GIS空间分析在城市规划中的应用

　　空间分析作为GIS中的核心技术方法，不仅能用于城市土地分区功能规划、城市人口数量控制与预测、城市发展结构预测与分析、城市经济结构建模与预测、城市交通构架与评价、城市资源利用与合理分配等诸多方面，而且对于自然与城市结构演变、城市中环境发展趋势和城市基础设施建设与配置以及城市中物质、能量和信息的交换具有高效、准确、合理的预测与决策支持作用。

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　　摘 要：GIS的发展引领着空间分析也在迅速的走向成熟，因为空间分析作为GIS的核心技术，同时也是区别于其它信息系统的主要特征，能够根据地理对象的位置和形态特征等采用相关分析模型对其进行综合性的分析、预测乃至决策和支持。本文针对空间分析在城市发展建设中的作用以及具体内容进行了探讨研究。

　　关键词：GIS，空间分析，城市规划

　　空间分析是对分析空间数据有关技术的统称。根据作用的数据性质不同，可以分为基于空间图形数据的分析运算和基于非空间属性的数据运算以及空间和非空间数据的联合运算。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库，其运用的手段包括各种几何的逻辑运算、数理统计分析，代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到地理空间的实际问题，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。空间分析在GIS应用中起着非常重要的作用，如空间查询与量算、缓冲区分析、跌至分析、路径分析和空间插值以及统计分类分析等。本文则主要介绍了空间分析与地理信息系统的关系及其在城市规划中的应用思想。

　　1.空间分析与地理信息系统

　　空间分析就是利用计算机对数字地图进行分析，从而获取和传输空间信息。由于空间分析对空间信息(特别是隐含信息)所具有的提取和传输功能它已经成为地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能的主要指标之一。空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术，是各类综合性地学分析模型的基础，为人们建立复杂的空间应用模型提供了基本工具。因此，空间分析与应用模型的关系是“零件”与“机器”的关系，不从概念上明确这一点，就无法在一个适当的综合程度上研究空间分析的体系，也就无法改进GIS系统功能的设计。但是长期以来，空间分析的各种模型和方法没有形成一个统一的体系结构，甚至对空间分析的基本内容也没有形成普遍认同的界定，这一状况对空间分析的理论和方法的扩展，对空间分析与GIS集成都是不利的。

　　在GIS发展早期阶段，由于人们的注意力多集中在空间数据结构和计算机制图方面，因而空间分析尚未受到重视。但是今天，对GIS空间数据结构的研究已经相对成熟，计算机制图也达到了相当高的实用水平，实用的GIS软件以及实际的GIS系统已有许多成功的实例，因此空间分析又慢慢成为人们关注的焦点。相对于GIS的其它分支领域，空间分析的研究是相对落后的，这已经引起GIS理论界的高度重视。

　　对于GIS中的空间分析目前还没有明确的、统一的定义。Robert Haining给出以下定义：空间分析是基于地理对象布局的地理数据分析技术;郭仁忠等给出的定义是：空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。但“空间分析是GIS的主要特征，有无空间分析功能，这也是GIS与其它系统区别的标志”这一点已被广大学者和专家所认可。

　　2.城市规划中空间分析的意义

　　一般来说，地理信息系统首先是在城市规划和管理中得以发展和应用的。城市规划中的GIS空间分析主要是指利用GIS的统计分类分析和制图功能，对城市规划中含有空间信息(位置、形状和分布等)的数据项进行统计、分类、比例计算，并形成报表，同时绘制出相应图件的分析过程。在可能的条件下，利用多媒体技术形象和动态的反应地表实况，如将遥感图像、地面摄影像片录像片等均存入GIS内，规划人员要了解规划区域现状时，GIS除显示统计数据、空间分布外，还显示这些地面情况，帮助规划人员身临其境地掌握现状资料。

　　作为地理信息系统核心功能的空间分析方法，在城市规划领域具有广阔的应用前景。城市规划空间分析的实践意义在于：分析和研究城市空间实体的现状以及预测其发展前景，并以此作为编制城市规划、指导城市建设的依据。空间分析技术方法的应用，提高了城市规划处理各类规划基础数据的能力，提高了对未来城市发展的预测、模拟和优化能力，使规划能够在理性的综合分析基础上做出科学判断与决策。

　　城市空间作为一个特殊的空间系统，是政治、经济、社会、环境等共同作用的结果，有其独特的空间演变机制。通常，在充分分析城市空间基础数据，包括空间数据与非空间数据的基础上，发现空间演变的规律，为城市规划奠定分析基础，使城市规划成果有据可依，然而基础规划数据分析一直是城市规划工作中的薄弱环节，成为城市规划学科发展的一个技术瓶颈。

　　在城市规划领域，主要从感性的角度来分析基础数据，通过抓住主要矛盾来解决城市发展问题。这种方法，不仅速度慢、效率低，而且主观随意性大，因此无法做出科学的分析和决策，在分析问题的深度和广度方面，都存在着严重的不足，既影响了规划的科学性，也不能适应现代城市迅速发展的需要。

　　空间分析技术方法的应用，为城市规划空间研究提供了新的技术手段。在数据的分析处理方面，基于GIS的空间分析技术，首先能够管理海量空间数据，存储、检索、查询城市规划相关信息，安全可靠且现实性强;其次可以对空间数据进行综合性分析处理，获得对规划所需要的有用信息;同时还能将分析所得的结果用可视化方法进行表达，易于规划人员理解和进一步加以利用。

　　在空间分析研究的深度方面，由于空间分析方法实现了空间数据和非空间数据的一体化处理，因此，能够透过城市空间现象的表面，对深层次的空间关系进行研究分析。在把握城市空间演变机制的基础上，预测模拟城市的未来发展趋势，优化调整城市空间格局，从而改变以往城市规划停留于城市空间问题的表象、就事论事、缺乏预见能力的空间分析研究方法，使规划具有更强的深度和说服力，也能更好的面向未来。

　　3.城市规划中空间分析的内容

　　地理信息系统应用于城市规划领域的目的是提供决策支持，其中的GIS空间分析是一种提供可靠决策信息的有效手段。通过城市规划空间分析，可以揭示城市空间相互作用关系，如城市土地空间演变、城市结构以及空间演变、人口与用地之间的关系，自然条件与城市结构的关系，城市持续发展中物质、能量和信息流动的空间规律等。在实际应用中，城市规划空间分析通常有五种主要类型：

　　第一：比较分析。

　　主要分析城市规划要素的时间序列与空间序列的变化。通过比较分析，发现要素在不同时期的数量变化、空间分布的模式及其演变。为规划人员提供更加详细的规划信息以供决策，并把握城市空间发展的内在规律以及未来的时空演变趋势。

　　第二：统计分析。

　　主要是对城市规划要素的非空间信息的分析。运用回归分析、相关分析和主成分分析等方法，确定数据库属性之间存在的函数关系或相关关系，应用于城市规划中的单因素不同状况统计、多因素交叉统计和频率统计等运算。

　　第三：预测分析。

　　根据城市发展的时空演变规律，使用各类预测模型，预测一定时期内人口规模、城市土地利用、城市灾害、区域增长等的发展变化趋势以及空间演变过程。在预测分析的基础上，可以制定正确的预测措施来引导城市结构要素在空间上的合理布局和组合。

　　第四：优化分析。

　　制定合理的城市规划涉及社会、经济、政治、环境等诸多要素，优化分析就是通过对大量规划数据的综合与概括，在多因素综合影响的条件下，在多种规划方案中选择最优的规划方案或发展目标。城市土地利用功能区划、城市功能区划、规划方案评价、环境质量评价等问题都可以进行优化分析。

　　第五：规划模拟。

　　它是以可视化方法模拟规划方案的实施过程，通过扩展分析和指标统计等方法，从模拟的结果中直观地了解规划方案实施以后的城市状况、经济发展水平及其空间机构与形态。

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