李志娟

基于GIS的呼和浩特市學校選址研究

李志娟

內(nèi)蒙古自治區(qū)航測院

為了實現(xiàn)學校選址決策的科學化，本文綜合考慮選址影響因素，利用ArcGIS距離制圖、坡度分析、重分類、加權(quán)疊加、條件函數(shù)、濾波等空間分析方法建立呼和浩特市學校選址綜合評價模型，實現(xiàn)新學校選址的目的，可為高校選址提供理論基礎(chǔ)與實踐的借鑒。

GIS；模型；選址

引言

當前，正值全國教育建設(shè)高潮隨著招生規(guī)模的擴大，給學校帶來了機遇和挑戰(zhàn)，最大的問題就是學生數(shù)量的增加和原有校區(qū)的空間不足之間的矛盾，從而校園規(guī)劃和選址成為研究的熱點。

學校用地作為城市建設(shè)用地中的公共管理與公共服務設(shè)施用地的一項重要組成部分，其選址涉及到服務的便捷性、服務質(zhì)量、服務水平以及大眾對服務的需求等眾多因素。隨著計算機及空間分析技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(GIS)依靠其強大的空間分析功能和直觀的可視化效果在各行各業(yè)中得到廣泛應用，為建立科學的選址體系提供了可能。本文結(jié)合地理信息系統(tǒng)空間分析技術(shù)，建立綜合評價模型，研究并解決呼和浩特市高校合理選址布局的問題。

1方法

1.1 影響因素及原則

影響空間選址的因素很多，大致可歸納為以下三類：面積、區(qū)位特征和作用范圍。每個選址對象的建立都需要占據(jù)一定的面積，選址的對象與目的不同，對面積的要求就有所不同，很多時候都要進行面積的量算。區(qū)位特征是指一定區(qū)域范圍內(nèi)事物之間的空間位置關(guān)系及其相互作用表現(xiàn)出的特性，包括自然、社會及經(jīng)濟等因素。當問題為多選址對象選址時，首先要考慮對象本身的作用范圍。對象的作用范圍是指選址對象的影響范圍。

高校的選址因素包括政治因素、城市和區(qū)域規(guī)劃、建設(shè)費用及運營費用、環(huán)境因素、文化環(huán)境及文化傳承、基礎(chǔ)設(shè)施條件和其他環(huán)境等等，根據(jù)學校選址的影響因素，我們得到了新學校選址的一般原則，即：

(1)新學校應位于地勢較平坦處；

(2)新學校的建立應結(jié)合現(xiàn)有土地利用類型綜合考慮，選擇成本不高的區(qū)域；

(3)新學校應該與現(xiàn)有娛樂設(shè)施相配套，學校距離這些設(shè)施愈近愈好；

(4)新學校應避開現(xiàn)有學校，合理分布。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

(1)空間分析模型?？臻g分析模型是在GIS空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起來的模型，是對現(xiàn)實世界科學體系問題與抽象的問題空間概念模型。GIS要求完全精確地表達地理環(huán)境間復雜的空間關(guān)系，因而常使用數(shù)學模型。

(2)距離制圖。距離制圖即根據(jù)每一柵格相距其最鄰近要素的距離來進行分析制圖，從而反映出每一柵格與其最鄰近源的相互關(guān)系。通過距離制圖可以獲得很多相關(guān)信息，指導人們進行資源的合理規(guī)劃和利用。

(3)表面分析。表面分析主要通過生成新數(shù)據(jù)集，諸如等值線、坡度、坡向、山體陰影等派生數(shù)據(jù)，獲得更多的反映原始數(shù)據(jù)集中所暗含的空間特征、空間格局等信息。

(4)重分類。重分類即基于原有數(shù)值，對原有數(shù)值重新進行分類整理從而得到一組新值并輸出。根據(jù)用戶不同的需要，重分類一般包括四種形式：用一組新值取代原來值、將原值重新組合分類、以一種分類體系對原始值進行分類、指定值空置設(shè)置。

(5)統(tǒng)計分析。統(tǒng)計方法包括單元統(tǒng)計、鄰域統(tǒng)計和分類區(qū)統(tǒng)計。

(6)數(shù)字濾波算法。在實際應用中我們所用的數(shù)據(jù)濾波方法很多，包括邏輯判斷濾波、中值濾波、均值濾波、加權(quán)平均、濾波、眾數(shù)濾波、一階滯后濾波、移動濾波、復合濾波等。在本文中采用眾數(shù)濾波的方法濾除面積較小的學校選址區(qū)域。

(7)柵格計算。柵格計算是柵格數(shù)據(jù)空間分析中數(shù)據(jù)處理和分析中最為常用的方法，是建立復雜的應用數(shù)學模型的基本模塊。

(8)柵格數(shù)據(jù)加權(quán)疊加分析。GIS可以利用柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)進行疊加、緩沖、最短和最優(yōu)路徑等空間分析，本文涉及到對柵格數(shù)據(jù)的空間操作，其中空間信息的復合占有重要地位。

2學校選址設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)準備與權(quán)重

本次設(shè)計綜合考慮以上各種影響因素為新學校進行選址，需要的資料為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和地理國情普查數(shù)據(jù)，主要使用以下幾種，如表1所示：

表1 數(shù)據(jù)集

2.2 數(shù)學建模流程圖

圖1 學校選址的數(shù)學建模流程圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

1.利用DEM繪制暈渲圖。通過山體陰影暈渲后的地圖，可以更加清晰直觀的了解呼和浩特市的地勢地貌。由圖2可以看出北部大青山山脈地勢起伏大、地形復雜。大青山南部地形相對平坦，能夠形成主要職能各異彼此聯(lián)系的城市片區(qū)。

2.坡度分析與距離分析模型及輸出地圖。除了考慮DEM之外，還要考慮到新學校選址涉及到要充分利用周圍的娛樂設(shè)施，且新建的學校要在離已建立的學校較遠的地方要好，在此利用空間分析擴展中的距離分析，建立第一層模型，如圖3所示，得到娛樂場所的距離圖和學校的距離圖。

圖2 呼和浩特市暈渲圖

圖3 第一層模型

3.數(shù)據(jù)集的重分類模型及重分類地圖。對上述生成的數(shù)據(jù)集進行重分類，使其數(shù)據(jù)集擁有統(tǒng)一的度量級數(shù)，以便后面進行加權(quán)疊代。對于輸出的坡度地圖，我們將其設(shè)為等間隔分類，10個類別，并對新值進行取反。對于距娛樂場所的距離圖設(shè)置中，同樣設(shè)為等間隔分類，10個類別，但并不進行新值取反。對于距學校距離圖設(shè)置與輸出的坡度地圖設(shè)置一樣。重分類的圖如圖4-6所示：

圖4 到學校距離的重分類結(jié)果

圖5 坡度重分類的結(jié)果

圖6 到娛樂場所距離的重分類結(jié)果

4.為數(shù)據(jù)集設(shè)置權(quán)重和合并數(shù)據(jù)集

將重分類的數(shù)據(jù)集和地表覆蓋數(shù)據(jù)集進行合并以查找最適合的位置，地表覆蓋數(shù)據(jù)為第一次全國地理普查數(shù)據(jù)，為與其他數(shù)據(jù)做加權(quán)處理，將該數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換為柵格，再將像元值進行加權(quán)。

本選址方案選擇專家權(quán)重的方法，確定各因素的權(quán)重比例。在進行學校的選址過程中，通過確定影響選址要素的權(quán)重，進行評分，最后采用統(tǒng)計學的方法對各個選址進行計分排名，確定優(yōu)選地址。加權(quán)疊加后的地圖如圖7所示：

圖7 加權(quán)疊加圖

通過加權(quán)疊加所得的適宜性地圖中，我們所得的適宜建學校的區(qū)域為級別數(shù)為9的發(fā)綠色的區(qū)域。綠色區(qū)域有零星部分，還需要通過幾個約束條件進一步進行篩選，最終選擇出比較滿意的結(jié)果圖。

5.從加權(quán)疊加后的地圖中選擇最佳位置

選擇最佳位置時要考慮的另一條件是適宜面積的大小，并且若干個值為最大值且相互連接的像素所構(gòu)成的區(qū)域即適宜位置。這些條件為下面模型的建立提供了可靠性的依據(jù)，采用空間分析中的條件函數(shù)方法選出最佳位置，并通過濾波工具進行進一步的提取。

此部分模型如圖8所示：

圖8 提取最佳位置模型

2.4 確定最終位置

所建學校盡可能的與已有的道路相鄰，即距離越近越好，通過使用呼和浩特市道路圖層來檢查“過濾后的最佳區(qū)域”圖層，會發(fā)現(xiàn)某些適于建立學校的區(qū)域與道路存在一定的距離。首先需要通過找出與道路相交的適宜位置來排除這些區(qū)域。然后基于面積確定最佳位置，最終得到的最適合建立學校的區(qū)域，黃色區(qū)域就是得到的最終結(jié)果。如圖9所示，得到的學校選址的最終區(qū)域適宜圖，可以為呼和浩特市建立一所新的學校提供了可行性的方案。

圖9 學校選址最佳區(qū)域圖

3 結(jié)論

本文利用ArcG IS強大的空間分析功能，分析處理柵格數(shù)據(jù)，并通過建立數(shù)學模型的形式，實現(xiàn)新學校選址的目的，為我國現(xiàn)代化選址提供更為科學的方法與手段。

通過學校選址的模型建立，說明距離制圖、坡度分析、重分類、加權(quán)疊加、條件函數(shù)、眾多濾波等空間分析擴展模塊對于學校選址具有重要的作用，可得到理想的目的性成果，緊密的學校選址模型的建立，使得選出的校址更具有可靠性、可行性。

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