基于 GIS 技术的城市用地适宜性 的研究

基于 GIS 技术的城市用地适宜性 的研究

王倩

鞍山市规划市规划建筑集团 114003

[摘要]我国城市总体规划城市建设用地适宜性评定的研究和实践工作开始比较早，最初纯定性的用地分析方法和各因素简单叠加的评价方法存在着很大的主观随意性和不合理性。我国的一些城市总体规划特别是特大城市的总体规划的城市建设用地适宜性评定大多存在一些共性问题。GIS 作为一项存储和分析地理空间的数据和信息的领先技术，为城市用地适宜性评价提供了关键性的技术支持与合理性的量化途径。基于 GIS技术的用地用适宜性评价是将地理信息的收集、数值计算和空间有效数据的处理三者有机地结合起来，从而有效地提高评价的效率和评价的准确度。基于 GIS 技术的城市用地适宜性评价为城市发展用地的选择和城市空间管制的制定提供了重要的依据。

[关键词] 城市规划；GIS技术；用地适宜性；分析因子；

[文章编号] [中图分类号] [文献标识码]

[Abstract]The research and practice on the suitability evaluation of urban construction land in China's overall urban planning started relatively early. The original purely qualitative land analysis method and the simple superposition evaluation method of various factors have great subjective randomness and irrationality. There are some common problems in the suitability evaluation of urban construction land in the overall planning of some cities in China, especially in the overall planning of mega-cities. GIS, as a leading technology for storing and analyzing geospatial data and information, provides key technical support and reasonable quantitative approach for the evaluation of urban land suitability. GIS-based land use suitability evaluation organically combines the collection of geographic information, numerical calculation and processing of spatial effective data to carry out intuitive,thus effectively improving the evaluation efficiency and accuracy. The suitability evaluation of urban land based on GIS technology provides an basis for the selection of urban development land and the formulation of space control.

[Key words] Urban planning; GIS technology; Land suitability; Analysis factor;

城市是人类活动聚居的空间地域，需要开发占用大量的土地资源。在城市发展过程中，用地适宜性作为开发的前提条件对城市的发展有着深远的影响。为了维护人类自身安全和城市正常发展，重新审视城市用地适宜性是十分必要的。

1 城市用地的适宜性对城市规划和建设重要性

1.1 城市用地的适宜性在城市规划和建设中的意义

城市用地适宜性评价关系着城市规划的方方面面，也是城市发展和建设的必备条件。第一，城市职能与用地适宜性有直接的关系，尤其是一些军事要塞往往选择易守难攻的地形。第二，城市用地适宜性也一定程度的关系到城市发展的空间形态和城市的形象特征。第三，土地适宜性直接关系到城市的规划和建设活动，并对其有着深远的影响。

1.2 基于 GIS技术的城市用地适宜性的分析

GIS 作为一项存储和分析地理空间的数据和信息的领先技术，为土地资源的利用与管理和城市规划与建设活动提供了更加科学的依据和更加精确的运算方法。通过对地理空间数据的采集、组织、分析、模拟，创建与地理空间相似的数据模型，通过定量分析、综合评估及决策制定的方法，对城市用地的多种自然环境和动态地理信息进行科学的分析。

GIS技术为城市用地适宜性评价提供了关键性的技术支持与合理性的量化途径。基于 GIS技术的用地用适宜性评价是将地理信息的收集、数值计算和空间有效数据的处理三者有机地结合起来，对用地适宜性进行直观、方便和快速的定量分析，从而有效地提高评价的效率和评价的准确度。在城市规划领域中，基于 GIS 技术的城市用地适宜性评价为城市发展用地的选择和城市空间管制的制定提供了重要的依据^[1]。

2 城市用地适宜性的研究方法

基于GIS的城市用地适宜性评价的方法为：首先，对用地适宜性评价的分析因子和权重进行确定；然后，对每个单因子分别进行适宜性评价，并转换成格栅数据并对格栅数据进行加权叠加运算，而每个格栅代表的地块可获得一个综合性的评价值；最后，对所有格栅的评价值重新分类和定级，将得到综合的用地适宜性评价图^[2]。

2.1 城市用地适宜性的研究方法

大孤山片区是一个靠山临河的地区，规划区内的地势高程差比较大，自然地貌和现状交通状况是影响用地条件的主要制约因素。因此，首先建立用地适宜性综合评价模型，应用地理信息系统（GIS）的空间数据的分析功能，进行该地块的用地适宜性评价。

在系统分析的过程中，我们采用面积相同的格栅划分法，将每个格栅被视为一个单元，建立不同的评价因素的相关模型，计算出相关数据。然后，设置不同的权重值，将不同因子所得结果和对应的权重值相乘，再全部叠加分析计算出用地适宜性。 其评价模型为：

其中：H是评价城市用地建设的适宜性水平； θ_i为控制土地建设适宜性水平的i因素的权重；X _i 为控制土地建设适宜性水平的i类因子的值；k为不同地形要素的数量^[3]。

2.2 本次研究所选取的分析因子

(1) 基本地形地貌的分析因子。通过现场考察与资料调研，确定评价土地建设适宜性的各个分析因子所对应的赋值与相应的权重。主要的分析因子包括用地高程、用地坡度、用地坡向、山体阴影等。

(2) 地形因素外的其他限制建设条件的分析因子。除了上述的基本地形地貌的分析因子外，还要考虑大孤山片区的洪水灾害和周边水域的影响范围等禁限建设的因素，通过综合分析，得到更加科学的分析结果。

3 大孤山的现状用地概况和该地区发展制约因素

3.1 大孤山的现状用地概况

大孤山地块位于鞍山市铁东城区南部地区，区域内区西部为市区丘陵西山，东部与大孤山矿区相接，万水河（大孤山段）在中东部从境内通过，整体地势为东部地区较高，中部较低，南高北低。

3.1大孤山位置图

大孤山现状用地为居住用地、公共服务设施用地、公用设施用地等混合组成。在居住用地中，住宅建筑以平房为主。中学、小学、幼儿园等公共服务设施用地配备不够完善。公用设施用地包括变电所用地、大孤山消防中队用地等。

内部交通不成体系，由于铁路、河流的分隔，两路两侧、河流两侧联系不够顺畅，端头路较多。万水河（大孤山段）从境内东部穿过，该水系为季节性河流，河水污染较为严重，周边地区占用河道现象较多，河水水质、河道景观都需整治。

(a) 用地分类图 (b) 道路交通图

图3.2 大孤山地块现状图

3.2大孤山地区发展制约因素

铁路“门槛”——由于铁路的分隔，致使大孤山南北部间的连接道路较少，交通联系不便，地区间联系不紧密。

河流“屏障”——因为河流的阻隔作用，大孤山东西部之间的道路数量有限。

山体遮挡——由于大孤山地处西山的东部，用地开发建设要考虑山体的遮挡问题，开发强度和建设规模都受到限制，容积率和建筑密度均需采用较低的指标。

地势高差大——较大地势高差对于道路的铺设具有一定的难度，对于用地布局也具有一定的限制。在该地区规划和建设时，需对地势因素分析和论证。

3.3 利用GIS技术对大孤山实际地貌模拟建模

大孤山地区依山傍水，地势西高东低，西侧最高点高程96米（西山顶点145米），东侧沿河地区高程最低点65米，东西高差31米。

ArcGIS的三维场景建模方法，模拟出三维场景后，可以帮助规划师直观的在数字环境中感受地形地貌和场地氛围。主要通过ArcGIS的“3D分析”扩展模块来分析制作，在首次使用该模块之前需要首先加载该模块，可在ArcMap或ArcScene主界面点击菜单[自定义]的[扩展模块]，在之前的[扩展模块]的显示栏内选择[3D Analyst]选项。以带高程属性的点、线、面来构建地表面，从标准的地形图中可以直接获取此类要素。ArcGIS地表面主要有TIN模型、地形模型和格栅模型三类形式。而如果要分析研究项目，则需要利用格栅模型。所以格栅模型和地形模型与TIN模型之间的相互转换经常出现。

导出等高线和高程线的图层。AutoCAD下关闭除了高程点和等高线以外的所有图层，用WBLOCK命令导出等高线和高程点。创建TIN地表面，启动ArcMap，加载当前地图文档，启动创建TIN工具。设置等高线，设置height_field为Elevation，文件中的Elevation属性作为高程值。设置高程点，然后开始创建TIN，ArcGIS可以根据高程点用格栅插值的方法生成地表面。而后，合并成一个点要素类。格栅插值生成地表面，计算完成后对格栅作分级符号化。

TIN转格栅地表面，由于格栅模型更容易进行分析研究，把TIN转换成格栅数据，此为创建格栅地表面的另一种方式。由于TIN是矢量数据格式，更容易编辑，所以要把格栅地表面转换成TIN，这也是创建TIN地表面的另一种方式。

图3.3基于GIS技术对大孤山实际地貌模拟建模

4 城市用地适宜性的单因子分项评价

4.1 高程分析

高程是城市用地规划和建设中经常涉及到的基本指标。 大孤山地块及周边影响区域范围高程分布在65-145米，其中，规划区高程主要集中在70米-90米之间。地势大致特点为西高东低、南高北低。 根据规划区地形特点和用地适宜性评价需求，将海拔高度分为五类，利用GIS系统的空间分析扩展模块的重分类工具，进行分级。统计各类地块分布的面积和在规划区内所占比例，如表所示。

表4.1 海拔高程分类统计

分级	分类	面积	所占比例
一	海拔在145-95米	6070平方米	0.4%
二	海拔在95-85米	48390平方米	3.1%
三	海拔在85-75米	156298平方米	10.0%
四	海拔在75-65米	1309676平方米	83.5%
五	海拔在65米以下	48897平方米	3.0%

(a) 分层属性表图 (b) 高程图

图4.1 gis的高程分析图

4.2 坡度分析

启动ArcMap，加载格栅数据DEM。在ArcToolbox的Surface功能中，打开坡度分析工具，输入数据源图层。确定后，生成新的格栅数据图层。规划地域地形坡度的空间分布如图所示，用地的各级坡度分类和分级结果，如表所示。

表4.2 地形坡度分类统计

(a) 分层属性表图 (b) 坡度图

图4.2 gis的坡度分析图

4.3 坡向分析

坡向是坡度所面对的方向，也可将坡向视为坡度方向。坡向对地势起伏较大地区的植被生长环境有直接的作用，坡向对太阳照射时间的长短和阳光的照射强弱有一定的影响。对坡向对生物的生长也具有一定的影响作用，向光坡（南坡）和背光坡（北坡）之间的温度差异大，生长的植被差异也是很大的。

启动ArcMap，加载格栅数据DEM。在ArcToolbox的Surface功能中，打开坡向分析（Aspect）工具，输入数据源选择DEM图层，生成新的格栅数据图层。

(a) 分层属性表图 (b) 坡向图

图4.3 gis的坡向分析图

4.4 洪水分析

大孤山有一条河流和三条溪流，目前面临的洪涝灾害问题是区域东部的万水河，遇到暴雨天气，将导致沿河洪水泛滥，造成局部地区遭受洪水淹没等灾害。针对以上灾害类型及存在的问题，利用GIS 技术对区域内洪水影响情况分析。

在用地和城市建设方面，关系到城市公共安全和正常运转的命脉功能地块应布置在地势较高处，再结合实际的地势情况，适当加大土方量以提高建设用地的地面高程。洪水标准，100年一遇洪水位。

(a) 分层属性表图 (b) 洪水图

图4.4 gis的洪水分析图

山体对太阳辐射的强度和日照率都有一定影响，分析该地区的太阳的辐射强度和辐射角度，可以看出山体阴影对建筑的日照标准、间距、朝向具有一定的影响，对建筑密度、用地指标等具有限制作用，和建筑群体的布局也有一定的关系。

启动ArcMap，加载格栅数据DEM。在ArcToolbox的Surface中，打开山体阴影（Hillshade）工具，输入数据源选择DEM图层。

(a) 分层属性表图 (b) 山体阴影图

4.5 gis的山体阴影分析图

5 用地适宜性的综合评价结果

根据大孤山地区用地的特征，经过单因子评价、标准化、赋权重、综合叠加等步骤，得到五级用地分类；根据用地的空间集聚分布特征，结合之前的基本地形因子综合分析，划定三区，禁止建设区、限制建设区、适宜建设区。

启动GIS 系统，利用空间分析工具的叠加分析功能，将生成的所有单因子评价图加入选项格栅中，设置因素的权重。计算得到大孤山用地适宜性评价图。

表3.3 用地适宜性评价

图5.1 gis的用地适宜性分析图

传统大孤山片区规划的空间管制的方法主要是利用“五线”控制线划分控制区的方法，再配合文字说明的进行地区空间建设适宜性的分析。大孤山地块的涉及城市万水河蓝线和西山绿线，因此依据相关条例退线建设，而且开发高度在控制在15米以下，建筑物后退界线不得小于30米。

提取高程点和等高线的空间数据后，利用GIS技术对空间数据分析，与传统的控制线划分区域产生了偏差。实际适宜建设的区域小于传统规划的适宜建设区域，限制建设的区域大于传统规划的限制建设区域。因此，在建设时应该调整建设方案，在限建区内对建设的强度和高度都提升管控的要求。

另外，传统规划的山体阴影遮挡的论证需要在详细规划摆方案阶段进行反复的测光模拟，最后得出满足日照标准的建设方案。而本次利用GIS技术研究山体挡光，可以提前对山体阴影覆盖区域进行分析，可以说是对详细规划阶段日照标准提前做出了一定要求，对于适合日照标准的可建设区更加精准化、直观化、科学化的表现。图中主要体现在区域中部，集中表现在限制建设区地带。

[参考文献]

[1]谢霏雰 ，孙兴. 基于 GIS 技术的土地适宜性评价在控制性详细规划中的应用[J]. 江苏建筑，2009（2）：12-14.

[2]牛强. 城市规划GIS技术应用指南GIS 方法与经典分析[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2019：59-76.

[3]李晓江，金晓春，石亚男，翟健等著 .城乡规划编制中的空间分析与辅助决策方法[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2016：33-38.