基于GIS的公交枢纽车站选址和规划研究

张敏敏

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是一门综合地理学、地图学、计算机科学、测量学等的综合学科，作为技术手段是数据库、地图可视化及空间分析的计算机系统，可对地理数据进行输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策[1]。

本文以构建一所服务于农村居民的公交枢纽车站为目标，运用地理信息系统和空间分析方法解决车站的选址及规划设计问题。相比传统的主观经验或者一些单独的数学方法，采用GIS实现车站选址有很高的实用价值，具有科学性和可操作性[2]。

1 车站的选址

1.1 设定选址目标及要求

选址的第一步是分析具体问题，建立选址的目标。首先，依据车站的特性和用地要求，选出符合的具体区域，建立候选地点的集合。在多个备选位置中，选择最优地点，然后资源分配。车站要服务于居民，因此，车站离居住地的距离不能太远；为了便于居民出行和生活的需要，应使车站尽可能靠近道路；同时，为了保证地基稳定，应使车站距河流有一定的距离。其次，考虑到车站用地的要求，应选择适合于车站选址的土地类型，并且土地面积至少为1 000 m2。因此，设定本次车站选址的标准包括以下条件：

a）车站在居民地2 000 m范围之内；

b）车站在农村道路150 m范围之内；

c）车站距河流的距离至少为20 m；

d）选取特殊用地作为适于车站选址的土地类型；

e）面积至少为 1 000 m2。

1.2 数据收集

对应GIS系统中空间数据点、线、面几何形态，选址主要需要的基础数据包括居民点数据、道路数据、地形特征数据。居民点数据的空间数据可依靠高精度遥感影像数据或者大比例尺地形图生成，人口、经济等属性数据则需要从全国统计年鉴、当地户籍单位存档信息或者实地调查采集。道路数据同理，从图像资料可获取精准的几何特征，从相关路政管理部门收集路面类型和等级定位等属性数据[3]。

地形特征信息，短期内变动不大，较稳定，数据依靠地形图提取。

根据以上的选址条件，在执行地理分析之前需要准备的图层Coverage有：居民地、农村道路、河流及特殊用地。

本次设计的底图是XX乡行政区划图，已有图层是XZS、XZL层。其中：XZS，土地利用现状图；XZL，道路层。在此基础上建立居民地(jmd)、河流(steam)、农村道路(road)、特殊用地(land)层。

a）由 XZS 层建立 residence、steam、land、marsh层。

（a）Jmd 表示农村居民点—地类代码为52；

（b）Steam 表示水域，包括河流水面（地类代码71），水库水面（地类代码73），坑塘水面（地类代码74）；

（c）Land 表示特殊用地，地类代码为55。

b）由XZL层创建road层。

road表示农村道路，地类代码为63。这样就准备好了要进行空间操作的数据。

1.3 候选区域

为了达到车站选址的标准，首先需要找出车站、居民地、农村道路的影响范围。因此要对居民地、农村道路、河流分别建立特征缓冲区，再将各缓冲区进行叠加。

叠加分析是GIS的特有功能，通过数学模型和特征合并操作，将不同输入层次道路层、居民地的图形数据进行叠加、合并，在输出层中仅保留两个输入Coverage中共同覆盖的区域，同时用特征提取操作减去距河流的距离在20 m以内的区域，得出候选区域[4]。

1.4 选址和分区分析

选址和分区分析是确定一个或多个服务设施的最优位置的过程，包括定位过程和资源分配过程。选址和分区采用的技术与路径选择和资源分配类似，但涉及的基础数据除了Center（供方）、Demand（需求）、Impedance（阻抗）等以外，在实现过程中还需要一些特殊的参数和信息：在Center文件中要增加一个数据项（Candidate），用于说明结点、点状目标或多边形是否成为Location的候选操作对象，以及候选资格的等级（0—非候选，1—候选，2—固定候选者）。

车站与居民的关系构成一种在网络中供需分配关系。车站是资源提供方，它负责提供设施和服务供居民休闲。居民是资源的需求方，他们要求享受休闲。作为需求方的居民沿街道网络分布，他们产生了对作为供给方的车站的资源——服务设施的需求。资源分配(Allocate)就是根据资源分配中心(Center)的供给和网络弧段的需求，通过最短路径算法分配路径，因此，资源分配生成的路径系统也为最短路径。分为以下几步：

a）建立网络。由于选址和分区分析是基于网络拓扑关系，对地理网络元素的空间、属性数据进行多方面的分析和优化计算。以现有道路层建立的网络图层为基础，将居民地层和候选适于选址的图层作为背景层，编辑道路层，增加结点和弧段，使两个候选地点与道路相连，形成网络图层Road。

b）创建结点表并增加属性项Population。为了给网络中的结点增加需求（Demand），这里作为结点的属性，就需要创建结点表并增加Population属性项并赋值，作为需求量，以表示使用车站的居民数量。

首先，用Build命令创建结点表；其次，增加Population属性项作为资源需求量，并赋值。Population是居民的数量，代表所在居民地对资源的需求量。

c）建资源中心（Center）表。资源中心是指网络系统中分散的资源供应点，或者对其他网络点有某种吸引力。供应量（Supply）即资源供应点能供应的资源数量，其属性数据存储于INFO格式资源中心表中。

这里选择road ID=0和road ID=64的两个结点为资源中心，它们的资源供应量分别为2 500、1 500，表示负责提供使用车站的居民数量。Candidate的值为1，表示这两个地点都有候选资格。在Arcedit模块中使用Create命令创建资源中心表，增加数据项Road ID，Supply，Candidate，并在TABLES模块中依次为数据项赋值。

d）在Arc plot下设置资源分配分析的数据源。

e）实现选址和资源分配功能。在分配过程中，Center与Node和Link间资源的流动是在最优路径（最小阻值）中进行的。每当一个Node或Link分配给一个中心，就从Center的资源量 (Supply)减去Node或Link的需求量(Demand)，如果Center的资源耗尽，对该中心的分配过程即结束。

f）资源分配结果的显示。

2 车站的规划

GIS具有强大的空间数据处理和计算能力，它可以对车站的相关空间数据进行整理和分析，进而对车站进行规划管理和设计，包括地形地貌分析、缓冲区分析、网络分析。

2.1 地形地貌分析

首先应用GIS地形地貌分析功能，分析车站内部山体的坡度、高程，基于分析模型得出选址范围地质地貌景观的图表，合理设计各个基础设施。另外，对单元公路网长度、各类用地面积进行测算，科学布局车站内部交通路网系统和照明系统。

2.2 缓冲区分析

在点、线、多边形等地物要素周围，因为地物要素的地理特性和属性特征，对其周边地区有一定的“影响地带”，缓冲区即针对影响地带的建立提出的定义。实际形状比较直观地表现为围绕某地物要素的周边地区。点状要素例如资源中心因对周边的吸引力，会形成圆饼状的缓冲区域。某个区域的缓冲区则是面积更大的形状相似的多边形，例如存在安全隐患的输配电设施用地区域，应在周边设置缓冲区，车站中的居民活动区域应该尽量远离安全隐患缓冲区[5]。常用的道路缓冲区为多带状，规划范围包括道路本身需要占用土地的面积和路边需要绿化、防护的面积。通过执行“工具”中的“缓冲区向导”命令，打开缓冲区向导对话框，可建立所选择道路的缓冲区。

2.3 网络分析

网络分析主要从宏观大局的角度，统筹安排地域空间。将车站置于整个区域的背景中进行分析，是合理规划的前提条件，没有充分的区域数据支持，规划可能会脱离实际。

对车站来说，区域内的自然环境、地理条件、经济形势、文化底蕴等背景数据都会影响车站的客源市场和服务水平。借用网路分析，例如OD分析等方法，通过分析车站区位的环境、交通、资源等条件，结合缓冲区分析，选择最稳定、最优化的客源中心，然后计算客流汇集到车站的最优化路径，结合最优路径设置交通路线和疏散通道，充分发挥车站的效用[5]。

3 结论

地理信息系统功能丰富，不仅可以制作、展示地图，浏览和查询空间数据和属性数据，还可结合数学优化模型，提供空间网络分析和信息分析决策功能，使得选址结果更加科学合理，更实用,而且操作简单，便于展示。此外，GIS数据可实时更新，更适应实际情况的变化，在高速发展的信息时代有极大的优势[6]。

但是目前也有一些不足之处，有些GIS应用软件很昂贵，运用GIS进行选址需要大量的资金投入购买软件和硬件。另外GIS网络分析需要大量准确的数据，而数据的采集和整理也要耗费大量的时间和金钱，增加了使用成本，限制了GIS的广泛应用。相信随着信息化、数字化、集成化和数据库的发展，GIS可以充分发挥信息处理和网络分析等功能的优势，应用更加广泛。