基于GIS的中學(xué)選址分析★

宋 萍 孫廣通 劉小陽 李 峰

(防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201)

基于GIS的中學(xué)選址分析★

宋 萍 孫廣通 劉小陽 李 峰

(防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201)

結(jié)合學(xué)校的選址原則，對影響學(xué)校選址因素進(jìn)行了分析，基于GIS建立一個綜合評價模型，實現(xiàn)了靈活、迅速、直觀地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，降低了學(xué)校選址分析難度，為中學(xué)選址提供解決方案。

GIS，中學(xué)選址，影響因素，綜合評價

0 引言

學(xué)校用地作為城市用地的一項重要組成部分，是城市空間結(jié)構(gòu)的重要研究對象。自2001年國務(wù)院發(fā)布關(guān)于基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的決定后，中學(xué)合理規(guī)劃和布局問題越來越受到各地政府的重視。中學(xué)作為重要的公共設(shè)施之一，它強(qiáng)調(diào)社會效益，同時也注重公民平等享有的權(quán)利，是反映城市居民生活質(zhì)量的重要標(biāo)志。公共服務(wù)設(shè)施選址涉及到服務(wù)的便捷性、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)水平以及大眾對服務(wù)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(guān)，是城市建設(shè)發(fā)展過程中的重要問題。

傳統(tǒng)的學(xué)校選址方法更多的是通過城市規(guī)劃設(shè)計者的主觀經(jīng)驗或結(jié)合一些數(shù)學(xué)方法來完成，這樣往往缺乏直觀性和科學(xué)依據(jù)。隨著計算機(jī)及空間分析技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(GIS)依靠其強(qiáng)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(yīng)用。本文結(jié)合中學(xué)選址相關(guān)理論和地理信息系統(tǒng)空間分析技術(shù)，研究并解決中學(xué)合理選址布局的問題。

1 學(xué)校選址原則

根據(jù)《中小學(xué)校建筑設(shè)計規(guī)范》要求，中學(xué)在選址時應(yīng)遵守一定的原則，在眾多的限定條件中，獲取有利于進(jìn)行輔助決策的要求，如：

1)中學(xué)應(yīng)該建設(shè)在地勢較高的易建地段；2)城鎮(zhèn)小學(xué)的服務(wù)半徑是500 m，城鎮(zhèn)初級中學(xué)的服務(wù)半徑宜為1 000 m；3)學(xué)校盡量選擇在具有一定人口密度的區(qū)域；4)學(xué)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(xué)選址原則的分析，可初步判斷對中學(xué)進(jìn)行選址分析時所需的空間數(shù)據(jù)類型，如：目標(biāo)區(qū)域地形數(shù)據(jù)、現(xiàn)有中學(xué)位置數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)、土地規(guī)劃使用數(shù)據(jù)。在進(jìn)行區(qū)位選擇時，適宜的空間數(shù)據(jù)是成功進(jìn)行空間分析的前提。GIS不僅提供了強(qiáng)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(biāo)區(qū)域內(nèi)的水系、居民地、境界等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

2 學(xué)校選址關(guān)鍵技術(shù)

基于GIS的中學(xué)校選址分析中，通過對學(xué)校選址原則的分析，獲取相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空間分析操作所運(yùn)用到的關(guān)鍵空間分析技術(shù)主要包括以下幾方面：

1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)。

通過對中學(xué)選址原則進(jìn)行分析，初步獲得進(jìn)行選址分析所需要的空間數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)來源、類型及格式多種多樣，獲取后的空間數(shù)據(jù)首先需要進(jìn)行類型、格式等的轉(zhuǎn)換，用到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要包括：

a.掃描影像矢量化，如獲取的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、現(xiàn)有學(xué)校位置數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)是1∶500的掃描地形圖；

b.矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)比矢量數(shù)據(jù)更擅長進(jìn)行疊合分析；

c.柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)矢量，矢量數(shù)據(jù)比柵格數(shù)據(jù)更擅長進(jìn)行空間鄰近度分析；

d.矢量數(shù)據(jù)專題圖制作，獲取的專題數(shù)據(jù)中包含非空間數(shù)據(jù)時，需要進(jìn)行屬性和幾何數(shù)據(jù)融合處理，并且根據(jù)專題內(nèi)容生成專題圖。

2)數(shù)據(jù)重分類技術(shù)。

柵格數(shù)據(jù)是用具有一定大小的面元來表示地面屬性信息的空間數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)擅長進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的疊合分析。在進(jìn)行疊合分析時，柵格數(shù)據(jù)的屬性值零散，不易進(jìn)行定性分析。因此，將柵格數(shù)據(jù)的屬性值按區(qū)間進(jìn)行重分類，并賦予能夠進(jìn)行定性說明的新屬性值。

3)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)分析技術(shù)。

在空間分析中研究對象的影響范圍或服務(wù)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(wù)范圍的多邊形大小與緩沖區(qū)半徑相關(guān)，而緩沖區(qū)半徑的確定可根據(jù)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(dāng)主體對鄰近實體的影響度隨距離的增大而呈冪函數(shù)衰減時，可采用冪函數(shù)模型。

4)疊合分析技術(shù)。

空間疊合分析是指在相同的空間坐標(biāo)系統(tǒng)下，將同一地圖兩個或多個不同地理特征的空間或?qū)傩詳?shù)據(jù)重疊相加，以產(chǎn)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(yīng)關(guān)系?；跂鸥駭?shù)據(jù)的疊合分析又稱為“地圖代數(shù)”，包含一系列進(jìn)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(guān)重要的作用。

以上是進(jìn)行空間分析過程中所要用到的關(guān)于數(shù)據(jù)預(yù)處理和分析過程中所用到的關(guān)鍵技術(shù)，具體應(yīng)用根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇。

3 選定影響學(xué)校選址的因素

1)地形。

利用高程點或等高線構(gòu)建DEM數(shù)據(jù)，再由DEM數(shù)據(jù)生成坡度柵格數(shù)據(jù)，通常以百分比為坡度單位，在不同的坡度范圍內(nèi)選取適宜學(xué)校的位置，影響到未來學(xué)校工程的建設(shè)成本和學(xué)校的舒適度，在《中小學(xué)校建筑設(shè)計規(guī)范》中，對學(xué)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(shè)置來滿足要求的。

2)現(xiàn)有學(xué)校。

作為公共設(shè)施之一的學(xué)校，其主要的社會職能是為大眾提供教育服務(wù)，因此它存在著服務(wù)范圍。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，在規(guī)劃新的學(xué)校位置時要考慮現(xiàn)有學(xué)校的分布情況，以便完善目前的不足，更好的進(jìn)行規(guī)劃布局。

3)人口密度。

人口密度是影響學(xué)校選址的一個關(guān)鍵因素，當(dāng)一個學(xué)校位于人口密度較大的區(qū)域時，會增加學(xué)校學(xué)生入學(xué)率。學(xué)校對人口的服務(wù)是隨著距離的增加而降低的，當(dāng)學(xué)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(xué)校的影響范圍會更廣。

4)規(guī)劃土地。

在城市的建設(shè)過程中，土地的開發(fā)使用會根據(jù)職能進(jìn)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(xué)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。

4 學(xué)校選址實現(xiàn)

通過對學(xué)校選址原則、選址中所運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)以及目標(biāo)區(qū)域影響因素的分析，在實現(xiàn)學(xué)校選址過程中需要進(jìn)行相應(yīng)的準(zhǔn)備和綜合評價工作，其過程如圖1所示。

4.1 數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理

1)原始數(shù)據(jù)。

本文選用某一地區(qū)高程數(shù)據(jù)、現(xiàn)有中學(xué)分布數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)、土地規(guī)劃利用數(shù)據(jù)來研究中學(xué)選址問題。

2)派生數(shù)據(jù)。

選址要求之一是需要尋找相對平坦的土地來修建學(xué)校，本次利用高程數(shù)據(jù)生成目標(biāo)區(qū)域的坡度柵格數(shù)據(jù)。通過分析可知學(xué)校要選擇在人口密度大的區(qū)域，且距離現(xiàn)有的中學(xué)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(shù)據(jù)通過核密度分析工具生成人口密度柵格數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有中學(xué)數(shù)據(jù)通過歐氏距離工具生成距離柵格數(shù)據(jù)。在城市發(fā)展中土地利用類型也進(jìn)行了規(guī)劃，為便于分析需將規(guī)劃土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。本次選址根據(jù)派生或轉(zhuǎn)換生成的坡度數(shù)據(jù)、人口密度柵格數(shù)據(jù)、現(xiàn)有中學(xué)距離柵格數(shù)據(jù)以及規(guī)劃土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3)數(shù)據(jù)重分類及確定評價指標(biāo)。

本次選址對得到的派生數(shù)據(jù)進(jìn)行處理前還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類處理，使數(shù)據(jù)處于同一個評價體系內(nèi)。對于坡度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)重分類為4級，人口密度越大的賦值越大，反之越小。對現(xiàn)有中學(xué)生成的距離柵格數(shù)據(jù)重分類為4級，距離越遠(yuǎn)的賦值越大，反之越小。規(guī)劃土地利用數(shù)據(jù)重分類為3級，所有影響選址的影響因素重分類結(jié)果如表1所示。

表1 學(xué)校選址影響因素重分類表

4.2 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果綜合評價

在重分類的人口密度數(shù)據(jù)、距離柵格數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)中都存在0值，當(dāng)所處位置坡度大于20%、人口密度低于50人/hm2、距離現(xiàn)有中學(xué)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(xué)校選址外。為滿足該條件，將三個柵格圖層進(jìn)行乘積疊合操作，這樣得到的新柵格數(shù)據(jù)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(xué)校選址條件。同時將該結(jié)果進(jìn)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(shù)據(jù)包含0和1兩個值，該數(shù)據(jù)可稱為過濾層。綜合考慮四個影響因素對中學(xué)選址的影響，需將坡度、人口密度、現(xiàn)有中學(xué)和土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行求和疊合分析，然后將得到的結(jié)果與過濾層再次進(jìn)行乘積疊合分析，得到的柵格數(shù)據(jù)中柵格單元值越大代表該區(qū)域越符合中學(xué)選址的要求。

5 結(jié)語

本文通過對中學(xué)選址原則、選址影響因素的分析，實現(xiàn)了對中學(xué)選址的綜合評價，很好地解決了中學(xué)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(jié)合GIS進(jìn)行空間選址，實現(xiàn)了靈活、迅速、直觀地對這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(xí)教程[M].北京:科學(xué)出版社,2013.

[2] 戴曉愛.GIS與層次分析法結(jié)合的超市選址研究與實現(xiàn)[J].測繪科學(xué),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(xué)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(xué)出版社,2003.

[6] GB 50099—2011，中小學(xué)校建筑設(shè)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(zāi)科技學(xué)院教學(xué)研究與教學(xué)改革項目(項目編號：JY2014A02)；防災(zāi)科技學(xué)院第六批重點建設(shè)課程《GIS原理及其應(yīng)用》