GIS下建筑密度空间分布特征探析
［摘要］基于GIS软件，应用GIS的区域分割法、缓冲分析和空间统计分析等详细分析了南宁市所建地区的建筑密度。扇形分区分析显示，该地区西部、北部、西部和西南部的建筑密度很高，相反东部的密度普遍低；缓冲分析表明：南宁市建成区中心部位建筑密度高，离中心距离越远，密度逐渐降低；离邕江2000m的中心位置，建筑密度高，离邕江水域距离越远，密度降低。南宁市建筑区建筑密度的空间分布受到地形、运输和经济发展的影响。本研究可以清楚地反映出南宁市建筑区建筑密度的空间特点，希望能为城市规划、土地密集使用管理和城市生态系统建设提供参考。
［关键词］GIS；建筑密度；分布特征
社会经济的快速发展及人口剧增，我国耕地的很大一部分正在变成城市土地和农村居民用地，土地资源形势变得越来越严峻。城市建筑密度是探索城市构成和土地利用率的一个关键数据，也是能否合理和有效利用城市土地的一个重要指标。城市建筑密度是每个建筑基底面积占据整体土地面积比重的关键指标，反映出城市建筑物的多少。建筑密度指标也可以反映城市地区的建筑拥挤情况及空间结构变化扩张情况，可以反映土地利用的合理性，并且，建筑密度在某种程度上影响到城市生态系统的建设。GIS技术的快速完善和发展，为研究建设区的建筑密度空间分布特征在定量和定性上给予了技术援助。城市建筑密度提高了城市土地的使用效率，重点是改善城市生态环境，这两者之间的矛盾是城市建筑者不可忽略的。在大规模建造高楼大厦的地区进行的结构性遥感制图产品提供了关于其密度、土地开发和人类环境的基本信息，是人类居住环境研究、土地使用规划和生态系统建设的重要基础。由于城市的加速发展，城市人口每年都在呈现递增趋势，南宁市可以使用的城市用地也逐年递减。本文应用ArcGIS软件的空间分析功能，以建筑密度为指标，应用区域分割法、空间统计法和缓冲分析法3种方法，对南宁市建成区的建筑密度空间分布变化特征进行分析，为推进南宁市建筑的发展建设及规划提供借鉴和参考。
1研究区概况
南宁位于广西中部偏南，面向东南亚，背靠大西南，东邻粤港澳，南临北部湾，是中国南部经济、西南亚经济、中国经济和东南亚国家联盟（东盟）的重要交汇点。南宁市地形是盆地形态，围绕着广阔的长江流域。南宁邕江，河道总长可达116.4km。邕江的上游由右江和左江组成。2019年全市居民人口增长到了781.97万人，同比2018年增加了11万多人，上升幅度占据总体的1.4%，包含397.77万市区居民，同比2018年增长10.64万人，上升幅度占据总体的2.4%。截至2013年12月底，南宁市总面积为33112km2，土地总面积为22112km2。
2数据的来源和处理
2.1数据来源
本研究选取南宁市建成区的遥感影像源于2016年12月31日LocaSpaceViewer卫星遥感数据，影像分辨率为4.4m，经度范围108°09'18″E~108°33'10″E，纬度范围22°55'39″N~22°40'33″N。
2.2数据处理
选取南宁市建成区卫星影像图和建筑基底图进行叠合分析。首先，将南宁建成区建筑基底图投影后提取出建筑基底面积相关数据，并将卫星影像图进行栅格投影、重分类后得出影像图面积数据。其次，用区域分割法、缓冲分析法和空间统计分析法对数据进行分析，将建筑遥感影像图、基底图层、流域图层进行融合。最后，用图像、表格等直观地表达南宁市建成区建筑密度空间分布与相关因素之间的关系，技术流程如图1所示。
2.3研究方法
2.3.1区域分割法。区域分割法将研究的地区分成多个特定的区域进行研究分析，是区域地块分析的重要方法。本研究将南宁市建成区以市政府为中心分割为8个区域，将8个区域的建筑密度分布特征进行图表统计分析。此方法可以直观地得出区域的建筑密度空间分布特征，为下一步的城市规划起到指引作用。2.3.2空间统计分析法。此方法是将研究区域的一些属性数据通过制作图表形式，更直观地对研究区域的空间数据进行横竖向比对及综合的评价。利用统计图对研究区域进行多因子比较和综合评价分析，可更直观地表达建筑密度的分布特征。2.3.3缓冲区分析法。缓冲区分析是指分析能够使空间数据扩大其范围的信息，方法是根据物理点、线和数据库自动在分离区内建立具有特定宽度的实体。这项研究的重点是以南宁市建成区市政府为中心且以1km为缓冲间距，做20个环形带，然后与南宁市地域图进行叠加，研究结果通过图表的表达方式，可得出各个缓冲区的建筑密度空间分布特征。
3南宁市建成区建筑密度空间分布特征
3.1扇形分区统计结果
本研究选取南宁市建成区卫星遥感影像数字化后得到的矢量空间数据和南宁市建成区建筑。（1）将基本地图数据用作空间分析和计算的依据；（2）利用区域划分法，南宁市建造的区域被分成8个扇形区域，按顺时针方向编号（Ⅰ~Ⅷ）。建筑密度计算方法为：利用南宁市所建地区的建筑基底面积/南宁市所建地区的区域面积，计算南宁市所建地区的建筑密度；运行ArcGIS统计分析功能，以统计南宁市所建研究地区的面积、建筑基础面积和建筑密度，并编制南宁市所建研究地区的建筑密度统计表（表1）。结果表明，南宁市的建筑总面积约为608834408m2，建筑物基底总面积约为33664129m2，平均建筑密度约为5.5%。同时，由表1可得出Ⅰ~Ⅷ区的区域基底面积，根据建筑密度计算公式，得到8个区域的建筑密度分别为2.67%,3.17%,2.68%,1.08%,4.95%,7.52%,10.71%,10.76%。根据这些数据用折线对扇形分区进行统计发现，建筑密度高于平均值5.5%的分区为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ3个区，其中，Ⅷ区的建筑区域面积最低，但建筑密度最高，Ⅶ区的区域面积次之，建筑密度只比Ⅷ略低，其余Ⅰ~Ⅴ区5个区域的建筑密度都比平均密度低。由此可见，南宁市建成区建筑密度从高到低分别为：北偏西、西部、西南部、东部、东北部、东南部。南宁市建成区这些区域的建筑密度偏高是受地理位置及地理性质的影响，主要用来建设和居住，城市开发密度比较集中；各个分区的建筑密度与各个区域面积的变化没有明显的联系。
3.2建立缓冲区及统计结果分析
南宁市建成区缓冲区分析是以南宁市建成区市政府为中心，从1km的半径间隔一直延伸到研究区边缘，建立20个环形缓冲带，然后与南宁市建成区市域图叠加形成缓冲区，各个缓冲区的编号从中心依次向外分别1~20。3.2.1从市中心到外围建筑密度变化趋势。南宁市建成区的中心部分主要为南宁绕城高速路与那安快速路所围成的区域，中间横跨邕江，主要集中在建筑密度较高的第3、第4、第5和第6区。这里是南宁市的中心和主体，交通便捷、人口密集，是南宁市文化、政治、商业娱乐繁华之地。环形缓冲区分区统计结果表明，随着距离市中心距离增加，南宁市建成区区域建筑面积逐渐降低，降低的速度随着远离市中心的距离增加而减小，在3km,7km,8km这几个阶段下降的速率很快，12km之后下降的比较平缓（图2）。可以看出，距离以及密度下降趋势可以反映出城市的繁华阶段，主要有市中心、城乡结合、边远乡村3个阶段，这3个阶段的建筑密度明显下降趋势，且边远城乡阶段的建筑密度最小，变化最平缓，可见建筑密度跟城市的地形地貌、经济发达等因素有关。3.2.2建筑密度沿水域的空间分布特征。分析邕江水域对建筑密度分布的影响。首先，在ArcGIS软件用线要素手绘出邕江的轮廓，然后以绘出邕江轮廓为中心，以1km为缓冲间距，生成5个环形带，其距离分别为1,2,3,4,5（km）。其次，将建筑基底分布图层与水域环形缓冲图进行叠加，分析水域的距离变化与建筑物密度空间分布之间的联系。邕江缓冲区建筑物占比统计结果表明，环形总建筑基底面积27467918m2，建筑密度23.9%；根据5个环形带的建筑物基底面积及环形面积计算得出环形带建筑密度分别为：4.8%,6.1%,5.1%,4.4%,3.5%（表2）。其中，1000~2000m建筑密度逐渐上升，到2000m建筑密度达到最高值，在2000m这个距离范围内，是城市建成区的市中心地段，风景环境、交通、商业等都很占优势，所以此地段的建筑密度是最高的。在小于1000m范围，离邕江最近，建筑密度反而小，是由于太近水域存在安全隐患，城市规划有硬性的建设性规范要求。大于2000m之后，离邕江水域距离越远，建筑基底面积逐渐减小，建筑密度逐渐减少；4000~5000m内建筑密度最低（3.5%）。总体来看，离邕江越远，地理优势明显下降，交通便捷程度、经济发展情况、商业发达情况等均比较欠缺，一般都是乡村及工矿用地，建筑基底面积明显下降，建筑密度就较低，进一步反映出城市建设的空间有限，边远乡村的建设活跃性较强，具有开发潜力。
4结束语
本文基于ArcGIS软件，用区域分割法、空间统计分析法和缓冲区分析法分析了南宁市建成区建筑密度空间分布特征与特征因子的关联。结果表明：研究区离市中心较近的西部、西北部及西南离邕江水域2000m左右的建筑密度较高，由于地理位置优越、流动性强和经济增长迅速，这些地区吸引了大量的商业和人口，使其密度远高于其他地区。这些地区的城市已经成熟，其建设活力有所下降，反而城乡结合边缘地区的建设最为活跃，到偏远地区，多为乡村和工矿用地，由于各方面受限，建筑密度很低，也具有很大的发展空间。由此得出，建筑密度最先受地形地貌影响，其次是交通、经济等因素。
刘黎 孙健超 廖宇航 潘洌 广西大学
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