基于GIS 的旅游城市建設用地適宜性評價——以皖南池州市為例

陳兵麗

(池州學院，安徽 池州247000)

從上世紀九十年代，旅游業(yè)受到了國家政府以及廣大民眾的關注，旅游業(yè)也逐步成為許多城市的支柱性產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，近幾年有豐富文化資源的大中城市，旅游業(yè)帶動的經(jīng)濟收入及就業(yè)崗位呈現(xiàn)快速增長的趨勢，旅游資源相對薄弱的中小城市也積極挖掘當?shù)氐膬?yōu)勢資源，打造具有地方特色的旅游文化，受到很多游客的青睞。池州位于安徽省西南部，是一個以傳統(tǒng)工業(yè)為主導產(chǎn)業(yè)的城市，2000 年被國務院正式批準成為首批生態(tài)經(jīng)濟示范城市，這項政策為池州市旅游業(yè)的發(fā)展提供了契機，近幾年池州市旅游業(yè)快速發(fā)展，成為池州市主導產(chǎn)業(yè)，如何做好城市轉(zhuǎn)型，合理評價旅游型城市的建設用地是政府和廣大學者應思考的問題。城市用地選擇是一個城市發(fā)展首先需要思考的問題，用地選擇恰當與否，關系城市的功能組織和城市規(guī)劃布局形態(tài)，同時對建設工程經(jīng)濟和城市運營管理都有一定影響［1］。以往國內(nèi)城市規(guī)劃學者對工業(yè)城市的建設用地適宜性評價研究較多，對旅游城市評價涉及較少。旅游城市相對于傳統(tǒng)城市對生態(tài)環(huán)境要求高，更加強調(diào)對歷史文物古跡的保護及人文景觀的建設和恢復，并在城市自然環(huán)境的基礎上進行旅游資源的開發(fā)和建設，同時不能片面強調(diào)傳統(tǒng)工業(yè)在城市經(jīng)濟中的作用，而是更加注意工業(yè)對環(huán)境的負面作用。城市工作者如果采用傳統(tǒng)的城市建設用地的評價方法，只注重工業(yè)發(fā)展帶來的經(jīng)濟利益忽視自然環(huán)境和人文環(huán)境的重要，必然會對旅游城市優(yōu)美的自然環(huán)境造成破環(huán)，忽視對城市悠久的歷史文化或文物古跡的保護。如果我們進行盲目和不合理的開發(fā)，在工程經(jīng)濟上難以達到最優(yōu)狀態(tài)，對旅游城市的和諧發(fā)展也造成威脅。

我國城市在過去幾十年進行的城市用地適宜性中，注重定性分析，很少采用定量分析及相關的數(shù)學模型，更多的是根據(jù)經(jīng)驗對地形圖進行簡單的主觀判斷，不能從數(shù)學角度詳盡闡述各類用地之間的差異性，說服力不足。用定性定量相結合的方法研究城市用地評價顯然很有必要。GIS 是為解決資源與環(huán)境等全球性問題而發(fā)展起來的技術與產(chǎn)業(yè)，為城市規(guī)劃學者從定量角度研究城市問題提供了技術支撐，在城市規(guī)劃中的運用逐漸受到關注，研究者無須掌握數(shù)學模型復雜的計算過程，只需了解數(shù)學模型的相關原理，然后把相關的數(shù)據(jù)輸入地理信息系統(tǒng)中，就可以得到準確的分析結果。但如何將GIS 技術運用在旅游城市建設用地適宜性評價中，仍未有詳盡的論述，本次研究用定性的方法選取評價因子，用層次分析法確定各因子權重，并通過地理信息系統(tǒng)的技術手段將定性和定量方法完美結合，最終形成池州市建設用地適宜性評價圖。

1 評價因子的選取

在適宜性評價過程中，指標的選取和標準化、權重的確定及如何將GIS 和決策過程結合始終是評價方法研究的關鍵［2］。本文在研究池州市建設用地適宜性評價的過程中，根據(jù)旅游城市的特殊性確立了以下評價原則:1)旅游資源開發(fā)和保護原則，如果發(fā)現(xiàn)某區(qū)域有重要的旅游資源可待開發(fā)和保護，此因素具有優(yōu)先決定權，這類區(qū)域不允許進行除旅游之外其他用途的開發(fā);2)生態(tài)環(huán)境保護原則，良好的生態(tài)環(huán)境是旅游型城市可持續(xù)發(fā)展的基礎，在城市發(fā)展的同時要注重自然環(huán)境的保護;3)綜合性原則，依據(jù)城市所處區(qū)域的自然社會經(jīng)濟三個方面，有代表并全面地選擇池州的指標體系;4)因地制宜原則，池州市有其獨特的自然、水文地質(zhì)特征，土地利用狀況隨著城市發(fā)展有較大程度的變動，指標體系的選取應能充分反映池州市的獨特性。本文遵照以上四個原則，運用麥克哈格適宜性評價理論，根據(jù)層次分析方法的相關原理，從自然因素、社會經(jīng)濟因素、旅游資源開發(fā)與生態(tài)保護因素三方面構建此次研究的評價指標體系。

表1 適宜性評價因子適宜性分值表Table 1 Hierarchies standards of suitability assessment factors

首先從保護城市生態(tài)與歷史文物古跡、城市旅游資源開發(fā)的角度對池州市內(nèi)的自然條件進行研究，把自然風景優(yōu)美、歷史文物分布較多的區(qū)域作為重點保留的區(qū)域，劃為非建設用地的范圍，如歷史文物古跡保護區(qū)、自然風景保護區(qū)、城市水域廊道景觀區(qū)等;其次根據(jù)自然條件對工程建設的影響來選取相關指標，如地形地貌、地基承載力、洪水淹沒程度等因素;最后根據(jù)城市的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況來確定相關指標，如建成區(qū)、交通區(qū)位優(yōu)勢等。在此次研究中共選取10 個評價因子，構成了池州市城市建設用地適宜性評價指標體系。

2 評價方法

2.1 評價因子分級標準

評價因子確定后，依據(jù)各評價因子對池州市城市建設用地的影響程度，將其劃分為5 個適宜性等級(表1)，并用5、4、3、2、1 代表評價因子適宜性分值。

2.2 評價指標權重確定

評價因子權重的準確與否直接影響評價結果的公正，采用用層次分析法對各評價因子的重要性比較，依據(jù)判斷矩陣是否一致，從而得出各個評價因子的權重。

2.2.1 確定權重的原理

(1)層次分析法的結構模型:層次分析法的多層次指標體系由目標層、準則層、指標層三個層次組成。目標層只有一個元素，側(cè)重于某次項目研究的最終目標;準則層包含項目研究過程中所考慮的準則及子準則，體現(xiàn)了實現(xiàn)目標所涉及的中間環(huán)節(jié);指標層最為具體，包括為實現(xiàn)目標可供選擇的各種措施、決策方案等。

(2)比較判斷矩陣的原理:同一層次指標aij 的重要程度用數(shù)字1 ～9 進行數(shù)量化，1 表示兩元素具有相同的重要性，3 表示前者稍重要，5 表示前者明顯重要，7 表示前者強烈重要，9 表示前者極端重要;而2、4、6、8 為上述判斷的中間值，然后進行兩兩比較［4］。在此次研究中共有10 個指標，按照其基本原理，最終形成10 階判斷矩陣。

(3)層次單排序:利用判斷矩陣求解某一層次中各評價因子的權重，根據(jù)公式AW=λmaxW(λmax為A的最大特征根，W 為對應于λmax的正規(guī)化特征向量)，應用方根法求解判斷矩陣A 的特征向量和特征值。為了保證判斷矩陣A 的最大特征根λmax的準確性，還需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，將一致性指標的值和平均隨機一致性指標進行比較，若它們差值為0，說明一致性愈好，反之一致性較差。

(4)層次總排序:對多層指標體系中所有單因子的權重進行最終排序，基本算法是將每個單因子的權重乘以上一層次的權重就得到該因子的最終權重，公式如下:

Bn為指標層權重，aj為準則層各因素相對于目標層的權重，bn為評價因子相對于準則層的權重。

2.2.2 評價指標權重排序

根據(jù)以上論述的相關原理求出目標層指標和準則層指標的權重(表2)。

2.3 建設用地的評價結果

城市建設用地評價通常是根據(jù)建設用地的自然條件、社會經(jīng)濟條件和當?shù)胤煞ㄒ?guī)所確定的生態(tài)保護措施，并結合修建要求進行綜合分析［3］。本文按照池州市建設用地的生態(tài)適宜性程度將其劃分為5 個等級:最適宜、較適宜、基本適宜、不適宜和不可用地。

3 研究案例

池州市位于安徽省西南部，擁有優(yōu)美的自然風光和悠久的歷史文化，長期以來重視城市生態(tài)環(huán)境保護，在2000 年被國務院評為國家級生態(tài)經(jīng)濟示范區(qū)。城市地理位置優(yōu)越，北有長江，南有平天湖，水資源充沛，是皖南重要的濱江港口城市。全市歷史文物古跡眾多，許多保存完好，如包公井、百牙塔、清溪塔等，有損的古代建筑也得到了恢復建設，如秀山門、毓秀門等，接待旅游人數(shù)逐年上升，是安徽省優(yōu)秀的省級歷史文化名城。池州市區(qū)總面積22.33 平方公里，常住人口20 萬人，全市境內(nèi)有著名的佛教圣地“九華山”，有牯牛降和升金湖國家級自然保護區(qū)等，還有久負盛名的“大王洞”，每年創(chuàng)造的旅游收入占GDP 的40%以上，是全國著名的旅游城市。

表2 評價指標權重總排序Table2 total sort of evaluation index weight

圖1 池州市建設用地評價圖Figure 1 Construction land evaluation map of Chizhou

利用指標體系與評價模型對池州市建設用地進行適宜性評價，得出池州市建設用地適宜性綜合評價圖。以池州市1∶ 25 萬地形底圖為基礎，按照每平方厘米正方形網(wǎng)格單元將底圖劃分446 個評價單元，并對評價單元的順序進行編號和列表，然后給每個單元中每個評價因子進行賦值。根據(jù)1∶ 25 萬地形圖求得每個評價單元的坡高、和平均高程數(shù)值;在工程地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖上求得每個單元的地基承載力和地下水埋深數(shù)值;利用相關圖件資料，得到歷史文物古跡保護區(qū)、人文景觀、保護水域、自然保護區(qū)等信息。利用軟件ArcGIS，將上述城市地形圖的投影坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為與國家1∶ 25 萬基礎地形數(shù)據(jù)庫一致，并將圖層轉(zhuǎn)換為GRID 格式，按照50 m×50 m 的標準來劃分格網(wǎng)大小，根據(jù)評價因子適宜性分值表對其分類賦值。在評價過程中，重點突出生態(tài)環(huán)境在旅游城市用地評價中的重要性，首先利用Arc-GIS 軟件對生態(tài)安全因素中的歷史文物古跡保護區(qū)、人文景觀、保護水域、自然保護區(qū)4 個指標進行Mosaic 操作，得到保護區(qū)范圍，將這4 個因子代入式進行加權疊加操作，得到生態(tài)安全因子圖;將保護區(qū)范圍圖層和其它的指標圖層進行Exaction 操作，得到自然與社會因子圖;然后將生態(tài)安全因子圖和自然與社會因子圖進行Mosaic 相加，得到多因子加權疊加的城市建設用地綜合適宜性評價值。

按照上述步驟，最終生成池州市建設用地適宜性綜合評價圖(如圖1 所示)。不可用地主要包括歷史洪水淹沒地區(qū)和自然保護區(qū)，主要分布在池州市的東南面齊山平天湖保護區(qū)，和城市北端長江堤壩以北的洪水淹沒區(qū)，面積為0.89 平方公里，占池州市規(guī)劃面積的4.03%;不宜建設用地主要包括歷史文物古跡保護區(qū)和自然水域觀光區(qū)，歷史文物古跡保護區(qū)主要分布在池州市西南側(cè)的杏花村景觀恢復區(qū)內(nèi)，自然水域觀光區(qū)主要分布在城市境內(nèi)的白洋河、清溪河兩側(cè)20 米左右的自然水域，面積為6.48 平方公里，占池州市規(guī)劃面積的29.91%;基本適宜用地主要分布在池州市建成區(qū)南面和西面的區(qū)域，該區(qū)域自然條件較好，場地較適宜工程建設，但基礎設施條件和交通條件有待開發(fā)，面積為10.23 平方公里，占池州市規(guī)劃面積的45.80%。較適宜用地主要分布在建成區(qū)的東面和北面的區(qū)域，該區(qū)基礎設施完備，交通便利，生態(tài)破環(huán)少，人工建筑幾乎沒有，場地適宜工程面積為2.14 平方公里，占池州市規(guī)劃面積的9.61%;最適宜用地是池州市主城區(qū)，面積為2.38 平方公里，占池州市規(guī)劃面積的10.65%。

旅游城市由于城市性質(zhì)的特殊性，其城市規(guī)劃不能簡單追求經(jīng)濟利益的增長，而要注重旅游資源與自然環(huán)境的保護，用傳統(tǒng)研究方法不能很好的突出旅游城市這一特點。本文以池州市的城市建設用地適宜性評價為研究對象，遵照“旅游資源保護和生態(tài)優(yōu)先”等四條原則選取評價因子，應用層次分析法計算各個因子的權重，運用Arcgis 軟件，建立池州市用地評價模型，該模型綜合分析了池州市的空間信息和屬性數(shù)據(jù)，使得池州市的用地選擇更加客觀與科學，同時使得運算結果在空間上也能得到直觀顯示，最終劃分出5 類城市用地:最適宜用地、較適宜用地、基本適宜用地、不適宜用地、不可用地。本次研究側(cè)重旅游城市用地適宜性評價，更加注重生態(tài)環(huán)境保護和旅游資源的開發(fā)，為城市規(guī)劃學者進行城市用地評價提供一種可行的方法。

［1］ 段鵬，鄭伯紅.基于GIS 的山地城市建設用地適宜性評價一一以湘西花垣縣為例//［C］規(guī)劃創(chuàng)新:2010 中國城市規(guī)劃年會論文集，重慶:重慶出版社，2010.

［2］ 吳志強，李德華.城市規(guī)劃原理［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］ 王海鷹，張新長，康停軍.基于GIS 的城市建設用地適宜性評價理論與應用［J］.地理與地理信息科學，2009(1):14－17.

［4］ 徐建華. 現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法［M］.北京:高等教育出版，2002.