GIS空间分析在学校选址中的应用

GIS空间分析在学校选址中的应用
09地理信息系统洪彦 109042009011
【摘要】：空间分析是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。

本文利用基于Arcview的栅格数据距离制图、成本距离加权、数据重分类、多层面合并等空间分析功能构建合理的分析模型并确定适宜性较好的学校选址区。

【关键词】：栅格数据空间分析学校选址适宜性
一、引言
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是20世纪60年代发展起来的一门集计算机科学、信息学、地理学等多门学科为一体的新兴学科，是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的计算机系统，它由硬件、软件、数据、方法和人员有机结合而构成。

GIS中通常包括矢量数据和栅格数据两种表达方式。

矢量数据模型用点及其X、Y坐标来构建点、线和多边形的空间特征。

而栅格数据则是基于单元格和格网，其数据结构相对简单，有较强的空间耦合性，故宜采用栅格数据对学校选址的适宜性进行空间分析。

目前，GIS技术作为一种交互式的、可视化的决策支持工具，与传统分析方法、分析系统一样在分析与决策中发挥着重要的作用。

GIS技术在城市区域规划中的应用特别强调对城市区域规划中的空间分析，通过空间分析确定适合区域规划发展的最佳区位，进行最优选址分析比较。

本文以ESRI公司开发的Arcview为技术支撑，建立基于栅格数据空间分析的适宜性评价模型，探索机遇栅格数据的适宜性评价方法。

二、数据准备和处理
1、点状要素:
点状点可以是对于学校选址具有影响力的设施，具体表现为待选区域是否包括娱乐场所rec_sites（娱乐场所分布数据）以及其他同等级的学校school（现有学校分布数据）等设施，这对要素的空间联系性的评价起到很大的作用。

2、面状要素:
Landuse（土地利用类型数据）和Dem（地面高程数据）都是由面状要素体现。

学校选址数据提取如图：
三、学校选址适宜性评价的调查与分析
1、背景条件：
合理的学校空间位置布局，有利于学生的上课与生活。

学校的选址问题需要考虑地理位置、学生娱乐场所配套、与现有学校的距离间隔等因素，从总体上把握这些因素能够确定适宜性较好的学校选址区。

2、学校选址要求：
1）学校选址模拟需注意如下几点：
A.位于地势较平坦处
B.结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域
C.与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施越近越好
D.新学校应避开现有学校，合理分布
2）各数据层权重比为距离娱乐设施占0.5，距现有学校距离占0.25，土地利用类型和地势位置因素各占0.125
3）实现过程运用ArcView的拓展模块（Extension）中的空间分析（Spatial Analyst）部分功能，具体包括：坡度计算，直线距离制图功能，重
分类及栅格计算器等功能完成
4）给出适合新建学校的适宜地区图，并简要分析
3、适宜性评价模型构建和分析思路：
四、GIS空间分析在学校选址中的应用
空间分析是GIS的核心功能，是基于地理目标的位置和形态特征的空间数据分析技术。

它并不是简单地通过检索、查询或统计从地理数据库中提取时空信息，而是利用各种空间数据分析模型及空间操作对地理数据库中的空间数据进行深加工，进而产生新的知识，在本文的学校选址过程中主要有以下几个方面的应用：
1、基于DEM的地形分析：
常用的数字地形分析的方法包括提取坡面地形因子和提取特征地形要素。

其中提取坡面地形因子主要从地形地貌的角度考虑，地表是由不同的坡面组成的，而地貌的变化，完全源于坡面的变化。

常用的坡面地形因子有坡度、坡向、平面曲率、坡面曲率、地形起伏度、粗糙度、切割深度等。

而提取特征地形要素分为流域分析和可视域分析两个方面。

本文构建的学校选址模型采取从DEM（地面高程数据）提取坡度数据集，分析得到学校选址分布周围的地势特征：
2、土地利用类型分析：
土地利用变化具有明显的时间、空间特性，利用GIS空间分析研究土地利用信息的空间变化具有明显优势，即可将多方位土地利用信息统一可视化到一张图上，充分了解土地利用的主要类型及其空间分布情况。

本文在考察土地利用数据时，容易发现各种土地利用类型对学校适宜性也存在一定的影响，如在有湿地、水体分布区建学校的适宜性极差，于是在重分类时删除这两个选项。

选择“water”、“wetland”、“grass”，删除“water”、“wetland”、“grass”。

根据用地类型给各种类型赋值，深色部分为比较适宜区，浅色部分表示适宜性比较差，白色表示该处不允许建学校。

实现如图：
3、周围设施的影响分析：
考虑到新学校距离娱乐场所比较近更好，重分类娱乐场直线距离数据集，采用等间距分级分为10级，距离娱乐场所最近适宜性最高，赋值10；距离最远的地
方赋值1。

生成的图的颜色设置并不一定可以很好的体现出制图元素渐变的关系，所以一般要调用legend editor进行色彩渐变设置。

经过从新设置图层颜色之后，实现如图：
4、周围学校的影响分析：
考虑到新学校距离现有学校比较远时适宜性好，重分类现有学校直线距离数据集，采用等间距分级分为10级，距离学校最远适宜性最高，赋值10；距离最远的地方赋值1。

得到娱乐场所适宜性图reclassdiss。

学校的位置在平坦地区比方适宜性比较差。

重分类坡度数据集，采用等间距分级分为10级，在平坦的地方适宜性好，赋以较大的适宜性值；陡峭的地区赋比较小的值，得到坡度适宜性数据recalssslope。

5、学校选址适宜区分析：
将数据集重分类后，各个数据集都统一到相同的等级体系中，且每个数据集中那些被认为比较适宜的属性都赋以比较高的值，现在开始给四中因素赋以不同的权重，然后合并数据集以找出最适宜的位置。

Raster Calculator命令对各个重分类后数据集的合并计算，最终适宜性数据集的加权计算公式为：
( [Reclass of Distance to Rec_sites.shp] * 0.5 + [Reclass of Distance to School.shp] * 0.25 + [Reclass of Landuse] * 0.125 + [Reclass of Slope of Dem] * 0.125)
得到最终适宜性数据集如图，适宜性较高区域（深色部分）为推荐学校选址区域。

五、结束语
学校选址适宜性评价的影响因素是多方面的。

它还包含了市政道路、高速公路、立交桥等交通干道以及机动车流量等对其产生的影响。

由于技术与知识面的局限，本文对只是基于Arcview对学校的选址问题进行简单的分析，但即使是这样，依然可以认识并感受到了gis强大的空间分析功能。

在整个过程中，我们依照学校选址的基本原则，将GIS强大的空间分析功能引入到各种适宜性评估影响因素中，将各种选址因素定量化，通过直观的栅格图象显示，减少主观因素对选址结果的影响，从而为选址决策提供了科学依据。

同时也就此说明基于栅格数据的空间分析方法在学校选址工作中的应用是对选址适宜性评价的一种有益探索，将次方法广泛应用到选址上评价的领域是GIS工作者努力的方向。

【参考文献】
[1] 郭仁忠. 空间分析. 高等教育出版社
[2] 王平等.《GIS空间分析原理与方法》.科学教育出版社
[3] 余明. 地理信息系统导论[M]. 清华大学出版社
[4] 王亚民，赵捧未. 地理信息系统及其应用[M]. 西安电子科技大学出版社。