GIS在区域规划中的应用

GIS在区域规划中的应用学号：51040801035吴丹[摘要]随着GIS的日趋成熟，它被广泛应用于处理空间信息的各个行业与领域之中。GIS主要的应用之一就是城市规划、区域规划。本书首先简要介绍了GIS的概念与功能，然后以福建省平各县城镇体系规划为例阐述了GIS如何应用于区域规划之中，最后将GIS与CAD加以比较、区别，突出GIS在区域规划中可以进行空间分析的优势。关键词：GIS，区域规划，CAD1地理信息系统（GIS）地理信息系统的概念GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。上面这个定义是作者引用美国联邦数字地图协调委员会给出的定义。其实对于不同的部门和不同的应用目的，关于GIS的定义也不尽相同。但是，总结起来对GIS的定义即体现了两个方面：第一个方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；第二个方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，提供多种地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统的基本功能地理信息信息的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。GIS依托这些基本功能，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等产，演绎出应用功能。应用于各个领域以满足社会和用户的广泛需求。下面简要介绍地理信息系统的各项基本功能：1数据采集与编辑数据采集与编辑功能就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为x、y坐标。数据输入的方式多样，主要有通过数字化仪将地图数字化、遥感数据扫描、文字数据的键盘输入或其它形式数字化数据的转换等等。2数据存储与管理GIS数据库与普通数据库不同，它数据量大，空间数据与属性数据相互联系，空间数据之间有拓扑结构。因此，GIS数据库管理功能除了与属性数据有关的DBMS功能之外，对空间数据的管理技术主要包括：空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数据更新和维护等。3空间分析和统计空间分析和统计功能是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的空间关系，它已经不仅成为区别于其他类型系统的一个重要标志，而且为用户提供了灵活地解决各类专门问题的有效工具。空间分析的主要有拓扑叠合、缓冲区建立、数字地形分析、空间集合分析。4产品制作与显示GIS产品是指经由系统处理和分析，产生具有新的概念和内容，可以直接输出供专业规划或决策人员使用的各种地图、图像、图表或文字说明，其中地图图形输出是GIS产品的产要表现形式，包括各类型的符号图、动线图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。5二次开发和编程为使GIS技术广泛应用于各个领域，满足各种不同的应用需求，它必须具备的另一个重要基本功能是二次开发环境，包括提供专用语言的开发环境、用户可在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者系统将某些功能做成专门的控件供用户的开发语言（C,C++,VB,VC++……）调用等。这样用户可以非常方便地编制自己的菜单和程序，生成可视化的用户应用界面，完成GIS的各项应用功能的开发。ＧＩＳ在区域规划中的应用城市和区域规划是一个决策和控制过程,这个过程不仅要研究空间、资源配置等物质实体,还要研究其间的相互作用、影响因素和信息流通,同时做出一系列决策。信息获取和处理在整个研究和决策过程至关重要,如图1所示,规划体系包括规划立法、规划编制和规划管理等几个部分,规划信息系统在整个规划体系中处于极其重要的地位,是规划编制、规划立法与规划管理的基础与纽带。ＧＩＳ在城市和区域规划研究中的应用,在很大程度上并将在更大程度上改变规划领域传统的空间信息获取和处理的方法。规划信息系统规划信息系统规划管理规划编制规划管理规划编制规划立法规划立法图一规划体系与规划信息系统关系图国外的实践证明,ＧＩＳ用于总体规划及土地利用功能区划中,工作质量和效率明显优于传统手工操作方法。我国城市规划界从20世纪80年代中期开始探索计算机处理地理空间信息的技术,十几年来,经历了许多曲折,ＧＩＳ终于在城市规划中积累了不少成果。例如规划人员利用GIS对交通流量、土地利用和人口数据进行分析，预测将来的道路等级；工程人员利用GIS将地质、水文和人文数据结合起来，进行路线和构造设计；GIS软件帮助政府部门完成总体规划、分区，现有土地利用、分区一致性，空地、开发区和设施位置等分析工作。对于注重政策引导“重文轻图”的区域规划,ＧＩＳ同样可以在数据管理、数据分析、辅助决策和规划成果表达等方面发挥其高速度、空间信息与属性信息紧密结合的优势,成为新形势下区域规划的强有力工具。2.1数据管理区域规划是建立在对区域自然地理环境、人文社会经济发展状况等诸多要素全面了解的基础之上,相关数据的获取和有效管理是区域规划研究的前提和必要保障。在进行区域规划研究时,面对形式多样(文字、图表、地图、影像)、比例尺不等、性质不同(规划行业原有的数据多为ＣＡＤ格式)的资料,通过适当的处理和转换,ＧＩＳ可以有效地获取(输入)、存储、更新、显示各种相关数据,把空间信息和属性信息关联起来,对数据进行有效的管理,并能以极快的速度,以用户所需的形式提供精确的信息,满足区域规划研究的需要。准确、实时、适当精度的数据是用ＧＩＳ进行区域规划研究的基础,在用ＧＩＳ进行区域规划时,要从项目立项就考虑ＧＩＳ对数据的精度和形式要有明确的要求,并根据实际情况进行调整、修改,以满足ＧＩＳ对空间分析和辅助决策的需要。数据库要进行经常性维护和更新,以保证数据的实时性,为规划实施过程中的适当调整和下一轮规划做好数据准备。数据分析与辅助决策区区域规划实质上是对各种(历史的、现状的、预测的)空间数据进行分析并进行决策的过程。ＧＩＳ区别于其他信息系统、辅助设计系统之关键在于其强大的空间分析功能。在区域规划过程中,ＧＩＳ方法可根据实际需要对拥有的数据进行逻辑性或空间性的分类和分层,进而应用各种分析功能产生多种新的信息或连接不同来源的信息,用以辅助决策。国内外的实践证明,在区域规划中,利用ＧＩＳ把区域社会、经济统计数据和用地情况同空间分布联系起来,使复杂的空间分析能很快完成,避免了手工操作的费时、不精确和难以修正等缺点,为空间研究和规划制定提供依据。利用ＧＩＳ的空间分析技术,能够高效、便捷地根据规划原则确定鼓励建设区域、限制建设区域和禁止建设区域,并提供详细的相关数据,为区域规划决策服务。建立在高速度、大容量的现代计算机基础之上的ＧＩＳ的空间分析统计功能、数字地图优势,能帮助规划人员更全面地了解区域的基本情况及其内部差异,做出更为科学的规划决策;能方便、精确地进行区域规划的多方案比较,使方案修改、方案评价和比较、方案与现状的比较、方案对环境的影响、规划实施过程中方案的调整等都可十分便捷。ＧＩＳ业已成为规划师和决策部门手中强有力的辅助决策工具。规划师利用ＧＩＳ进行科学分析和规划决策,提供不同方案,并对各方案进行优选;决策部门在平衡各方面的利益关系,使区域整体利益最大化的同时,根据区域的实际情况选择合适方案,并在实施过程中根据形势的变化进行适当的调整。ＧＩＳ技术在区域规划的数据分析和辅助决策中能够发挥重要作用,但由于应用时间不长,技术优势尚未充分发挥,在数据分析和辅助决策方面的功能还有待进一步提高。提高的途径包括:对ＧＩＳ技术研发人员而言,要熟悉规划原理,了解规划过程,吃透规划思路,使ＧＩＳ产品和区域规划紧密连结,增强ＧＩＳ在区域规划上的专用性,让ＧＩＳ数据分析和辅助决策功能在区域规划领域得到最大限度的发挥。对规划人员和ＧＩＳ应用人员,则要充分利用现有通用ＧＩＳ产品,发挥自身的专业优势,对ＧＩＳ进行二次开发。比较可行的做法是组件式ＧＩＳ开发,许多ＧＩＳ厂商都推出ＧＩＳ组件,这些组件能够完成ＧＩＳ的大多数的空间操作和分析功能,把这些组件和开发环境(如ＶＢ、ＶＣ、Ｄｅｌｐｈｉ等)结合,利用组件完成基本ＧＩＳ功能,利用开发环境来开发区域规划的专用模型,使两者完美结合,以解决现有ＧＩＳ产品专用性不强的问题,更好地进行区域规划的数据分析和辅助决策。规划成果表达规划成果的可视化输出是最成熟、最普及的ＧＩＳ功能模块。ＧＩＳ除能像其他辅助设计系统一样,便利地绘制各种不同比例尺的常规规划图件外,更以其数字地图(电子地图)功能为区域规划成果提供卓有成效的表述手段,通过与属性数据库、多媒体信息连接,数字地图能够交互、高效、无缝、无级缩放地对区域各种信息进行显示、查询,根据需要增减不同的图层,并对区域特征进行计算、统计和分析,使规划部门的日常规划管理工作变得十分方便,还可利用其三维ＧＩＳ技术和虚拟现实ＧＩＳ技术,并与多媒体技术结合,静态或动态地模拟区域的现状和发展景观。GIS在区域规划中的应用实例3.1GIS在城镇体系规划中的应用我国当前的区域规划实践中,开展得较多的是区域城镇体系规划,其规划模式为：在预测城市化水平的基础上,制定城镇体系的发展战略,确立城镇体系的等级规模、职能分工和空间布局,配置城镇体系的支持系统———区域性基础设施。其中许多工作可利用ＧＩＳ技术,籍以提高效率,增强规划的科学性。下面以福建省平和县(2002～2020年)城镇体系规划为例说明GIS如何在城镇体系规划中应用。3.1.1规划资料搜集阶段县县域城镇体系编制要搜集大量资源、环境、社会、经济发展资料。在资料搜集阶段,根据县域城镇体系规划的特点和平和县的实际情况,分为点和面的两部分资料:面上资料为县域的资源环境、社会经济发展、城镇体系发展及现状等资料,主要是通过在县级各有关部门中搜集现成的资料,与有关人员座谈等形式来进行;点的资料为有代表性的城镇和乡村居民点的资料,经过与当地建设部门有关人员探讨,选取平和县15个乡镇中有代表性的5个乡镇进行资料搜集和数据调查,并在15个乡镇中各选取1～2个行政村进行调查。在编制规划的项目计划书时就确定了所要搜集的资料的内容,初步确定了地理信息系统的模型。在资料搜集后,根据项目要求和资料性状,设计地理信息系统数据库。把平和县的空间信息分为行政区划、地形地貌、水系、土地利用、旅游资源、居民点、交通、通讯、电力、教育资源、医疗卫生资源等11个图层。把搜集到的图件进行扫描,用ＡｒｃＶｉｅｗ3.2进行屏幕数字化,把相关的属性数据作为各个图层相应要素的属性输入到相应的属性表中,并以1:5万的地形图为基准在ＡｒｃＧＩＳ8.1中对各种不同比例尺的地图进行配准,建立控制点和拓扑关系。3.1.2规划编制阶段在规划编制过程中,利用ＡｒｃＧＩＳ8.1的空间分析功能,对平和县城镇体系的现状特征进行分析,对城镇体系的发展进行预测,在预测的基础上进行定性分析,编制发展规划。3.1.2.1城镇体系现状分析城镇体系现状包括城镇体系发展阶段,现有的等级规模结构、功能结构和城镇分布格局等几个方面,用ＡｒｃＧＩＳ8.1可方便快捷地对城镇体系现状等级规模结构和现状空间分布进行分析。小城镇的发展离不开区域经济的发展,具有不同经济水平的地区,小城镇的规模和职能表现明显不同。经济发达地区小城镇的规模大,水平高,发展迅速,反之规模小,水平低。城市规模,可以用若干个指标来刻画,如人口规模、用地规模、经济规模等。但大多从人口的角度来加以分析。选取适当的指标,用ＡｒｃＭＡＰ能对城镇体系现状等级规模结构进行有效分析。考虑到平和县各城(集)镇的建成区人口规模都较小,且各城(集)镇都是相应乡(镇)的行政、经济、文化教育和医疗服务中心,把各城(集)镇的建成区人口和各乡镇域的社会经济水平结合起来进行考虑,以确定各城(集)镇在县域城镇体系中的地位。具体做法是:利用ＡｒｃＭＡＰ的计算功能,对各城(集)镇的建成区人口数和各乡镇域的人均ＧＤＰ进行极差标准化,并把两者的值相加作为该城(集)镇的县域城镇体系中的地位的量化得分值,其结果如表1所示。从表中可以看出,县城小溪镇的得分值远高于其他城(集)镇,这与平和县所处的城镇体系发展阶段有关。平和县城镇体系处于极化发展阶段,其首位城镇(通常是县城)在整个区域中处于中心地位,这从其首位度(5.14)也可以体现出来。另外有九峰、南胜和坂仔三个小城镇的得分值在为正,其余十一个城(集)镇的得分值为负。根据这一结果,在ＡｒｃＭＡＰ上把所有城(集)镇分为三个级别进行显示,结果如图2所示。城(集)镇的空间分布与诸多的自然环境、经济社会发展、历史沿革有关,在ＡｒｃＭＡＰ上,把城(集)镇的空间分布现状和其他地理要素叠置,可以进行城(集)镇空间分布结构的分析。把平和县的城(集)镇等级规模图与交通图叠置,得出结果如图2所示,从图上可以清楚地看出,除坂仔外的规模较大的城(集)镇都分布在省道沿线,各城(集)镇都分布在省道、县道沿线。3..1.2.2城镇体系发展规划在城镇体系发展规划中,利用ＡｒｃＭＡＰ定量分析技术,确定重点发展城镇,编制形象化的城镇辐射图,利于进行规划决策。根据城市引力模型Ｓ=ＰＶ/ｄ2取场强Ｓ=1,可得到各城(集)镇的经济辐射范围的计算公式为ｄ=4ＰＶ根据平和县目前的经济发展状况及发展预测,认为在今后十几年中,平和县现有的城(集)镇仍将起着辐射中心的作用,但其辐射能力大小不同,其辐射能力与现状的城镇规模和第二产业发展水平有关。根据所搜集的资料,Ｐ取2001年各城(集)镇建成区人口,Ｖ取2001年各乡镇工业企业总产值来进行研究,各城(集)镇的经济辐射范围能基本覆盖整个平和县域,如图3所示,把该图和平和县交通局编制的交通规划图叠置,结果如图4所示,据此初步确定小溪为县域城镇体系的中心城市,九峰为县域副中心,霞寨、大溪、南胜和山格为重点镇(图4)。今后随着各城(集)镇的发展速度不同,各城(集)镇的辐射范围将会有所变化,各城(集)镇的地位也将会相应发生变化,这要在规划实施过程中根据形势的发展作相应的调整。3.1.3规划成果表达阶段利用ＡｒｃＭＡＰ的绘图功能,可编制符合规划所求的系列成果图,如《平和县区位图》、《平和县城镇体系现状图》、《平和县城镇体系空间发展图》、《平和县基础设施规划图》等。同时,笔者还利用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ6.0和ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ2.0结合开发了一个《福建省平和县城镇体系规划信息系统》。该系统包括规划成果所有的图件和文本的内容,而且不同图层上的不同要素与相关属性相联系,根据不同权限可以对系统的数据进行更新,给日常规划管理中的信息查询和与办公自动化系统的联接带来