地理信息系统在轨道交通规划建设中的应用

一、引　言 　　城市快速轨道交通系统作为一种大容量、快捷、安全、高效的客运交通工具，已逐渐被我国主要大城市客运交通市场所共识。然而，修建城市轨道交通所需要巨额资金投入及目前我国可用于发展城市轨道交通建设的资金尚很紧张也是不争的事实。要将有限的建设资金发挥最大的经济效益，就要尽可能地提高城市轨道交通的利用率，发挥城市轨道交通在城市客运交通系统的骨干作用，将城市客运交通的主体客流吸引到轨道交通上来，缓解城市客运交通能力的不足，减轻城市客运交通出行对城市道路的压力，提高城市居民的出行质量，从而充分发挥城市轨道交通的运输效能，获取最大的经济和社会效益。但是，如何发挥城市轨道交通的骨干作用则需要我们认真研究。 　　任何规划的决策最终都归结为方案评价，在进行城市轨道交通网络规划时，决策者必须从规划者提出的许多不同规划网络方案中选择出最优的方案。而城市轨道交通网络规划方案的评价决策，涉及因素众多，既有工程量、运营费等定量指标，又有环境影响等定性指标。当各方案定量指标差异不大，而定性指标又互相影响，互相交叉时，很难综合定量指标和定性指标对方案进行整体评价。城市轨道交通网络规划实际上是复杂的多目标决策问题。 　　城市轨道交通的可行性评价工作主要侧重于比选线路土地利用综合评估，其内容主要包括线、站位比选方案设计选择、土地与人口综合评估、土地效益分析和沿线规划调整建议等。 　　以比选线路为例，需要按既定的技术标准和路线方案，结合实际地形地质条件，从全局着眼，局部人手，综合考虑，选择合适的路线，在路线选定后，进一步确定路线的参数，并据此对局部路段作必要的调整。实际上，在选线过程中经常要进行计算。但由于地形图表示方法的抽象性和概括性及人的视野的局限性，而造成的对整个区域的认识不充分，直接影响到了路线走向的安排。这些不足是传统的设计方法本身无法克服的．然而随着地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)技术的发展和应用深入，这些问题正逐步得以解决。本文试图就GIS应用于轨道交通路线规划作初步探讨，并在某实验区进行GIS支持下的轨道交通建设的可行性评价。 　　二、GIS应用于轨道交通线路的选线规划与评估的基本要求 　　 　　GIS是在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。GIS不仅仅是一个图库管理系统，更重要的是它具有空间分析功能，包括数字地形模型分析、空间特征的几何分析、网络分析、影像分析和地理变量的多元分析等．这些空间分析功能为用户提供了解决多种问题的有效手段，可以帮助人们从宏观的、科学的角度来认识世界，作出正确的决策。 　　1、综合评估 　　对轨道线路的选线规划一般从发展潜力及覆盖人口两方面进行综合评估。 　　1．1　选线方面： 　　(1)需首先对线路的所有比选方案根据现状或原规划情况来测算看是否能充分发挥轨道交通所带来的开发潜力，若不能满足要求，需对该线周围土地进行全面规划调整； 　　(2)某些方案经过规划调整后发展潜力和覆盖人口仍达不到轨道交通规划的最低要求，或经规划调整后发展潜力及覆盖人口均较好，但经敏感性分析后风险较高，这些均予以排除，最后提出从发展潜力和覆盖人口方面的推荐线路方案。 　　1．2　选站方面： 　　主要考虑优选线路的站位在土地利用的结合方面是否适宜。 　　1．3　评价要素： 　　(1)轨道站点500M半径内发展潜力分析：评估各选线、站位全面提升最高建筑总面积的机会、评估建筑现状，推断旧城改造机会、比选各备选线、站位在发展潜力方面的影响表现。 　　(2)站位500M半径范围覆盖人口分析：人口覆盖分析就是对各站位及选线500M半径范围内居住及就业人口覆盖条件的量化评估，通过推算现状、规划及最理想的居住及就业人口数量，对不同方案人口覆盖情况，包括创造就业岗位、居住单位的能力及影响到的建筑数目等方面进行比选，提出评估结论。 　　(3)敏感性分析：对无法简单量化影响开发潜力和覆盖人口的因素进行分析，其中包括城市经济发展速度快慢变化、市场对新开发土地的反映、旧城改造的难易程度、居民使用地铁的频率及土地调整的可能性大小等；敏感性分析的目的是综合考虑这些可能发生的风险性因素对分析结果的影响。 　　2、系统要求 　　通过分析，轨道交通线路的选线规划和评估管理中的数据特征及其对信息系统的要求归纳如下。 　　2．1　属性数据的管理 　　可存储轨道线路工程技术指标、沿线评估要素特征、社会经济等数据，并能满足数据修改、查询和不断更新的需求。 　　2．2　空间数据的管理 　　能分层存储和显示各种图件如轨道线路地理位置图或轨道路线走向图、环境要素图、建筑分布图等，能将各种环境数据信息与轨道线位及敏感点的地理位置之间的关系建立在一张公共的底图上用以显示和分析，通过计算机屏幕在图形上查询属性信息，如评价区域内某点的环境影响级别或土地发展潜力等。 　　2．3　整体性和针对性 　　由于轨道线路评价点多、线长、面广、因素复杂，因而系统在保证评价要素整体性；应根据轨道线路评价的主要指标体系及其预测评价模型、方法和数据参数特征，有针对性地进行数据库建立，以提高信息数据的价值。 　　2．4　实用性和动态性 　　系统应满足预测评价的基本要求，能打印各种地图和报表，简单实用。 　　 　　三、系统组成及主要功能 　　 　　1、系统模块 　　由3大系统模块组成：数据库管理模块、选线规划和分析模块和图件生成与管理模块。 　　1．1　数据库管理模块： 　　对系统的数据库进行管理，主要功能包括数据录入、增加、修改、删除、检索查询。 　　1．2　选线规划和分析模块： 　　从数据库中获取数据，利用模型库中相关联的应用模型，对规划范围内的评价要素进行评价和预测，并将预测或评价结果与图形结合提供一体化查询。 　　2、主要功能 　　2．1　数据输入与管理功能： 　　包括轨道工程、评价要素基础空间图形的数字化以及属性数据的输入、增加、修改、删除等操作，以及图形空间数据分层管理和输入。 　　2．2　空间分析功能： 　　实现图形空间数据和属性数据的双向联合查询和分析，既可由图形信息查询所需的属性信息，又可根据各种的属性信息条件查询图形信息。系统可以进行建筑、人口等要素的空间分析。 　　2．3　预测与评价分析功能： 　　根据已输入的不同年代、层数和建筑性质的建筑、土地储备面积等数据和参数以及有关修正值，分别按各自相关联的模式计算出建筑面积潜力、老城改造机会、新区开发机会、覆盖人口等预测值，并结合敏感因素进行叠加预测，根据评价标准判断选线是否达标等。 　　3、系统设计 　　3．1　数据准备 　　系统数据包括图形空间数据和属性数据。 　　1)图形空间数据包括基础背景图层(它是一个栅格图层或栅格、矢量混合图层)、拟建轨道线路图层、遥感图层、地形图层等多图层多属性的空间数据。现状数据：采用1：10000基础地理数据结合航拍地图，可用于土地储备面积和规划的总体分析；对于建筑容积率和老城改造分析采用1：500或1：2000基础地理信息数据和1：500建筑图层普查数据作为分析的主要数据；规划数据：包括城市总体规划、道路红线规划、管线规划和控制性相关规划等。 　　2)属性数据基本要求是在满足系统功能需要的前提下存储反映预测、评价、管理工作必需的基础数据，不追求数据库的大而全。属性数据有：(1)建筑基础数据，如建筑面积、建筑层数、建筑性质、门牌号码等。土地基础数据，如土地用途、土地使用者、土地面积等。(2)敏感点信息数据包括敏感点类型(居民点、学校、医院、河流等)及其与轨道线路的位置关系等。 　　3)评价标准信息数据如规划建筑面积、规划人均空间面积及其他规划控制指标等。 　　3．2　建立评价模型： 　　建立标准值，通过现状因素和假设因素、敏感性因素分析各评价因素的预测值。　　 　　通过对目前中心区及非中心区的容积率作出不同程度调整，分析如何增加容积率。一是全面提升站位周边容积率；其二，根据站点周围土地适宜程度，调整土地功能，以配合轨道交通建设。如可将低密度住宅改为中密度住宅，将站位周边空地、农田及仓库改为住宅或商业用地等。 　　3．3空间分析功能的实现 　　一般而言，地铁站点周围(一般以500m半径覆盖为限)居住及就业人口分布对轨道发展尤为重要。通常人口数量越大，覆盖条件越好，运营前景就更理想，以目前我国主要城市经验来看，每站500m半径最低覆盖指标约为5万人(含居住及就业人口)。 　　可以轨道线路作为线性目标，建立沿线两侧各500m评价范围的评价缓冲区，确定并列出所有落入缓冲区的建筑物，将评价要素加入属性表，具体步骤如下： 　　1)根据建筑普查数据，找出各现状各建筑性质、建筑总面积，通过人均工作空间面积及人均居住空间面积假设，推算各建筑物内居住及工作人口数量。 　　2)按各区规划分区范围，找出各分区地块用地性质、面积及容积率，通过上述人均工作空间面积及人均居住空间面积假设，推算各地块内规划人口及工作人口数量。 　　3)依据规划人口及就业人口推算结果，尝试把规划容积率作出不同程度调整，然后推算各地块内密度调整后人口及工作人口数量。 　　4)选择不同的影响因子，对以上人口覆盖数量进行敏感性分析，判断其评估结果。 四、结　语 　　GIS应用于轨道交通规划建设是一个新兴的课题。它的开发和使用已为我公司对轨道交通的规划、建设、管理和评价分析产生一定作用。若能不断深入挖掘，在充分实现其内在功能的基础上，开发集成所需的新功能，将可大大提高轨道交通规划评价和管理的效率与质量，使轨道<