地理信息系统技术

5.1　地理信息系统技术

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统，它是在计算机软、硬件系统的支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。它处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及它们之间的关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理分布在一定地理区域内的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

生态城市设计必须考虑到建筑实体的视觉效果，人与场所的连接性，活动空间与舒适环境的创造以及整个城市景观改善的进程。要为建筑物实体及其空间布局、为建筑形式构图及其与周围空间的三维关系、为获得美学与社会质量成就进行视景布置和建立整体框架。生态城市设计具有层次性，以下将从宏观、中观、微观三个层次来讲述GIS在生态城市设计中的应用。

5.1.1　宏观层次

丘陵地区生态城市设计宏观层次主要是指区域规划和城镇体系规划阶段，主要内容包括：从区域整体而言，建立区域整体特色、协调与周围区域的关系、建立区域生态景观安全格局和景观协调；从区域内部而言，营造城镇景观特色、综合评价城镇规模、协调区域内基础设施、确定城镇职能结构、城镇分工和空间布局等；研究发现区域综合问题，提出区域综合发展的指导政策。

随着城市的发展，越来越多的乡村转变为城市，区域景观和生态结构也发生了巨大变化，为了保持生态系统的稳定，可持续利用必须根据区位优势和生态位不同，选择合理的经济发展模式，必须保持相对稳定的生态结构模式。这里以湘西吉首市为例，对市域进行生态敏感性分析，从宏观角度来明确生态环境保护与恢复的重点，为空间发展战略规划、产业布局以及生态环境建设和保护规划提供科学依据。综合考虑吉首市经济社会发展目标及城市建设用地的现状，在定性分析生态环境特点的基础上，选取了水土保持、水源地与水环境、生物生境、地形地貌等对生态环境有较大影响的4个生态敏感性评价大因子，共11个小因子。生态敏感性评价方法主要采用专家咨询法和层次分析法，根据各因子对生态环境影响重要性程度的不同，分别赋予不同权值。又将各因子划分为5个不同的描述性等级，分别是极敏感、高度敏感、中度敏感、轻度敏感、不敏感（表5.1～表5.4，图5.1～图5.4）。最后对各因子进行综合评价，具体计算公式为：

公式中，S是土地利用生态敏感性等级；W_i为第i个敏感因子的权重；P_i为第i个敏感因子的描述性等级的数量化值；n为敏感因子个数，n=1,2，…6。

表5.1　吉首市水土保持、水源涵养敏感性评价表

图5.1　吉首市水土保持敏感性分析

表5.2　吉首市水环境敏感性评价表

图5.2　吉首市水环境敏感性分析

表5.3　吉首市生物生存环境敏感性评价表

图5.3　吉首市生物生存环境敏感性分析

表5.4　吉首市地形地貌敏感性性评价表

图5.4　吉首市地形地貌敏感性分析

综合上述数学模型及各评价因子的等级分值和权重，利用GIS软件的空间分析模块(SpatialAnalysis)进行叠加分析，得出绿心范围内的土地利用生态敏感性评价值S。然后基于生态敏感性评价值，采用自然断点（Natural Breaks）分类方法对土地利用状况进行分类，最终分为极度敏感区、高度敏感区、中度敏感区、轻度敏感区和非敏感区等5个区域（图5.5，表5.5）。

图5.5　吉首市生态敏感性综合分析

表5.5　吉首市生态敏感性综合评价一览表

5.1.2　中观层次

丘陵地区生态城市设计中观层次主要指城镇总体规划阶段。主要内容包括：研究城市发展背景、功能、形态、结构、景观、公共环境设施及发展意向；保护和规划城镇内部及周围山、水、河、湖、绿地等生态环境及传统风貌；合理确定城市整体形态和空间及重点地段设计、用地总体布局、地标物、交通网络、开敞空间等。GIS具备快速三维建模和大范围场地模拟分析功能（图5.6）。通过分析炎陵县城现状的全景三维模拟可以看出县城西北和西南面都是地势较高的大山脉，城市应当向北和东南方向发展。县城现状建筑密度较大，部分建筑质量较差且分布杂乱无章，影响了城市的整体形态与空间布局。由此可见，GIS技术为深入研究城市整体形态、合理编制城市总体规划提供了可靠的科学依据。

图5.6　炎陵县城现状全景模拟图

5.1.3　微观层次

丘陵地区生态城市设计微观层次主要指详细规划阶段。主要内容包括：局部地段形态与空间布局、片区功能及地块划分、空间尺度、地块建设条件、地块控制指标、土地使用及建筑管理规定、交通组织、景观营造、设施定位、环艺品设计、广告标识、色彩、材质、指导各项建筑和工程设施的设计和施工等。图5.7、图5.8为利用GIS所做的现状地形模拟、规划地形模拟、填挖方分析和土方量计算图。通过一系列的定量分析，就会使城市设计更加合理，工程成本大幅降低。

图5.7　益阳医学高等专科学校新校区修建性详细规划

（a）填挖方示意图

（b）填挖深度示意图

（c）土方调配示意图

图5.8　益阳医学高等专科学校新校区修建性详细规划竖向设计GIS模拟示意图