地理信息系統(tǒng)空間分析方法及運用之研究

邢丹露

摘要：在地理信息系統(tǒng)（GIS）中，空間分析是最重要、最核心的一種技術(shù)，是GIS系統(tǒng)與其他計算機應(yīng)用系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別所在。隨著研究的深入，空間分析方法的應(yīng)用范圍逐漸擴大。在本案，筆者結(jié)合相關(guān)知識，探究GIS空間分析方法及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，具體從空間位置、空間分布兩個方面展開論述。

關(guān)鍵詞：GIS系統(tǒng)；空間分析；城市規(guī)劃

引言：GIS系統(tǒng)是一種在20世紀(jì)60年代中期的興起計算機技術(shù)系統(tǒng)，其在計算機技術(shù)條件下輸入、存儲、管理、分析及輸出空間屬性類數(shù)據(jù)。目前，GIS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍覆蓋現(xiàn)代社會經(jīng)濟活動的方方面面，如城鄉(xiāng)規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、資源調(diào)查、國土管理及應(yīng)急指揮調(diào)度等。在GIS系統(tǒng)中，空間分析是關(guān)鍵所在，其通過挖掘原始數(shù)據(jù)，可幫助用戶獲得全新的知識及經(jīng)驗，并為科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。下面，筆者主要探究GIS系統(tǒng)空間分析方法及其在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。

一、空間位置

（一）疊置分析。疊置分析是通過疊加至少兩層地圖要素而得到一個新的要素層，其結(jié)果是分割原要素并生成新要素，且新要素中包含原要素的全部屬性。據(jù)此，疊置分析既可生成新的空間關(guān)系，還可聯(lián)系輸入數(shù)據(jù)層的屬性并生成新的屬性關(guān)系?？傮w而言，疊置分析是按數(shù)學(xué)模型計算分析新要素的屬性，從而解決用戶面臨的問題。

在城市規(guī)劃中，建設(shè)用地適宜性評價是一種典型的格柵疊置，其通過對用地評定因子圖層進行標(biāo)準(zhǔn)化處理、重新分類及加權(quán)疊加，從而形成用地適宜性評價結(jié)果。對于災(zāi)害風(fēng)險綜合評估、城鎮(zhèn)發(fā)展條件綜合評價及生態(tài)敏感性綜合評價等規(guī)劃，都可采用多因子疊加分析法來實現(xiàn)疊置分析。在規(guī)劃中，兩期用地的演變亦可進行疊置分析，即：根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)，疊置獲得兩期土地利用的變化圖層，用以分析土地利用的變化；根據(jù)城市建設(shè)用地數(shù)據(jù)，疊置獲得兩期建設(shè)用地轉(zhuǎn)化的圖層，用以輔助規(guī)劃評估或比選規(guī)劃方案。此外，還應(yīng)深入挖掘矢量數(shù)據(jù)中的疊置分析功能，其中矢量疊置蘊含一種拓?fù)潢P(guān)系及其包含至少兩個矢量圖層的并集、交集、屬性的空間賦值與關(guān)聯(lián)等功能，如建設(shè)量的分區(qū)統(tǒng)計便是矢量疊置的具體應(yīng)用。

（二）相關(guān)分析。在同一空間范圍內(nèi)，任一小的空間單元都包含多項屬性信息，而相關(guān)分析的研究內(nèi)容是對應(yīng)位置上的屬性信息是否具有相關(guān)關(guān)系及這一相關(guān)關(guān)系的表現(xiàn)。在相關(guān)分析中，通常包括時間域、空間域，兩者關(guān)注的焦點分別是不同時期同一屬性的觀測值、同一時期不同屬性的觀測值。在規(guī)劃中，相關(guān)分析涉及較多的社會領(lǐng)域、自然領(lǐng)域。例如，犯罪高發(fā)地的成因分析研究的是在同一地區(qū)，犯罪率與家庭收入、教育水平、失業(yè)率、租住比例、新遷入居民比例及單親家庭比例等屬性的相關(guān)性。在規(guī)劃中，還可運用相關(guān)分析來分析土地利用演變的驅(qū)動力。例如，在某一省域的區(qū)縣范圍內(nèi)，先空間化處理社會經(jīng)濟統(tǒng)計指標(biāo)，再從土地利用轉(zhuǎn)化的角度開展主成分分析、相關(guān)分析、回歸分析及因子分析，從而探明引起這一區(qū)域土地利用演變的驅(qū)動力。

二、空間分布

（一）度量地理分布。所謂度量地理分布，其是針對空間數(shù)據(jù)地理分布特性開展的測度分析，其研究的重點是緊湊度、重心及主流方向。在規(guī)劃編制中，度量地理分布的典型應(yīng)用是重心分析，即：在同一范圍內(nèi)，不同時期（不同）建設(shè)用地重心的變化；在不同范圍內(nèi)，建設(shè)用地重心分布的對比。倘若數(shù)據(jù)條件允許，可將設(shè)施規(guī)模、人口密度、開發(fā)強度等權(quán)重信息加入其中。

（二）密度分析。密度分析是先計算空間線、點數(shù)據(jù)在搜索半徑范圍內(nèi)的集聚情況，再對線、點形式的空間數(shù)據(jù)進行定量化處理，從而得到連續(xù)的密度表面。通常而言，密度分析分為點、線及核密度，其中點、線密度是簡單密度。在規(guī)劃編制中，密度分析的應(yīng)用較為普遍，其中密度指標(biāo)包括交通設(shè)施、河網(wǎng)水系、經(jīng)濟、社會及人口等方面。在統(tǒng)計數(shù)據(jù)的條件下，密度分析的側(cè)重點是提供空間插值，以細化數(shù)據(jù)及使無值區(qū)域獲得模擬數(shù)值；在大數(shù)據(jù)條件下，密度分析可將數(shù)據(jù)的整體空間結(jié)構(gòu)抽象出來。在密度分析的應(yīng)用中，實際應(yīng)用效果隨數(shù)據(jù)精度、分析目標(biāo)的改變而不同，同時在設(shè)置搜索半徑時，應(yīng)進行反復(fù)調(diào)整、比較和分析，以獲得更為穩(wěn)定的密度分布。密度分析的對象是點、線數(shù)據(jù)，則對于面狀矢量數(shù)據(jù)或格柵數(shù)據(jù)，應(yīng)先通過抽樣將其變?yōu)辄c、線數(shù)據(jù)。例如，對于面狀用地圖層，應(yīng)先抽樣變?yōu)辄c圖層，再從開發(fā)強度著手開展密度分析，用以體現(xiàn)不同功能用地具體的空間集聚核心。

（三）空間格局分析。對于空間格局分析，其關(guān)注的焦點是在點、線、面數(shù)據(jù)分布中，特定屬性值是否具有空間集聚特性，且若具有這一特性，則需明確空間集聚的具體類型。在規(guī)劃中，空間格局分析的具體應(yīng)用形式包括：一是平均最近鄰分析，其常用來判定開放空間內(nèi)點事件存在的空間集聚情況，其中點事件包括災(zāi)害發(fā)生點、每一類營業(yè)網(wǎng)點等；二是多距離空間聚類分析，其常用來分析點事件在多尺度下的集聚情況，通常在一定的搜索半徑內(nèi)，給出隨機、發(fā)散或集聚的分布格局，其中在規(guī)劃中，可定量獲得所關(guān)注事件在某一空間尺度上的分布格局。

結(jié)語：綜上，地理空間數(shù)據(jù)可為GIS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)保證，而隨著經(jīng)濟發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，環(huán)境與社會的矛盾日常凸顯，這為GIS的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了應(yīng)用契機。空間分析是GIS在城市規(guī)劃中得以高效應(yīng)用的核心所在，要求從規(guī)劃的實際需求出發(fā)，以提高空間分析方法的應(yīng)用效果，從而實現(xiàn)規(guī)劃編制的可視化與定量化，并最終提高城市規(guī)劃的技術(shù)水平。在本案，筆者僅從空間位置、空間分布的角度簡要分析了GIS空間分析方法在城市規(guī)劃中的應(yīng)用，但在未來的應(yīng)用研究中，建議進一步拓寬研究的廣度及深度。

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