GIS在人文地理学方面的应用.docx

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GIS在人文地理学方面的应用

GIS在人文地理学方面的应用

浅谈地理信息系统在人文地理学方面的应用

摘要：

人文地理学自上个世纪90年代发展迅速，但随着社会的不断进步和地理学研究的不断深入，过去地理学所形成的一套研究方法及技术已不能适应当代学科发展的需求，地理信息系统的及时出现和不断的深入、完善则为人文地理学的发展开辟了一条崭新的道路。

本文旨在揭示地理信息系统在人文地理学方面应用的必要性及主要的应用现状，并举例论证地理信息系统在人文地理学方面运用的重要性。

1绪论

1.1地理信息系统的概述及发展状况[1]

地理信息系统（GeographicInformationSystem）是近十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。

这样，便可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于分析及决策使用。

GIS应用遍及金融、电信、交通、国土资源、电力、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各领域。

地理信息系统作为传统学科（地理学、地图学和测量学等）与现代科学技术（遥感技术、全球定位系统、计算机科学等）相结合的产物，正逐渐发展成为处理空间数据的多学科综合应用技术：

从计算机技术角度看，其主要是空间数据库技术；从数据收集角度看，其主要是3S（GIS/GPS/RS）技术的有机结合；从应用角度看，其主体是数据互访和空间分析决策的专门技术；从信息共享的角度看，其主体是计算机网络技术。

早期的GIS发展的另一个显著特点是许多与GIS有关的组织与机构纷纷成立，对GIS知识传播与技术发展起到重要的指导作用。

进入70年代，受计算机软硬件技术飞速发展的促进，GIS技术朝实用化方向发展。

一些发达国家先后建立了许多专业性的土地管理信息系统和地理信息系统。

与此同时，GIS软件市场活跃。

GIS技术受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。

80年代是GIS普及和推广应用的阶段。

随着图形工作站和PC机性能价格比的大为提高，计算机和空间信息系统在许多部门被广泛应用。

GIS软硬件的发展使GIS应用从空间数据管理向空间决策支持分析迈进。

GIS软件研制和开发也取得了很大成绩，涌现出一些有代表性的GIS软件。

进入90年代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS深入到了各行各业乃至千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。

1.2人文地理学的概述及其传统研究方法的弊端

人文地理学是以人地关系的理论为基础，探讨各种人文现象的地理分布、扩散和变化，以及人类社会活动的地域结构的形成和发展规律的一门学科。

它是地理学的两个主要分支学科之一，“人文”二字与自然地理学的“自然”二字相对应，泛指各种社会、政治、经济和文化现象，也有一些学者认为仅指社会文化现象。

人文地理学一般有广义与狭义之分，广义的人文地理学包括社会文化地理学、政治地理学、经济地理学等，狭义的人文地理学则指社会文化地理学。

在当今世界人地关系日益紧张,人口、资源、环境矛盾日益尖锐的严峻形势下,社会要求人文地理学为缓解这一矛盾起到应有的作用,人文地理学发展面临千载难逢的机遇。

然而,传统的人文地理研究方法仍以实地考察、查阅文献、社会调查等方式为主,室内的资料处理也以手工处理为主,处理速度和效率低下,工作周期长,适应不了信息社会中所要求的快捷、精确提供所需信息的要求。

地理信息系统的出现为人文地理研究提供了一种前所未有的技术工具,地理信息系统以处理与地理空间有关的信息为特长,以综合处理空间信息为方向,具有解决复杂问题的强大信息处理能力,能有效地解决人文地理传统研究方法的缺陷。

2GIS在人文地理学中应用最广泛的八个方面

地理信息系统为人文地理学研究提供了先进的研究手段,而人文地理学的发展也为地理信息系统提供广阔的发展场所[2]。

由于人文地理学的研究对象跟人类自身的利益密切相关,人文地理学中应用地理信息系统的社会经济效益比自然地理学中的应用更为直接、显著,因此受到各极政府和企事业单位的日益重视,发展势头迅猛。

广大人文地理工作者应抓住这个极为有利的时机,充分发挥地理信息系统的功能,结合已积累的丰富专业知识,大大强化自身解决实际问题的能力,促进本学科的发展和新的突破。

2.1人口地理学中的应用

人口是人文地理研究必需的基础资料,因此,人口地理信息系统是最基本的信息系统。

人口地理研究中主要把地理信息系统用于人口调查、人口统计、人口管理、人口估算、人口发展趋势预报、人口空间分布分析等方面。

例如,美国人口调查局利用自己研究的地理信息系统软件为国

要求很高，根据土壤类型分布可以得出土壤PH值的分布，将其作为区划的一个关键指标，使得区划更加有实际应用意义。

利用GIS将土壤分类图作为一项数据层参与气候资源数据层集运算，得出包含土壤类型信息的区划结果。

2.3工业布局与企业管理中的应用

工业布局可充分利用地理信息系统的空间信息处理能力,将影响工业布局的各因素进行综合处理,从而动态地寻求工业布局的最佳方案。

还可结合专家经验,利用地理信息系统支持下的空间分析模型,建立具体的最优场址选择模型。

在企业内部管理中也可充分利用GIS的空间信息管理功能动态地监管企业内部生产的货流、人流状况,管理企业各类资产。

工业布局与城市发展、环境、交通道路、城市规划存在着深刻的内在联系。

工业布局调整地理信息系统将各类数据库分层次、有机地组织叠置在一起，实现工业布局调整信息的有效管理和综合分析。

因此，该系统的建立将大大减少管理部门的工作量，提高管理部门对复杂信息的有序性管理，可为因重大工程或环境问题引起的布局调整提供快速、直观的模拟和显示，对促进经济、环境的协调发展具有重要的作用。

并且通过GIS的查询统计，可以从多个角度掌握工业布局现状和工业布局调整的趋势。

另外，统计结果可以方便地导入办公自动化软件中，以便进一步地分析和处理。

2.4土地管理中的应用

地理信息系统最早就是应用于土地管理之中,在加拿大地理信息系统的示范效应下,各国政府充分认识到了它的优越性,积极推广应用。

现在,土地管理的各个环节,如土地潜力与适宜性分类、土地资源调查与评价、土地利用规划、地籍管理、土地估价、土地征税等业务都用上了GIS技术,大大提高了工作效率和管理水平。

土地管理的特色是对土地空间特性的管理。

土地空间特性，包括土地的地理位置、相邻关系，图层的划分及与土地相关的各种空间属性和人文属性。

土地的这种空间特性，为GIS的应用提供广阔的天地。

GIS在土地管理信息系统中的应用，其核心是要建立一个具有统一标准的土地信息库，主要包括了地藉信息、土地类型信息、土地利用信息、土地权属信息和地价信息等几方面。

应用现GIS手段，建立科学的土地管理体系，为合理利用土地资源，进行土地规划、整治、开发利用、税收等提供有关基础资料和科学依据，基于GIS开发的土地管理信息系统的建立将在土地管理方面有更加广泛的作用。

2.5城市和区域规划中的应用

城市是人类活动高度集中的区域，同时也是信息、物质高度集中的区域。

随着科技的进步和经济的发展，城市系统越来越复杂，数据和信息越来越多，服务要求越来越高。

城市管理面临着新的挑战，为了城市的现代化、生态平衡和持续发展，城市需要全面的规划，而地理信息系统给城市的规划和管理带来了新的工具。

城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套。

在开发建设活动中，如果不注意各工程项目之间的协调，就可能造成混乱，而采用GIS对各种信息进行管理，并基于此进行分析和辅助决策，可以有效地防止这种混乱局面的出现。

由于城市在不断地建设发展，所以需要随时更新城市基础数据库，这就要求应用GIS管理日常城市建设活动，以保证信息的时效性。

城市和区域规划中应用GIS技术已成为我国发展最快、成果最多的领域之一。

目前,我国已有几十个城市建立了城市规划与管理信息系统,取得了显著的经济效益与社会效益。

但由于数据库的限制,国内地理信息系统仍限于城市、街区或县、市等小范围内应用,大范围的区域规划和流域规划,尚有待于地理学家通力合作,积极探索,如京津唐城市信息系统、黄土高原水土保持信息系统、黄河三角洲区域开发信息系统、洞庭湖农业基地开发信息系统等。

2.6商业地理中的应用

随着市场经济的快速发展，我国商业的基本特征发生了根本性的改变。

社会需求的复杂性和多样性使得企业的市场决策变得尤为重要。

而地理信息系统强大的数据管理和空间分析能力，使其成为进行现代商业决策分析不可或缺的利器。

地理信息系统在商业地理中应用最具吸引力的是商业网点的配置和管理。

区位因素是商业网点决策最关键的因素,可利用GIS的空间分析功能研究合理的商业网点布局和货流的组织路线,为商业企业提供决策服务。

借助GIS并结合专家知识,还可建立合理的商业网点最优化决策支持系统。

即综合各区域的影响商业的地理信息因素进行分析处理，并根据相关商业内容，叠加分析得出最优网点的相关结论。

2.7旅游地理中的应用

随着旅游业的不断发展，原有的低效率的传统旅游服务和管理手段在一定程度上制约着旅游业的发展，未来的旅游业必须采用实时、智能化的管理手段；同时，还要对旅游业进行科学、规范的管理。

在旅游领域引进地理信息系统将是旅游业发展的必然趋势。

一方面可以给游客提供关于景点、名胜古迹、自然景观、旅游饭店、道路交通、交通工具选择等详细信息查询，并根据游客的需求及客观条件为游客提供旅游路线参考方案，使旅游者得到更多、更新、更有用的旅游信息和更优惠更高质量的旅游服务，另一方面为旅游区管理决策者提供管理手段进行旅游资源的预测以及对旅游景点的开发建设提供决策支持，使之更好地合理调整经营策略，强化管理，获得更大的经济和社会效益。

2.8人地关系协调发展研究

人地关系，即人类社会和自然环境的关系，是现代地理学研究的重要课题，也是当今社会发展必须直面和探讨的问题，还是人类认识世界的永恒命题。

经历漫长的上下求索，对于人类社会和自然环境的相互关系当代人越来越趋向一个观点——人与自然的和谐共处。

而人地关系研究需要的资料量较大较复杂，传统的研究方法工作量大，手段较为复杂，过程较繁琐。

以GIS作为基本的技术手段,结合相关的研究知识和基本理论,可建立一个较为贴合实际的动态的人地关系相互作用系统,为研究人地关系协调发展提供了一个新的途径。

由于人地系统的复杂性与多变性,依靠传统的手段是难以描述并且分析人地关系的规律。

而借助GIS的多功能分析技术，则可真实地模仿各种自然和社会经济因素对人地关系的影响,进而建立人地关系分析系统，为人地关系的研究提供强大的技术支持。

3GIS在人文地理学中应用案例分析

3.1基于GIS的超市选址原理分析[3]

本文基于ArcGIS10.1组件式GIS开发平台，在ArcCatalog中，建立点、线、面；然后在ArcMap中选择并输入点、线、面及其属性，以点、线、面来表示影响超市选址的各要素；最后在ArcToolbox中进行缓冲区分析和叠置分析，以直观准确的形式来表达不同选址要素的分布和特征状况。

3.1.1GIS缓冲区分析[4]

GIS缓冲区分析是指为了识别某地理实体或空间物体对其周围的邻近性或影响度而在其周围建立的一定宽度的带状区。

针对点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围以内的缓冲区多边形。

缓冲区的产生有3种情况：

一是基于点要素的缓冲区，通常以点为圆心、以一定距离为半径的圆；二是基于线要素的缓冲区，通常是以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形；三是基于面要素多边形边界的缓冲区，向外或向内扩展一定距离以生成新的多边形。

3.1.2GIS叠加分析[4]

GIS叠加分析是将有关主题层组成的数据层面，进行叠加产生一个新数据层面的操作，其结果综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

地理信息系统叠加分析可以分为以下几类：

视觉信息叠加、点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形叠加、栅格图层叠加。

本文最终的效果图，就是由点状图、线状图和面状图经重分类和加权等处理后的视觉信息叠加而得出。

3.2影响超市选址的因素[5]

影响超市选址的因素是比较复杂的，它不仅涉及各类自然环境因素、经营环境因素，还涉及到各类基础设施条件因素等。

由于超市的商业业态所在区域、经营规模、经营方式、经营品种、经营条件和经营时期的不同，使得超市商圈的规模、形态存在很大差异，进而导致影响超市选址因素的多样化。

但总的来说，影响超市选址的关键要素主要是人口因素、交通因素和市场竞争因素。

3.2.1人口因素

影响超市选址的人口因素主要是超市商圈辐射范围区域内的人口总量、人口增长率、人口密度、年龄分布、流动特点、家庭特点、收入情况、购买力指数、民族、学历及职业构成等方面的现状和发展趋势。

基于对这些要素的综合统计分析，可以把握消费者的购买力、购物方式和所购商品的种类，从而帮助商家选择适当的商品组合、预估销售量、进行库存的管理及规划销售活动。

而在其中，人口密度是进行超市选址的重要指标。

当一个超市位于人口密度大的地方，会增加其客流量，所以营业点要处于人口密集区。

3.2.2交通因素

超市活动的经济原则要求有尽可能大的吸引范围，保证尽可能多的顾客能够方便快捷地到达商场，所以超市选址的一个必备条件就是要求超市周围交通便利，进出通畅。

在商业追求最大销售量的原则下，选址应该使交通时间花费最小。

3.2.3竞争因素

当超市打算在某区域建立商业网点进行盈利时，就要充分考虑所在市场的竞争环境。

该区域内现有的市场竞争状况会直接影响到将来可能的销售业绩，当有多家超市位于同一区域时，要考虑多家超市之间的竞争情况，市场竞争对手的实力是影响企业成败的环境因素之一。

竞争对手的因素：

包括竞争店的业态及聚集状况、竞争店的个数、规模及地理位置、竞争店的商品能力、企业运营管理状况、服务对象的阶层及竞争者的优势与弱点分析、竞争的短期与长期变动趋势、市场饱和程度分析等。

3.3超市选址的一般步骤

利用GIS技术进行超市选址，一般要经历以下几个过程：

（1）数据准备，确定需要哪些数据，包括居民住宅区、学校、社区广场、交通线路，现有超市数据等。

（2）选址要求，选择交通路线便捷，人口密度高，与其他超市存在一定距离的区域。

（3）实验操作，对各影响要素进行缓冲区分析，对缓冲区进行叠置分析。

（4）最终评价，把以上各因子叠加计算，确定合适区域，并判断其合理性。

3.4GIS超市选址的具体应用——以福州市金山新区市为例

3.4.1金山新区基本概况[6]

图1：

金山新区行政区划图

金山新区位于建新镇内。

建新镇地处福州西南郊，闽江下游南台岛西北端，夹于乌龙江和闽江（又称白龙江）之间，三面临水。

东依闽江，由淮安至湾边公路与盖山镇交界；西临乌龙江；南至湾边过江的冠州，与闽候县镇为邻；北止淮安村，与闽候县上街镇隔江相望，总面积约39.6平方公里。

改革开放后，1992年8月建新镇获准开办金山投资区。

投资区分为金山工业区、别墅住宅区、旅游开发区、农业观光区四个功能区，形成了规划面积21.7平方公里、居住人口30万的现代化新城区，称金山新区。

建新镇基础设施完善，交通便捷，东面借助洪山桥、金山大桥、尤溪洲大桥与市区相连，西面通过洪塘大桥、橘园洲大桥、浦上大桥、湾边大桥与隔江相望的福州（上街）大学城及闽侯南屿新区连接，南与盖山镇、仓山镇接壤。

新建的省市重点项目浦上大桥，是连接福州城区二环路、三环路、上街大学城及316、324国道的重要交通工程，是金山新区和福州中心城区对外交通的“西南大门”。

湾边特大桥及互通立交工程建成后将成为福州十分重要的西南交通大动脉。

3.4.2金山新区交通信息

①金山研究区的交通路网信息。

采集区域的主要路网数据，并将所采集的道路数据分为三类：

主要干道、次级道路、一般道路，并分别赋予三级权重值，以备选址过程中分析使用。

路网采集完毕后除上面所列道路等级外，依据辖区图、最新出版的福州市交通图、以及网络电子地图，对主要干道和次级道路进行名称属性的采集录入。

②选区的公交站点信息。

本文在公交站点的数据采集上采用如下方案：

将选区内的所有公交站点采集完毕后，逐一排查每个站点所包括的公交车数量（即路线上包含该站点的所有公交车数量），本区共采集公交站点73个，按每个站点包含的公交车数量的不同，将所有站点分为三个等级，赋予不同权重值。

③研究区的公交线路信息。

在公交站点基础上，采集公交线路信息，形成公交线路网，以备分析使用。

3.4.3人口信息的统计与处理

3.4.3金山新区交通信息

图2：

金山新区线路图

图3：

金山新区公交站点图

3.4.3人口信息的统计与处理

整个金山新区预计入住量为30万人左右，按照辖区规划图，行人口数量的调查统计：

①已建成小区按规划的入住量统计。

②未建成小区按预计户数进行统计。

③待规划居住区。

其中，尚未拆迁区按现有人口数统计；已拆迁区及开始搬迁（拆

迁区）按规划的预计人口数量进行统计。

人口数量统计完毕后，将已矢量化后的研究区的土地利用规划图中，所有225个居住用地斑块（即人口数量采集的所有居住用地斑块）提取出来，以面状图层形式生成人口信息数据层。

在面状图的基础上，应用GIS软件，将居住用地斑块由面状转为点状数据，其属性表不变，其中生成的点为原斑块的几何重心，如图5人口重心图所示，完成研究区人口数据的处理工作。

图:

5：

金山新区人口重心分布图

图4：

金山新区人口分布面状图

3.5基于GIS的超市选址应用

与传统的方法相比，GIS具有强大的空间分析功能，应用GIS的这项功能，使选址

的定性、定量方法结合使用，更多的是定量分析上优势明显。

基于标准的GIS功能，对

超市选址可以实现机遇最大化，限制约束最小化的相对理想方案。

在本文这一选址过程

中，主要应用的GIS功能包括：

缓冲区分析、可达性分析、多要素叠加分析等空间分析

功能。

与传统的方法相比，GIS具有强大的空间分析功能，应用GIS的这项功能，使选址

的定性、定量方法结合使用，更多的是定量分析上优势明显。

基于标准的GIS功能，对

超市选址可以实现机遇最大化，限制约束最小化的相对理想方案。

在本文这一选址过程

中，主要应用的GIS功能包括：

缓冲区分析、可达性分析、多要素叠加分析等空间分析

功能。

从众多要素中，本文选出如下几个要素作为超市选址的机会与约束条件：

（1）人口密度的空间分布。

（2）公交可达性。

（3）现有商圈分析。

3.5.1研究区域的人口密度空间分布研究

对本区人口密度的空间分布研究，本文选取反距离加权插值算法，将空间上离散的

人口密度点连续化[8]。

图6：

金山新区人口密度分布插值图

可见，研究区内的人口密度大的地区主要集中在西南部与东部，整体人口分布由西北部密度小，研究区的西北东南向跨区的中部人口密度要小于两侧（西南、东部、东北部）地区。

根据研究区的人口密度插值结果，初步选出下列7个人口高密度预选点：

需要说明的是，这7个人口高密度点预选点虽然作为超市选址的初次筛选点，但并不代表本文超市选址的确定位置，超市选址的确定位置可能会因其他影响因子的情况而在这7个预选点上有所调整，但大概范围都是以这些点为中心，一定范围的缓冲区内变动。

图7：

金山新区超市选址预选点分布图

3.5.2研究区域的公交可达性研究

首先，将采集的所有73个公交站点按照每个站点所通过的公交车数量分布赋予权

重值（即，站点A通过5个班次的公交车，则站点A的权重值即为5）。

其次，以预选点为中心，做1200米的缓冲区。

这1200米缓冲区半径的确定根据两个条件：

①预选点只是人口高密度点位置，不一定就是超市选址点的精确位置，需要根据实际情况和其他约束条件进行调整，因此划出600-700米的移动范围，作为超市选址点的微调范围区。

而这600-700米的范围也是根据顾客出行购物情况考虑的，一般如果步行距离不超过800米左右购物较为合理可行。

所以，即便离开人口高密度中心点，只要在合理的距离控制范围内超市的客流量亦基本不会受到影响。

②同样考虑顾客的步行寻找公交站点的可接受距离，一般认为步行500-600米左右能够找到公交站点而来购物比较合理。

因此，在上面600-700米的基础上又划出500-600米的公交站点步行寻找范围。

所以综合上面两点考虑，选定1200米作为缓冲区半径，来圈定可达的公交站点。

第三，提取每个预选点1200米缓冲区内的所有公交站点，并确定每个预选点可达的公交线路的条数。

第四，预选点公交可达性系数的计算。

本文根据研究区的具体情况，并结合现有可达性的计算方法对所以7个预选点分别计算其公交可达性系数。

①在上一步的基础上，分别计算缓冲出范围内的公交站点到达预选点间的距离。

这里的距离指的是依据公交线路网络而建立的点与点之间的网络可达距离，并非直线距离。

生成每个缓冲区范围内公交站点到达中心预选点间的距离值。

②将每个缓冲区内的公交站点的权重值与上面生成的距离值做商并求和,公式如下所示[9]：

其中，n为公交站点个数，W为站点权重值，S为站点与预选点之间的距离（单位为公里），所得值r即为要求的预选点的公交可达性系数。

将所得的7个预选点的可达性指数百分化处理得出最终可达性系数，结果如下表所示：

3.5.3研究区域的商圈研究[10]

目前，本研究区域内共有大中型超市共6家，其中已建成并正在营业的共有4家：

①永辉超市，位于江滨路洪塘路口，营业面积3500平方米左右，2006年开业；②好日子超市，位于金山桥头，营业面积1500平方米左右，2003年开业；③兴福兴川正超市，营业面积2000平方米左右，2007年开业；④悦望超市，位于楼下马路边，营业面积1500平方米左右，2006年开业。

尚在装修中未开时营业的有两家：

①永辉超市，位于红江路与高宅路东南，计划营业面积约3000平方米左右，2009年下半年开业；②永辉超市，位于闽江大道与浦上大道北侧，尤溪洲大桥附近，计划营业面积约6000平方米左右，2009年下半年开业。

这六个超市具体位置如下图所示：

图8：

金山新区现有大中型超市分布图

由上图可见，目前现有的6个大中型超市（包括未营业的两个），除其中红江路与高宅路处的永辉超市外，其余5个超市位置大都在沿江由西北至东南的一条带上。

将现有超市生成半径为1000米的缓冲区，结果如下图：

图9：

金山新区现有大中型超市1000米缓冲区分布图

将得出的预选点1200米缓冲区与现有超市1000米缓冲区图叠加后可看出：

其中，0号、3号、4号预选点1200米缓冲区范围内并无大中型超市；1号预选点约700米直线距离处有一拟建永辉超市；2号预选点1200米缓冲区内有两个超市，其中永辉超市与其直线距离小于360米；5号预选点缓冲区范围内共有大中型超市3个；6号预选点缓冲区范围内只有一个拟建永辉超市，且其直线距离大于1050米。

如下图所示：

图10：

金山新区现有大中型超市1000米缓冲区与预选点1200米缓冲区叠加图

提取辖区规划图中的规划用商业用地，并与上图叠加。

可见，