2007160334廖华
一、研究背景和意义
数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在地理信息系统中，DEM是建立DTM的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
目前，DEM广泛应用于城市规划和设计领域。利用ArcGIS的空间分析功能，可以对DEM数据进行表面特征提取，如等高线提取、坡度提取、坡向提取等。对提取出的坡度特征，可以用于分析规划区的水土流失敏感性、城市建设的适宜性；提取的等高线和坡度分布信息，可以作为规划道路选线的依据；提取的坡向信息，可以作为城市建设用地布局以及人工林草建设的参考依据。
本研究应用地理信息系统软件ArcGIS的空间分析功能，对规划区域的数字高程模型（DEM）提取坡向、坡度并分析出区域内潜在滑坡危险性的区域， 最终得到规划区域内的适建性等级图，为该区域的建设用地规划提供参考。
二、研究思路和方案
1、数据
规划区数字高程模型（dem）
2、要求
1）考虑到地面排水问题，要求坡度不小于0.3%，但地形过陡也将出现水土冲刷等问题，以及地形坡度的大小对道路的选线、纵坡的确定及土石方工程量的影响尤为显著。因此一般适合居住建筑的坡度要求在0.3%－10%。这样有如下优点：
a 排水防涝：利于雨雪积水，防止洪涝淹没房屋，又便于交通；
b 视域宽阔：斜坡地形可以消除视景的幽闭感，而使建筑多层次展开，景色相对平地建筑和自然景观来说更为优美；
c 健康环保：通风好、自然采光与日照很少受阻碍，微气候较好，地下水位低，排除污水较易。
2）规划区地处我国南方，争取良好自然通风是选择建筑朝向的主要因素之一。根据相关研究最佳建筑朝向为南、西南向，适宜朝向东、西、东南向，低适宜东北、西北向，不适宜北向。
3）规划区内大量陡坎分布其中，容易造成滑坡，选取规划区内坡度在35度以上面积大于100平方米的陡坎区域，设定缓冲距离100米，防止潜在的地质灾害发生。
4）各数据层权重比为：坡度数据点0.4，坡向数据点0.25，滑在滑坡数据占0.35。
3、实现流程
ArcGIS中实现城市规划综合适建性分析，首先利用规划区的DEM数据派生出规划区的坡度数据集、坡向数据集。然后根据坡度数据集，提取坡度大于35度并且面积大于100平方米的滑坡危险区域，创建这此区域的缓冲区。接着重分类坡度数据集、坡向数据集和滑坡危险区域缓冲区数据集到相同的等级范围，再按照上述数据集在适建性分析中的影响程度赋权重值，最后叠加合并这些数据即可创建显示适宜建筑的位置分布的地图。
综合适建性分析的逻辑过程主要包括四个部分（图1）。
1）数据准备，确定需要哪些数据作为输入，本研究只要规划区域的数字高程数据(dem)。
2）派生数据集，从DEM数据派生出适建性分析的基础数据，包括坡度数据集、坡向数据集和滑坡危险性区域数据集。
3）重分类各种数据集，消除量纲影响，合数据具有相同的可比分类体系，按照适宜等级分为0到3级，级数越高适宜性越好。
4）给各数据集赋权重。在适宜性模型中对影响较大的数据集赋较高权重，最后合并各数据集确定适宜等级和分布。
图1 综合适建性分析逻辑过程
三、研究过程和主要技术
本研究的实现过程运用ArcGIS的扩展模块（Extension）中的空间分析（Spatial Analyst）部分功能，具体包括：坡度计算、坡向计算、栅格面积计算、栅格数据提取、重分类及栅格计算器等功能完成。
在ArcGIS中进行综合适建分析的具体操作步骤如下：
1）运行ArcMap，加载Spatial Analyst模块，如果Spatial Analyst模块未激活，单击Tools菜单下的Extensions，选择Spatial Analyst，单击Close按钮。
2）单击File菜单下的Open命令，打开加载地图文档对话框，选择规划区dem。
3）设置空间分析环境。单击Spatial Analyst，打开Options对话框，设置默认工作路径等相关参数。
4）从DEM数据提取坡向数据集。选择DEM数据层，单击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Surface Analysis并单击Aspect，生成坡向数据集，命名为aspect。
图2 规划区DEM
图3 规划区坡向图
5）从DEM数据提取坡度数据集。选择DEM数据层，单击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Surface Analysis并单击slope，生成slope数据集，命名为slope。
6）提取坡度大于35度的区域。单击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Raster calculator，输入con([slope] > 35, [slope])，点击evaluate，生成坡度大于35度的区域，命名为slope35。
图4 规划区坡度图
图5 规划区坡度大于35度的区域
7）将slope35的类型转换为整型。打开栅格计算器，输入intslope35 = int([slope35])，得到数据集intslope35。
7）加载ArcToolbox，依次点击Spatial Analyst Tools – Generalization – Region Group，生成连续的区域，命名为regionG_is35。
8）依次点击Spatial Analyst Tools – Zonal – Zonal Geometry，计算每个区域的面积，命名为area。
9）打开Raster calculator，输入con([RegionG] > 100, [RegionG])，提取面积大于100平方米的区域，命名为area100。
10）加载ArcToolbox，依次点击Spatial Analyst Tools – Distance – Euclidean Distance，生成上一步中得到的数据集的100米范围之内的缓冲区，命名为area100buffer，作为滑坡危险性分析的数据基础。
图6 坡度大于35度且面积大于100平方米的区域
图7 潜在滑坡危险性缓冲区
11）重分类滑坡危险性分析数据。规划区内大量陡坎分布其中，容易造成滑坡，选取规划区内坡度在35度以上面积大于100平方米的陡坎区域，设定缓冲距离100米，防止潜在的地质灾害发生。因此，把危险性等级分为4级，0-20米赋值0，20-50米赋值1，50米-100米赋值2，100米以外（此处是NoData）赋值为3，得到reclassdanger数据集。
图8 潜在滑坡分析图
12）重分类坡向数据集。规划区地处我国南方，争取良好自然通风是选择建筑朝向的主要因素之一。根据相关研究最佳建筑朝向为南、西南向，适宜朝向东、西、东南向，低适宜东北、西北向，不适宜北向。因此，给不适宜、低适宜、适宜和最佳方向依次赋值0-3，得到reclassslope数据集。
图9 坡向适宜性图
13）重分类坡度数据集。考虑到地面排水问题，要求坡度不小于0.3%，但地形过陡也将出现水土冲刷等问题，以及地形坡度的大小对道路的选线、纵坡的确定及土石方工程量的影响尤为显著。因此一般适合居住建筑的坡度要求在0.3%－10%。因此，分别给最不适宜（0-0.3%，35%-100%）、不适宜（20%-30%）、适宜（10%-20%）和最佳（3%-10%）依次赋值0-3，得到reclassaspect数据集。
图10 坡度适宜性等级图
14）适建性分析。重分类后，各个数据集都统一到相同的等级体系内，且每个数据集中那些被认为比较适宜性的属性都被赋以比较高的值，现在开始给三种因素赋以不同的权重，然后合并数据集以找出最佳的建设区域。
单击Spatial Analyst下拉列表框中Raster Calculator对各个重分类数据集的合并计算，最终适建性数据集的加权计算公式为：
Suit（最终适建性）=reclassslope（坡度数据） * 0.4 + reclassaspect（坡向数据） * 0.25 + reclassdanger（滑坡危险性数据）* 0.35
得到最终适建性数据集Suit，确定最佳建筑区域。
图11 综合适建性分布图
四、研究精度分析和总体评价
刘学军等的研究 表明，高分辨率的DEM 并不一定会产生高质量的坡度、坡向结果，只有在DEM数据比较准确时才可以。因此，本研究的坡度与坡向等的结果精度主要取决于DEM数据的精确程度。
本研究从规划区的DEM数据提取坡向、坡度数据，并分析了潜在滑坡危险区域等级，得出适建性等级图，对区域的建设规划有一定的参考作用。
在实际应用中，还就结合分析区域内的水文数据得到水源保护区的划定界线；提取水系作为水系规划的参考；结合河流的水文监测数据，分析不同频率洪水的淹没范围；结合防洪堤建设情况，可以对拆建防洪堤的洪水淹没情况进行情景模拟，以此指导防洪规划和城市的用地布局等，以充分发掘和利用数字高程模型的信息，提高DEM的利用程度和研究结果的有效性和可靠性。
参考文献
邬伦等. 地理信息系统－原理、方法和应用[M]. 北京. 科学出版社. 2001.
吕春英等. 数字高程模型（DEM）的构建及其在城市规划中的应用[EB/OL]. (2008-07-30)[2010-5-11]. http://digitalwater.cn/dw/bbs/dispbbs.asp?boardid=26&Id=157.
思拓空间. 城市规划—综合适建性分析[EB/OL]. (2010-04-28)[2010-5-11]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_646d8fc60100hvjw.html.
刘学军等. DEM结构特征对坡度坡向的影响分析[J]. 地理与地理信息科学, 2004,20(6).