宋 萍 孫廣通 劉小陽 李 峰
(防災科技學院,河北 三河 065201)
基于GIS的中學選址分析★
宋 萍 孫廣通 劉小陽 李 峰
(防災科技學院,河北 三河 065201)
結合學校的選址原則,對影響學校選址因素進行了分析,基于GIS建立一個綜合評價模型,實現了靈活、迅速、直觀地對數據進行分析處理,降低了學校選址分析難度,為中學選址提供解決方案。
GIS,中學選址,影響因素,綜合評價
學校用地作為城市用地的一項重要組成部分,是城市空間結構的重要研究對象。自2001年國務院發(fā)布關于基礎教育改革與發(fā)展的決定后,中學合理規(guī)劃和布局問題越來越受到各地政府的重視。中學作為重要的公共設施之一,它強調社會效益,同時也注重公民平等享有的權利,是反映城市居民生活質量的重要標志。公共服務設施選址涉及到服務的便捷性、服務質量、服務水平以及大眾對服務的需求等眾多因素。合理的布局涉及到大眾切身利益,與和諧社會發(fā)展息息相關,是城市建設發(fā)展過程中的重要問題。
傳統(tǒng)的學校選址方法更多的是通過城市規(guī)劃設計者的主觀經驗或結合一些數學方法來完成,這樣往往缺乏直觀性和科學依據。隨著計算機及空間分析技術的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)(GIS)依靠其強大的空間分析功能和直觀的可視化效果在各行各業(yè)中得到廣泛應用。本文結合中學選址相關理論和地理信息系統(tǒng)空間分析技術,研究并解決中學合理選址布局的問題。
根據《中小學校建筑設計規(guī)范》要求,中學在選址時應遵守一定的原則,在眾多的限定條件中,獲取有利于進行輔助決策的要求,如:
1)中學應該建設在地勢較高的易建地段;2)城鎮(zhèn)小學的服務半徑是500 m,城鎮(zhèn)初級中學的服務半徑宜為1 000 m;3)學校盡量選擇在具有一定人口密度的區(qū)域;4)學校選址所占用地類型需符合城鎮(zhèn)土地規(guī)劃使用要求。
通過對中學選址原則的分析,可初步判斷對中學進行選址分析時所需的空間數據類型,如:目標區(qū)域地形數據、現有中學位置數據、人口密度數據、土地規(guī)劃使用數據。在進行區(qū)位選擇時,適宜的空間數據是成功進行空間分析的前提。GIS不僅提供了強大的空間分析功能,同時也可提供直觀的可視化效果,因此,為更好地展示空間分析的效果,還可獲取目標區(qū)域內的水系、居民地、境界等基礎地理數據。
基于GIS的中學校選址分析中,通過對學校選址原則的分析,獲取相應的空間數據。在此基礎上進行空間分析操作所運用到的關鍵空間分析技術主要包括以下幾方面:
1)數據轉換技術。
通過對中學選址原則進行分析,初步獲得進行選址分析所需要的空間數據,由于數據來源、類型及格式多種多樣,獲取后的空間數據首先需要進行類型、格式等的轉換,用到的數據轉換主要包括:
a.掃描影像矢量化,如獲取的基礎地理數據、現有學校位置數據、管線數據等數據是1∶500的掃描地形圖;
b.矢量數據轉柵格數據,柵格數據比矢量數據更擅長進行疊合分析;
c.柵格數據轉矢量,矢量數據比柵格數據更擅長進行空間鄰近度分析;
d.矢量數據專題圖制作,獲取的專題數據中包含非空間數據時,需要進行屬性和幾何數據融合處理,并且根據專題內容生成專題圖。
2)數據重分類技術。
柵格數據是用具有一定大小的面元來表示地面屬性信息的空間數據,該數據擅長進行空間數據的疊合分析。在進行疊合分析時,柵格數據的屬性值零散,不易進行定性分析。因此,將柵格數據的屬性值按區(qū)間進行重分類,并賦予能夠進行定性說明的新屬性值。
3)數據緩沖區(qū)分析技術。
在空間分析中研究對象的影響范圍或服務范圍時,常用到緩沖區(qū)分析這種方法,它是圍繞空間的點、線、面實體,自動建立其周圍一定寬度范圍的多邊形。影響范圍或服務范圍的多邊形大小與緩沖區(qū)半徑相關,而緩沖區(qū)半徑的確定可根據主體對象采用不同的模型來計算,如主體對鄰近實體的影響度隨距離的增加而線性衰減時,可采用線性模型;當主體對鄰近實體的影響度隨距離的增大而呈冪函數衰減時,可采用冪函數模型。
4)疊合分析技術。
空間疊合分析是指在相同的空間坐標系統(tǒng)下,將同一地圖兩個或多個不同地理特征的空間或屬性數據重疊相加,以產生空間區(qū)域的多重屬性特征,或建立地理對象之間的空間對應關系。基于柵格數據的疊合分析又稱為“地圖代數”,包含一系列進行疊合分析的計算方法,該方法在空間分析的過程中起至關重要的作用。
以上是進行空間分析過程中所要用到的關于數據預處理和分析過程中所用到的關鍵技術,具體應用根據實際情況進行選擇。
1)地形。
利用高程點或等高線構建DEM數據,再由DEM數據生成坡度柵格數據,通常以百分比為坡度單位,在不同的坡度范圍內選取適宜學校的位置,影響到未來學校工程的建設成本和學校的舒適度,在《中小學校建筑設計規(guī)范》中,對學校場地有這樣的要求:陽光充足、空氣流動、場地干燥、排水通暢,這些在選址過程中主要是通過對坡度的合理設置來滿足要求的。
2)現有學校。
作為公共設施之一的學校,其主要的社會職能是為大眾提供教育服務,因此它存在著服務范圍。隨著城市建設的發(fā)展,在規(guī)劃新的學校位置時要考慮現有學校的分布情況,以便完善目前的不足,更好的進行規(guī)劃布局。
3)人口密度。
人口密度是影響學校選址的一個關鍵因素,當一個學校位于人口密度較大的區(qū)域時,會增加學校學生入學率。學校對人口的服務是隨著距離的增加而降低的,當學校規(guī)模較大的時候,其影響力也越大;交通便利的地區(qū),學校的影響范圍會更廣。
4)規(guī)劃土地。
在城市的建設過程中,土地的開發(fā)使用會根據職能進行劃分,同樣在選址的過程中也要考慮規(guī)劃土地職能類型,這對學校的選址有一定的限制,是選址過程中必須要考慮的影響因素。
通過對學校選址原則、選址中所運用的關鍵技術以及目標區(qū)域影響因素的分析,在實現學校選址過程中需要進行相應的準備和綜合評價工作,其過程如圖1所示。
4.1 數據獲取及預處理
1)原始數據。
本文選用某一地區(qū)高程數據、現有中學分布數據、人口密度數據、土地規(guī)劃利用數據來研究中學選址問題。
2)派生數據。
選址要求之一是需要尋找相對平坦的土地來修建學校,本次利用高程數據生成目標區(qū)域的坡度柵格數據。通過分析可知學校要選擇在人口密度大的區(qū)域,且距離現有的中學有一定的距離,以便公共資源得到最大程度的共享,因此利用獲得的人口密度數據通過核密度分析工具生成人口密度柵格數據,利用現有中學數據通過歐氏距離工具生成距離柵格數據。在城市發(fā)展中土地利用類型也進行了規(guī)劃,為便于分析需將規(guī)劃土地利用數據轉換為柵格數據。本次選址根據派生或轉換生成的坡度數據、人口密度柵格數據、現有中學距離柵格數據以及規(guī)劃土地利用類型數據進行分析。
3)數據重分類及確定評價指標。
本次選址對得到的派生數據進行處理前還要對數據進行重分類處理,使數據處于同一個評價體系內。對于坡度數據重分類為4級,坡度越小的賦值越高,反之越低。對人口密度柵格數據重分類為4級,人口密度越大的賦值越大,反之越小。對現有中學生成的距離柵格數據重分類為4級,距離越遠的賦值越大,反之越小。規(guī)劃土地利用數據重分類為3級,所有影響選址的影響因素重分類結果如表1所示。
表1 學校選址影響因素重分類表
4.2 數據分析及結果綜合評價
在重分類的人口密度數據、距離柵格數據和土地利用數據中都存在0值,當所處位置坡度大于20%、人口密度低于50人/hm2、距離現有中學小于500 m或土地利用類型為工業(yè)或綠地時,如果符合四個條件之一,該位置被排除學校選址外。為滿足該條件,將三個柵格圖層進行乘積疊合操作,這樣得到的新柵格數據中任意滿足三個條件之一的柵格單元值均為0,其含義為該柵格單元位置不符合學校選址條件。同時將該結果進行再次重分類,所有非0值的柵格單元重分類后賦值為1,分類后的柵格數據包含0和1兩個值,該數據可稱為過濾層。綜合考慮四個影響因素對中學選址的影響,需將坡度、人口密度、現有中學和土地利用數據進行求和疊合分析,然后將得到的結果與過濾層再次進行乘積疊合分析,得到的柵格數據中柵格單元值越大代表該區(qū)域越符合中學選址的要求。
本文通過對中學選址原則、選址影響因素的分析,實現了對中學選址的綜合評價,很好地解決了中學空間選址問題。影響選址的因素涉及到很多方面,本文主要選取具有代表性的四個影響因素,結合GIS進行空間選址,實現了靈活、迅速、直觀地對這些數據進行分析、處理,降低選址分析的難度,提高了選址的效率和精度,突出了GIS在空間分析中的輔助決策功能。
[1] 宋小冬,鈕心毅.地理信息系統(tǒng)實習教程[M].北京:科學出版社,2013.
[2] 戴曉愛.GIS與層次分析法結合的超市選址研究與實現[J].測繪科學,2009(3):184-186.
[3] 黃杏元,馬勁松.地理信息系統(tǒng)概論[M].北京:高等教育出版社,2012.
[4] 王家耀.空間信息系統(tǒng)原理[M].北京:科學出版社,2001.
[5] 畢碩本,王 嬌,徐秀華.地理信息系統(tǒng)軟件工程的原理與方法[M].北京:科學出版社,2003.
[6] GB 50099—2011,中小學校建筑設計規(guī)范[S].
On middle school address selection analysis based on GIS★
Song Ping Sun Guangtong Liu Xiaoyang Li Feng
(InstituteofDisasterPreventionScienceandTechnology,Sanhe065201,China)
Combining with the principle for the school address selection, the paper analyzes the factors affecting the campus address selection, realizes the analysis treatment flexibly, fast and directly based on GIS establishment of comprehensive evaluation model, and lowers the analysis difficulties of the school address selection, so as to provide some solution to the middle school address selection.
GIS, middle school address selection, influential factor, comprehensive evaluation
2015-02-27
宋 萍(1985- ),女,碩士,助教; 孫廣通(1985- ),男,碩士,講師; 劉小陽(1978- ),男,碩士,講師; 李 峰(1979- ),男,博士,講師
1009-6825(2015)13-0208-02
TU198
A
★:防災科技學院教學研究與教學改革項目(項目編號:JY2014A02);防災科技學院第六批重點建設課程《GIS原理及其應用》