基于GIS的公交樞紐車站選址和規劃研究

張敏敏

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是一門綜合地理學、地圖學、計算機科學、測量學等的綜合學科，作為技術手段是數據庫、地圖可視化及空間分析的計算機系統，可對地理數據進行輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策[1]。

本文以構建一所服務于農村居民的公交樞紐車站為目標，運用地理信息系統和空間分析方法解決車站的選址及規劃設計問題。相比傳統的主觀經驗或者一些單獨的數學方法，采用GIS實現車站選址有很高的實用價值，具有科學性和可操作性[2]。

1 車站的選址

1.1 設定選址目標及要求

選址的第一步是分析具體問題，建立選址的目標。首先，依據車站的特性和用地要求，選出符合的具體區域，建立候選地點的集合。在多個備選位置中，選擇最優地點，然后資源分配。車站要服務于居民，因此，車站離居住地的距離不能太遠；為了便于居民出行和生活的需要，應使車站盡可能靠近道路；同時，為了保證地基穩定，應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，設定本次車站選址的標準包括以下條件：

a）車站在居民地2 000 m范圍之內；

b）車站在農村道路150 m范圍之內；

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 數據收集

對應GIS系統中空間數據點、線、面幾何形態，選址主要需要的基礎數據包括居民點數據、道路數據、地形特征數據。居民點數據的空間數據可依靠高精度遙感影像數據或者大比例尺地形圖生成，人口、經濟等屬性數據則需要從全國統計年鑒、當地戶籍單位存檔信息或者實地調查采集。道路數據同理，從圖像資料可獲取精準的幾何特征，從相關路政管理部門收集路面類型和等級定位等屬性數據[3]。

地形特征信息，短期內變動不大，較穩定，數據依靠地形圖提取。

根據以上的選址條件，在執行地理分析之前需要準備的圖層Coverage有：居民地、農村道路、河流及特殊用地。

本次設計的底圖是XX鄉行政區劃圖，已有圖層是XZS、XZL層。其中：XZS，土地利用現狀圖；XZL，道路層。在此基礎上建立居民地(jmd)、河流(steam)、農村道路(road)、特殊用地(land)層。

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

（a）Jmd 表示農村居民點—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層創建road層。

road表示農村道路，地類代碼為63。這樣就準備好了要進行空間操作的數據。

1.3 候選區域

為了達到車站選址的標準，首先需要找出車站、居民地、農村道路的影響范圍。因此要對居民地、農村道路、河流分別建立特征緩沖區，再將各緩沖區進行疊加。

疊加分析是GIS的特有功能，通過數學模型和特征合并操作，將不同輸入層次道路層、居民地的圖形數據進行疊加、合并，在輸出層中僅保留兩個輸入Coverage中共同覆蓋的區域，同時用特征提取操作減去距河流的距離在20 m以內的區域，得出候選區域[4]。

1.4 選址和分區分析

選址和分區分析是確定一個或多個服務設施的最優位置的過程，包括定位過程和資源分配過程。選址和分區采用的技術與路徑選擇和資源分配類似，但涉及的基礎數據除了Center（供方）、Demand（需求）、Impedance（阻抗）等以外，在實現過程中還需要一些特殊的參數和信息：在Center文件中要增加一個數據項（Candidate），用于說明結點、點狀目標或多邊形是否成為Location的候選操作對象，以及候選資格的等級（0—非候選，1—候選，2—固定候選者）。

車站與居民的關系構成一種在網絡中供需分配關系。車站是資源提供方，它負責提供設施和服務供居民休閑。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絡分布，他們產生了對作為供給方的車站的資源——服務設施的需求。資源分配(Allocate)就是根據資源分配中心(Center)的供給和網絡弧段的需求，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也為最短路徑。分為以下幾步：

a）建立網絡。由于選址和分區分析是基于網絡拓撲關系，對地理網絡元素的空間、屬性數據進行多方面的分析和優化計算。以現有道路層建立的網絡圖層為基礎，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，增加結點和弧段，使兩個候選地點與道路相連，形成網絡圖層Road。

b）創建結點表并增加屬性項Population。為了給網絡中的結點增加需求（Demand），這里作為結點的屬性，就需要創建結點表并增加Population屬性項并賦值，作為需求量，以表示使用車站的居民數量。

首先，用Build命令創建結點表；其次，增加Population屬性項作為資源需求量，并賦值。Population是居民的數量，代表所在居民地對資源的需求量。

c）建資源中心（Center）表。資源中心是指網絡系統中分散的資源供應點，或者對其他網絡點有某種吸引力。供應量（Supply）即資源供應點能供應的資源數量，其屬性數據存儲于INFO格式資源中心表中。

這里選擇road ID=0和road ID=64的兩個結點為資源中心，它們的資源供應量分別為2 500、1 500，表示負責提供使用車站的居民數量。Candidate的值為1，表示這兩個地點都有候選資格。在Arcedit模塊中使用Create命令創建資源中心表，增加數據項Road ID，Supply，Candidate，并在TABLES模塊中依次為數據項賦值。

d）在Arc plot下設置資源分配分析的數據源。

e）實現選址和資源分配功能。在分配過程中，Center與Node和Link間資源的流動是在最優路徑（最小阻值）中進行的。每當一個Node或Link分配給一個中心，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，對該中心的分配過程即結束。

f）資源分配結果的顯示。

2 車站的規劃

GIS具有強大的空間數據處理和計算能力，它可以對車站的相關空間數據進行整理和分析，進而對車站進行規劃管理和設計，包括地形地貌分析、緩沖區分析、網絡分析。

2.1 地形地貌分析

首先應用GIS地形地貌分析功能，分析車站內部山體的坡度、高程，基于分析模型得出選址范圍地質地貌景觀的圖表，合理設計各個基礎設施。另外，對單元公路網長度、各類用地面積進行測算，科學布局車站內部交通路網系統和照明系統。

2.2 緩沖區分析

在點、線、多邊形等地物要素周圍，因為地物要素的地理特性和屬性特征，對其周邊地區有一定的“影響地帶”，緩沖區即針對影響地帶的建立提出的定義。實際形狀比較直觀地表現為圍繞某地物要素的周邊地區。點狀要素例如資源中心因對周邊的吸引力，會形成圓餅狀的緩沖區域。某個區域的緩沖區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施用地區域，應在周邊設置緩沖區，車站中的居民活動區域應該盡量遠離安全隱患緩沖區[5]。常用的道路緩沖區為多帶狀，規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、防護的面積。通過執行“工具”中的“緩沖區向導”命令，打開緩沖區向導對話框，可建立所選擇道路的緩沖區。

2.3 網絡分析

網絡分析主要從宏觀大局的角度，統籌安排地域空間。將車站置于整個區域的背景中進行分析，是合理規劃的前提條件，沒有充分的區域數據支持，規劃可能會脫離實際。

對車站來說，區域內的自然環境、地理條件、經濟形勢、文化底蘊等背景數據都會影響車站的客源市場和服務水平。借用網路分析，例如OD分析等方法，通過分析車站區位的環境、交通、資源等條件，結合緩沖區分析，選擇最穩定、最優化的客源中心，然后計算客流匯集到車站的最優化路徑，結合最優路徑設置交通路線和疏散通道，充分發揮車站的效用[5]。

3 結論

地理信息系統功能豐富，不僅可以制作、展示地圖，瀏覽和查詢空間數據和屬性數據，還可結合數學優化模型，提供空間網絡分析和信息分析決策功能，使得選址結果更加科學合理，更實用,而且操作簡單，便于展示。此外，GIS數據可實時更新，更適應實際情況的變化，在高速發展的信息時代有極大的優勢[6]。

但是目前也有一些不足之處，有些GIS應用軟件很昂貴，運用GIS進行選址需要大量的資金投入購買軟件和硬件。另外GIS網絡分析需要大量準確的數據，而數據的采集和整理也要耗費大量的時間和金錢，增加了使用成本，限制了GIS的廣泛應用。相信隨著信息化、數字化、集成化和數據庫的發展，GIS可以充分發揮信息處理和網絡分析等功能的優勢，應用更加廣泛。