基于GIS和层次分析法的城市空间形态发展研究—以杭州市区为例

论文总字数：7851字

摘 要

本文基于地理信息系统和层次分析法对杭州市区城市空间形态发展进行研究,选取了坡度、相对高程、坡向、地面粗糙度和土地利用变化五个影响因素。在ArcGIS中通过等高线数据生成DEM数据，再通过DEM数据分别提取坡度、坡向、相对高程和地面粗糙度数据，在ERDAS中对不同时期的遥感数据进行处理，得到土地利用变化数据，结合层次分析法计算得到的因子权重值，在ArcGIS中进行栅格叠加分析，得出杭州市区在道路沿线，河流沿边等区域城市空间形态变化明显，可以为杭州市区城市化建设起规划作用。

关键字：地理信息系统，层次分析法，城市空间形态，栅格叠加分析

Abstract:This paper analyzes the development of Hangzhou city spatial morphology based on Geographic Information System(GIS) and Analytic Hierarchy Process(AHP). We extract the 

slope,relative elevation, aspect,surface roughness based on the DEM data of Hangzhou and 

obtain the land use rate based on two different period’s remote sensing data. Combined the 

weights of the five factors with AHP,we have executed grid overlay analysis in ArcGIS and 

obtained that the degree of change is transparent along the road and river in Hangzhou. The 

work in this paper may play a role in planning for the construction of Hangzhou.

Keywords: Geographic Information System, Analytic Hierarchy Process, city spatial morphology, grid overlay analysis

目 录

1 引言 4

2 研究区概况 5

3 研究路线 5

4 数据预处理 5

4.1 数据来源 5

4.2 数据处理 6

5 使用AHP计算杭州市区城市空间形态变化因子权重 11

6 叠加分析 13

结 论 15

参 考 文 献 16

1 引言

城市作为地球表面人口、经济、技术、以及信息最密集的地区^[1]，是人类社会和特定地理环境的结合体，始终在变化与发展。城市的变化、发展和重构必然会在空间形态上烙下不可磨灭的印记^[2]。对于城市空间形态变化特征的研究，有助于理清城市发展趋势的脉络^[3]，得出城市空间形态发展的特征^[4]，从而对城市远景规划起到积极的指导作用^[5]。将层次分析法和GIS技术集成并且应用于杭州市区城市空间形态变化特征研究之中，一方面可以将定性化分析与定量化分析两种方法有机的结合，实现了对抽象问题的定量化分析，另一方面也为无结构特性的复杂决策问题能够进行空间信息表达提供一种崭新的决策评价方式^[6]。结合层次分析法进行GIS空间分析的优势在于：针对一些地理现象或者过程的相互关联的，联系紧密的自然以及社会因素，根据相关要素的影响程度，将之划分成若干个层次，通过专家打分方法，给出各层次以及各要素的相对重要性的定量指标，然后通过计算得出不同层次、不同要素的重要性权重值作为综合分析的基础，再通过数学方法为分析、预报或者决策提供定量依据，这种结合方法具有层次化，定性化，定量化的优点。区域空间形态变化涉及诸多方面，城市化从选址到扩张的一系列过程中，取决于自然单元的活动空间的大小程度，体现在功能性辐射和对自己腹地控制的规模程度和范围大小上，形成明显的层次性特点，因而对于区域空间形态变化，自然环境的基础性作用比较明显^[7]。

在本文中选择影响杭州市区城市空间形态变化因子分为自然因子和人为因子两大类，根据区域城市化自然空间形态特征的表现形式和影响因子之间的相关性规律原则，本文选取自然因子包括坡度、相对高程、坡向以及地面粗糙度，人为因子是土地利用变化，将五类因子作为建立杭州市区城市化空间形态变化发展模式的要素。通过等高线下载工具下载杭州市区范围内的等高线数据，在ArcGIS中通过已下载的等高线数据计算得到DEM数据，进而利用DEM数据通过空间分析可以得到需要的坡度数据、坡向数据、相对高程数据和地面粗糙度数据；利用软件ERDAS对不同年份的杭州市区地区遥感数据进行加工，得到土地利用变化数据；运用层次分析法首先建立层次结构模型，然后对各因子进行定量分析，构建成对比较矩阵，再对矩阵进行一致性检验，通过一致性检验后就可以得到各个因子的权重值；最后在ArcGIS中进行叠加分析运算。综合考虑杭州市区的地域特色，环境和自然资源，历史文化背景，发挥其河流密布、交通纵横、政策引导等优势条件，寻求相适应的杭州市区城市空间形态的发展变化^[8]，结合杭州市区的实际工业基础和人才储备的情况，明确杭州市区城市的定位和目标，为杭州市区城市化发展制定实事求是而又因地制宜的发展战略，为杭州市区的可持续化发展找寻正确的方向，朝着现代化的宏远伟大目标迈进。

2 研究区概况

杭州是长三角中心地区主要城市之一，有“上有天堂，下有苏杭”之美誉。杭州属于亚热带季风气候，境内西湖风景优美，钱塘江壮阔，是典型的江南山水城市。但杭州市区南部，北部部分地区是低山、丘陵，地貌复杂，地势高低起伏，对城市的扩建有一定的制约影响。根据统计年鉴，杭州市区在2000年底人口为179.18万人，占地面积683平方公里，在2012年底人口达到632.12万人，占地面积达到3068平方公里，人口急剧的膨胀带来了城市占地面积的不断变大，城市空间形态也在不断变化发展。

3 研究路线

结合层次分析法和GIS分析的一般步骤：（1）确定研究区、研究对象及研究目标^[9]，并进行数据分析，确定所需要的数据，进行数据整理和预处理；（2）确定评价因子，建立评价指标体系；（3）使用层次分析法计算因子权重值，并且进行一致性检验；（4）在ArcGIS中进行栅格叠加分析，对结果进行分析。

图1 研究流程图

4 数据预处理

4.1 数据来源

（1）等高线数据下载自地理信息数据下载助手（软件界面如图2）。

（2）遥感数据：2000年、2012年两个时间段杭州地区的TM图像（数据来源：http://

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