基于GIS網格單元的選址方法研究與分析

摘要：介紹了一種基于地理信息系統（GIS）的輔助選址方法，利用網格單元劃分研究區域，計算各地理數據圖層的影響因子并渲染選址適宜程度。該方法包括對選址區域進行網格劃分，為人口密度、溫度、徑流量、水位、坡度和高程差等圖層分配權重，計算網格單元的適宜程度值和等級，并將結果可視化展示在GIS中。實例驗證表明，在數據充足和權重合理的情況下，該方法能有效提升工程選址效率，降低成本。與傳統手工制圖和人工分析相比，不僅提高了選址效率，還展示了各因素間的相關性，具備較高的靈活性，為解決選址問題提供了科學、高效的技術手段。

關鍵詞：地理信息系統（GIS）；選址；網格單元；適宜程度等級

一、前言

工程規劃是對工程活動的實物形態進行專業性和系統性的謀劃，具備長期性、戰略性和整體性的特征，旨在對未來一整套行動方案進行深思熟慮的構建。這一過程融合了多種要素和知識，形成了一個明確的發展愿景，同時也是一個涉及多個層級的復雜問題，涵蓋從單一土地建設的總平面圖到整個城市功能布局的廣泛內容。工程規劃需要遵循特定的理論、方法與規范，以及相關的知識體系，最終實現特定的工程目標，以確保對國土空間的有效管控與科學治理[1]。

傳統的工程類規劃選址方法主要是在有關部門發布的選址規劃文件的基礎上確定建設項目用地的具體位置和范圍。而后根據詳細的地質地理信息、水文信息、殘差測量和經濟調查等資料，對不同場地優缺點、各項建設投資、生產經營費用等進行全面比較和綜合評價，寫出選址報告，繪制草圖，報上級機關審批。這種傳統的工程類規劃選址方法主要依靠專家經驗和定性分析，一定程度上能夠解決選址問題，但存在主觀性強、缺乏科學性和準確性的缺點。

隨著我國城市建設進入加速發展階段，傳統的選址方法已無法應對城市一體化與精細化管理中的諸多復雜問題。地理信息系統（GIS）憑借其直觀展現和處理二維數據的優勢，有效輔助規劃人員根據影響因子做出合理的位置信息決策。目前，國內外基于GIS的空間選址輔助決策系統已在一些城市進行了試點應用，如何合理、高效地利用GIS進行空間選址決策成為當前研究的熱點。

例如，Richter[2]等人利用遙感和矢量數據結合多準則決策分析（Multi-Criteria Decision Analysis，即MCDA）中的層次分析法（Analytical Hierarchy Process，即AHP）對加拿大薩斯喀徹溫省現有的垃圾填埋場的適宜性及其影響范圍進行了分析。馬翼飛[3]在其論文中使用了緩沖區分析以及疊置分析等方法結合AHP進行太陽能光伏能源電站的選址分析。黃凱[4]采用地形分析、緩沖區及疊加分析，識別棄土場選址區域。Rahimi[5]等人結合GIS和模糊多準則決策方法（Multi-Criteria Decision-Making，即MCDM）來解決垃圾填埋場選址問題。

這些研究將GIS與統籌學的方法相結合，對于某一方面的問題都有較好的分析與解決方案，相較于傳統的選址方法來說在選址效率上確實有不小的提升，但在探究各選址因素之間的相關性以及處理不同種類的選址問題的靈活性上仍有欠缺。

本文討論的選址方法是一種基于GIS網格單元的選址方法，GIS網格單元是一種匯集和共享空間信息資源，進行一體化組織與處理，具有按需服務能力的空間信息基礎設施[6]。本方法結合GIS與AHP，使用網格單元記錄并展示選址的適宜程度，然后分割網格單元。網格單元的形態、在目標區域內的分布可以根據選址的類型、范圍和形態自由適配。展示的形式和內容也可以根據選址的策略、目的明晰地顯示所需信息，供輔助決策。該方法不僅繼承了GIS的處理能力與AHP的邏輯性，而且在執行不同類型的選址任務上都具有較強的適應性。

本方法不僅繼承了GIS的強大處理能力與AHP的邏輯性，而且在執行不同類型的選址任務時具有較強的適應性。通過對選址區域內每個網格單元進行全面計算，能夠為規劃人員提供一體化、可靠且高效的決策支持工具，使得空間選址過程更加直觀和科學。這種方法顯著提高了操作的便捷性與效率，避免了傳統方法中需要在多個地點進行單獨計算的繁瑣。通過精準的計算與圖形處理功能，選址人員能夠迅速獲得所需的適宜程度值，不僅提升了選址的效率，還為規劃決策提供了科學的數據支持。

二、研究方法

（一）技術路線圖

選址技術路線圖如圖1所示。

（二）步驟介紹

1.在GIS空間中確定選址類型及選址目標區域

首先，明確選址類型，建議優先考慮城市總體規劃、地下空間規劃、城市交通規劃、城市景觀規劃、海洋空間規劃、風電場規劃、國土空間規劃、水電站規劃及大壩規劃等，但不限于這些類型。

然后，通過GIS空間中標示的多個頂點位置信息，劃定具體的選址區域。在選擇選址方式時，可以通過繪制矩形或多邊形來精確界定目標區域，也可以直接選擇一個完整的行政區域。這樣的靈活性為選址過程提供了多種選擇，確保能夠根據實際需求進行調整。后續的適宜程度值計算公式將依據所選的選址類型和區域范圍進行相應的確定。這一過程不僅有助于系統化地分析不同選址方案的優劣，也為后續決策提供了科學依據。通過合理的選址類型和區域劃定，能夠更有效地開展后續的適宜性分析工作。

2.對選定的選址目標區域劃分網格單元

根據選址類型和選址區域確定計算公式后，可根據選址類型確定參與計算的要素圖層，并將選定的圖層與天地圖疊加，統一劃分網格單元，這些網格單元可以是在GIS空間上以整齊排列的規則方格密布而成的矩陣，也可以是由規則六邊形格密布而成的蜂網圖陣，或者是以非嚴格不重疊的方式進行排布。劃分方法可自行選擇，或使用一種算法來自動計算網格劃分方式。這種靈活的網格劃分方式不僅提高了計算的精確性，還能更好地適應不同選址類型和區域特征的要求。通過合理的網格劃分，能夠更全面地分析選址目標區域的特性，為后續的適宜性分析提供基礎數據支持。這樣的步驟為最終決策奠定了堅實的基礎，確保在復雜的空間環境中，選址分析能夠更加高效和科學。

3.參數計算與權重賦予

劃分好網格單元后，即可計算每個網格單元中各要素圖層的參數值，并為每個圖層賦予或計算對應權重，為代入公式計算做準備。參數值的計算方法視各圖層的實際情況而定。例如，若是計算人口密度、年均溫度等根據區域面積均勻分布的圖層，可以在網格單元內計算平均值。若是徑流高程差、海拔落差等根據區域內最值進行計算，遍歷網格單元所有的數值，計算出最值的差。若是涉及城市規劃用地屬性等圖層，可以根據網格單元是否包含的情況，結合實際選址需要進行參數設計。在相應理論研究、方案更成熟的情況下，更為理想的實現方式是根據選址類型與圖層屬性自動選擇預設的模板來進行參數計算。

4.計算網格單元適宜程度值和適宜程度等級

根據選址類型確定適宜程度值的計算方式和適宜程度等級的劃分方式。在每個網格單元內，將各個圖層參與計算的數值代入根據選址類型選擇的對應公式，計算出每個網格單元內的適宜程度值。可以根據適宜程度值的范圍，結合實際顯示的需要，來劃分成合適數量的層級和各程度的等級的范圍。例如，要劃分適宜程度等級，則網格圖內的適宜程度值和適宜程度等級的對應關系應為：

lv=[（v-min）/（（max-min）/（n-1））] （1）

單個網格單元內的v為適宜程度值，max為選址區域內適宜程度值的最大值，min為最小值，lv為適宜程度等級，n為劃分出的適宜程度層級數量。

5.GIS網格單元選址適宜程度等級渲染

將適宜程度等級渲染到地圖中的GIS網格單元里。可選的渲染方式包括使用顏色、數字標示或紋理來劃分適宜程度等級，后文實例中的渲染結果使用的就是一種基于顏色和數字標注的展示方案，即：使用藍色色帶來標識一個水利項目的選址適宜程度等級。其實，渲染的方法并不局限于此，網格的渲染方式也可以結合選址的目的、策略來進行調整。

三、結論與分析

（一）基本數據圖層

實驗的選址類型為大壩選址，因影響大壩建址選定的重要相關因子為徑流量、降雨量、河流落差以及周邊人口密度，因此，本次實驗使用了從如下地理數據圖層：湖北省境內河流年徑流量、湖北省30m高程數據、湖北省人口密度柵格圖、湖北省年均降雨量。本次實例的目的是驗證本文描述方法的可行性，選擇了幾個相對重要且便于獲取的數據圖層，而在實際的大壩選址中還有很多其他介入計算的因素。

（二）實例驗證

本次實例選擇湖北省作為目標選址區域，依據湖北省四至點坐標將該區域劃分為100行×100列，共計10000個矩形網格單元。為驗證實例的有效性，專家為四個數據圖層分配了相應的權重，并基于適宜程度值的計算方法及公式（1），計算各網格單元的適宜程度值和等級。最終，將所有網格單元的適宜程度值按從低到高的順序分為0到4共五個等級。為了直觀展示計算結果，對GIS空間進行了渲染，生成了如圖2所示的渲染圖。這一過程不僅展示了不同網格單元的適宜程度差異，也為后續的決策提供了重要依據。通過這一實驗，能夠更好地理解和分析湖北省區域的適宜性，為相關研究和實踐提供了有價值的參考。

（三）結果與分析

此次實例驗證得出的最適宜網格單元（適宜程度等級4）如圖3所示，位于長江三峽大壩下游的西陵長江大橋附近。盡管在實際應用中還需考慮河道寬度及周邊土地利用情況等因素，但僅根據所使用的數據圖層進行判斷，通過此次實驗證明是成功的。

四、結語

相比于傳統的規劃選址方法，本文所提出的選址策略具有顯著的優勢，能夠為規劃人員提供一種一體化、可靠且高效的決策支持工具，使得空間選址過程更加直觀和科學。本方法充分利用現代計算機的強大算力，對選址區域內的每個網格單元進行全面計算，從而擴大了規劃與選址的范圍。與傳統方法需要在多個地點進行單獨計算不同，本方法只需在網格單元圖中進行選擇，大大提高了操作的便捷性與效率。

通過精準的計算與圖形處理功能，選址人員可以更快速地獲得所需的適宜程度值。這種方法不僅提升了選址的效率，還為規劃決策提供了更為科學的數據支持。未來，研究者還可以通過不斷擴展選址類型和相應的計算公式模板，進一步提升選址的精確度。例如，在涉及社會因素或城市規劃相關的選址項目中，可以將這些因素作為更大權重的計算參數納入公式。這種方式可以有效避免那些在自然環境中適宜但在社會環境中不被允許的選址結果，從而確保決策的合理性和可行性。

此外，本方法的靈活性和擴展性使得它可以適應不同類型的選址需求，能夠針對特定項目進行個性化調整。隨著數據收集與分析技術的發展，研究者可以不斷優化計算算法，提升模型的準確性，有助于規劃人員在面對復雜的選址問題時，能夠更快速、準確地做出決策。

參考文獻

[1]王安，李開孟，李新創，等.論工程規劃知識[J].工程研究-跨學科視野中的工程，2019，11（05）：419-428.

[2]Amy Richter，Kelvin Tsun Wai Ng，Nima Karimi. A data driven technique applying GIS， and remote sensing to rank locations for waste disposal site expansion[J]. Resources， Conservation amp; Recycling，2019（149）：352-362.

[3]馬翼飛.基于GIS的太陽能光伏能源電站選址方法的研究與應用[D].銀川：北方民族大學，2020.

[4]黃凱.基于GIS的棄土消納場規劃選址研究[J].城市勘測，2024（01）：48-51.

[5]Rahimi Saleheh，Hafezalkotob Ashkan，Monavari Seyed Masoud，Hafezalkotob Arian，Rahimi Razieh．Sustainable landfill site selection for municipal solid waste based on a hybrid decision-making approach： Fuzzy group BWM-MULTIMOORA- GIS[J]．Journal of Cleaner Production，2020，248（01）：1-15.

[6]謝儲暉，郭達志.網格GIS及其實現技術[J].計算機應用研究，2005（04）：205-206+218.

作者單位：中國交通信息科技集團有限公司

■ 責任編輯：張津平 尚丹