GIS支持下的城市小區(qū)的居住適宜性分析研究

程　鋼,張富杰，楊　杰，盧小平

(1. 河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作

454000; 2. 河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

Evaluation for Livability for Urban Residential Areas Based on GIS

CHENG Gang,ZHANG Fujie,YANG Jie，LU Xiaoping

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GIS支持下的城市小區(qū)的居住適宜性分析研究

程鋼1,2,張富杰1,2，楊杰2，盧小平1

(1. 河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作

454000; 2. 河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

Evaluation for Livability for Urban Residential Areas Based on GIS

CHENG Gang,ZHANG Fujie,YANG Jie，LU Xiaoping

摘要：針對當(dāng)前城市小區(qū)宜居性評價體系存在的問題，以城市居民小區(qū)作為研究對象，根據(jù)科學(xué)性、數(shù)據(jù)可獲取性、簡潔性、實操性等原則，選取多層評價指標(biāo)，構(gòu)建了一個城市小區(qū)宜居性簡易評價體系，運(yùn)用層次分析法和1—9標(biāo)度法得出小區(qū)評價指標(biāo)的權(quán)重，并將RS和GIS作為數(shù)據(jù)獲取、處理分析手段，在模糊數(shù)學(xué)方法的基礎(chǔ)上，建立小區(qū)適宜性綜合評判模型，利用調(diào)整梯形分布函數(shù)指數(shù)的方法調(diào)整單指標(biāo)評價結(jié)果，對小區(qū)進(jìn)行模糊評價方法進(jìn)行了探討。最后，使用實例對上述體系及模型進(jìn)行檢驗，結(jié)果證明了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：居住適宜性；城市小區(qū)；模糊評估；遙感；地理信息系統(tǒng)

近年來我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，居住區(qū)用地不斷擴(kuò)大，城市小區(qū)成為了城市架構(gòu)的重要組成部分，同時也是居民生活和休息的主要活動區(qū)域。然而隨著生活質(zhì)量和品位的不斷提高，人們對生活環(huán)境的要求也不斷提高，城市小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展與居民的實際需求存在著諸多矛盾，如小區(qū)綠化太少、公共設(shè)施不配套、出行不便等問題。城市小區(qū)的宜居性成了居民廣為關(guān)心的問題，對小區(qū)的生活環(huán)境作出一個科學(xué)合理的綜合評價對于評估和了解某小區(qū)的居住環(huán)境十分有必要。《中國生態(tài)住宅技術(shù)評估手冊》以可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，以保護(hù)自然資源、創(chuàng)造健康舒適的居住環(huán)境和與周圍的生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)為主題，從生態(tài)住區(qū)的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)角度為生態(tài)住宅小區(qū)提出了很多指導(dǎo)性的建議，但對于普通民眾而言系統(tǒng)過于龐大，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取困難，缺乏實操性[1]；劉春瓊等對生態(tài)小區(qū)評價指標(biāo)體系進(jìn)行探討，存在指標(biāo)太泛、缺乏可操作性等問題[2]；蘇維等提出的評估體系多數(shù)采用定性指標(biāo)，石純對上海居住區(qū)的生態(tài)適宜性指標(biāo)體系進(jìn)行了修正，基本實現(xiàn)了定量化衡量，二者均未對指標(biāo)權(quán)重設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)說明[3-4]；楊志華針對生態(tài)住宅小區(qū)指標(biāo)權(quán)重的確定方法進(jìn)行了研究[5]；周建飛對評價指標(biāo)體系的不確定性問題進(jìn)行了探討[6]；黃宇等通過GIS空間分析生成數(shù)據(jù)集在一定程度上提高了數(shù)據(jù)的客觀性[7]。數(shù)字城市、地理國情普查等重大戰(zhàn)略性項目積累了大量的空間數(shù)據(jù)，為城市小區(qū)宜居環(huán)境的客觀評價提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。本文在前人研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一個城市小區(qū)宜居性簡易評價體系，將RS和GIS作為數(shù)據(jù)獲取、處理分析手段，對多層評價指標(biāo)的選取、權(quán)重確立、模糊綜合評價方法等問題進(jìn)行了探討。

一、城市小區(qū)居住適宜性評價體系

本文以城市居民小區(qū)作為研究對象，結(jié)合當(dāng)前城市小區(qū)發(fā)展的現(xiàn)狀及人們對于小區(qū)居住環(huán)境的實際需求，參考《中國生態(tài)住宅技術(shù)評估手冊》《住宅性能評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)科學(xué)性、數(shù)據(jù)可獲取性、簡潔性、實操性等原則，提出了三層次的小區(qū)適宜性評價指標(biāo)體系[1,8]。最高綜合指標(biāo)為居住區(qū)綜合評價指標(biāo)體系，用于評價小區(qū)總體居住環(huán)境的宜居情況；向下逐層分解為體現(xiàn)該項指標(biāo)的亞指標(biāo)，第二級為自然環(huán)境、生活設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施及其他4大系統(tǒng)；直至最低層的單項評價指標(biāo)14項(三級指標(biāo))。其中，自然環(huán)境主要反映居民關(guān)心的空氣質(zhì)量、有無噪聲、綠化率是否達(dá)標(biāo)、光照時間是否能滿足人們居住的要求；生活設(shè)施主要反映醫(yī)院、圖書館、交通、購物場所、學(xué)校等生活相關(guān)的設(shè)施是否健全、方便；基礎(chǔ)設(shè)施主要反映可活動的廣場、停車位的多少、公共衛(wèi)生設(shè)施等影響居民生活的基本設(shè)施。其他方面包括居民關(guān)心的人口密度、安全、小區(qū)外的建設(shè)等方面，反映了與居民生活息息相關(guān)的方面，具體見表1。

表1　小區(qū)宜居性評價指標(biāo)

二、模糊綜合評價方法

城市小區(qū)居住適宜性評價體系中的評價指標(biāo)既有定量指標(biāo)也有定性指標(biāo)。如何根據(jù)各個指標(biāo)值綜合評判小區(qū)宜居性是小區(qū)宜居性評價的重要過程。模糊綜合評判法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)理論，將精確影響因子與非精確影響影子相統(tǒng)一、定量影響因子與定性影響因子相結(jié)合的一種綜合分析評判方法。該方法適合于對多種因子影響的屬性事物做出一個合理綜合評判[9]，能較好地處理多層指標(biāo)評價體系中多因素、模糊性及主觀判斷等問題，因此本文采用模糊綜合評判方法作為小區(qū)宜居性評價方法。

1. 評價集

2. 評價要素集

評價要素集是指對評價結(jié)果造成影響的評價指標(biāo)的集合。根據(jù)上文構(gòu)建的小區(qū)適宜性評價指標(biāo)體系，本文將評價要素集表示為

(1)

式中，U表示綜合指標(biāo)；U1、U2、U3、U4表示表1中的4個二級影響指標(biāo)；U11~U43表示14個三級影響指標(biāo)。模糊評價的關(guān)鍵在于評價要素集與評價集之間的模糊數(shù)學(xué)關(guān)系，即模糊矩陣R

(2)

3. 各指標(biāo)權(quán)重的確定

4. 單指標(biāo)的評判

單指標(biāo)評判是綜合模糊評判的基礎(chǔ)。要對單個指標(biāo)值進(jìn)行評價，首先要構(gòu)建每個指標(biāo)對于評價集的模糊隸屬度函數(shù)。將單個指標(biāo)值代入該模糊隸屬度函數(shù)即可確定單個指標(biāo)的評判結(jié)果。本文選取的評價指標(biāo)既有定性指標(biāo)，如水質(zhì)量﹑交通等；也有定量指標(biāo)，如環(huán)境質(zhì)量﹑綠化環(huán)境等，各指標(biāo)采用的評價標(biāo)準(zhǔn)見表2[12-14]。本文對單個指標(biāo)的隸屬度評判分為兩種類型：對定性指標(biāo)，使用直接賦值法確定隸屬度；對于定量指標(biāo)，則使用改進(jìn)的梯形分布函數(shù)作為模糊隸屬度函數(shù)。第i個指標(biāo)對評價等級Ⅰ～Ⅳ的隸屬度函數(shù)公式[15]分別如下

(3)

(4)

(5)

(6)

5. 模糊綜合評價

根據(jù)第3節(jié)構(gòu)建的權(quán)重向量A和第4節(jié)得到的單指標(biāo)評判結(jié)果R，通過模糊運(yùn)算B=A°R即可“合成”綜合評判隸屬度B模糊集

(7)

式中，bj是綜合評價結(jié)果屬于等級Vj的隸屬度。

表2　居住小區(qū)適宜性指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

為了顧及各個指標(biāo)對小區(qū)適宜性的綜合影響，體現(xiàn)評價對象的整體性，本文采用M(·,+)模型對模糊隸屬度B進(jìn)行運(yùn)算，即

(8)

式中，bj含義同式(7)；n為影響指標(biāo)個數(shù)；ai為指標(biāo)i的權(quán)重；rij含義同式(2)。

由于本評價體系涉及多層評價指標(biāo)，本文采用分層模糊評判方法，首先計算三級指標(biāo)模糊隸屬度，再進(jìn)行二級指標(biāo)的模糊評判結(jié)果，最后進(jìn)行綜合模糊評判，根據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則，判定小區(qū)的適宜性評判等級。

三、數(shù)據(jù)獲取

客觀真實的數(shù)據(jù)是進(jìn)行科學(xué)評價的基礎(chǔ)。本文充分利用RS和GIS技術(shù)手段獲取評價指標(biāo)中空間相關(guān)的數(shù)據(jù)，并采用統(tǒng)計、問卷調(diào)查等方法對其他數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，主要方法包括：①空間分析法：通過RS和GIS技術(shù)分析獲得與空間位置和關(guān)系有關(guān)的指標(biāo)值，如綠化環(huán)境指標(biāo)值，即在配準(zhǔn)后的遙感圖像上提取綠化面積、小區(qū)面積等信息，然后由二者比值作為該指標(biāo)的量化值；②統(tǒng)計分析法：通過官方和民間的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計獲取某些指標(biāo)值,如空氣質(zhì)量可通過收集研究區(qū)域PM2.5的平均值，作為此指標(biāo)的量化值；③問卷調(diào)查法：通過收集小區(qū)住戶和專家意見為某些定性指標(biāo)得分進(jìn)行賦值，如小區(qū)安全情況的判斷。

四、實例分析

1. 研究區(qū)域

本文選取焦作市龍源湖小區(qū)作為試驗點，該小區(qū)位于焦作東南邊，西鄰龍源湖公園、東臨焦作市體育館、北鄰焦作市圖書館，屬于高檔住宅小區(qū)，小區(qū)范圍如圖1所示。

圖1　龍源湖小區(qū)遙感影像圖

2. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及分析

研究區(qū)域的遙感影像圖，經(jīng)過校正、配準(zhǔn)等步驟，獲得初步數(shù)據(jù)，并利用監(jiān)督分類方法，獲取各類要素的面積指標(biāo)。為對小區(qū)周邊設(shè)施進(jìn)行鄰近度分析，本文以焦作市交通旅游地圖為底圖，進(jìn)行了矢量化工作，獲取主要道路、學(xué)校、文化設(shè)施、公交線路與站點等專題要素，以小區(qū)為中心進(jìn)行緩沖區(qū)分析，分析周邊設(shè)施與小區(qū)的空間關(guān)系，如某緩沖半徑內(nèi)的公交站點、學(xué)校及圖書館等的數(shù)量為相關(guān)指標(biāo)計算奠定基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)分析被用于計算各種設(shè)施與小區(qū)之間的實際距離。

3. 模型的應(yīng)用

通過上文的數(shù)據(jù)獲取方法，獲得龍源湖小區(qū)各指標(biāo)的指標(biāo)值(見表3)，根據(jù)第二章第4節(jié)的單指標(biāo)評判方法便可得到其模糊隸屬度矩陣。根據(jù)計算所得的指標(biāo)權(quán)重向量，與模糊函數(shù)隸屬度矩陣進(jìn)行“合”運(yùn)算，從而得出小區(qū)的模糊評價結(jié)果：B=(0.299,0.404,0.277,0.020)，即小區(qū)宜居性屬于“優(yōu)”“良”“中”“差”4個等級的隸屬度分別為0.299、0.404、0.277、0.020，反映出了小區(qū)的居住環(huán)境為良好以上。

表3　龍源湖小區(qū)指標(biāo)得分

為檢驗本結(jié)果的科學(xué)性，本文邀請20名專家和小區(qū)住戶對小區(qū)總體適宜性進(jìn)行打分，“優(yōu)”“良”“中”“差”的得分個數(shù)分別為7、8、5、0，與上述綜合評價結(jié)果基本一致，說明了該方法的可行性。

五、結(jié)束語

本文在RS和GIS技術(shù)手段支持下，選取城市小區(qū)適宜性評價指標(biāo)，構(gòu)建了由三層指標(biāo)構(gòu)成的評價體系，并利用模糊數(shù)學(xué)方法對小區(qū)宜居性進(jìn)行評價。該體系及評價方法主要優(yōu)點如下：①采用層次分析和1—9標(biāo)度法確立各指標(biāo)的權(quán)重，具有一定的實用性和有效性；②利用調(diào)節(jié)指數(shù)值的方法調(diào)整梯形隸屬度函數(shù)的收斂速度，可調(diào)整各個指標(biāo)在各個等級上的隸屬關(guān)系；③采用RS和GIS獲取空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；④系統(tǒng)采用的指標(biāo)具有一定的課伸縮性，用戶可根據(jù)具體需要調(diào)整指標(biāo)項。然而隨著時代的發(fā)展，人們對于居住環(huán)境的要求也會發(fā)展變化，因此小區(qū)宜居性的評價體系不是一成不變的，該體系可以根據(jù)人們側(cè)重和不同的需求不斷完善和發(fā)展。

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引文格式： 程鋼,張富杰，楊杰,等. GIS支持下的城市小區(qū)的居住適宜性分析研究[J].測繪通報，2016(1)：49-52.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0012.

作者簡介：程鋼(1981—)，男，博士，副教授，主要研究方向為GIS理論與方法。E-mail: chenggang1218@163.com

基金項目：國家自然科學(xué)基金(41001226);河南省高等學(xué)校骨干教師資助計劃(2012GGJS-055); 2014年度河南省教育廳人文社會科學(xué)研究一般項目(2014-qn-068); 礦山空間信息技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金(KLM201202);數(shù)字制圖與國土信息應(yīng)用工程國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金項目(GCWD201002); 河南理工大學(xué)博士基金(B2010-9)

收稿日期：2014-11-12

中圖分類號：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)01-0049-04