地理信息系统空间分析方法及运用之研究

邢丹露

摘要：在地理信息系统（GIS）中，空间分析是最重要、最核心的一种技术，是GIS系统与其他计算机应用系统的本质区别所在。随着研究的深入，空间分析方法的应用范围逐渐扩大。在本案，笔者结合相关知识，探究GIS空间分析方法及其在城市规划中的应用，具体从空间位置、空间分布两个方面展开论述。

关键词：GIS系统；空间分析；城市规划

引言：GIS系统是一种在20世纪60年代中期的兴起计算机技术系统，其在计算机技术条件下输入、存储、管理、分析及输出空间属性类数据。目前，GIS系统的应用范围覆盖现代社会经济活动的方方面面，如城乡规划、环境监测、灾害监测、资源调查、国土管理及应急指挥调度等。在GIS系统中，空间分析是关键所在，其通过挖掘原始数据，可帮助用户获得全新的知识及经验，并为科学决策提供可靠依据。下面，笔者主要探究GIS系统空间分析方法及其在城市规划中的应用。

一、空间位置

（一）叠置分析。叠置分析是通过叠加至少两层地图要素而得到一个新的要素层，其结果是分割原要素并生成新要素，且新要素中包含原要素的全部属性。据此，叠置分析既可生成新的空间关系，还可联系输入数据层的属性并生成新的属性关系。总体而言，叠置分析是按数学模型计算分析新要素的属性，从而解决用户面临的问题。

在城市规划中，建设用地适宜性评价是一种典型的格栅叠置，其通过对用地评定因子图层进行标准化处理、重新分类及加权叠加，从而形成用地适宜性评价结果。对于灾害风险综合评估、城镇发展条件综合评价及生态敏感性综合评价等规划，都可采用多因子叠加分析法来实现叠置分析。在规划中，两期用地的演变亦可进行叠置分析，即：根据土地利用数据，叠置获得两期土地利用的变化图层，用以分析土地利用的变化；根据城市建设用地数据，叠置获得两期建设用地转化的图层，用以辅助规划评估或比选规划方案。此外，还应深入挖掘矢量数据中的叠置分析功能，其中矢量叠置蕴含一种拓扑关系及其包含至少两个矢量图层的并集、交集、属性的空间赋值与关联等功能，如建设量的分区统计便是矢量叠置的具体应用。

（二）相关分析。在同一空间范围内，任一小的空间单元都包含多项属性信息，而相关分析的研究内容是对应位置上的属性信息是否具有相关关系及这一相关关系的表现。在相关分析中，通常包括时间域、空间域，两者关注的焦点分别是不同时期同一属性的观测值、同一时期不同属性的观测值。在规划中，相关分析涉及较多的社会领域、自然领域。例如，犯罪高发地的成因分析研究的是在同一地區，犯罪率与家庭收入、教育水平、失业率、租住比例、新迁入居民比例及单亲家庭比例等属性的相关性。在规划中，还可运用相关分析来分析土地利用演变的驱动力。例如，在某一省域的区县范围内，先空间化处理社会经济统计指标，再从土地利用转化的角度开展主成分分析、相关分析、回归分析及因子分析，从而探明引起这一区域土地利用演变的驱动力。

二、空间分布

（一）度量地理分布。所谓度量地理分布，其是针对空间数据地理分布特性开展的测度分析，其研究的重点是紧凑度、重心及主流方向。在规划编制中，度量地理分布的典型应用是重心分析，即：在同一范围内，不同时期（不同）建设用地重心的变化；在不同范围内，建设用地重心分布的对比。倘若数据条件允许，可将设施规模、人口密度、开发强度等权重信息加入其中。

（二）密度分析。密度分析是先计算空间线、点数据在搜索半径范围内的集聚情况，再对线、点形式的空间数据进行定量化处理，从而得到连续的密度表面。通常而言，密度分析分为点、线及核密度，其中点、线密度是简单密度。在规划编制中，密度分析的应用较为普遍，其中密度指标包括交通设施、河网水系、经济、社会及人口等方面。在统计数据的条件下，密度分析的侧重点是提供空间插值，以细化数据及使无值区域获得模拟数值；在大数据条件下，密度分析可将数据的整体空间结构抽象出来。在密度分析的应用中，实际应用效果随数据精度、分析目标的改变而不同，同时在设置搜索半径时，应进行反复调整、比较和分析，以获得更为稳定的密度分布。密度分析的对象是点、线数据，则对于面状矢量数据或格栅数据，应先通过抽样将其变为点、线数据。例如，对于面状用地图层，应先抽样变为点图层，再从开发强度着手开展密度分析，用以体现不同功能用地具体的空间集聚核心。

（三）空间格局分析。对于空间格局分析，其关注的焦点是在点、线、面数据分布中，特定属性值是否具有空间集聚特性，且若具有这一特性，则需明确空间集聚的具体类型。在规划中，空间格局分析的具体应用形式包括：一是平均最近邻分析，其常用来判定开放空间内点事件存在的空间集聚情况，其中点事件包括灾害发生点、每一类营业网点等；二是多距离空间聚类分析，其常用来分析点事件在多尺度下的集聚情况，通常在一定的搜索半径内，给出随机、发散或集聚的分布格局，其中在规划中，可定量获得所关注事件在某一空间尺度上的分布格局。

结语：综上，地理空间数据可为GIS在城市规划中的应用提供可靠的数据保证，而随着经济发展模式的转变，环境与社会的矛盾日常凸显，这为GIS的推广应用创造了应用契机。空间分析是GIS在城市规划中得以高效应用的核心所在，要求从规划的实际需求出发，以提高空间分析方法的应用效果，从而实现规划编制的可视化与定量化，并最终提高城市规划的技术水平。在本案，笔者仅从空间位置、空间分布的角度简要分析了GIS空间分析方法在城市规划中的应用，但在未来的应用研究中，建议进一步拓宽研究的广度及深度。

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