基于GIS的呼和浩特市学校选址研究

李志娟

基于GIS的呼和浩特市学校选址研究

李志娟

内蒙古自治区航测院

为了实现学校选址决策的科学化，本文综合考虑选址影响因素，利用ArcGIS距离制图、坡度分析、重分类、加权叠加、条件函数、滤波等空间分析方法建立呼和浩特市学校选址综合评价模型，实现新学校选址的目的，可为高校选址提供理论基础与实践的借鉴。

GIS；模型；选址

引言

当前，正值全国教育建设高潮随着招生规模的扩大，给学校带来了机遇和挑战，最大的问题就是学生数量的增加和原有校区的空间不足之间的矛盾，从而校园规划和选址成为研究的热点。

学校用地作为城市建设用地中的公共管理与公共服务设施用地的一项重要组成部分，其选址涉及到服务的便捷性、服务质量、服务水平以及大众对服务的需求等众多因素。随着计算机及空间分析技术的发展，地理信息系统(GIS)依靠其强大的空间分析功能和直观的可视化效果在各行各业中得到广泛应用，为建立科学的选址体系提供了可能。本文结合地理信息系统空间分析技术，建立综合评价模型，研究并解决呼和浩特市高校合理选址布局的问题。

1方法

1.1 影响因素及原则

影响空间选址的因素很多，大致可归纳为以下三类：面积、区位特征和作用范围。每个选址对象的建立都需要占据一定的面积，选址的对象与目的不同，对面积的要求就有所不同，很多时候都要进行面积的量算。区位特征是指一定区域范围内事物之间的空间位置关系及其相互作用表现出的特性，包括自然、社会及经济等因素。当问题为多选址对象选址时，首先要考虑对象本身的作用范围。对象的作用范围是指选址对象的影响范围。

高校的选址因素包括政治因素、城市和区域规划、建设费用及运营费用、环境因素、文化环境及文化传承、基础设施条件和其他环境等等，根据学校选址的影响因素，我们得到了新学校选址的一般原则，即：

(1)新学校应位于地势较平坦处；

(2)新学校的建立应结合现有土地利用类型综合考虑，选择成本不高的区域；

(3)新学校应该与现有娱乐设施相配套，学校距离这些设施愈近愈好；

(4)新学校应避开现有学校，合理分布。

1.2 关键技术

(1)空间分析模型。空间分析模型是在GIS空间数据基础上建立起来的模型，是对现实世界科学体系问题与抽象的问题空间概念模型。GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而常使用数学模型。

(2)距离制图。距离制图即根据每一栅格相距其最邻近要素的距离来进行分析制图，从而反映出每一栅格与其最邻近源的相互关系。通过距离制图可以获得很多相关信息，指导人们进行资源的合理规划和利用。

(3)表面分析。表面分析主要通过生成新数据集，诸如等值线、坡度、坡向、山体阴影等派生数据，获得更多的反映原始数据集中所暗含的空间特征、空间格局等信息。

(4)重分类。重分类即基于原有数值，对原有数值重新进行分类整理从而得到一组新值并输出。根据用户不同的需要，重分类一般包括四种形式：用一组新值取代原来值、将原值重新组合分类、以一种分类体系对原始值进行分类、指定值空置设置。

(5)统计分析。统计方法包括单元统计、邻域统计和分类区统计。

(6)数字滤波算法。在实际应用中我们所用的数据滤波方法很多，包括逻辑判断滤波、中值滤波、均值滤波、加权平均、滤波、众数滤波、一阶滞后滤波、移动滤波、复合滤波等。在本文中采用众数滤波的方法滤除面积较小的学校选址区域。

(7)栅格计算。栅格计算是栅格数据空间分析中数据处理和分析中最为常用的方法，是建立复杂的应用数学模型的基本模块。

(8)栅格数据加权叠加分析。GIS可以利用栅格数据和矢量数据进行叠加、缓冲、最短和最优路径等空间分析，本文涉及到对栅格数据的空间操作，其中空间信息的复合占有重要地位。

2学校选址设计

2.1 数据准备与权重

本次设计综合考虑以上各种影响因素为新学校进行选址，需要的资料为基础地理信息数据和地理国情普查数据，主要使用以下几种，如表1所示：

表1 数据集

2.2 数学建模流程图

图1 学校选址的数学建模流程图

2.3 数据处理

1.利用DEM绘制晕渲图。通过山体阴影晕渲后的地图，可以更加清晰直观的了解呼和浩特市的地势地貌。由图2可以看出北部大青山山脉地势起伏大、地形复杂。大青山南部地形相对平坦，能够形成主要职能各异彼此联系的城市片区。

2.坡度分析与距离分析模型及输出地图。除了考虑DEM之外，还要考虑到新学校选址涉及到要充分利用周围的娱乐设施，且新建的学校要在离已建立的学校较远的地方要好，在此利用空间分析扩展中的距离分析，建立第一层模型，如图3所示，得到娱乐场所的距离图和学校的距离图。

图2 呼和浩特市晕渲图

图3 第一层模型

3.数据集的重分类模型及重分类地图。对上述生成的数据集进行重分类，使其数据集拥有统一的度量级数，以便后面进行加权叠代。对于输出的坡度地图，我们将其设为等间隔分类，10个类别，并对新值进行取反。对于距娱乐场所的距离图设置中，同样设为等间隔分类，10个类别，但并不进行新值取反。对于距学校距离图设置与输出的坡度地图设置一样。重分类的图如图4-6所示：

图4 到学校距离的重分类结果

图5 坡度重分类的结果

图6 到娱乐场所距离的重分类结果

4.为数据集设置权重和合并数据集

将重分类的数据集和地表覆盖数据集进行合并以查找最适合的位置，地表覆盖数据为第一次全国地理普查数据，为与其他数据做加权处理，将该数据先转换为栅格，再将像元值进行加权。

本选址方案选择专家权重的方法，确定各因素的权重比例。在进行学校的选址过程中，通过确定影响选址要素的权重，进行评分，最后采用统计学的方法对各个选址进行计分排名，确定优选地址。加权叠加后的地图如图7所示：

图7 加权叠加图

通过加权叠加所得的适宜性地图中，我们所得的适宜建学校的区域为级别数为9的发绿色的区域。绿色区域有零星部分，还需要通过几个约束条件进一步进行筛选，最终选择出比较满意的结果图。

5.从加权叠加后的地图中选择最佳位置

选择最佳位置时要考虑的另一条件是适宜面积的大小，并且若干个值为最大值且相互连接的像素所构成的区域即适宜位置。这些条件为下面模型的建立提供了可靠性的依据，采用空间分析中的条件函数方法选出最佳位置，并通过滤波工具进行进一步的提取。

此部分模型如图8所示：

图8 提取最佳位置模型

2.4 确定最终位置

所建学校尽可能的与已有的道路相邻，即距离越近越好，通过使用呼和浩特市道路图层来检查“过滤后的最佳区域”图层，会发现某些适于建立学校的区域与道路存在一定的距离。首先需要通过找出与道路相交的适宜位置来排除这些区域。然后基于面积确定最佳位置，最终得到的最适合建立学校的区域，黄色区域就是得到的最终结果。如图9所示，得到的学校选址的最终区域适宜图，可以为呼和浩特市建立一所新的学校提供了可行性的方案。

图9 学校选址最佳区域图

3 结论

本文利用ArcG IS强大的空间分析功能，分析处理栅格数据，并通过建立数学模型的形式，实现新学校选址的目的，为我国现代化选址提供更为科学的方法与手段。

通过学校选址的模型建立，说明距离制图、坡度分析、重分类、加权叠加、条件函数、众多滤波等空间分析扩展模块对于学校选址具有重要的作用，可得到理想的目的性成果，紧密的学校选址模型的建立，使得选出的校址更具有可靠性、可行性。

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