基于GIS的呼和浩特市學校選址研究

李志娟

基于GIS的呼和浩特市學校選址研究

李志娟

內蒙古自治區航測院

為了實現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、加權疊加、條件函數、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，實現新學校選址的目的，可為高校選址提供理論基礎與實踐的借鑒。

GIS；模型；選址

引言

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

學校用地作為城市建設用地中的公共管理與公共服務設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的發展，地理信息系統(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。本文結合地理信息系統空間分析技術，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、區位特征和作用范圍。每個選址對象的建立都需要占據一定的面積，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。區位特征是指一定區域范圍內事物之間的空間位置關系及其相互作用表現出的特性，包括自然、社會及經濟等因素。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、城市和區域規劃、建設費用及運營費用、環境因素、文化環境及文化傳承、基礎設施條件和其他環境等等，根據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)新學校的建立應結合現有土地利用類型綜合考慮，選擇成本不高的區域；

(3)新學校應該與現有娛樂設施相配套，學校距離這些設施愈近愈好；

(4)新學校應避開現有學校，合理分布。

1.2 關鍵技術

(1)空間分析模型。空間分析模型是在GIS空間數據基礎上建立起來的模型，是對現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境間復雜的空間關系，因而常使用數學模型。

(2)距離制圖。距離制圖即根據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系。通過距離制圖可以獲得很多相關信息，指導人們進行資源的合理規劃和利用。

(3)表面分析。表面分析主要通過生成新數據集，諸如等值線、坡度、坡向、山體陰影等派生數據，獲得更多的反映原始數據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值，對原有數值重新進行分類整理從而得到一組新值并輸出。根據用戶不同的需要，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、指定值空置設置。

(5)統計分析。統計方法包括單元統計、鄰域統計和分類區統計。

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

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

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

2學校選址設計

2.1 數據準備與權重

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

表1 數據集

2.2 數學建模流程圖

圖1 學校選址的數學建模流程圖

2.3 數據處理

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系的城市片區。

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.數據集的重分類模型及重分類地圖。對上述生成的數據集進行重分類，使其數據集擁有統一的度量級數，以便后面進行加權疊代。對于輸出的坡度地圖，我們將其設為等間隔分類，10個類別，并對新值進行取反。對于距娛樂場所的距離圖設置中，同樣設為等間隔分類，10個類別，但并不進行新值取反。對于距學校距離圖設置與輸出的坡度地圖設置一樣。重分類的圖如圖4-6所示：

圖4 到學校距離的重分類結果

圖5 坡度重分類的結果

圖6 到娛樂場所距離的重分類結果

4.為數據集設置權重和合并數據集

將重分類的數據集和地表覆蓋數據集進行合并以查找最適合的位置，地表覆蓋數據為第一次全國地理普查數據，為與其他數據做加權處理，將該數據先轉換為柵格，再將像元值進行加權。

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

圖7 加權疊加圖

通過加權疊加所得的適宜性地圖中，我們所得的適宜建學校的區域為級別數為9的發綠色的區域。綠色區域有零星部分，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果圖。

5.從加權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成的區域即適宜位置。這些條件為下面模型的建立提供了可靠性的依據，采用空間分析中的條件函數方法選出最佳位置，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“過濾后的最佳區域”圖層，會發現某些適于建立學校的區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域，黃色區域就是得到的最終結果。如圖9所示，得到的學校選址的最終區域適宜圖，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 學校選址最佳區域圖

3 結論

本文利用ArcG IS強大的空間分析功能，分析處理柵格數據，并通過建立數學模型的形式，實現新學校選址的目的，為我國現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、加權疊加、條件函數、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。

[1]江澄.淺析高校新校區選址主要影響因素[J].山西建筑學報.2006年2月.第32卷第4期.

[2]王秋紅，王曉華，王樹東，彭小沾.GIS空間分析在商業樓項目選址中應用[J].河北省建筑科技學院學報.2005年12月.第22卷第四期.

[3]李曉翠，張躍鵬，金澄.GIS在空間選址中的應用現狀分析[J].測繪科學與工程.2006年12月.第26卷第4期.

[4]鄔倫，劉瑜等，田園.地理信息系統一原理、方法和應用[M].科學出版社，2002

[5]郭仁忠.空間分析[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社.2000

[6]黎夏，劉凱.GIS與空間分析—原理與方法[M].第一版.科學出版社出版.2006.

[7]秦昆.GIS空間分析理論與方法[M].第二版.武漢大學出版社.2010.

[8]郭仁忠.空間分析[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社.2O00.

[9]王亞.不確定性選址問題探討[J].測繪科學，2003，28(3)：46-8，51

[10]鄭文暉.大學校園選址探析[J].建筑設計與規劃，2001(2)：23224.

[11]向紅軍，雷彬.基于單片機系統的數字濾波方法的研究.[J]電測與儀表.2005(9).