張敏敏

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是一門綜合地理學(xué)、地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)量學(xué)等的綜合學(xué)科，作為技術(shù)手段是數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖可視化及空間分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策[1]。

本文以構(gòu)建一所服務(wù)于農(nóng)村居民的公交樞紐車站為目標(biāo)，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)和空間分析方法解決車站的選址及規(guī)劃設(shè)計(jì)問題。相比傳統(tǒng)的主觀經(jīng)驗(yàn)或者一些單獨(dú)的數(shù)學(xué)方法，采用GIS實(shí)現(xiàn)車站選址有很高的實(shí)用價(jià)值，具有科學(xué)性和可操作性[2]。

1 車站的選址

1.1 設(shè)定選址目標(biāo)及要求

選址的第一步是分析具體問題，建立選址的目標(biāo)。首先，依據(jù)車站的特性和用地要求，選出符合的具體區(qū)域，建立候選地點(diǎn)的集合。在多個(gè)備選位置中，選擇最優(yōu)地點(diǎn)，然后資源分配。車站要服務(wù)于居民，因此，車站離居住地的距離不能太遠(yuǎn)；為了便于居民出行和生活的需要，應(yīng)使車站盡可能靠近道路；同時(shí)，為了保證地基穩(wěn)定，應(yīng)使車站距河流有一定的距離。其次，考慮到車站用地的要求，應(yīng)選擇適合于車站選址的土地類型，并且土地面積至少為1 000 m2。因此，設(shè)定本次車站選址的標(biāo)準(zhǔn)包括以下條件：

a）車站在居民地2 000 m范圍之內(nèi)；

b）車站在農(nóng)村道路150 m范圍之內(nèi)；

c）車站距河流的距離至少為20 m；

d）選取特殊用地作為適于車站選址的土地類型；

e）面積至少為 1 000 m2。

1.2 數(shù)據(jù)收集

對(duì)應(yīng)GIS系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)點(diǎn)、線、面幾何形態(tài)，選址主要需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括居民點(diǎn)數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)、地形特征數(shù)據(jù)。居民點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)可依靠高精度遙感影像數(shù)據(jù)或者大比例尺地形圖生成，人口、經(jīng)濟(jì)等屬性數(shù)據(jù)則需要從全國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、當(dāng)?shù)貞艏畣挝淮鏅n信息或者實(shí)地調(diào)查采集。道路數(shù)據(jù)同理，從圖像資料可獲取精準(zhǔn)的幾何特征，從相關(guān)路政管理部門收集路面類型和等級(jí)定位等屬性數(shù)據(jù)[3]。

地形特征信息，短期內(nèi)變動(dòng)不大，較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)依靠地形圖提取。

根據(jù)以上的選址條件，在執(zhí)行地理分析之前需要準(zhǔn)備的圖層Coverage有：居民地、農(nóng)村道路、河流及特殊用地。

本次設(shè)計(jì)的底圖是XX鄉(xiāng)行政區(qū)劃圖，已有圖層是XZS、XZL層。其中：XZS，土地利用現(xiàn)狀圖；XZL，道路層。在此基礎(chǔ)上建立居民地(jmd)、河流(steam)、農(nóng)村道路(road)、特殊用地(land)層。

a）由 XZS 層建立 residence、steam、land、marsh層。

（a）Jmd 表示農(nóng)村居民點(diǎn)—地類代碼為52；

（b）Steam 表示水域，包括河流水面（地類代碼71），水庫(kù)水面（地類代碼73），坑塘水面（地類代碼74）；

（c）Land 表示特殊用地，地類代碼為55。

b）由XZL層創(chuàng)建road層。

road表示農(nóng)村道路，地類代碼為63。這樣就準(zhǔn)備好了要進(jìn)行空間操作的數(shù)據(jù)。

1.3 候選區(qū)域

為了達(dá)到車站選址的標(biāo)準(zhǔn)，首先需要找出車站、居民地、農(nóng)村道路的影響范圍。因此要對(duì)居民地、農(nóng)村道路、河流分別建立特征緩沖區(qū)，再將各緩沖區(qū)進(jìn)行疊加。

疊加分析是GIS的特有功能，通過數(shù)學(xué)模型和特征合并操作，將不同輸入層次道路層、居民地的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、合并，在輸出層中僅保留兩個(gè)輸入Coverage中共同覆蓋的區(qū)域，同時(shí)用特征提取操作減去距河流的距離在20 m以內(nèi)的區(qū)域，得出候選區(qū)域[4]。

1.4 選址和分區(qū)分析

選址和分區(qū)分析是確定一個(gè)或多個(gè)服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置的過程，包括定位過程和資源分配過程。選址和分區(qū)采用的技術(shù)與路徑選擇和資源分配類似，但涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)除了Center（供方）、Demand（需求）、Impedance（阻抗）等以外，在實(shí)現(xiàn)過程中還需要一些特殊的參數(shù)和信息：在Center文件中要增加一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)（Candidate），用于說明結(jié)點(diǎn)、點(diǎn)狀目標(biāo)或多邊形是否成為L(zhǎng)ocation的候選操作對(duì)象，以及候選資格的等級(jí)（0—非候選，1—候選，2—固定候選者）。

車站與居民的關(guān)系構(gòu)成一種在網(wǎng)絡(luò)中供需分配關(guān)系。車站是資源提供方，它負(fù)責(zé)提供設(shè)施和服務(wù)供居民休閑。居民是資源的需求方，他們要求享受休閑。作為需求方的居民沿街道網(wǎng)絡(luò)分布，他們產(chǎn)生了對(duì)作為供給方的車站的資源——服務(wù)設(shè)施的需求。資源分配(Allocate)就是根據(jù)資源分配中心(Center)的供給和網(wǎng)絡(luò)弧段的需求，通過最短路徑算法分配路徑，因此，資源分配生成的路徑系統(tǒng)也為最短路徑。分為以下幾步：

a）建立網(wǎng)絡(luò)。由于選址和分區(qū)分析是基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)地理網(wǎng)絡(luò)元素的空間、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面的分析和優(yōu)化計(jì)算。以現(xiàn)有道路層建立的網(wǎng)絡(luò)圖層為基礎(chǔ)，將居民地層和候選適于選址的圖層作為背景層，編輯道路層，增加結(jié)點(diǎn)和弧段，使兩個(gè)候選地點(diǎn)與道路相連，形成網(wǎng)絡(luò)圖層Road。

b）創(chuàng)建結(jié)點(diǎn)表并增加屬性項(xiàng)Population。為了給網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)增加需求（Demand），這里作為結(jié)點(diǎn)的屬性，就需要?jiǎng)?chuàng)建結(jié)點(diǎn)表并增加Population屬性項(xiàng)并賦值，作為需求量，以表示使用車站的居民數(shù)量。

首先，用Build命令創(chuàng)建結(jié)點(diǎn)表；其次，增加Population屬性項(xiàng)作為資源需求量，并賦值。Population是居民的數(shù)量，代表所在居民地對(duì)資源的需求量。

c）建資源中心（Center）表。資源中心是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分散的資源供應(yīng)點(diǎn)，或者對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)有某種吸引力。供應(yīng)量（Supply）即資源供應(yīng)點(diǎn)能供應(yīng)的資源數(shù)量，其屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于INFO格式資源中心表中。

這里選擇road ID=0和road ID=64的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)為資源中心，它們的資源供應(yīng)量分別為2 500、1 500，表示負(fù)責(zé)提供使用車站的居民數(shù)量。Candidate的值為1，表示這兩個(gè)地點(diǎn)都有候選資格。在Arcedit模塊中使用Create命令創(chuàng)建資源中心表，增加數(shù)據(jù)項(xiàng)Road ID，Supply，Candidate，并在TABLES模塊中依次為數(shù)據(jù)項(xiàng)賦值。

d）在Arc plot下設(shè)置資源分配分析的數(shù)據(jù)源。

e）實(shí)現(xiàn)選址和資源分配功能。在分配過程中，Center與Node和Link間資源的流動(dòng)是在最優(yōu)路徑（最小阻值）中進(jìn)行的。每當(dāng)一個(gè)Node或Link分配給一個(gè)中心，就從Center的資源量 (Supply)減去Node或Link的需求量(Demand)，如果Center的資源耗盡，對(duì)該中心的分配過程即結(jié)束。

f）資源分配結(jié)果的顯示。

2 車站的規(guī)劃

GIS具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力，它可以對(duì)車站的相關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，進(jìn)而對(duì)車站進(jìn)行規(guī)劃管理和設(shè)計(jì)，包括地形地貌分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析。

2.1 地形地貌分析

首先應(yīng)用GIS地形地貌分析功能，分析車站內(nèi)部山體的坡度、高程，基于分析模型得出選址范圍地質(zhì)地貌景觀的圖表，合理設(shè)計(jì)各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。另外，對(duì)單元公路網(wǎng)長(zhǎng)度、各類用地面積進(jìn)行測(cè)算，科學(xué)布局車站內(nèi)部交通路網(wǎng)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。

2.2 緩沖區(qū)分析

在點(diǎn)、線、多邊形等地物要素周圍，因?yàn)榈匚镆氐牡乩硖匦院蛯傩蕴卣?，?duì)其周邊地區(qū)有一定的“影響地帶”，緩沖區(qū)即針對(duì)影響地帶的建立提出的定義。實(shí)際形狀比較直觀地表現(xiàn)為圍繞某地物要素的周邊地區(qū)。點(diǎn)狀要素例如資源中心因?qū)χ苓叺奈?，?huì)形成圓餅狀的緩沖區(qū)域。某個(gè)區(qū)域的緩沖區(qū)則是面積更大的形狀相似的多邊形，例如存在安全隱患的輸配電設(shè)施用地區(qū)域，應(yīng)在周邊設(shè)置緩沖區(qū)，車站中的居民活動(dòng)區(qū)域應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離安全隱患緩沖區(qū)[5]。常用的道路緩沖區(qū)為多帶狀，規(guī)劃范圍包括道路本身需要占用土地的面積和路邊需要綠化、防護(hù)的面積。通過執(zhí)行“工具”中的“緩沖區(qū)向?qū)А泵睿蜷_緩沖區(qū)向?qū)?duì)話框，可建立所選擇道路的緩沖區(qū)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)分析

網(wǎng)絡(luò)分析主要從宏觀大局的角度，統(tǒng)籌安排地域空間。將車站置于整個(gè)區(qū)域的背景中進(jìn)行分析，是合理規(guī)劃的前提條件，沒有充分的區(qū)域數(shù)據(jù)支持，規(guī)劃可能會(huì)脫離實(shí)際。

對(duì)車站來說，區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境、地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、文化底蘊(yùn)等背景數(shù)據(jù)都會(huì)影響車站的客源市場(chǎng)和服務(wù)水平。借用網(wǎng)路分析，例如OD分析等方法，通過分析車站區(qū)位的環(huán)境、交通、資源等條件，結(jié)合緩沖區(qū)分析，選擇最穩(wěn)定、最優(yōu)化的客源中心，然后計(jì)算客流匯集到車站的最優(yōu)化路徑，結(jié)合最優(yōu)路徑設(shè)置交通路線和疏散通道，充分發(fā)揮車站的效用[5]。

3 結(jié)論

地理信息系統(tǒng)功能豐富，不僅可以制作、展示地圖，瀏覽和查詢空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，還可結(jié)合數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，提供空間網(wǎng)絡(luò)分析和信息分析決策功能，使得選址結(jié)果更加科學(xué)合理，更實(shí)用,而且操作簡(jiǎn)單，便于展示。此外，GIS數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)更新，更適應(yīng)實(shí)際情況的變化，在高速發(fā)展的信息時(shí)代有極大的優(yōu)勢(shì)[6]。

但是目前也有一些不足之處，有些GIS應(yīng)用軟件很昂貴，運(yùn)用GIS進(jìn)行選址需要大量的資金投入購(gòu)買軟件和硬件。另外GIS網(wǎng)絡(luò)分析需要大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的采集和整理也要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢，增加了使用成本，限制了GIS的廣泛應(yīng)用。相信隨著信息化、數(shù)字化、集成化和數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展，GIS可以充分發(fā)揮信息處理和網(wǎng)絡(luò)分析等功能的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用更加廣泛。