规划日课102：GIS学习之城市空间联系强度分析

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【 2018.04.13 】

为城市，我们一起终身学习

思维 | 新知 | 技能

本期日课推荐一则GIS应用教程，《城市空间联系强度分析》，作者“叫我三三就好”，感谢微信公众号数据规划那点事儿的分享，点击文末公众号，可以关注他们的微信。大家有兴趣可以在周末进行一些练习，全文内容如下：

还没从清明假期中回过神来，来到单位的小x又悲催地接到一个任务：

“小x，来xx市的项目了，你负责把xx和周边地区的现状分析做一下”

城市现状分析……那无非就是与周边城市的联系情况嘛。好，那我们看一看相关案例里面是怎样分析的，我们来参考借鉴一下。

有这样……

这样的……

还有这样的……

把现状在空间落位表示出来，画几个轴线，已经算是比较认真的分析，第三张这样的分析，随便标几个点……就完了？分析呢？能说服人的数据呢？？

现在的设计市场竞争这么激烈，用这些八股出去真的能忽悠住甲方爸爸吗？

一次两次或许还可以，在未来真的还行么？

那我们该怎么办呢？

当然是拿起空间和数据的武器，来捍卫规划的严肃性和科学性啊！

教程整体结构如下：

（一）前期概述

1.1 教程准备

1. 已经装好ArcGIS软件

2. 研究区的统计年鉴数据，城乡建设用地数据，道路交通数据，河流水系数据，地形数据（以上数据均可以通过网络搜索+淘宝的方式获得）

Ps：文末有练习资料下载链接，可以先拿来试试手！

1.2 教程目的

通过精确的量化数据，来分析目标区域与周边区域的联系度（通过替换行进成本数据，可类比分析出经济联系、社会联系、文化联系等），用定性+定量的双重分析提高城乡规划的科学性。

1.3 教程原理

应用费用加权距离方法，计算研究区内某个像元到其他像元可能路径的积累进行成本核算，选择出阻力最小的一条路径。每个像元的行进成本是根据不同对象行进的阻力不同而定义的，它代表穿过该像元所消耗的单位距离成本。

是不是听起来很难理解，别怕，看下图就可以理解了

当然，我们可以选择由A直线到B，但是我们需要先穿过河，再穿过森林才能到达，这样需要付出额外的力气就是我们需要核算的成本。

在应用量化的分析得到的结果中，如果该成本小于上图黄线的行进路径，则我们就认为由A到B的直线路径（粉色）为最优路径，如果黄线的行进路径成本小于直线成本，则认为A到B的黄线行进路径为最优路径。

确定了A到B和A到C的最优路径后，我们可以通过量化的分析判断，由A出发分别到B和C的阻力成本，若A到B的阻力成本大于A到C的阻力成本，则我们可以判断，A与B之间的联系弱于A与C之间的联系，反之亦然。

在我们接下来要做的城市空间联系强度分析中，便应用了这个原理。

（二）空间上对城市综合竞争力赋值

2.1 计算城市综合竞争力

计算城市综合竞争力的方法很多样，我们在这里不展开研究，仅从现有研究中提取一种计算方式计算出我们研究区域各城市的综合竞争力，为我们后期计算城市空间联系强度做基础。

表格来源：城市与区域规划空间分析教程

通过查询规划区域的统计年鉴等，结合上表中的计算方式，可以得到研究区各城市的城市综合竞争力。

上表中，name是城市名称，value是计算出的城市综合竞争力。

Ps：这一阶段没有复杂的操作，更多的是查询和计算，在此不做展开。

2.2 对行政区点要素进行要素赋值

启动ArcMap——加载“城乡建设用地”文件，在1处右键新添加一个点要素（命名为chengzhenpoint）——对各个行政区进行布点

右键1处——打开属性表——添加字段——将城市名称、顺序、城市竞争力（value）等信息进行添加

第二节我们的目标就完成了：制作一个具有城市综合竞争力标签的行政划分点要素shp文件。

（三）创建成本阻力面模型

3.1 建立成本距离分析源文件

启动ArcMap——加载“城乡建设用地”文件——打开编辑器，使城乡建设用地变为可编辑状态——右键点击“城乡建设用地”——数据——导出数据——生成“县城斑块”。

“县城斑块”就是我们本次要研究的城市，目的是量化分析出该城市与周边城市的空间联系强度。

3.2 创建成本阻力面模型

不同土地利用类型的行进成本不同，本次研究行进成本采用通过空间某一像元移动10千米所需的分钟数来作为成本阻力数值，整体框架如下图

3.2.1 设置道路的成本值

淘宝上可以买到的道路数据都是线要素，因此我们首先要用缓冲区分析根据不同类型道路的红线宽度将线要素转换为面要素。

Ps：以下道路教程以高速路为例，其他类型道路同理可得

3.2.1.1 缓冲区分析：应用ArcGIS中的“分析工具”——邻域分析——缓冲区分析——30米线性单位——生成gaosu_Buffer。

3.2.1.2 cost赋值：在gaosu_Buffer文件上右键打开属性表——添加字段——命名为cost 的浮点型字段——右键点击cost选择字段计算器——输入高速公路对应的cost值（也就是6）——确定。

3.2.1.3 面转栅格：使用转换工具——转为栅格——面转栅格——按照cost字段转换为10m*10m的栅格。

重复上述步骤，将其余的国道、省道、铁路、县道和其他道路等都分别做缓冲区分析、添加字段与赋值、面转栅格的操作。

3.2.1.4 道路数据整合：选择ArcToolbox中的数据管理工具——栅格——栅格数据集——镶嵌至新栅格，将上述赋值后的栅格文件按照取最小值的方法进行镶嵌，得到roadcost，即所有道路的成本值。

3.2.2 设置河流水系的成本值

加载主要河流图层（riverpoly）——打开属性表添加cost字段——赋值1000——面转栅格——打开一般河流图层（riverline）——打开属性表添加cost字段——赋值500——面转栅格——镶嵌至新栅格（设置及操作同上，不同点在于取最大值）。

3.2.3 设置坡度因子的成本值

3.2.3.1 导入坡度数据：使用地理空间数据云上下载的DEM数据（精度为30m*30m）为数据源——3D Analyst工具——栅格表面——坡度——输入栅格处选择DEM数据——确定。

3.2.3.2 重分类+赋值：选择Spatial Analyst——重分类——重分类——输入Slope栅格——划分为四段赋值——生成。

3.2.3.3 重采样：数据管理工具——栅格——栅格处理——重采样——将栅格从30m*30m调整为10m*10m——生成。

3.2.4 设置地形起伏度因子的成本值

3.2.4.1 地形起伏度计算：Spatial Analyst工具——邻域分析——焦点统计——输入栅格为DEM数据——高度宽度设置为5——统计类型设置为RANGE——生成

3.2.4.2 重分类：同上进行重分类，设置如下图。

3.2.5 创建总成本阻力面

按照最大取值原则将坡度、起伏度和河流因子进行镶嵌，得到新的栅格文件dixingriver，按照最小取值原则将道路和dixingriver进行镶嵌。

得到总成本阻力面costsurface。

3.2.6 裁剪

我们现在处理出的costsurface边界是一个矩形，我们需要根据行政划分将它处理成我们需要的形状，因此需要导入该区域的行政边界，对阻力面进行裁剪，相对的减少了接下来的运算量。

导入该区域行政边界CHN_adm3——数据管理工具——栅格——栅格处理——裁剪——设置如下图。

即可得到符合行政范围的总成本阻力面栅格数据costsurface_Clip1。

（四）使用成本距离工具进行可达性分析

4.1 成本分析

使用Spatial Analyst工具——距离分析——成本分析——分别输入“县城斑块”和“costsurface_Clip1”——生成。

4.2 可达性数据分类

根据累计成本距离值除以10000，即可换算出行进所需的时间，按照＜20min，20min~50min，50min~80min，80min~120min和＞120min划分为5段。对生成的kedaxing文件右键属性——符号系统——间断设置为5。临界值分别设置为200000，500000，800000，1200000。

（五）城市空间联系强度评价

5.1 使用采样命令，提取县城可达性文件中的积累成本值，转换为分钟数

加载城市点要素文件（chengzhenpoint）和可达性文件（kedaxing）——使用Spital Anaylst工具——提取分析——采样——设置如下图——得到xiancheng1数据表。

数据中记录了每个采样点的X和Y坐标以及累积成本距离值，如下图。

Ps：上表中chengzhenpoiont=9的一栏是我们的目标城市，因此可达性为0。

采用字段计算器将数据表xiancheng1中的kedaxing5字段除以10000，得到目标城市与其他城市之间的可达性水平（用时间表示，单位为min）。

选择chengzhenpoint.shp，通过使用“连接”工具将属性表与数据表xiancheng1相连接（如下图）

这一步骤需要注意的是：1和2对应的城市数据一定要对应上，这样匹配的结果才是正确的。

5.2 根据相互作用模型计算目标城市与其他城市的相互作用强度

将城市点要素数据文件（chengzhenpoint.shp）的属性表导出，命名为“联系强度1.dbf”

在EXCEL中打开联系强度1文件，新建一个字段“联系强度”，通过公式Bx*100/Cx最终求得目标城市与其他城市的空间联系强度，如下图。

（Bx*100/Cx=城市综合竞争力×100/可达性强度）