序修改，可以利用临时文件观察程序修改过程中各步骤的运行情况。可以利用虚拟硬盘软件将任一工作设置为默认工作硬盘。如果要改变程序代码中的工作目录，可以用文本编辑器调出脚本程序，用文本替换工具进行替换。,三、应用模型计算工具之前的数据准备,模型工具都对参与计算的数据提出了明确要求，运行工具之前应将计算数据复制到相应的目录下。较方便的复制方式是利用ArcCatalog的复制-粘贴功能。例子在重庆市应用示范系统中，根据模型脚本代码的要求，先对基础地理数据进行处理。处理工作包括三个方面：生成特定的数据层、修改属性表字段、输入基本参数。,四、主要社会经济指标空间离散化及算法设计,（一）人口数据的空间离散模型（二）GDP、第一、二、三产业增加值 的空间离散（三）算法设计说明（四）统计型经济数据空间离散化误差控 制方法,1. 人口现状数据的空间离散模型(基于县级行政单元),由于城镇人口和农村人口分布特点上的差异，对人口的离散需要分别处理城市人口和农村人口。而后将城镇人口分布数据和农村人口空间分布数据进行叠加，形成总人口的空间分布数据。,城镇人口的空间离散模型：在县（县级市）级尺度上，直接将城镇人口按城镇斑块面积平摊。,农村人口的空间离散模型：在县（县级市）级尺度上，建立了基于“加权多因子影响力距离衰减模型”的农村人口空间分布模型。 其中，,全国总人口的空间分布模型：将城镇人口空间分布数据和农村人口空间分布数据进行叠加，即可形成表征总人口空间分布模型。,所谓“加权多因子影响力距离衰减模型”，是指首先单独考虑模拟各种影响因子（包括自然地理因子和人文地理因子）对人口的影响（主要是距离衰减作用、斑块限定作用），而后对各种因子影响力的相对大小进行模拟，并以线性叠加的方式将各种影响因子的影响力综合起来。,人口数据的空间离散化模型技术路线,2.人口预测数据的空间离散模型(基于省级的),农村人口的空间离散模型 第一步，将省级农村人口分解到各县市，对于某县（县级市）m来说，第Y年的农村人口数可表示为 式中：COPOP-Ym是该县（县级市）第Y年的预测农村人口数，TPOP-Y是该县（县级市）所在的省全省的第Y年的总人口预测值，Rcity-Y为该省第Y年的预测城市化率；COPOP-2000m是该县（县级市）在2000年的农村人口数，m为城市序号，该省一共有n个县（县级市）。,与现状数据的空间离散模型类似，预测数据的空间离散也区分了农村人口的空间离散和城镇人口的空间离散，而后以前两个为基础，合成了总人口的空间离散数据,第二步，根据自然地理条件和人文地理条件，按照2000年现状农村人口空间分散模型中的“加权多因子影响力距离衰减模型”的构建，新建得到未来的各栅格点的影响力的总和值W-Yi模型： 式中：W-Yi为2000年栅格i上加权多因子综合影响力；i为栅格序号，该县（县级市）内共有n个农村用地地块栅格；j为因子编号，本模型中共考虑m个因子；K-Yj为第j个因子在整个模型影响力的权重值；Dij为j因子在栅格i上的影响力。,第三步，在得到各栅格点的影响力的总和值W-Yi之后，与城镇人口空间离散模型相仿，可建立下面的数学模型进行农村人口的空间离散。对于任意县（县级市）来说，该县（县级市）任意栅格i上的农村人口 式中：COPOP-Yi是第Y年县级市栅格i的农村人口密度；COPOP-Y是第一步计算得到的县级市第Y年的农村人口总量； 为该栅格（农村人口）调整系数。, 城镇人口预测数据的空间离散模型,模型与上面的模型类似，总的技术路线是将省级总人口转化为各县（县级市）的城镇人口。但和前者略有不同的是，在对未来各年的城镇人口预测中，我们考虑了不同级别城市的城镇化率的差异。第一步，依据2000年现状城镇人口数据以及各类城市城镇人口增长速率，得到各城市的城镇人口的模拟值，模型为 CTPOP-2000m为2000年城市m在2000年实际的城镇人口数;M-CTPOPm为考虑各类城市城镇人口增长速率得到的模拟人口数，k为城镇人口增长速率。,第二步，以城镇人口模拟值为基础，将省级城镇人口分解到各县市，对于某县（县级市）来说，第Y年该县（县级市）城镇人口数可表示为 式中：CTPOP_Ym是城市m在第Y年的预测城镇人口数，TPOP_Y是城市m所在省份在第Y年全省的总人口预测值，Rcity_Y为该省第Y年的城市化率；M_CTPOPm是考虑不同类型城市城镇人口增长率不同的前提下得到的模拟人口数，m为城市序号，该省一共有n个县（县级市）。,第三步，将分解到县市的预测城镇人口（即CTPOP_Ym）数按面积平摊至城镇地块，此时的模型同2000年城镇人口空间离散模型相同，为 未来总人口预测数据的空间离散模型 采用的模型与2000年的模型相同，即是将城镇人口分布与农村人口 分布相叠加。模型如下,GDP、第一、二、三产业增加值的空间离散,由于统计口径的不同，我国实际上存在多套国民生产总值和第一、二、三产业增加值的现状数据。这里选取以国家统计局提供的到县（县级市）一级的第一、二、三产业增加值的数据，重新生成县（县级市）一级的GDP及第一、二、三产业增加值数据，并继而利用类似于人口数据的空间离散方法和模型进行空间离散。对于未来年份的预测数据，由于这些预测数据是基于省级行政单元预测的，因此我们以2000年县市一级的GDP系列数据为基准，采用类似于人口预测数据空间离散模型进行GDP系列数据的空间离散。GDP系列数据中，第一产业增加值和第二、三产业增加值的空间分布具有明显不同，第一产业增加值完全发生在农村，与农、林、牧、副、渔行业大类具有相关关系，而第二、三产业增加值主要发生在城镇，另有少量发生在农村，且主要与农村人口的分布有关。,五、城市相互作用的概念,（一）城市空间相互作用的概念 城市空间相互作用是指城市间通过不断进行的物质、能量、人员、信息的交换而产生的互补或互斥的作用过程。 城市相互作用产生的条件为：在城市职能差异基础上形成的互补关系，这是构成相互作用的基础。中间机会，即A、B两地在货物、人口和信息移动与流通的过程时，由于在两地间介入一个C地，引起了货物、人口和信息移动和流通原定起止点的替换，导致即使两地间存在互补性，相互作用也难以产生。可运输性，一般距离越长产生相互作用的阻力越大，并大体遵循距 离远而衰退的规律。 城市的相互作用对城市体系的形式和结构有重要作用。,（二）城市空间作用分析 城市与城市的联系或者城市与区域之间的联系不是限于行政单元范围内的，我们从可持续发展的角度，基于公里格网来研究城市，不考虑行政区单元划分的影响，以自然和交通条件作为背景来模拟城市之间的作用和城市对周围地区的影响，从而打破传统的以行政单元为基本单位的研究。,（三）空间相互作用理论和模型,距离衰减原理 社会经济客体在地理空间中的影响力随距离（空间距离、时间距离、运费距离等）的扩大而减少。用公式表示即：F p/db 式中：d表示某地距研究客体的距离；p表示研究客体的规模总量；F表示研究客体在某地的影响力；b是距离衰减常量。II. 引力模型 空间相互作用的引力模型： Fij表示i、j两地之间相互作用的强度；mi、mj分别表示i区域和j区域的规模总量，一般用人口或经济总量来表示；dij表示i区域和j区域之间的距离；k为经验常数；规模总量前增加了权重系数wi和wj，和为规模指数，其值不一定为1，b为距离摩擦指数，其值不一定为2.,. 潜力模型,潜力模型的目的是测度定位于空间即定点的质量集合对单位质量所施加的影响。点的总潜力可以表示为 式中：Vi表示空间作用体系中；i 表示所具有的潜力。 城市人口潜力模型 城市经济潜力模型 综合潜力模型,城市人口潜力计算分析技术路线框架图,城市经济潜力计算分析技术路线框架图,六、交通通达度模型,（一）交通通达度模型 交通通达度模型概念：只考虑交通线路的通达时间，不考虑非交通线路的空间范围的通达时间，形成线状的通达性分析结果。 速度字段的数值可由一下两种方案生成：根据GB码（道路分类国家标准代码）生成道路速度参数。根据TCLASS码生成SPEED字段。 （二）面域交通通达度模型 面域交通通达度模型概念：既考虑交通线路的通达时间，同时也考虑非交通线路的空间范围的通达时间，形成面状的通达性分析结果。,交通通达度模型算法说明：根据道路通行速度字段确定每一公里上线段通过的时间，再根据费用（时间）距离函数求第一个线段到最近的目标城市所花的时间,面域交通通达度模型算法说明：根据道路通行速度字段确定每一公里上线段通过的时间，在非交通线路的区域根据地形状态确定每一公里的通行时间，再根据费用（时间）距离函数求第一个线段到最近的目标城市所花的时间。,交通线路通达度分析技术路线框架图,面域交通通达度分析技术路线框架图,七、专题区划模型,（一）港口腹地区划模型 港口腹地又称港口吸引范围，即港口集散旅客和货物的地区范围。利用有关交通运输网络资源和费率标准，根据最小费用原则（计算由起点到目的地的最小费用路径），并参考港口及其周围地区的具体条件，可划分出港口的吸引范围。 （二）城市产销区划模型 产销区划是一种面向生产、充分考虑交通运输因素影响的、某种产品在各产地的合理销售地带的区划。它是以生产为主体，按社会劳动（包括生产和运输中的社会劳动）总耗费最小的原则，求得某种产品在各生产地的合理销售范围，进而确定这些产地的最优产量。,港口腹地计算分析技术路线框架图,产销区计算分析技术路线框架图,八、城市用地适宜性评价模型,（一）城市用地适宜性综合评价模型 GIS技术的数据管理和空间分析功能，为具有空间属性特征的用地评价提供了一种有效的工具，为规划工作从定性分析发展到定量分析奠定了基础。 城市用地适宜性评价，这里以1km栅格单元作为分析评价的基本单元，利用DEM提取生成评价区域的地形因子值（坡度和高程信息），并结合其他属性数据进行空间分析。 城市用地适宜性评价数学模型如下 Y1=Sw1+Hw2+Cw3+Kw4+Ww5+Ow6 式中：Y1为城市用地适宜性评价指数；S为坡度评价因子；H为高程评价因子；C为地形破碎度评价因子；K为地形开阔度评价因子；W为水资源保障评价因子；O为其他备选评价因子；wi（i=1,2,3）为各项因子评价权重系数。,评价因子应该选择对评价目标起主导作用即影响大的因子。这里主要选择了表示地形的坡度、高程因子、地形破碎度、地形开阔度、水资源保障等评价因子。这些因子反映了城市的基础自然条件，利用这几个因子所得到的评价结果可以基本反映城市用地质量的好坏。模型中权重的确定主要根据专家知识和经验积累，按照指标的重要性进行赋值。城市用地适宜性指数是一个反映城市土地质量的综合指标，其值越大，表明城市用地质量越好。,（一）城市用地适宜性综合评价模型,（二）城市坡度适宜性评价,城市建设用地应该尽可能地在平坦地面进行，这是城市建设的基本常识。本模型旨在对坡度进行标准化处理，根据坡度对于城市建设的难易程度进行赋值。标准化处理数据值介于100 - 0,数值越高，坡度越低，对城市建设的适宜性越强。 （三）城市地形破碎度评价地形破碎状况对城市基础设施建设成本具有重要的影响。本模型利用在直径为9km的圆形区域范围内，地形高程的标准差在对地形的破碎状况进行定量化描述。,（四）城市地形开阔度评价模型,所谓地形开阔度是指相对平坦的地形集中连片的程度，开阔度值越大，表明具有平坦地形集中连片的程度就高；反之，开阔度值越低，则平坦地形集中连片的程度越低。较大规模的城市需要在一个相对集中连片的空间范围内布置，而基于100m或1000m栅格的高程及坡度适宜性评价难以反映地形是否集中连片。我们利用在较大的空间范围内计算地形高程值的标准差来作为衡量地形开阔度的标准。 （五）城市水资源保障程度评价模型水资源是城市用地适宜性评价的重要因素，我们设计了距离主要水源地远近的评价模型。,九、 城市建成区及人口识别模型,（一）建成区识别模型 建成区概念：是指城市行政范围内，实际建成或正在建成的、相对集中分布的地区。是城市建发展在地域分布上的客观反映。包括市区集中连片的部分，以及分散到近郊区内，但与城市有着密切联系的其他城市建设用地。建成区标志着城市不同发展时期建设用地状况的规模和大小。中国的城市建成区一般不包括市区内面积较大的农田和不适宜建设的地段。,（二）城市人口识别模型 城镇人口概念：是指聚居在城市和集镇的人口，往往以非农业 人口为主。 在城镇规划中，对城镇人口的界定通常是指居住在城市建成区范围内的人口。由于城镇建成区并不与通常的人口统计的界限一致，因此，对城镇人口的估计较复杂。本模型设计了基于建成区识别及人口栅格化数据的城镇人口推算方法。,城市建成区计算分析技术路线框架图,城市人口计算分析技术路线框架图,(一) 城市首位度分析模型 城市首位度是指一国或一地区范围内首位城市与第二位城市人口数据之比。表明某国家或地区不同规模城市的差异程度。 (二) 区位商分析模型 传统的区位商概念又称专门化率。指某地区某工业部门在全国该工业部门的比重与该区整个工业占全国工业比重之比。公式为 通过计算某一地区的区位商，可找出该地区在全国具有一定地位的专门化部门，并可根据Q值大小衡量其专门化率。区位商也可以用于农业的专业化种植区域分析。,十、城市宏观背景分析模型,城市首位度计算分析技术路线框架图,城市区位商计算分析技术路线框架图,5.6 遥感与社会经济集成的空间信息 多维可视化表达模