空间分析论文

课程名称：城市空间分析技术
实验内容：南方某城市用地适宜评价
基于GIS的南方某城市用地适宜评价
摘要：GIS支持的用地适宜性评价是用户通过GIS系统对相关地理对象交互输入、分析、输出结果的过程。

本文以南方某城市区域发展适宜性评价为例。

先进行生态适宜性、城镇规模扩展适宜性、基础设施发展适宜性三方面评价，再进行整体适宜性评价。

旨在：确定建设用地所占的比例和分布情况；对规划期内可作建设用地的土地进行分类，确定城市延展方向；对现有建设用地进行评价与分级，为旧城区改造确定基准，为土地定价提供参考。

引言：无论是城市空间发展的概念规划、城镇体系规划还是总体规划，规划者都要事先明确哪些土地适于开发建设、发展用地是否足够、哪些用地有优先发展的条件。

城市用地适宜性评价是在调查分析城市自然环境条件的基础上，根据用地的自然条件和人为影响，以及修建的要求进行全面、综合的评价，确定土地的建设适宜程度。

建设用地适宜性程度高的土地，地基承载力大，地势平坦，建筑造价低，对于项目布局无空间规模限制。

因此，考虑地形地貌、生态、重大基础设施、政策对对城市土地开发建设条件、发展方向、发展重点的综合影响，结合已有城镇空间分布状态，进行城市区域发展适宜性评价，将为规划决策分析提供定量化和直观的依据。

一、建立评价模型
1、评价原则：
1）综合性和主导因素相结合
城市建设用地质量的优劣、适宜建设的范围及适宜度均是由土地自然条件和土地资源配置的合理性等因素所决定的，因此评价必须以综合性原则为基础。

但是，由于不同的建设用地构成因素对于土地利用的作用不同，不同的土地用途对于城市建设用地质量的要求也不一样。

因此，必须按照各要素的重要性不同，使各种土地要素的作用和影响能够得到全面反映，并能够突出主要要素和城市用地的主要矛盾。

2）有机协调
城市建设用地适宜性分析必须充分考虑城市的总体规划、旅游规划、交通规划、矿藏开发规划、水土保持规划、水资源利用保护规划等各种层面规划的要求，与城市发展战略相协调。

与生态保护相结合，与城市的景观环境相适应，避免建设用地选择的空间冲突和时间错位，使用地适宜性评定更加合理、科学。

3）经济、社会、生态效益相结合
土地资源系统是多层次的复杂系统，评价要正确反映其全貌，必须依据区域情况。

制定出科学的层次清楚的评价体系。

大城市人多地少，必须贯彻“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”基本国策。

同时该城市分布有河流、水库、自然保护区，生态环境良好，用地评价必需要维护环境的生态平衡。

同时，为了提高建设用地的使用效率，用地的供给也应当考虑城市规划和生产力布局，充分满足土地利用的社会和经济目标。

2、评价方法
采用多因子综合叠加分析与主成分分析组合的方法，在一定数据精度下判定市域土地利用的建设适宜性与保护适宜性，以及具体的适宜建设或保护的用地类别。

3、因子选择
考虑城市规划与土地利用规划的协调，把农田保护和控制要求作为主要生态因子。

农田保护区包括三类用地：基本农田（不适宜建设）、一般农田（基本适宜建设）、其他土地（适宜建设）。

另一个重要的生态因子是坡度条件，因为有山地丘陵分布在城市内，不同坡度条
件的建设成本和宜居条件也不同。

根据《城市用地竖向规划规范》的要求（工业用地最大坡度10%，居住用地最大坡度25%），将坡度值划分3个等级，对应适宜建设、基本适宜建设 、不适宜建设的分类。

城镇体系的空间分布有其历史原因和一定的发展延续性，而从地理学角度考量，不同等级城市辐射影响能力也不一样。

因此，城镇规模扩展的适宜性评价因子包括中心城镇和一般城镇的影响。

这里把影响范围简化为以适当直线距离为半径为半径的圆形区域。

重大的基础设施的建设往往是推动城镇产生、发展的动力。

针对基础设施的级别和类型，选择高速公路出入口、铁路站场、国道、省道作为基础设施条件的评价因子。

对同一评价主题，如在生态适宜性评价中各因子对评价结果的决定性不同，即在评价中的重要性不同，因而采用赋予权值的方式来区别各因子的影响效果。

而进行整体评价时，则视生态、城镇规模、基础设施三个因素对总体用地评价具有相等的重要性，最终对各因素采取相同的权重参与评价。

主要因子以及权重分配如下： 注：权重值采用专家评分法确定。

4、因子分类评估：
因子评估原则为：因子打分的分值在1～10之间，分值高低反映适宜开发或适宜保护的程度，适宜保护的得低分，适宜建设开发的得高分。

1）生态因子
生态因子主要考虑河流湖泊水面林地、园地、牧草地、未利用土地等生态因素确定，生态敏感性越高，开发可能性就越低，分值也越低。

具体分类及评分见下表：
分类 范围
得分 不敏感区域
未利用地；连续面积小于10公顷林地；连续面积小于5公顷池塘水面
10 一般敏感区域 连续面积10~20公顷林地、园地；连续面积8~10公顷池塘水面 5 中等敏感区域 连续面积20～40公顷以上林地、园地；连续面积10～20公顷池塘水面
3
高度敏感区域 连续面积40公顷以上林地、园地；连续面积20公顷以上池塘水面 1 2）地形因子
主要针对城市地形地貌以及工程地质条件，按照建设的安全性和工程造价进行分类，如下所示：
分类
范围 得分
评价标准
分级与指标值 权重
适宜（10）
基本适宜（5） 不适宜（1） 生态因子
地形坡度 <10% 10%～20% >20% 0.6 1/3 农田保护区
其他用地 一般农田 基本农田 0.4 社会经济因子 一级城镇影响
< 6km 6～10km > 10km 0.5 1/3
二级城镇影响
< 3km 3～5km > 5km 0.3 三级城镇影响
< 1km 1～3km > 3km 0.2 重要基础设施因子
高速公路出入口 < 3km 3～5km > 5km 0.3 1/3 铁路站场 < 3km 3～5km > 5km 0.3 国道 < 1.2km 1.2～3km > 3km 0.25 省道
< 0.8km
0.8～2.5km
>2.5km
0.15
开发经济性优良区域 地势600m 以下，地形坡度小于10%地区 10 开发经济性较好区域 地势600~800m ，地形坡度10%～20%地区
5
开发经济性一般区域 地势800m 以上，地形坡度大于20%地区 1
3）农地保护因子
农田保护区分为非农用地保护区域、一般农用地保护区域和基本农田保护区域，具体分类及评分见下表：
分类 范围
得分 非农用地保护区域 待置换用地、建设留用地 10 一般农用地保护区域
一般农田、其他用地
5
基本农田保护区域 基本农田、优质园地 1
4）城镇与区位因子
主要以依托城市（城镇）的便利程度来划分，以距城市（城镇）的空间距离为衡量标准，划分为三类区域，具体分类及评分如下：
分 类
范围
得分 依托条件优良区域 距中心城区6km 以内，主要镇区3km 以内，一般镇区1km 以内 10 依托条件较好区域 距中心城区6～10km ，主要镇区3～5km 以内，一般镇区1～3km
5
依托条件一般区域 距中心城区大于10km ，主要镇区大于5km ，一般镇区大于3km 1 5）交通因子
主要以依托交通要素的便利程度来划分，综合考虑高速公路出入口、火车站场（包括客站和货站）等因素，以距离交通要素的看见距离为衡量标志，划分为三类区域，具体分类及评分如下：
分 类 范围
得分 交通区位优良区域
距高速公路出口2km 以内，距火车站0.5km 以内区域用地
10 交通区位较好区域 距高速公路出口2～3km 以内，距火车站0.5~1km 内区域用地
5
交通区位一般区域 距高速公路出口3~4km 以内，距火车站0.8~1km 内区域用地 1 6）建设规划因子
主要指市域范围内已通过规划评审的各法定规划的范围，在规划区范围内的分值为10分，无规划的为1分，划分为二类区域，具体分类及评分如下：
分 类 范围
得分 法定规划区 已批法定规划区范围
10 非法定规划区
非法定规划区
1
5、评价结论
根据上述评价方法和评价标准，分别对各数据文件的空间要素进行赋值，再将各空间图层加以叠加，并采用公式S=
i C Wi n
i ∑=1
*对叠加产生的每个新的空间单元计算多因素评价的
综合分数。

（S 为某一空间单元的综合分数；Wi 为第i 个因素的权重；Ci 为第i 个因素的单因素评分；n 为参评因子数） 1、因子叠加分析
通过因子加权总分计算，将市域土地根据其适宜性划分为3类区域，如下表所示：
类别 适建区 限建区 禁建区
得分范围 20～40 10～20 0～10
2、建设保护因子主成分分析
根据市域用地适宜性评价分值结果，对市域用地进行建设保护因子主成分分析，划分出市域用地适宜性评价用地类型结果。

6、数据来源
模型运算所用的数据源及数据采集方式见下表。

表中所列出的数据源都是中国绝大部分城市所能提供的基础数据。

所以该模型适宜对绝大多数的城市做用地适宜性评价。

二、具体操作过程
1、生成生态适宜性评价图
利用等高线提取坡度值；将边界与等高线数据层导入GIS ，将数据转换为栅格形式，设置统一的空间分析环境。

利用TIN 提取坡度信息，根据评价标准对坡度进行等级划分，并以分类符号加以显示。

重分类农田保护区土地。

加载农田数据，将其转换为栅格文件，根据评价标准对栅格格式的农田保护区进行分级，并以分类符号加以显示。

执行栅格叠加，生成生态适宜性评价图。

对分类后的坡度的农田保护区数据进行叠加，并根据权重进行评价结果的计算。

2、生成城镇规模
扩展适
宜性评价图
模型输入的数据 数据类型 来源 用途
城市行政区边界 面状 老师提供 作为分析的空间范围 水域 面状 老师提供 用于生态适宜性评价 生态区 面状 老师提供 用于生态适宜性评价
等高线 线状 老师提供 用于生态地形、提取坡度，进而作生态适宜性评价 农田保护区 面状 老师提供 用于生态适宜性评价 县乡镇 点状 老师提供 用于城镇规模扩展适宜性评价 现状城镇建成区 面状 老师提供 用于扩展评价范围
重要基础设施 点状 老师提供 用于基础设施发展条件适宜性评价 重要交通线路
线状
老师提供 用于基础设施发展条件适宜性评价
使用缓冲区产生城镇影响范围，利用矢量叠加和属性计算，根据评价标准对坡度进行等级划分，并以分类符号加以显示，生成城镇规模扩展适宜性评价图。

3、生成基础设施发展条件适宜性评价图
使用栅格距离制图产生基础设施的影响范围，对分类后的高速公路出入口、铁路站场、国道、省道的栅格距离数据进行叠加，根据权重进行评价结果计算。

采用分级符号显示基础设施发展条件评价结果，并对水域、生态区、现状城镇建成区等图式符号进行调整，生成基础设施发展条件适宜性评价图。

4、生成用地适宜性评价图
对生态、城镇规模和基础设施三个评价图进行叠加，使用栅格的重分类方法，把综合评价结果分为3类，产生城市区域发展用地适宜性评价图。

三、结论与分析
分类后的评价图可以方便地统计分类后的不同级别的土地面积。

为城市建设、设施布局提供参考。

从分类后的评价图可以观察适宜性建设土地的空间分布特征：大部分适宜建设土地位于居于的中心，线状建成区的周围。

由于城市区域被生态区分割的缘故，适宜建设土地主要分散在生态区西南部、东北部和主河道东部转弯处。

这种分布特征可以辅助城镇体系规划的城镇分布与等级确定，用于总体规划用地发展方向的决策，为城市空间发展的概念规划提供依据。

参考文献：
1、《上机实习4 用地适宜性评价》（老师提供的上机实习资料）
2、《基于GIS的农业面源污染风险评估》雷能忠、黄太鹏中国农学通报 2007,23(12)
3、《GIS支持下的山地城市用地适宜性评价—以陕南岚皋为例》
南晓娜、彭天、刘科伟国土资源科技管理第26卷、第3期 2009年6月15日
4、《GIS空间分析方法研究》李晓军 20070520
5、《市域土地开发适宜性评价》百度文库 2013年5月
6、《城市建设用地适宜性评价研究--以金华市区为例》温华特 2006
7、《刘惠清长春市城市建设用地适宜性评价》许嘉巍 1999(06)
8、《刘兴权基于GIS的城市总体规划用地适宜性评价探讨》梁艳平工程勘察 2001(02)
9、《基于GIS的城市土地适宜性评价》王艳、宋振柏安徽农业科学 2008(06)
10、《ArcGIS地理信息系统空间分析实验系统》汤国安 2006
三维分析
实验目的和要求
利用ArcGIS的三维空间分析功能，计算工程中的土方量，产生纵剖面，计算道路在地形表面的实际长度，计算针对某个参考平面之上或之下的表面积和体积，如山体的土方量、水库的库容。

实验数据
输入的数据数据类型数据来源用途
现状等高线线状老师提供计算工程实施前的土方量
设计等高线线状老师提供计算工程实施后的土方量
边界面状老师提供界定分析的空间范围
道路线状老师提供产生三维剖面图
规划湖塘区域栅格老师提供计算规划湖塘区域容量
规划湖塘边界线状老师提供显示规划湖塘区域的界线
实验步骤
第一章载入边界、现状等高线、设计等高线，由等高线产生不规则三角网。

如图1、图2。

2、计算按照设计进行工程实施的填挖方量，如图3。

使用栅格地面模型，获得详细的填挖方信息，如图4。

图1 图2 图3 图4 图5
3、利用观察道路数据层或任意绘制三维折线，产生三维纵剖面。

如图5。

4、用ArcGIS的三维分析工具，计算道路在地形表面的长度。

5、加载设计湖塘界线、设计湖塘区域、设计等高线等数据层，以计算某一高程一下的地形体积方法计算拟建水库设计库容。

实验结果分析
1、步骤2用两种方法计算得到的土方量不一致。

分析：由于两种方法分级显示的像元大小不同，所以统计时候的精确程度不同。

可能原本是填方的地方，因为像元太大，显示不精确，结果被显示为挖方。

所以像元越大，误差越大。

2、步骤4中道路长度大于道路在地形表面长度。

分析：由于道路在地形表面有起伏，所以导致length与surlength数值不相同。

具体为什么length大于surlength有待进一步研究。

实习体会
通过本次实习，我学会了利用GIS的三维空间分析功能，计算工程的土方量，生成纵剖面，计算道路在地形表面的实际长度，对GIS强大的分析功能有了进一步的了解。

实习中提供的实例都是致力于解决实际具体问题的例子，在实践中学到的知识才是理解最深刻的。

定位分配
实习目的：利用ArcGIS 的网络分析功能，计算服务设施的服务范围以及起始点和目的地的成本
矩阵并以此调整服务设施的位置。

利用网络分析功能，选择最佳路径。

实验数据
具体步骤
步骤 原理
操作
结果
1、创建现状资源供应设施的服务区。

ArcGIS 的网络分析功能可以通过指定设施、障碍、路线等多个因素计算设施服务区 1）运用Network analyst 功能，创建服务区仓库设施分析图层
产生以各服务设施为中心的3、5、10分钟服务圈。

2）以驾车时间为服务区的计算依据，设置分析参数
3）运用Network analyst 中的solve 功能，执行服务区计算 4）采用空间位置查询方法，识别不在服务区内的设施 2、根据需求点覆盖范围，优化调整设施位置
ArcGIS 的网络分析功能中提供单独移动一服务点的功能。

图层右键菜单中可以选择按空间位置连接不同图层数据。

1）重新定位其服务区覆盖最少数量商店的仓库
各仓库服务区
优化调整使其更好地服务各
商店。

各商店的属性表中能查询到为其服务的仓库信息。

2）运用Network analyst 中的solve 功能，重新计算服务区 3）运用基于空间位置的连接方法，为每个商店确定为其提供供应服务的仓库，并将仓库信息添加到商店的属性表中。

3、计算服务的起始点和目的地的成本矩阵 利用Network Analyst 可以输入origins 和
Destinations 并计算成本矩阵 1）创建OD 成本矩阵分析图层
得出OD 成本矩阵并用以执行多项分析功能。

2）添加服务的起始点（仓库）与服务的目的地（商店） 3）设置分析参数，以驾车时间为依据，执行OD 成本矩阵计算
4、计算选择为多个需求点提供配送服务时的最优路径
利用Network Analyst 可以输入路径、障碍、的站点等信息，并计算出经过各站点用时最短的路径
1)创建分析图层，添加路径、障碍、要经过的站点 得出为多个需求点提供配送服务时的最优路径
2）以驾车时间作为最佳路径计算时的依据，设置分析参数
3）运用Network analyst 中的solve 功能，计算最优路径
实习体会
通过运用ArcGIS 网络分析功能计算出各服务点的服务范围，计算出OD 成本矩阵，并能通过网络分析得出服务最优路径。

为城市规划的公共服务设施布点提供依据。

输入的数据
数据来源 用途
分析目标（资源供应设施、需求点） 老师提供 记录需求点和供应点等特征 网络层（地铁线、道路网、中转站、出入口） 老师提供 作为确定服务区范围依托的网络基础 装饰层
老师提供
作为显示的背景环境
公共交通服务质量分析
公共交通服务质量分析
——以武汉市为例
实验目标：使用ArcGIS 缓冲区功能分析公共交通的服务范围，评价服务质量。

使用ArcGIS 的
表统计功能对栅格地图属性进行统计。

实验数据
具体步骤
实习结果
通过GIS 的查询统计功能及缓冲区等功能，对公共交通的服务质量进行评价。

评价的结果能作为将来交通规划时公共站点的布置与调整提供依据与参考。

输入的数据
数据类型 数据来源 用途
武汉市2000年建成区人口分布图
栅格
老师提供
作为评价公共交通服务质量的底图，计算在公交站点覆盖范围内的人口数 武汉市2002年建成区公共交通站点分布图
矢量（shp) 老师提供
作为确定公交站点依托的网络基础
步骤 原理
操作
结果
1、查看公共交
通站点数量与武汉市2000年总人口数
利用ArcGIS 的属性查询功能，查询图层的属性表格，得出结果。

1）打开bus stops 矢量文件。

查看属性表中的公共交通站点的排号数，即为公共交通的总数量。

2）打开wuhan_pop 栅格图层。

在wuhan_pop 属性表Options 中选定Export 输出新表格totpop ，并进行复制运算totpop=value*count 。

运用统计功能对totpop 进行描述性统计。

得到2002年武汉市建成区公共交通站点的总数。

得到2000年武汉市建成区总人口数。

2、建立缓冲区，分析公共交通站点的覆盖范围
利用ArcGIS 的缓冲区分析功能以公共交通站点生成缓冲区。

1）调整距离单位的显示单位
2）利用ArcGIS 内置的buffer wizard 功能对busstops 数据进行缓冲区分析。

分别生成以200m 、500m 为半径的缓冲区。

3）观察两种缓冲区对市区的覆盖情况
生成缓冲区，得到服务半径分别为200m 、500m 。

时公共交通站点的服务范围。

3统计公共交通服务区内的人数及所占总人数比例，评价公共交通站点的服务质量
应用ArcGIS 的统计功能对缓冲区内的人口数进行统计
1）运用spatial analyst 模块中的Zonal Statistics 统计功能对两种缓冲区内的人口数进行统计，并计算出缓冲区内人数占总人口比例。

2）由公共交通站点的服务范围及服务人群比重进行公共交通站点服务质量的评析
统计在公共交通站点服务范围内的人数，对公共交通站点的服务质量做出评价。