第二章城市与区域1

1、第二章 城市GIS的数据2.1 城市发展的动力l 城市变迁主要关注：经济、人口和社会。l 经济变迁：生产要素、产业和职业的转移；劳动力的转换；去工业化及其结果。l 人口变迁：出生率、死亡率、移民以及合并等因素；l 社会变迁：教育、社会地位、语言、种族、民族、婚姻、家庭、娱乐休闲活动、性别、生活方式等。1.经济变迁l 城市的增长主要取决于其经济资源、组织、市场以及经济活动。l 城市中的经济活动是在一定的时间与空间下发生的。l 这些经济过程可能是集中在某些特定的城市或 城市中某些特定的区域。l 经济组织是指生产的那云的有机组合以及投入与产出在这些生产单元之间的相互流动。汽车制造中心（城市），与供应

2、商、服务商、仓储配送等l 经济变迁与城市变迁的关系及其结果经济变迁城市变迁社会过程城市系统土地利用建筑环境和景观社会问题城市化政治冲突政策相应和规划空间变化全球的区域的分区的大城市的小城市的l 生产要素及其空间布局是城市变迁的重要基础。l 生产要素是任何经济体系进行生产的基本要素，由土地、劳动力、资本及其技术组成。土地既包括领土、也指土地的肥力及自然资源。其价值来自市场，其用途由政府规划和管制。劳动力状况指工人的数量、技能、经验水平，以及工作质量，取决于城市的劳动力市场（地方、全国/世界的）。资本指现金以及用于生产的工厂，通过企业、政府和个体积累的资金而形成。投资模式会影响城市的发展。技术是时

3、间运用知识的能力，是城市保持持续快速发展的传统生产要素。l 生产要素的布局是空间的，从全球到地方各层面。l 产业是不同生产企业的集聚。谁随时间推移，城市以及国家的产业和职能的构成都会发生变化。2. 人口变迁l 人口决定了城市的规模、结构以及分布。l 人口变迁包括出生率、死亡率，迁入和迁出城市的移民流、人口空间分布、年龄分布及模式，人口相关特征的变换（发病率、婚姻、贫困及劳动力）。l 城市人口增长和变迁可以通过基本成分的空间变化来反映（出生率、死亡率、净移民数以及合并）。合并是城市合法地并入额外的土地。它只适用于城市，不适用于城市区域或大都市区。3. 社会变迁和社会经济极化l 城市包括具有不同社

4、会特征并互相联系的人和集团。这些互动有时会促成一个积极的协同的动力，但也可能导致紧张甚至敌意。l 社会变迁受社会经济特征以及经济、政治和人口统计变化等其他动力所影响。l 社会经济变迁可能导致社会经济极化。郊区老龄人口与年轻一代社会关系的紧张。l 城市中的社会变迁与社会经济极化现象社会经济特征社会变迁人口变迁经济变迁社会变迁社会经济两极分化空间变化全球性的区域性的亚区域性的大都市的小区域的2.2 城市GIS数据的分类l 掌握城市与区域规划数据分类和操作，对创建规划新信息非常重要。l 在构思城市与区域规划和制订相关政策时,需要考虑许多要素。为了建立完整规划任务思路，规划者必须熟知和掌握所有相关数据

5、。l 规划数据一般有三类：环境数据、社会数据和经济数据。但实际上三者经常交叉。l 随着人口增长，利用环境数据制订生态可持续发展方案至关重要。l 以规划为目标的GIS环境数据库的数据项包括： 森林、自然公园和禁伐林保护区 地质 地形 土壤 湖泊、河流、小溪 汇水盆地 海洋公园 野生动物与鱼类栖息地 植被 气候数据 （降水） 环境数据l 在规划过程中尽早提出环境问题将有助于规划者沿着正确轨道前进，避免给未来造成负面影响和潜在冲突。任何自然资源管理或环境敏感区域规划进程，都离不开对环境数据的收集和分析。l 环境数据分析最常用的工具就是环境影响评价 (EIA)。EIA用于评价和预测提交项目及其备选方案

6、的影响，特别是一些需要关注的潜在影响。l 环境数据可用于分析和表现城市开发过程中可能给环境敏感地区造成的潜在威胁。这些数据既是EIA的重要组成部分，也对政府部门制订相关战略规划提供帮助。社会数据l 社会因素会影响现有城镇和乡村地区的结构以及未来的开发进程。有关社区的社会数据通常通过公共或私人机构的调查或民调获得。人口普查数据提供了广泛的社会指标列表，并为规划过程提供重要依据。l 以规划为目标的GIS社会数据库的数据项包括： 人口年龄结构population age breakdowns 最低受教育水平minimum education levels 受教育水平education levels

7、长期居住人口比例percent indigenous population 分居/离婚家庭比例percent separated/divorced families 赡养和被赡养比例赡养和被赡养比例dependency ratios 1 公共住房比例percent public housing 财政困难家庭比例percent households suffering financial stress l 1赡养和被赡养比例是指15-65岁人口与小于15岁、大于65岁人口的比率。该值大于1，表示具有赡养能力的人口比例较高。l 规划过程对社会要素的考虑体现在社会影响评价(SIA)中。SIA利用人口

8、数据产生特定区域各种重要社会指标的统计数据和专题地图。l GIS对社会数据在时间上的变化可按要素显示，如：人口增减；或发生在不同地点之间的变化。l 当世界城市化率超过50%时，规划者及时考虑社会（或人力）资本等十分重要。在人类居住更为集中的地方，社会资本社会资本对于解释其它要素，如：教育水平、社会流动、经济增长、政治权力结构与趋势、社会的活力等将非常重要。 社会资本社会资本 出现在人类群体之间的相互关系、相互作用和网络，以及发生于特定群体或社会当中的信赖水平 （被看作是依附于一定社会结构的责任与规范的产物）。 (Wall, Ferrazzi et al, 1998).经济数据l 经济变量和行为

9、是规划过程中需要考虑的重要内容，而且经常被优先于环境和社会要素。经济要素可以采用很多技术与规划过程相结合，包括成本效益分析和经济影响评价 (EIA)。采用这些技术的目标是估计职业、收入上的变化，以及所提交计划或项目产生的商业行为的水准。l 以规划为目标的GIS经济数据库的数据项包括： 行业特征occupational characteristics 产业雇员特征industry employment characteristics 全员劳动生产率workforce participation rates 失业率unemployment rates 劳动力和相关工人比例percent of la

10、borers and related workers 收入分配率income distribution rates 办公/零售房屋面积office/retail floor space l 规划过程对经济要素的考虑主要体现在经济影响评价(EIA)上。 从传统上，EIA并不需要利用GIS的空间分析功能，而是依赖于非空间的经济数据，如：国民生产总值、产业之间的关联性等。l 大量的经济分析可以用GIS技术在空间上进行。如：区位商数分析（location quotient analysis）、转移份额分析（shift-share analysis）。l 经济数据可以通过国家普查来获得。这些数据通常按照

11、一定的空间单元（如：不同级别的行政单位）统计，并可依此形成专题地图。经济数据给规划提供了重要的空间和非空间信息来源。城市研究中所采用的城市研究中所采用的GIS数据类型数据类型l 规划用户的要决定了所需要的数据类型。l 非空间数据非空间数据是指没有地理成分的数据。包括：文本信息：城镇规划的法规、政策、开发申请报告和法律文件等。数值型数据：规划中最常用的是普查数据，可以图表的方式显示。l 普查数据是关于社会经济信息最主要，甚至是唯一的来源。国外早期的普查主要用于军队和税收，现在的普查可应用于各种部门。澳大利亚昆士兰州东南部区域增长方式规划图 (1998)l 规划中的地图或平面图为空间数据空间数据，

12、它描述了特定地理区域的建筑或自然环境。开发控制规划 (DCP)、地方规划 (LAP)、战略规划、分区规划和区域增长地图。l GIS是规划中以二维或三维形式收集、表现、分析空间数据的有效工具。二维与三维规划数据l 我们生活在一个三维世界中，周围世界每天都在变化。规划作为一种前瞻性思考过程，需要意识到，并有能力模拟这些变化。l 规划是一种管理实践，在规划数据库中信息的组织和表现应与规划者思考与制订决策的方式一致。在宗地的层次上收集关于土地所有权的信息，各宗地的界线反映的是土地所有者关注的范围。在地区的层次上收集信息，以格网的形式反映的是资源的管理和配置。l 二维数据的类型：空间实体（spatial

13、 entities）：表示现实世界中的独特事物，并以属性描述。如：地块、道路和建筑。网格区（tabulation districts）：收集概括属性信息的行政分区。如：普查单元（census tracts）中小学学区。 地表覆盖形态（land coverages）：收集概括属性信息的具有同质形态的自然区，如：地形、洪积平原。网络（networks）：空间上相互连接的线。如：街道、航空线、公共设施管线。l 二维实体的特点是以地理的方式表现。但现实中可能还需要考虑其它角度。其中有两个重要角度：从个人观察的视角、从时间的角度。l 在城市规划中用表面表示一般就足够了。但采用三维规划数据三维规划数据给观

14、察者提供了直观观察城市景观的视角。这对评价城市设计的视觉质量非常有用。l 规划中主要应用两种三维数据：地形面（terrain surfaces）：用三维表现自然地表。面状要素（surface features）：以三维形式表现道路、建筑、森林等结构。l 3D数据可以帮助规划者更直观充分地解释观点，展示备选方案，加快规划进程。l 三维城市规划可以使社区更多地参与规划进程，使公众直观了解和接受规划的未来图景和变化。l 在GIS中可实现二维数据与三维数据的集成。空间与非空间数据的结合l 空间（地理）数据与非空间（属性）数据结合是GIS功能的核心，这既可提高查询效率，也有助于发现规划问题的答案，并形成

15、新的重要数据。查询新南威尔士州的收益，既可以直接在图形内点击，也可以查询属性表。实习三 分析Pewter市社区基本概况市社区基本概况（the basic community profile）lPewter市政厅准备发布本市适居情况的报告。 该文件的社会经济部分就是市内各个调查区（collector districts (CDs) ，相当于美国的普查区）的基本概况。l作为市政厅的规划者，要准备一系列的反映人口趋势的专题地图。2.3 城市GIS数据的操作l 获得数据后，就要考虑如何操作数据才能获得清晰而准确的结果，如何表现会让用户容易理解。l 一般来说，通过属性对数据进行分组、分类对表现数据之间的

16、关系或地理现象的分布非常有效。通过对人口、私人住宅和失业数据进行分类，以表现其地理（统计区）分布规律。一旦完成数据分类，即可以建立专题地图来反映数据与地理空间的关系。测量数据（Measuring data） l 数据的分类法依赖于数据的测量方法。测量的类型与现实参量有关。它们是规划数据统计分析和地图表现的基础。通常有四种经验性的测量方法。l 定性规划数据指可以按照不同的类别进行分组和显示的数据。如：岩石类型、植被类型、动物种群。有名称型或顺序型： 数据可以是名称的、顺序的、间隔的或比率的。名称型数据是描述性的（从“名字”推得），并没有自然顺序。名称型数据保持一种个体独立的关系（individu

17、al set membership）。 顺序型数据与文字数字值有关，使其可以按照一定的顺序进行排序。l 定量或数值型规划数据指可以量测的数据。如：人口、温度、成本、发生频率。有间隔型或比率型数据，并具有真实值。通过数据相减可发现彼此的差异。四种测量数据的类型数据测量类型决定了地图表现所采用的分类方法分类方法取决于数据的测量方法。规划数据的概括（Summarizing planning data）l 通过规划数据的概括可深入了解数据。对社会经济数据的概括可深入了解不同指标之间的关系。l 数据概括有助于对较大地理范围进行分析。如果有省县两级行政区划界线的数据库，并有各县的人口数据，据此就可以求得各

18、省县级人口的平均规模。l 利用ArcGIS进行数据概括，可以计算许多统计变量，并依据统计结果创建专题地图。从现有数据推导新的数据Deriving new data from existing data l 从现有数据推导新的数据是GIS的重要功能。如：用人口和面积两项数据推算出人口密度。l 将多个数据库或属性数据集成一起可以在城市与区域规划分析中，对服务需求、建筑成品和供给政策之间进行比较。定义规划任务所关注的区域Defining areas of interest for planning tasks l 城市与区域研究通常要操作较大地理范围的数据库，但具体却分析较小的范围。因此，有必要放大

19、到关注区进行工作。l ArcGIS通过交互选择，或建立查询表达式可选择关注区。l 城镇规划或开发控制规划中的局部详细规划，要求进行邻域交通可达性建建模、特殊分区等更详细的分析。实习四 利用分区土地利用和财产记录项选择和概括规划记录l某一开发商到市政厅提出对某一特定区域的资产进行评估。开发商要求详细列出该区域内当前各功能分区所有资产的平均、最小、最大值。l市政厅的规划者要以适当的格式准备能够概括这些信息的文件。2.4 时间：规划数据的第四维l 世界是变化的，规划数据库要考虑时间（维）。l 一些同土地有关的行为都离不开时间变量。在土地管理实践中，发现要素随时间发生的变化非常重要。如：发行建筑许可、

20、土地转让、开发项目批准、跟踪城市扩张、运输车次等。l 向数据库中添加时间维的方法包括：快照法（snapshots仿真法（simulation）要素事件（feature events）l 快照法：对同一区域创建不同时期的数据层。快照法保存了在一定时间内未发生变化的要素，在GIS数据库中能够产生数据冗余。快照法也很难查询变化的关系和与变化有关的问题。l 仿真法：基于过程模型建立的反映在一个时间序列内发生变化的数据层。仿真是模拟交通流等与时间相关行为的有力工具。但是，它非常专业，往往应用在特定的领域。l 要素事件：表示当前状态的单一数据层，与之对应的数据表记录通过时间发生变化的事件。要素事件对许多城

21、市管理任务而言具有较广的实用性。规划行为在时间上的表达Representing planning activities in time l 要素事件数据库通常在采矿租赁、林段和宗地等土地管理中应用。一个要素事件数据库包含三类数据：状态、事件和证据。l 状态是GIS数据的当前版本，即信息的实时快照。事件捕捉随时间而发生的变化。随着事件的发生，它们分别被添加到GIS数据库中的不同记录当中。l 证据是关于引起变化的行为的信息。跟踪变化Tracking change l 在GIS数据库中有关宗地所有关系变更的情形。 三个表包含了有关宗地的信息，分别代表了状态、事件和证据。状态表与事件表相关联，事件表同

22、证据表相关联。宗地变更所有关系之前的状态、事件和证据。2000年6月30日，宗地所有关系变更给M. Shiela。新的状态（新的所有者属性）、事件（一个更新）和证据（有关变更的文件）都被记录在案。l一旦所有关系变更完成，所有三个表都被更新，并显示当前的信息。对于事件和证据表的新的条目，可以跟踪宗地记录条目的历史。lGIS显示了宗地当前的信息（状态表）。 因为状态表与基于Parcel-ID数据项的事件表相关联，因此可以通过查询数据库发现在特定的宗地上发生的行为（事件）。如：发生的日期，追踪有关土地变更的法律文件（从证据表中）。管理时间数据l 跟踪要素在时间上的变化要求数据库有历史的完整性。在管理时间数据时，应该遵循以下原则：首先，对所有要素、所有事件和所有证据必须在指定的系统中赋予唯一的标识符。简单的办法就是基于一定的步长分配标识符。第一个要素为1，第二个要素为2等。其次，所有的变化（插入、删除和更新）都被记录在事件表中。这样，即使删除了一个要素，也能在事件表中