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，應用GIS的區域分割法、緩沖分析和空間統計分析等詳細分析了南寧市所建地區的建筑密度。扇形分區分析顯示，該地區西部、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：南寧市建成區中心部位建筑密度高，離中心距離越遠，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，密度降低。南寧市建筑區建筑密度的空間分布受到地形、運輸和經濟發展的影響。本研究可以清楚地反映出南寧市建筑區建筑密度的空間特點，希望能為城市規劃、土地密集使用管理和城市生態系統建設提供參考。

［關鍵詞］GIS；建筑密度；分布特征

社會經濟的快速發展及人口劇增，我國耕地的很大一部分正在變成城市土地和農村居民用地，土地資源形勢變得越來越嚴峻。城市建筑密度是探索城市構成和土地利用率的一個關鍵數據，也是能否合理和有效利用城市土地的一個重要指標。城市建筑密度是每個建筑基底面積占據整體土地面積比重的關鍵指標，反映出城市建筑物的多少。建筑密度指標也可以反映城市地區的建筑擁擠情況及空間結構變化擴張情況，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系統的建設。GIS技術的快速完善和發展，為研究建設區的建筑密度空間分布特征在定量和定性上給予了技術援助。城市建筑密度提高了城市土地的使用效率，重點是改善城市生態環境，這兩者之間的矛盾是城市建筑者不可忽略的。在大規模建造高樓大廈的地區進行的結構性遙感制圖產品提供了關于其密度、土地開發和人類環境的基本信息，是人類居住環境研究、土地使用規劃和生態系統建設的重要基礎。由于城市的加速發展，城市人口每年都在呈現遞增趨勢，南寧市可以使用的城市用地也逐年遞減。本文應用ArcGIS軟件的空間分析功能，以建筑密度為指標，應用區域分割法、空間統計法和緩沖分析法3種方法，對南寧市建成區的建筑密度空間分布變化特征進行分析，為推進南寧市建筑的發展建設及規劃提供借鑒和參考。

1研究區概況

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，是中國南部經濟、西南亞經濟、中國經濟和東南亞國家聯盟（東盟）的重要交匯點。南寧市地形是盆地形態，圍繞著廣闊的長江流域。南寧邕江，河道總長可達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到了781.97萬人，同比2018年增加了11萬多人，上升幅度占據總體的1.4%，包含397.77萬市區居民，同比2018年增長10.64萬人，上升幅度占據總體的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數據的來源和處理

2.1數據來源

本研究選取南寧市建成區的遙感影像源于2016年12月31日LocaSpaceViewer衛星遙感數據，影像分辨率為4.4m，經度范圍108°09'18″E~108°33'10″E，緯度范圍22°55'39″N~22°40'33″N。

2.2數據處理

選取南寧市建成區衛星影像圖和建筑基底圖進行疊合分析。首先，將南寧建成區建筑基底圖投影后提取出建筑基底面積相關數據，并將衛星影像圖進行柵格投影、重分類后得出影像圖面積數據。其次，用區域分割法、緩沖分析法和空間統計分析法對數據進行分析，將建筑遙感影像圖、基底圖層、流域圖層進行融合。最后，用圖像、表格等直觀地表達南寧市建成區建筑密度空間分布與相關因素之間的關系，技術流程如圖1所示。

2.3研究方法

2.3.1區域分割法。區域分割法將研究的地區分成多個特定的區域進行研究分析，是區域地塊分析的重要方法。本研究將南寧市建成區以市政府為中心分割為8個區域，將8個區域的建筑密度分布特征進行圖表統計分析。此方法可以直觀地得出區域的建筑密度空間分布特征，為下一步的城市規劃起到指引作用。2.3.2空間統計分析法。此方法是將研究區域的一些屬性數據通過制作圖表形式，更直觀地對研究區域的空間數據進行橫豎向比對及綜合的評價。利用統計圖對研究區域進行多因子比較和綜合評價分析，可更直觀地表達建筑密度的分布特征。2.3.3緩沖區分析法。緩沖區分析是指分析能夠使空間數據擴大其范圍的信息，方法是根據物理點、線和數據庫自動在分離區內建立具有特定寬度的實體。這項研究的重點是以南寧市建成區市政府為中心且以1km為緩沖間距，做20個環形帶，然后與南寧市地域圖進行疊加，研究結果通過圖表的表達方式，可得出各個緩沖區的建筑密度空間分布特征。

3南寧市建成區建筑密度空間分布特征

3.1扇形分區統計結果

本研究選取南寧市建成區衛星遙感影像數字化后得到的矢量空間數據和南寧市建成區建筑。（1）將基本地圖數據用作空間分析和計算的依據；（2）利用區域劃分法，南寧市建造的區域被分成8個扇形區域，按順時針方向編號（Ⅰ~Ⅷ）。建筑密度計算方法為：利用南寧市所建地區的建筑基底面積/南寧市所建地區的區域面積，計算南寧市所建地區的建筑密度；運行ArcGIS統計分析功能，以統計南寧市所建研究地區的面積、建筑基礎面積和建筑密度，并編制南寧市所建研究地區的建筑密度統計表（表1）。結果表明，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，由表1可得出Ⅰ~Ⅷ區的區域基底面積，根據建筑密度計算公式，得到8個區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%。根據這些數據用折線對扇形分區進行統計發現，建筑密度高于平均值5.5%的分區為Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ3個區，其中，Ⅷ區的建筑區域面積最低，但建筑密度最高，Ⅶ區的區域面積次之，建筑密度只比Ⅷ略低，其余Ⅰ~Ⅴ區5個區域的建筑密度都比平均密度低。由此可見，南寧市建成區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。南寧市建成區這些區域的建筑密度偏高是受地理位置及地理性質的影響，主要用來建設和居住，城市開發密度比較集中；各個分區的建筑密度與各個區域面積的變化沒有明顯的聯系。

3.2建立緩沖區及統計結果分析

南寧市建成區緩沖區分析是以南寧市建成區市政府為中心，從1km的半徑間隔一直延伸到研究區邊緣，建立20個環形緩沖帶，然后與南寧市建成區市域圖疊加形成緩沖區，各個緩沖區的編號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。南寧市建成區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。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、商業娛樂繁華之地。環形緩沖區分區統計結果表明，隨著距離市中心距離增加，南寧市建成區區域建筑面積逐漸降低，降低的速度隨著遠離市中心的距離增加而減小，在3km,7km,8km這幾個階段下降的速率很快，12km之后下降的比較平緩（圖2）?？梢钥闯觯嚯x以及密度下降趨勢可以反映出城市的繁華階段，主要有市中心、城鄉結合、邊遠鄉村3個階段，這3個階段的建筑密度明顯下降趨勢，且邊遠城鄉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、經濟發達等因素有關。3.2.2建筑密度沿水域的空間分布特征。分析邕江水域對建筑密度分布的影響。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個環形帶，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形緩沖圖進行疊加，分析水域的距離變化與建筑物密度空間分布之間的聯系。邕江緩沖區建筑物占比統計結果表明，環形總建筑基底面積27467918m2，建筑密度23.9%；根據5個環形帶的建筑物基底面積及環形面積計算得出環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建筑密度達到最高值，在2000m這個距離范圍內，是城市建成區的市中心地段，風景環境、交通、商業等都很占優勢，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，城市規劃有硬性的建設性規范要求。大于2000m之后，離邕江水域距離越遠，建筑基底面積逐漸減小，建筑密度逐漸減少；4000~5000m內建筑密度最低（3.5%）。總體來看，離邕江越遠，地理優勢明顯下降，交通便捷程度、經濟發展情況、商業發達情況等均比較欠缺，一般都是鄉村及工礦用地，建筑基底面積明顯下降，建筑密度就較低，進一步反映出城市建設的空間有限，邊遠鄉村的建設活躍性較強，具有開發潛力。

4結束語

本文基于ArcGIS軟件，用區域分割法、空間統計分析法和緩沖區分析法分析了南寧市建成區建筑密度空間分布特征與特征因子的關聯。結果表明：研究區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，由于地理位置優越、流動性強和經濟增長迅速，這些地區吸引了大量的商業和人口，使其密度遠高于其他地區。這些地區的城市已經成熟，其建設活力有所下降，反而城鄉結合邊緣地區的建設最為活躍，到偏遠地區，多為鄉村和工礦用地，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、經濟等因素。

作者:劉黎 孫健超 廖宇航 潘洌 單位:廣西大學