基于GIS技术的城镇建设用地扩展范围确定方法研究——以重庆市南岸区为例

马泽忠1、2 张孝成1 廖和平3

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（1.重庆市土地勘测规划院，重庆，400020；2.中国人民解放军重庆后勤工程学院，重庆，400201；3.西南大学，重庆，400060）

摘要：本文以南岸区为例，根据人口预测模型和人均建设用地指标预测城镇建设用地需求规模；通过指标因子网格（Grid）空间模拟，采用综合指数法求取网格综合城镇建设用地适宜性指数；以地理事物相近相似原理，以城镇建设用地需求规模为控制，以地理信息系统为支持，通过网格合并预测城镇建设用地规模范围。研究表明，采用基于综合城镇建设用地适宜性指数计算机自动获取建设用地范围边界具有较高的科学性和实用性，可为土地主管部门和土地利用总体规划建设用地布局提供决策支持。

关键词：网格；适宜性指数；空间模拟；南岸区；重庆市

1 研究区域概况

南岸区位于重庆市都市圈内，地处长江以南，介于东经 106°31′～106°48′、北纬29°27′～29°38′之间，全区面积261.08km2。2004年全区总人口526787人，其中农村人口占22.76%，城镇人口占77.24 %，人口密度为2020 人/km2。南岸区地貌属川东平行岭谷的一部分，在区境内自西向东有四条背斜和三条向斜，背斜成山，向斜则形成以丘陵为主的谷地，构成了本区低山、丘陵、平坝的地貌组合特征。全区最高海拔681 m；最低海拔157m，相对高差524m。2004年末农用地总面积15600.19hm2，占全区土地总面积的59.83%；建设用地总面积7649.18hm2，占全区土地总面积的29.33%。其中，城市用地2714.54hm2，占居民点及工矿用地的37.67%；建制镇用地229.03hm2，占居民点及工矿用地的3.18%；农村居民点用地1924.45hm2，占居民点及工矿用地的26.71%；独立工矿用地2036.13hm2，占居民点及工矿用地的28.26%；特殊用地301.25hm2，占居民点及工矿用地的4.18%；交通运输用地面积380.59hm2，占建设用地面积的4.98%；未利用地总面积2826.94hm2，占全区土地总面积的10.84%。南岸区2004年土地资源利用结构中，农用地、建设用地和未利用地的比重为59.83∶29.33∶10.84，以农用地为主。

2 城镇建设用地规模测算

城镇建设用地规模的大小应与人口规模、产业规模、经济规模相适应，同时还受土地利用条件、地形地貌等自然条件的限制，因此，预测城镇用地规模应从实际出发、因地制宜、量力而行，规模适度，不可贪大求全，致使城市无限制膨胀，造成土地资源的浪费。考虑到区域经济发展受许多非确定因素的影响，预测城镇发展空间时也应适当超前，留有余地，增强预测结果的可操作性。城镇建设用地应走内涵挖潜和适度外延扩大相结合的集约型道路，必须首先挖掘各种闲置土地和利用不充分、不合理的土地用于城镇建设；城镇空间的扩展，尽量少占或不占耕地。

2.1 人口预测

人口预测的方法一般有指数增长法、回归预测法、逻辑斯第函数预测法、人口年龄推算法等，根据县级土地利用总体规划规程，一般采用指数增长法进行人口预测，预测公式如下：

P＝P0 （1 ＋K）n ＋nΔP （1）

式中，P为规划目标年的总人口数；P0 为规划基期年的总人口；K为规划期人口自然增长率；n为规划年限；ΔP为规划期间平均每年人口机械增长数。

根据统计数据，南岸区历年人口自然增长率为1.6‰左右，到2010年，南岸区的人口增长速度不会产生大的波动，因此取K＝1.6‰。由于南岸区社会发展迅速，人口机械增长速度较大，根据多种统计数据，近年机械人口增长速度保持在82093人/年，因此到2010年，南岸区人口数量将达到1024420人。

2.2 城镇人口预测

2004年南岸区总人口526787人，城镇化率为77.24%，城镇人口406883人。根据统计数据，南岸区城镇人口的自然增长率为1.6‰，通过农转非、区外人口迁入等形式，每年增加城镇人口 68171 人，依公式（1）计算 406883×（1 ＋1.6‰）6 ＋6×98171＝819629，预计2010城镇化率将达到80.00%，通过历年城市水平现行模拟预测所得到的结果为80.60%，大致相似，因此本次研究取2010年南岸区城市化水平为80.00%。

2.3 城镇建设用地需求量预测

建设用地需求量的定量预测方法通常有趋势预测法、回归预测法和定额指标预测法。趋势预测法是根据土地的实际需求量随时间的变动规律来外推今后的土地需求量，通常以时间t为自变量，土地需求量为因变量建立趋势线方程，其一般形式为

。趋势线方程通常有直线方程、二次曲线方程和指数方程。回归预测法是根据变量之间的相互关系，利用其他变量的已知值来推断预测变量的值，是通过表明两个或几个变量之间关系的数学方程式进行预测的一种方法。因此，应用回归预测法同时需要两组时间顺序相同、相互关系密切的时间序列。定额指标法是一种简便、准确的预测方法，主要是运用城市人口预测结果，以部颁人均用地限额为定额指标计算用地需求量。根据南岸区建设的实际和集约用地要求，在选用指标级别时，尽量选用较为宽松的人均用地指标。

2.3.1 人均城镇建设用地指标

南岸区现状人均城镇建设用地指标2004年为72.32m2/人，本研究选用城镇建设人均用地规划指标2010年为87m2/人，能够满足城镇发展需要。

2.3.2 规划城镇建设用地面积

819629 人×87 （m2/人）/10000＝7130.77hm2，规划新增加城镇建设用地面积 Sc为4186.93hm2。

3 建设用地扩展范围预测

城镇用地总体布局就是在城镇性质、规模以及规划期间主要的建设项目和有关总体规划的经济技术指标已经确定的情况下，在城镇用地评价和选择的基础上，对规划期内城镇布局形式和各项建设统筹安排、合理布局，制定出科学的用地布局方案。本次研究通过指标因子网格（Grid）空间模拟，采用综合指数法求取网格综合城镇建设用地适宜性指数；以地理事物相近相似原理，以城镇建设用地需求规模为控制，以地理信息系统为支持，通过网格合并预测城镇建设用地规模范围。

3.1 建设用地扩展范围影响因素

建设用地的选择就是依据城镇用地适宜性评价结果和城镇用地可持续利用的要求，合理的确定城镇的具体位置和建设用地扩展范围。影响建设用地扩展范围的因素多种多样，主要包括以下几个方面。

（1）地貌条件 地貌条件影响城镇的分布位置、平面结构和空间布局，同时不同的地貌条件还影响各项建筑物的用地布置和工程设施的建设。主要参考指标包括地表破碎度、坡度、地貌部位、地貌类型等。

（2）地质水文条件 由于地质构造和土层的自然堆积情况不一，因而对建筑物的承载能力造成差异；不同的水文条件影响城镇的发展规模和安全问题。主要参考指标为：地层岩性、地质构造、降水、河网密度，河流洪水位等。

（3）社会经济条件 城镇用地规模和扩展范围必须从城镇用地布局现状出发，按照国民经济和社会发展的需要、城镇用地功能组织及城镇景观建设的要求，统筹安排、合理布局。因此影响城镇建设用地布局和扩展的因素主要包括如下社会经济条件：区域现状路网密度、区域规划路网密度、现状城镇建设用地规模影响度、土地利用类型、单位固定资产投资新增建设用地面积等。

3.2 建设用地扩展范围预测方法

建设用地扩展范围预测首先将研究区域在一定尺度下进行网格划分，针对不同的网格进行城镇用地适宜性评价，形成区域城镇建设用地适宜性评价结果；其次，以新增建设用地规模为控制，采用基于网格数据处理技术的计算机自动搜索方法获取城镇建设用地扩展范围。

3.3 建设用地扩展范围预测结果

3.3.1 城镇建设用地适宜性评价

应用层次分析法和特尔菲法，确定研究区域城镇建设用地适宜性评价指标和各指标权重，如表1。

表1 城镇建设用地适宜性评价指标权重值

应用地理信息用空间数据模拟方法，以地面100 m 网格精度将各评价指标在研究区域内进行连续分布模拟，得到区域标准化后指标数据在研究区域内的连续分布值，如图1为研究区内地表破碎度模拟。

应用综合指数法对研究区域城镇建设用地适宜性以地面分辨率为100 m 网格单元进行综合评价，每一网格单元适宜性综合指数计算公式为：

图1 地表破碎度模拟 （图中值越高，破碎度越大）

土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集

式中，Pi为第i个网格单元城镇建设用地适宜性综合指数；Vj 为各项指标权重；X′j为各网格单元评价 j 项指标标准化后分值，m 为指标项数；n 为流域内所划分的网格单元个数即CELL 的个数。

通过地理信息系统空间数学运算，得到南岸区城镇建设用地适宜性综合指数分布图（图2）。

图2 南岸区城镇建设用地适宜性综合指数分布

3.3.2 预测结果

以地理事物相近相似原理为基础，应用VB6集成开发环境和ESRI公司的Arc Objects组件系列开发自动分区程序模块，分区的计算机编程实现流程如图3。

图3 确定城镇建设用地扩展范围算法流程图

（1）确定城镇建设用地地块的最小面积 Smin，凡是小于Smin的地块应当被合并。

（2）以评价单元为最小的合并对象，将其合并到邻域内最相似的适宜性类型区，如果邻域内有多个相似的地块，则合并到其中面积最大的地块内。

最后将合并对象以评价单元面积的整数倍进行增加，直到城镇建设用地最小的地块面积都不小于Smin时，且总面积为预测需增加的建设用地时，中止循环并输出区域城镇建设用地分区图（图4）。

由图可知，南岸区未来城市发展重点在长生桥镇，南山和东部区域应作为生态保护区，不适宜城市发展，这与传统方法所作的土地利用总体规划基本一致。在城镇建设用地扩展方向上，本次研究结果表明，南岸区主要向北发展，重点发展中部，兼顾小城镇规模，在发展茶园新城区的同时，必须给各建制镇预留城镇建设用地指标。

图4 南岸区城镇建设用地扩展范围预测结果

4 结论

通过研究可得到如下结论：

（1）应用空间数据模拟技术，可以直观地表达间断地理现象的区域空间分布趋势，为数学模型分析提供了可靠的数据支持。

（2）采用基于网格数据处理技术的计算机自动搜索方法获取城镇建设用地扩展范围，为土地利用规划中划定城镇建设用地及其他用地类型范围提供了较为科学的技术支撑，使规划中建设用地的布局更科学、合理。

（3）通过本项研究，将土地适宜性评价和土地利用规划有机地忸结合起来，为未来土地利用规划在方法上做了有益的探索。

参考文献

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周兴.AHP 法在广西生态环境综合评价中的应用，广西师范学院学报（自然科学版），2003，20 （3）：8～15

城市地质

本次大会的交流形式主要有5个方面：

第一为以展馆的形式集中展示地质成果，多以国家的形式出现比如中国馆、美国馆、俄罗斯馆等，另外一些大型国际地质组织、大型石油公司、地质仪器公司、软件公司、出版社等也以展馆的形式集中展示成果，在展馆中展示城市地质成果的主要为中国馆和挪威馆。中国国家馆主要以地质专业的角度展示近几年来取得的丰硕成果，其中在工程地质专业下重点介绍了中国城市地质试点工作情况，包括上海城市地质及北京城市地质等内容。挪威国家馆中城市地质专题主要简单介绍了城市地质的主要研究内容，挪威国家地质调查局在奥斯陆地区开展城市地质调查项目，项目从2004年到2008年，主要研究内容包括地质资源、地质灾害等10个方面的内容。

第二、第三为以大会发言和展板的形式介绍城市地质。

由于没有专门的城市地质专题讨论会，因此直接以城市地质为命名的大会发言或者展板内容相对较少。其中大会发言中中国地质调查局的“中国城市地质”在“地质科学管理在可持续发展与人类安全中的作用”专题中发言。展板中“上海城市地质”在环境地质专题中展示。但是从单项的城市地质调查来看，与城市地质有关的内容非常多，本文将在后面重点介绍。

第四为专门交流会，时间上大多在休息时间为主，比如在8月10日（星期天）就安排了20场左右的交流会，内容方面多是专门、专题及综合讨论会的延续和深入，主要以参会的某专业领军人物召集本专业的相关人员对某个问题进行更广泛深入的交流。其中城市地球化学方法在城市环境研究中的应用专题邀请来自世界各地的专家一起讨论，内容主要包括地球化学本底、城市地区的系统地球化学成图、采样深度确定、样品选择、如何处理有机及矿业土壤、分析方法选择，有机污染物多环芳烃、多氯联苯、二恶英、邻苯二甲酸酯、溴化阻燃剂等的评价。

第五为野外地质考察，大会组委会在会前曾计划安排“瑞典与芬兰城市地质中工程地质”的地质考察，主要针对的地质问题有，福斯马克核电厂及核废料处置场，隧道工程、电厂、地下水问题，岩石应力测量，岩石稳定性监测等。赫尔辛基在建的隧道开挖与地下建筑工程，软土地基稳定性问题，地下水问题等。后来由于其他原因该计划取消。另外还安排了“奥斯陆城市地质化学”，即在8月6日下午城市地球化学成图专题讨论会后，由挪威、瑞典与芬兰地调局召集安排野外实地调查，主要现场了解已经成功进行了3年的试点项目即奥斯陆城市地球化学项目，关于地球化学调查方法与城市污染土的管理系统。

由于大会议题中涉及的专业非常多，一般都是有近30个左右的会议在同时进行，而每个发言者的时间一般在15～30分钟左右，因此只能选择与专业有关部分专题到现场听取较详细的汇报。在中午休会以及会后则抽时间对展板的内容进行学习和交流。其他内容只能通过大会交流材料摘要合集来了解和学习。

一、城市地质综述

（一）城市地质综合调查

1.国内城市地质综合调查

在“地质科学管理与可持续发展”专门讨论会中中国地质调查局做了中国城市地质调查工作的发言介绍，主要从中国城市地质的主要特点、主要任务、主要方法、主要成果及将来的工作方向等方面逐一阐述，其中主要任务有5个方面，分别是：三维地质调查及地下空间适宜性评价、地质资源调查及可持续发展评价、主要地质灾害调查及风险评价、环境地球化学调查及土壤与地下水环境评价、三维可视化信息系统的构建与管理等。另外上海地质调查研究院以展板的形式介绍了上海城市地质调查的主要内容和主要成果以及关于城市地质工作机制的探讨。

2.国外城市地质综合调查相关介绍

为更好地使地质科学满足社会经济的发展需要，挪威国家地质调查局在奥斯陆地区开展城市地质调查项目，项目主要研究内容有10个方面：氡灾害、地面沉降、城市土壤污染、地热、砂矿资源、地下水、矿产地质、基底稳定性与监测、流粘土灾害、地质教育。

东京城市可持续发展过程中面临的主要地质问题有地震、洪水、风暴潮、地面沉降等，这就要求地质学家和相关的政府部门必须致力于东京大都市城市地质状况的工作，自从1959年出版了东京相关地质成果图以来，又进行了多次的修订。另外，还建立了一个关于地下水利用和地面沉降的监测系统，另外地质信息系统，从1970年以来，形成了关于70000个钻孔的柱状剖面图的数据库。这些系统对政府还有科研者提供了很大帮助，比如建设地铁、高速公路、污水排放系统的重建等，还有地震灾害分析，研究隐形断层，地下空间开发等。

（二）城市水资源与环境

美国东南密歇根州城市化地区利用地理信息系统评估潜在的区域地下水污染，研究了多环芳烃、多氯联苯及铅等污染物在不同介质中对地下水的影响程度。英国对地下水进行战略性管理和治理，把最先进的知识和技术运用其中以维持高品质的地下水资源，满足经济和生态系统的需求。莫斯科地区城市地下水监测网络在20世纪已经开始建设，现已形成280口监测井，用于地下水动态监测。另外还对莫斯科地区人类活动对地下水环境的动态影响进行了研究，尤其是对地下水流场、水化学、水位及水温的影响，通过与背景区的对比发现；城市地区地下水的许多运动机制已经发生改变。葡萄牙介绍了基于GIS技术的地质图在城市地下水资源管理和评估方面的应用，利用此系统可获得大量的水文地质资料，可以建立含水层参数系统，对比岩性、含水层深度、地下水化学参数和土地使用情况等信息进行对下水脆弱性评价研究。瑞典则对基岩埋藏较浅地区的地下水的水质进行了评价。意大利就水文地质风险及其缓解措施进行了研究，1998年Sarno地区泥石流灾害发生后，意大利政府在全境内加强了对水文地质灾害的预防措施。 Re NDi S项目由意大利地质调查局实施，旨在确定灾害风险的类型及其特性，研究如何缓解地质风险的措施，提高对灾害的综合认识。另外还对意大利Friuli Venezia Giulia地区地下水水文地质进行了调查，结果表明此地区浅层地下水的主要补给来源是地表水渗入和冬季降水，这种补给方式使得浅层地下水很容易受到城市地区和工业排水的污染。

墨西哥Irapuato和Salamanca两个城市城市用水大多靠地下水，受污染水通过断层将污染带到深部含水层，通过对地下构造及水文地质的调查，使用SINTACS评估方法，并结合使用GIS技术，制定地下水保护计划。挪威卑尔根有许多世界建筑遗产，通过对古建筑附近地下水化学性质、地下水压力及土壤湿度等指标的长期监测，研究地下水环境对古建筑保存的影响。南非贝宁地区研究城市和农村地下水遭污染的一些特征，依据已完善了的地下水流的数值模型，通过研究可调节的管理策略来维持贝宁地区的高品质地下水的供应。摩洛哥绘制了丹吉尔地区含水层的污染风险地图，采用DRASTIC方法研究水文地质条件，研究地下水环境的脆弱性，结合城市规划对地下水污染风险进行分区和分等，研究表明东部工业区使含水层的脆弱程度增高，具有中度的污染风险。印度西北有几个城市在地表水和地下水的相互作用，地表水的不合理规划与利用导致地下水位上升造成建筑物地基、桥梁、隧道、管道等其他公共设施的损坏，其次地表水的污染物大量回落到地下水，污染了地下水。另一方面，过量开采地下水又使承压水位下降，扩大岩石孔隙，减少岩石强度，造成建筑物倒塌，如果合理管理和规划城市地区地下水和地表水的综合利用将可以避免以上灾难。另外还对印度普纳市东南部由固体废弃物处置引起的地下水污染进行了调查研究，普纳市附近的垃圾站已经使周围的12口井和两条溪流污染，并且距离堆放场越远的地方地下水受污染的状况越轻，那些远离堆放场的地下水没有受到污染，而且即使进‘行地下水回灌修复，堆填场附近的地区地下水仍然污染严重。韩国对地下水中砷污染的自然成因进行深入调查，研究了地下水p H值、沉积作用、变质作用对地下水中砷含量的影响。

（三）城市地质灾害综合调查与评价

1.城市地质灾害综合调查

俄罗斯地调局在莫斯科地区进行了地质灾害与地质环境综合评价项目，通过GIS信息技术对不同种类的地质灾害进行综合性的分析与评价方面进行了尝试研究。根据其滑坡、喀斯特岩溶、地下水位上升等灾害及其地质环境特征，结合城市发展对生态以及经济社会的要求，绘制了莫斯科地区1∶50000地质环境地图，结合城市的功能区划分地质环境分区，提出了一些关于安全城市发展的建议。另外还对2014年冬奥会举办地索契的地质灾害与环境风险进行了评估，主要包括地震构造、水文地质、工程地质和其他环境勘探研究灾害预测等。

在加拿大城市地区自然与人为环境灾害的调查与风险评价论文中，提出建立跨学科、跨地域、长期性的灾害风险综合研究是十分必要的，其目标是研究灾害的特征、破坏性和风险性，在复杂多变的条件下确定灾害风险性，通过监测研究等较少灾害对人类的危害。近年罗马城市化程度不断提高，罗马是一座历史名城，评价其地质灾害相对较难，复杂的全新世沉积物、较厚的人类活动造成的回填土以及大量的受保护的古建筑都给研究工作带来了一定难度，罗马主要的地质灾害有地面沉降、岩溶、滑坡、地震以及固体废料。基于GIS信息平台整合历史时期的相关地质信息，建立了3D地质模型，以半定量的方法评估地质灾害，所获得的方法体系适用于历史背景悠久的城市，更有利于城市的可持续发展与管理。巴西贝洛奥里藏特市未来地质资源与地质灾害研究项目已经在城市规划中得到了应用，通过对土地资源和洪水以及河流侵蚀等资源与灾害的分析，结合将来千万级大城市的定位，为城市规划提出城市发展的重点应从南部向北部转移。

2.城市地质灾害专项调查

1）地震与火山

在城市地质地震与火山灾害研究中，意大利有多项研究成果做了大会发言和展览。通过历史文献记载以及野外的调查，对1908年发生在意大利南部的墨西拿市地震的地质效应进行了评价，主要次生灾害有海啸、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷等。意大利Campi Flegrei活火山的城市化应急管理系统中，用高、中、低三种指数来定义火山爆发情景，应急规划区和人们可以紧急集合和疏散的区域与铁路系统的主要节点接近度。另外的研究还建立了火山碎屑流的动力学模型，为城市规划与灾害管理服务，在地震的监测与防治方面制定了相对成熟的预防方案。意大利在评价活动断层灾害如何更好地为土地利用规划服务方面也做了尝试研究。印度对新德里、孟买、班加罗尔等城市进行地震危险性分析，这些城市人口密度逐渐增大，一旦遭受地震将产生严重灾害，在城市规划中如何降低地震风险进行了初步研究。在孟加拉国吉大港地区地震危险性评估论文中，介绍了通过航空遥感与地球物理的方法寻找不同类型地质条件对地震波的反映情况，并将研究成果应用于在城市规划的地震灾害防治中。

随着城市化进程的不断持续，到21世纪中期将有一半人居住在城市，城市化使大城市越来越多，以至于有许多城市会处于地震多发区，美国、加拿大、日本还有一些其他国家的地震防治工程取得了很大成就，可以将地震对人的伤害降低到较低的水平。1989年和1994年加利福尼亚大地震造成不到70人死亡，但是在发展中国家对抗击地震灾害风险的研究还相对滞后。相关介绍还有日本在对地震灾害模拟方面的研究，北非阿尔及利亚、埃及、利比亚、摩洛哥、突尼斯等国家在城市规划中加强对地震灾害的合作研究与预防。

2）滑坡

韩国绘制了汉城方圆1500平方千米的滑坡预报地图，利用包括两个地形学和岩石学的因子，4个土壤属性因子建立logistic回归方程，预测潜在滑坡。意大利安科纳市滑坡预警预报系统主要包括7个表面污染监测系统和33个GPS大地测量，同时也建立了三维立体的钻孔控制系统，监测数据实时传递给监测中心，以便及时进行滑坡的预警预报。另外运用不同年份的土地利用类型图与滑坡分布图进行叠加分析，研究大城市地区滑坡的风险性。相关的研究工作还有莫斯科对滑坡和泥石流的建模与监测，孟加拉国吉大港城市的无序发展导致滑坡灾害，巴西、印度、意大利等一些城市对滑坡防治的研究。

3）城市环境地球化学

在美国克罗多州丹佛大城市地区开展了1972年和2005年的土壤地球化学环境变化对比研究工作，2005年美国地质调查局采集表层土壤497个样品，涉及市区1165平方千米的区域，测定44种元素。然后将测得成果与1972年的样品数据进行对比后发现锌、砷、汞、镉、铜和锑的变化规律非常复杂，而铅则有非常明显的范围扩大的趋势。在土壤和地下水潜在污染的分析评估模型方面美国密歇根州作了研究，对比不同地区土壤及地下水各种污染特征，对地下水来说含有氯的挥发性有机化合物和六价铬具有最高的危险性，而土壤中多氯联苯、汞、多环芳烃具有最高的危险性。

英国开展了伦敦、贝尔法斯特、格拉斯哥等22个城市的地球化学基线调查，测定46种元素或参数，采集近16000个样品，提供了独一无二的英国城市土壤地球化学图。另外还对内分泌干扰物质（环境激素）对人类健康的影响方面做了深入的研究，近50年来，内分泌干扰物在环境中的含量有了很大的增加，包括农药、阻燃剂、防腐剂、表面活性剂等产品，以及化妆品、洗涤剂、食品包装和其他化学物质。许多内分泌干扰物，包括多氯联苯、二恶英和滴滴涕的代谢产物，在环境中有广泛存在，并且由于其亲酯性，可通过生物链进入人体，并通过女性传递给后代。此外，人们的饮食中也含有越来越多的动物激素。通过研发发现，这些越来越多的内分泌干扰物会诱发癌症特别是乳腺癌和前列腺癌。

俄罗斯许多城市表层土壤可能对人体健康存在威胁，在政府管理及决策时应以生态安全为目的有机考虑生态、经济、社会等因素，AHP评价方法的研究可为决策者提供更具体的研究成果，保证表层土壤的安全利用，另外还介绍了不同的污染城市土壤修复技术。

1998年瑞典开始了城市地球化学填图计划，其目的是能够给社会提供可靠的环境背景数据信息，已经有4个城市获得多种样品包括土壤（表层，深层）、苔藓植物等的45种元素的背景值，如银、砷、金、钡、铍、铋、镉、钴、铬、铜、铁、镧、锂、镁、锰、钼、镍、磷、锑、硒、锡、钽、钍、钛、铊、铀、钒、钨、钇和锌等，另外也对如何在地球化学统计计算方面避免一些失误作了简单介绍。

在城市区域的污染范围确定方面，挪威地调局在奥斯陆地区进行了试点，布置穿越市区的南北方向长120千米的剖面，沿着剖面的横截面收集土壤和植物样本，研究的主要目的是研究反映在土壤和植物化学中城市污染的影响和范围。检测指标为银，铝，砷，金，硼，钡，铋，钙，镉，钴，铬，铜，铁，镓，汞，钾，镧，镁，锰，钼，钠，镍，磷，铅，钯，铂，硫，锑，钪，硒，锶，碲，钍，钛，铊，铀，钒，钇和锌等。在挪威的三个主要城市的表层土壤有机污染物调查已经完成，在奥斯陆、卑尔根和特隆赫姆分别采集719、309和75个样品，分析了样品中多环芳烃（PAHs）含量情况。结果表明，内城显示高浓度的PAHs，城郊土壤含量相对较低，PAHs的来源主要为燃烧源。另外还介绍了城市中有毒污染物及其分散机理的研究成果，人类过多的活动导致城市环境中介入了大量的有毒污染物，市中心已被证实含有大量的重金属如铅、镉，还有其他有机有毒物，如二恶英、多环芳烃、多氯联苯等，在挪威的城市土壤里检测到了很高浓度的这些有毒物。另外在31座港口和海边城市的海底沉积物中也有较高的检出率，总的说来海底沉积物也被严重污染。城市地球化学的研究表明很多污染物是通过雨水传播的，目前正在研究城市土壤环境对海水环境的影响。

葡萄牙介绍了北部城市的氡危机情况，开展调查的目的是评估葡萄牙北部城市的氡浓度和控制各种氡的最重要的地理因素，研究表明葡萄牙北部城市区域在土壤和地表水出现中等偏高的氡危机。另外通过对1987～1992年室内氡辐射的测定，获得了大量数据并进行了统计学分析，对氡辐射风险进行了预测，为规划和建设提供支持。

地理信息系统（GIS）和多元统计方法被用来评估追踪香港城市郊区及乡村公园的重金属污染，和乡村公园相比，铜、铅、锌在城市和郊区的土壤中含量较高。元素的主成分分析与聚类分析结果显示主要元素和痕量元素在城市、郊区、乡村公园的聚类特征都不相同。运用地球化学与地球物理相结合的方法，研究波兰南部西里西亚工业区土壤中的地球化学污染异常，来精确绘制污染地区和绿色生态评估区域，该种方法经济有效，降低样品数量和化学分析，实地样品只局限于那些污染严重的地区。芬兰根据两个样品深度研究城市土壤地质化学基线，已经初步绘制了地质化学图。巴西圣保罗市在城镇体系中用铅同位素作为大气污染物示踪来研究铅污染的来源，铅的主要来源为工业废气、城市废气和汽车尾气。丹麦在土壤原位分析测试评价以及污染土壤原位修复方面介绍了最新研究成果。

3.其他

菲律宾在地质和地质灾害评估纳入环境影响评估和全国土地利用规划系统并成为一种制度方面，进行了有益的探索。另外俄罗斯、意大利、芬兰等城市的工程地质研究，意大利城市地区地面沉降的控制研究，以及地质信息系统与地质建模等方面由于篇幅限制不在详细介绍。

二、城市地质的几点思考

1.城市地质的核心部分仍是地质学

随着科技与社会的进步，城市地质学的概念不断在变化和拓展。城市地质学的核心部分仍是地质学，研究区域多为人口稠密、工业发达及城市化水平高的地区，这就要求在城市地区地质学研究的精度要大大提高。世界上每个城市所面临的主要地质问题不尽相同，城市地质学几乎会碰到地质学领域的所有问题和难题。城市地质学的单项研究比如城市工程地质、城市水文地质、城市地球化学等均为地质学的延伸或互相渗透，其内容可以延伸为城市的资源、环境、工程及安全等的可持续利用与发展方面提供保障。

2.城市地质的最大特点是综合性

本次33届国际地质大会由英国地质调查局提出“One Geology”的概念，目前翻译成中文比较多的提法是“大地质”，主要强调全球的统一成图，所有国家的联合合作成图，不同专业地质图的相互叠加与高效利用。城市地质其实可以理解成某城市的“One Geology”，这里不仅有整个城市地区的统一成图，更重要的还有众多地质问题的综合调查与研究，而不单单是某项地质工作的调查与评价。

城市地质学的性质，注定了其多参数、多目标、多学科综合的特性。城市地质学的综合属性，注定要组织跨学科、跨行业、跨部门的艰苦探索和攻关创新，注定了从事调查、研究的专家必须具备多元的知识结构和现代的管理理念。城市地质学知识系统的复杂性，注定了这门学科必须具备当代新学科、新技术、新方法的侧向分工和优势集成。城市地质学的用户众多，注定了其操作层面和服务平台必须具有多参数、立体化的“数字城市”的现代结构。

3.城市地质的生命力在于它的应用性

城市地质的特点决定了其成果必须具有很强的应用性和实用性，即如何使地质成果更好地应用到城市的规划、建设与管理中。在服务于城市规划方面，如何更好得为城市总体规划、区域性规划提供基础地质资料、为专业性规划提供相关的专项研究成果、为城市重大工程的规划选址提供综合性成果；在服务于城市建设方面，如何为地下空间的开发利用、重大市政工程所面临的地质问题、建筑工程的建设等方面发挥作用；在服务于城市安全方面，可为城市生命线（地铁、高架、防汛墙、天然气管网等）的安全运营、城市用水安全与应急水源地建设、防治地质灾害研究以及地质灾害应急抢险等方面服务；在服务于土地资源管理方面，可为土地利用总体规划修编与实施评价、基本农田的划定与保护、后备土地资源的利用、土地复垦与土壤修复、土地利用绩效评估等方面服务；在服务于生态环境保护方面，可为水土体的环境质量监测、垃圾处置场环境风险评估、生态住宅等方面服务。

4.城市地质的活力在于方法技术的革新

城市地质学作为一门学科，其自身理论体系的构建相对较复杂。从城市地质研究的内容来看，每一项都有各自的理论体系，从专业上来分比如基岩地质、第四纪地质、水文地质、工程地质及地球化学等，从研究领域来分比如资源、环境及工程等。另外不同的城市其所开展的有针对性的研究课题也不尽相同，但归根结底还是与该城市所面临的主要地质灾害与地质问题有关，针对每种地质灾害的研究都有相互独立的理论体系，比如地面沉降、滑坡、泥石流、活动断层等。如何将不同的理论体系提高升华到城市地质的理论体系是一个非常复杂的难题。城市地质研究中的方法技术的革新将有助于城市地质理论体系的完善和构建。在进一步完善城市地质调查技术和工作流程规范基础上，编制《城市地质调查工作指南》，提高城市地质调查工作的效率。借助相关领域的新技术、新方法，尤其是GPS、GIS、RS等新技术，在调查的方法手段、不同专业领域的集成综合评价方法技术、地质灾害的动态监测与预警预报、地质成果或结论的从定性到定量判别、地质环境的数学模型与经济学分析、城市地质工作在城市经济发展中的贡献度等方面不断有新的突破和认识，不断提升城市地质的活力。

5.城市地质发展的动力要依托新的机制

我国城市地质试点工作已经开展了4年，每个试点城市都取得了丰硕的成果。新的工作机制探索将有助于城市地质工作快速的发展。今后城市地质工作中将加快建立健全长效管理机制，切实增强城市地质工作对经济社会发展的持续保障能力。完善深化调查成果和建立城市地质工作长效机制相结合，进一步加强城市地质调查成果应用示范，推进调查成果的深化和转化。深化完善地质信息动态更新、社会共享机制和建立城市地质工作长效机制相结合。深化完善调查成果转化工作与建立城市地质工作长效机制相结合。新的工作机制探索的目的主要还是使城市地质工作更好的纳入到城市规划与建设体系当中，以便更好的发挥城市地质工作的经济社会效益，提高在城市经济社会发展中的贡献度。

由于时间紧迫，城市地质涉及的专业众多，关于本次大会中城市地质研究内容的介绍难免会有些遗漏，另外文中的其他差错，敬请批评指正。在城市地质论文摘要编写、展板制作过程中得到了中国地质调查局庄育勋主任、翟刚毅处长、程光华教授，以及上海市地质调查研究院魏子新院长、严学新总工、王寒梅副总工、史玉金主任工程师等领导专家的悉心指导，特此感谢。在参加第33届国际地质大会期间以及本文的编写过程中，得到了与会的中国地质调查局代表团诸位团友的大力支持和帮助，在此一并表示衷心感谢。

（何中发执笔）

多因子排序选址技术的GIS实现

多因子排序法就是针对被筛选对象的各种因子进行综合评定、权重分配。然后利用权重和因子之间的关系进行不同筛选对象的排序及选优工作。

CO2地质封存选址评价涉及的技术因子比较多。有自然地理条件、气候条件、地质条件、社会经济条件、交通条件以及工程技术条件等诸多因素。通过理论分析及实际调研，在本项目中，场地的选址从选址技术、安全性、经济适宜性、地面地质条件4个方面来分析建立模型。利用层次分析法（AHP）确定各指标的权重，结合GIS空间分析模型，构造合理的宏观选址综合分析模型。通过对各指标数据的量化处理，并采用多级加权求和的方法来实现宏观选址的定量化评价。

（一）因子权重分配结构

首先各指标因子按照类型可以划分为多个级别，在本项目中划分了四个层级，即指标层A、指标亚层（B、C两层）、具体指标层D。其因子权重的分配结构见表6-21。

（二）指标层级权重确定

通过专家系统对指标层级的权重进行确定。

A1+A2+A3+A4=1

在第一指标层中判断四个指标层各占的比重是多少，得A1、A2、A3、A4四个一级权重值。

B11+B12+…+B1i=1

B21+B22+…+B2i=1

表6-21 因子权重的分配结构表

B31+B32+…+B3i=1

B41+B42+…+B4i=1

在第二级的指标亚层中，分别在每个上一级的指标层中判断其下属的指标亚层B层所占的比重从而得到指标亚层B层的权重值。

C111+C112+C113+…+C11j=1

……

C4i+C4i+C4i+…+C4i=1

……

D1111+D1112+D1113+…+D111m=1

……

第三、四级的指标亚层C层和具体指标层D层的权重判断方法同上。

其中D01、D02、D03、D04、D05代表一票否决的因子。

由表中可以看出每个因子对应的权重P由前面四级的权重逐级相乘得到。例如：

P1＝D1111×C111×B11×A1

由此，在得到所有四级权重值的基础上可以依次求得P1到Pn所有的权重值。

（三）评价因子等级划分

依照对所有具体指标层的分级评价标准，将普通评价因子划分为好、一般、差3个等级。每个等级所对应的分值V不同。最终每个盆地经过数据判断得到对应所有因子的V值。

（四）评价流程

评价流程见图6-3所示。

图6-3 多因子排序选址评价GIS技术流程图

另外，可以通过应用组件式GIS技术，以CO2地质封存选址盆地地理数据库和宏观选址综合分析模型为基础，开发环境和GIS组件为开发工具，逐步建立基于GIS的CO2地质封存选址综合分析系统，完成评价方法与GIS技术的有效结合。

工程地质稳定性评价方法——以丽江-香格里拉段为例

一、概述

随着滇藏铁路工程的分段实施，丽江-香格里拉段的规划设计已纳入日程。但是，由于该段地形地貌和地质条件非常复杂，虽然经过多轮论证，线路仍难最后确定。按照初期规划（图13-1），滇藏铁路丽江-香格里拉段共有3个走向方案可以比选：①丽江-长松坪-虎跳峡上峡口-香格里拉方案（西线方案）；②丽江-大具-白水台-小中甸-香格里拉方案（组合方案）；③丽江-大具-白水台-天生桥-香格里拉方案（东线方案）。初步分析认为，西线方案工程地质条件相对较好，可以作为推荐方案，该方案需要新建铁路隧道34座，总长87130 m，占该段线路总长的54.4%，最长的隧道是位于丽江西北的玉峰寺隧道，全长10970 m；需要新建铁路大桥39座（10253 m），涵洞182座（4547 m），桥涵占线路总长的9.2%。复杂的工程地质条件使得该方案仍存在许多问题，且工程建设难度大。

为了更好地指导该段铁路选线，我们在区域地壳稳定性评价的基础上，将基于GIS技术的层次分析法引入到丽江-香格里拉段铁路规划区的工程地质稳定性评价（工程地质条件评价）。在评价过程中，综合考虑地形坡度、工程地质岩组、斜坡结构、地质灾害发育现状、地壳稳定性、微地貌类型（地形与铁路设计高程高差）、人类工程活动、降水量、距离沟谷距离等因素，充分利用GIS技术处理海量数据信息的优势，采用层次分析法模型，进行丽江-香格里拉段铁路规划区的工程地质稳定性评价。基于评价结果，可以很好的指导该段线路比选和优化。

二、基于GIS的层次分析法原理

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP）是美国数学家SattyT.L.在20世纪70年代提出的一种将定性分析和定量分析相结合的系统分析方法。它适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析，可以将决策者对复杂系统的决策思维过程实行数量化，为选出最优决策提供依据（图13-2）。经过多年的应用实践，不少研究者开始将GIS技术与AHP方法相结合，大大提高了传统的AHP方法在地学研究中的应用效果（Harris et al.，2000；刘振军，2001；彭省临等，2005）。基于GIS的层次分析法充分利用GIS技术的空间分类和空间分析功能，在评价指标数据采集、处理和自动成图方面具有明显的优势，不仅可以对工程地质稳定性的相关影响因素进行更细致的逐次分析，而且在计算过程中不受计算单元数量的限制，因而评价结果更直观、更便于应用。

图13-1 滇藏铁路丽江-香格里拉段线路方案示意图

图13-2 基于GIS的层次分析法技术路线图

基于GIS层次分析法的工程地质稳定性分区评价过程大致可分为以下步骤：

（1）确定研究区、研究对象及研究目标，并进行数据分析，确定进行工程地质稳定性分区所需要的数据，包括数据来源、数据质量指标等。

（2）将收集的各种资料进行数据处理，包括在MapGIS 6.7软件平台上进行数字化、格式转换、投影转换、分层及属性编码等，建立研究区、研究对象的空间数据库。

（3）根据研究目标的特征，分析影响目标的因素，建立目标的层次指标模型和层次结构，构造判断矩阵，由专家对影响因素进行综合评分，并进行层次单排序、求解权向量和一致性检验，从而获得各指标因素值，并运用GIS空间分析功能提取分析因子。

（4）采用ArcGIS 9.2软件平台，对评价区域进行栅格化，每一个栅格作为模型评价的一个运算单元，并将数据库中的数据按照规则进行栅格化处理。再采用图形叠加的模型评价方式，将参与评价的各个因素权值分配到不同的栅格上。将各个因素进行图形叠加，对属性值进行代数运算，再将叠加后的栅格数据化，生成新的图形，并形成最终评价结果。

（5）工程地质稳定性分区评价的数学模型：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

式中：B——工程地质稳定性指数，aj——权重，Nj——指数。

（6）通过分析计算获得的工程地质稳定性指数值的分布范围，结合野外实际调查结果验证，对不同区域的铁路工程建设适宜性进行综合分区评价。

本文名称：基于AHP和GIS技术 ahp的基本原理
网页URL：http://csdahua.cn/article/dddigeh.html