GIS下建筑密度空間分布特征探析
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［摘要］基于gis軟件，應(yīng)用GIS的區(qū)域分割法、緩沖分析和空間統(tǒng)計(jì)分析等詳細(xì)分析了南寧市所建地區(qū)的建筑密度。扇形分區(qū)分析顯示，該地區(qū)西部、北部、西部和西南部的建筑密度很高，相反東部的密度普遍低；緩沖分析表明：南寧市建成區(qū)中心部位建筑密度高，離中心距離越遠(yuǎn)，密度逐漸降低；離邕江2000m的中心位置，建筑密度高，離邕江水域距離越遠(yuǎn)，密度降低。南寧市建筑區(qū)建筑密度的空間分布受到地形、運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。本研究可以清楚地反映出南寧市建筑區(qū)建筑密度的空間特點(diǎn)，希望能為城市規(guī)劃、土地密集使用管理和城市生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)提供參考。
［關(guān)鍵詞］GIS；建筑密度；分布特征
社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口劇增，我國(guó)耕地的很大一部分正在變成城市土地和農(nóng)村居民用地，土地資源形勢(shì)變得越來(lái)越嚴(yán)峻。城市建筑密度是探索城市構(gòu)成和土地利用率的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，也是能否合理和有效利用城市土地的一個(gè)重要指標(biāo)。城市建筑密度是每個(gè)建筑基底面積占據(jù)整體土地面積比重的關(guān)鍵指標(biāo)，反映出城市建筑物的多少。建筑密度指標(biāo)也可以反映城市地區(qū)的建筑擁擠情況及空間結(jié)構(gòu)變化擴(kuò)張情況，可以反映土地利用的合理性，并且，建筑密度在某種程度上影響到城市生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。GIS技術(shù)的快速完善和發(fā)展，為研究建設(shè)區(qū)的建筑密度空間分布特征在定量和定性上給予了技術(shù)援助。城市建筑密度提高了城市土地的使用效率，重點(diǎn)是改善城市生態(tài)環(huán)境，這兩者之間的矛盾是城市建筑者不可忽略的。在大規(guī)模建造高樓大廈的地區(qū)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)性遙感制圖產(chǎn)品提供了關(guān)于其密度、土地開發(fā)和人類環(huán)境的基本信息，是人類居住環(huán)境研究、土地使用規(guī)劃和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。由于城市的加速發(fā)展，城市人口每年都在呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，南寧市可以使用的城市用地也逐年遞減。本文應(yīng)用ArcGIS軟件的空間分析功能，以建筑密度為指標(biāo)，應(yīng)用區(qū)域分割法、空間統(tǒng)計(jì)法和緩沖分析法3種方法，對(duì)南寧市建成區(qū)的建筑密度空間分布變化特征進(jìn)行分析，為推進(jìn)南寧市建筑的發(fā)展建設(shè)及規(guī)劃提供借鑒和參考。
1研究區(qū)概況
南寧位于廣西中部偏南，面向東南亞，背靠大西南，東鄰粵港澳，南臨北部灣，是中國(guó)南部經(jīng)濟(jì)、西南亞經(jīng)濟(jì)、中國(guó)經(jīng)濟(jì)和東南亞國(guó)家聯(lián)盟（東盟）的重要交匯點(diǎn)。南寧市地形是盆地形態(tài)，圍繞著廣闊的長(zhǎng)江流域。南寧邕江，河道總長(zhǎng)可達(dá)116.4km。邕江的上游由右江和左江組成。2019年全市居民人口增長(zhǎng)到了781.97萬(wàn)人，同比2018年增加了11萬(wàn)多人，上升幅度占據(jù)總體的1.4%，包含397.77萬(wàn)市區(qū)居民，同比2018年增長(zhǎng)10.64萬(wàn)人，上升幅度占據(jù)總體的2.4%。截至2013年12月底，南寧市總面積為33112km2，土地總面積為22112km2。
2數(shù)據(jù)的來(lái)源和處理
2.1數(shù)據(jù)來(lái)源
本研究選取南寧市建成區(qū)的遙感影像源于2016年12月31日LocaSpaceViewer衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，影像分辨率為4.4m，經(jīng)度范圍108°09'18″E~108°33'10″E，緯度范圍22°55'39″N~22°40'33″N。
2.2數(shù)據(jù)處理
選取南寧市建成區(qū)衛(wèi)星影像圖和建筑基底圖進(jìn)行疊合分析。首先，將南寧建成區(qū)建筑基底圖投影后提取出建筑基底面積相關(guān)數(shù)據(jù)，并將衛(wèi)星影像圖進(jìn)行柵格投影、重分類后得出影像圖面積數(shù)據(jù)。其次，用區(qū)域分割法、緩沖分析法和空間統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將建筑遙感影像圖、基底圖層、流域圖層進(jìn)行融合。最后，用圖像、表格等直觀地表達(dá)南寧市建成區(qū)建筑密度空間分布與相關(guān)因素之間的關(guān)系，技術(shù)流程如圖1所示。
2.3研究方法
2.3.1區(qū)域分割法。區(qū)域分割法將研究的地區(qū)分成多個(gè)特定的區(qū)域進(jìn)行研究分析，是區(qū)域地塊分析的重要方法。本研究將南寧市建成區(qū)以市政府為中心分割為8個(gè)區(qū)域，將8個(gè)區(qū)域的建筑密度分布特征進(jìn)行圖表統(tǒng)計(jì)分析。此方法可以直觀地得出區(qū)域的建筑密度空間分布特征，為下一步的城市規(guī)劃起到指引作用。2.3.2空間統(tǒng)計(jì)分析法。此方法是將研究區(qū)域的一些屬性數(shù)據(jù)通過制作圖表形式，更直觀地對(duì)研究區(qū)域的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行橫豎向比對(duì)及綜合的評(píng)價(jià)。利用統(tǒng)計(jì)圖對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行多因子比較和綜合評(píng)價(jià)分析，可更直觀地表達(dá)建筑密度的分布特征。2.3.3緩沖區(qū)分析法。緩沖區(qū)分析是指分析能夠使空間數(shù)據(jù)擴(kuò)大其范圍的信息，方法是根據(jù)物理點(diǎn)、線和數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)在分離區(qū)內(nèi)建立具有特定寬度的實(shí)體。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是以南寧市建成區(qū)市政府為中心且以1km為緩沖間距，做20個(gè)環(huán)形帶，然后與南寧市地域圖進(jìn)行疊加，研究結(jié)果通過圖表的表達(dá)方式，可得出各個(gè)緩沖區(qū)的建筑密度空間分布特征。
3南寧市建成區(qū)建筑密度空間分布特征
3.1扇形分區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果
本研究選取南寧市建成區(qū)衛(wèi)星遙感影像數(shù)字化后得到的矢量空間數(shù)據(jù)和南寧市建成區(qū)建筑。（1）將基本地圖數(shù)據(jù)用作空間分析和計(jì)算的依據(jù)；（2）利用區(qū)域劃分法，南寧市建造的區(qū)域被分成8個(gè)扇形區(qū)域，按順時(shí)針方向編號(hào)（Ⅰ~Ⅷ）。建筑密度計(jì)算方法為：利用南寧市所建地區(qū)的建筑基底面積/南寧市所建地區(qū)的區(qū)域面積，計(jì)算南寧市所建地區(qū)的建筑密度；運(yùn)行ArcGIS統(tǒng)計(jì)分析功能，以統(tǒng)計(jì)南寧市所建研究地區(qū)的面積、建筑基礎(chǔ)面積和建筑密度，并編制南寧市所建研究地區(qū)的建筑密度統(tǒng)計(jì)表（表1）。結(jié)果表明，南寧市的建筑總面積約為608834408m2，建筑物基底總面積約為33664129m2，平均建筑密度約為5.5%。同時(shí)，由表1可得出Ⅰ~Ⅷ區(qū)的區(qū)域基底面積，根據(jù)建筑密度計(jì)算公式，得到8個(gè)區(qū)域的建筑密度分別為2.67%,3.17%,2.68%,1.08%,4.95%,7.52%,10.71%,10.76%。根據(jù)這些數(shù)據(jù)用折線對(duì)扇形分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，建筑密度高于平均值5.5%的分區(qū)為Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ3個(gè)區(qū)，其中，Ⅷ區(qū)的建筑區(qū)域面積最低，但建筑密度最高，Ⅶ區(qū)的區(qū)域面積次之，建筑密度只比Ⅷ略低，其余Ⅰ~Ⅴ區(qū)5個(gè)區(qū)域的建筑密度都比平均密度低。由此可見，南寧市建成區(qū)建筑密度從高到低分別為：北偏西、西部、西南部、東部、東北部、東南部。南寧市建成區(qū)這些區(qū)域的建筑密度偏高是受地理位置及地理性質(zhì)的影響，主要用來(lái)建設(shè)和居住，城市開發(fā)密度比較集中；各個(gè)分區(qū)的建筑密度與各個(gè)區(qū)域面積的變化沒有明顯的聯(lián)系。
3.2建立緩沖區(qū)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析
南寧市建成區(qū)緩沖區(qū)分析是以南寧市建成區(qū)市政府為中心，從1km的半徑間隔一直延伸到研究區(qū)邊緣，建立20個(gè)環(huán)形緩沖帶，然后與南寧市建成區(qū)市域圖疊加形成緩沖區(qū)，各個(gè)緩沖區(qū)的編號(hào)從中心依次向外分別1~20。3.2.1從市中心到外圍建筑密度變化趨勢(shì)。南寧市建成區(qū)的中心部分主要為南寧繞城高速路與那安快速路所圍成的區(qū)域，中間橫跨邕江，主要集中在建筑密度較高的第3、第4、第5和第6區(qū)。這里是南寧市的中心和主體，交通便捷、人口密集，是南寧市文化、政治、商業(yè)娛樂繁華之地。環(huán)形緩沖區(qū)分區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，隨著距離市中心距離增加，南寧市建成區(qū)區(qū)域建筑面積逐漸降低，降低的速度隨著遠(yuǎn)離市中心的距離增加而減小，在3km,7km,8km這幾個(gè)階段下降的速率很快，12km之后下降的比較平緩（圖2）。可以看出，距離以及密度下降趨勢(shì)可以反映出城市的繁華階段，主要有市中心、城鄉(xiāng)結(jié)合、邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)村3個(gè)階段，這3個(gè)階段的建筑密度明顯下降趨勢(shì)，且邊遠(yuǎn)城鄉(xiāng)階段的建筑密度最小，變化最平緩，可見建筑密度跟城市的地形地貌、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)等因素有關(guān)。3.2.2建筑密度沿水域的空間分布特征。分析邕江水域?qū)ㄖ芏确植嫉挠绊?。首先，在ArcGIS軟件用線要素手繪出邕江的輪廓，然后以繪出邕江輪廓為中心，以1km為緩沖間距，生成5個(gè)環(huán)形帶，其距離分別為1,2,3,4,5（km）。其次，將建筑基底分布圖層與水域環(huán)形緩沖圖進(jìn)行疊加，分析水域的距離變化與建筑物密度空間分布之間的聯(lián)系。邕江緩沖區(qū)建筑物占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，環(huán)形總建筑基底面積27467918m2，建筑密度23.9%；根據(jù)5個(gè)環(huán)形帶的建筑物基底面積及環(huán)形面積計(jì)算得出環(huán)形帶建筑密度分別為：4.8%,6.1%,5.1%,4.4%,3.5%（表2）。其中，1000~2000m建筑密度逐漸上升，到2000m建筑密度達(dá)到最高值，在2000m這個(gè)距離范圍內(nèi)，是城市建成區(qū)的市中心地段，風(fēng)景環(huán)境、交通、商業(yè)等都很占優(yōu)勢(shì)，所以此地段的建筑密度是最高的。在小于1000m范圍，離邕江最近，建筑密度反而小，是由于太近水域存在安全隱患，城市規(guī)劃有硬性的建設(shè)性規(guī)范要求。大于2000m之后，離邕江水域距離越遠(yuǎn)，建筑基底面積逐漸減小，建筑密度逐漸減少；4000~5000m內(nèi)建筑密度最低（3.5%）?？傮w來(lái)看，離邕江越遠(yuǎn)，地理優(yōu)勢(shì)明顯下降，交通便捷程度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、商業(yè)發(fā)達(dá)情況等均比較欠缺，一般都是鄉(xiāng)村及工礦用地，建筑基底面積明顯下降，建筑密度就較低，進(jìn)一步反映出城市建設(shè)的空間有限，邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的建設(shè)活躍性較強(qiáng)，具有開發(fā)潛力。
4結(jié)束語(yǔ)
本文基于ArcGIS軟件，用區(qū)域分割法、空間統(tǒng)計(jì)分析法和緩沖區(qū)分析法分析了南寧市建成區(qū)建筑密度空間分布特征與特征因子的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明：研究區(qū)離市中心較近的西部、西北部及西南離邕江水域2000m左右的建筑密度較高，由于地理位置優(yōu)越、流動(dòng)性強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，這些地區(qū)吸引了大量的商業(yè)和人口，使其密度遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。這些地區(qū)的城市已經(jīng)成熟，其建設(shè)活力有所下降，反而城鄉(xiāng)結(jié)合邊緣地區(qū)的建設(shè)最為活躍，到偏遠(yuǎn)地區(qū)，多為鄉(xiāng)村和工礦用地，由于各方面受限，建筑密度很低，也具有很大的發(fā)展空間。由此得出，建筑密度最先受地形地貌影響，其次是交通、經(jīng)濟(jì)等因素。
作者:劉黎 孫健超 廖宇航 潘洌 單位:廣西大學(xué)