基于GIS的大慶市居住區(qū)空間適宜性分析

時海川，楊 夢，虞 暉

（1.武漢大學 測繪學院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學 城市設計學院，湖北 武漢 430072）

基于GIS的大慶市居住區(qū)空間適宜性分析

時海川1，楊 夢2，虞 暉1

（1.武漢大學 測繪學院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學 城市設計學院，湖北 武漢 430072）

傳統(tǒng)城市居住適宜性評價方法存在精度不高、評價效率較低等缺陷，提出了基于GIS的城市居住區(qū)空間適宜性評價方法，并以大慶市西城區(qū)為研究區(qū)進行分析實驗。首先運用層次分析法（AHP）建立城市居住適宜性相關評價指標體系，然后應用ArcGIS空間分析功能依據(jù)評價指標體系生成派生數(shù)據(jù)集，并對各數(shù)據(jù)集的指標因子進行加權疊加，進而重分類并渲染，得到城市居住適宜性評價專題圖。實驗結果表明，該方法提高了工作效率和評價結果的準確性，實現(xiàn)了居住適宜性的可視化分析，為城市總體規(guī)劃及建設布局提供了一定的指引。

ArcGIS；城市居住區(qū)；空間分析；AHP

城市居住區(qū)空間適宜性評價是以自然、社會經(jīng)濟環(huán)境各方面因子作為評價指標，對適宜居住的區(qū)域進行的綜合評價分析。目前，國外研究者對于城市居住適宜性評價的研究大多是從環(huán)境、經(jīng)濟和社會等角度出發(fā)[1-2]；而在國內關于人類居住環(huán)境的探索主要集中于人居環(huán)境的評價和分析[3-5]。綜合對比來看，對于居住區(qū)空間適宜性評價的研究由于所劃分的評價單元面積較大，評價精度較低、工作效率不高[6]等原因，無法進行較深層次的可視化分析。鑒于此，本文提出將定量空間分析技術引入城市居住適宜性評價，應用AHP建立評價因子指標體系，并利用ArcGIS軟件在空間分析和空間數(shù)據(jù)可視化方面的技術優(yōu)勢，對居住空間適宜性進行定量與定性分析，力求提升城市居住適宜性評價方法的應用性能。

1 研究方法與數(shù)據(jù)準備

1.1 研究方法

本文擬采用AHP與Miller提出的適宜性生態(tài)分析法[7]對大慶市西城區(qū)居住用地適宜性進行評價，并通過因子加權評價得到最終的適宜性評價結果。其主要步驟為：評價因子的選擇、指標體系的建立、因子權重確定、矢量分析、柵格疊加分析和區(qū)域修正及重分類。

1.2 數(shù)據(jù)準備

本文以大慶市西城區(qū)為實例測評，根據(jù)城市居住適宜性指標體系準備評價工作所需的數(shù)據(jù)，包括1∶50 000大慶市西城區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖（2010年）、大慶市交通路網(wǎng)現(xiàn)狀圖（2010年）、大慶市西城區(qū)人口數(shù)據(jù)（2010年）、大慶市綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖（2010～2020年）（源自大慶市國土資源和規(guī)劃局和2011年大慶市年鑒）。

2 研究內容及分析結果

本文使用的待評價區(qū)域的自然經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)包括大慶市西城區(qū)湖泊水域形狀、市政公園、石油礦業(yè)分布、主要道路、醫(yī)院、文體設施等。對這些資料進行綜合分析與整理，從中選出與居住適宜性選址相關的因素作為定量分析備選因子，將各因子導入ArcGIS并以shp文件方式組織圖形與屬性數(shù)據(jù)并配準，得到土地利用現(xiàn)狀如圖1所示。

2.1 指標體系構建原則

根據(jù)鈕心毅、宋小冬的研究，可將城市用地適宜性評價劃分為生活區(qū)的用地適宜性評價和工業(yè)區(qū)的用地適宜性評價兩大類型，包括各自的交通、市政、綠地等。不同類型的用地其評價準則是不同的。城市居住適宜性指標體系是從人類生態(tài)學的角度綜合評價居住環(huán)境的適宜性，應包括自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)3個方面。因此指標選擇時應考慮因子的綜合性、代表性、層次性、合理性以及現(xiàn)勢性[8]。

2.2 指標分析與因子選取

城市居住適宜性指標中所指的環(huán)境既包括了自然環(huán)境，又涵蓋了社會經(jīng)濟環(huán)境[9]。根據(jù)這一目的以及大慶市的環(huán)境特點，最終確定大慶市居住環(huán)境適宜性評價指標包括自然環(huán)境舒適性、人文環(huán)境舒適性、生活方便性、出行便捷度和健康安全性5個方面。根據(jù)評價指標體系的內涵和構建原則，選取一級因子5個，二級因子17個，如圖2所示。

圖1 大慶市西城區(qū)現(xiàn)狀用地圖

圖2 指標體系層次結構

2.3 評價指標權重的確定

本文研究因子的權重確定采用AHP模型，基本原理是比較各因子對目標的相對重要性并構造判斷矩陣，進而計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量。與其他因子權重確定方法相比，該方法更具科學性、層次性、系統(tǒng)性和完整性[10]。其步驟如下：

1）對各因子進行兩兩比較，并構造相應的判斷矩陣，通過專家打分賦予元素（B1，B2，…，Bn）比例標度來確定其在指標體系下的重要性，判斷矩陣標度及其含義見表1。

表1 判斷矩陣標度含義

經(jīng)過專家打分確定得分，并構建判斷矩陣，得到城市居住空間適宜性評價因子的判斷矩陣，如表2所示。

表2 準則層B的判斷矩陣

2）層次排序及一致性檢驗。

由式（1）計算得λmax及其對應的歸一化特征向量W，B為判斷矩陣。將n階的判斷矩陣中各元素按列進行歸一化，再按行進行相加，并除以維數(shù)n，最終得到權重向量W。解算最大特征根λmax，對于n階判斷矩陣而言，當λmax為0時，則判斷矩陣B具有完全一致性；當λmax大于n，且其余特征根接近于0時，則判斷矩陣B具有滿意一致性。為了進一步驗證判斷矩陣的一致性，還需計算一致性指標CI和一致性比例CR，通過yaahp軟件解算參數(shù)如下：

式中，RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，由多次（500次以上）重復進行隨機判斷矩陣特征根計算后取算術平均值得到。根據(jù)龔木森、許樹柏1986年得出的5階判斷矩陣重復計算1 000次的平均隨機一致性指標為RI=1.12，當CR＜0.10時，則認為該判斷矩陣具有滿意一致性，否則需對判斷矩陣進行調整。

由CR=0.051 7＜0.10可知該判斷矩陣B具有滿意一致性。同理可分別求出準則層下各指標因子的權重，再進行一致性檢驗，結果均具有滿意一致性。

3）基于上述計算求得目標層下5大因子的指標權重分別為0．253 3、0．145 0、0．497 6、0．053 4和0．050 6。將評價指標分級和量化，根據(jù)評價因子分析結果和評價指標權重，建立城市居住適宜性評價指標體系，如表3所示。

表3 城市居住適宜性評價指標體系

3 基于GIS的城市居住適宜性實例分析

3.1 基于緩沖區(qū)分析的現(xiàn)狀適宜性

1）在ArcGIS中根據(jù)評價因子分級值，對5大評價因子按評價分級值作多環(huán)緩沖區(qū)分析；在ArcGIS中5大因子相應的緩沖區(qū)圖層中依照表3添加分值字段：自然、生活、人文、交通和安全，并按照距離等級賦值。

2）利用ArcGIS中聯(lián)合分析功能，將5大因子緩沖區(qū)圖層依次導入，并將鏈接屬性選擇為ALL，在新生成的聯(lián)合圖層中添加“評價系數(shù)字段”。其值為“評價系數(shù)=自然+人文+生活+交通+安全”。將聯(lián)合后的圖層通過裁剪功能，提取出居住區(qū)范圍，如圖3所示。

3.2 基于柵格疊加的適宜性分析

1）依據(jù)5大因子分別對相應地物作直線距離分析，并將得到的派生數(shù)據(jù)集均勻重分類為6級。

2）將得到的5大因子直線距離柵格圖通過柵格計算器進行加權疊加：

式中，S為待輸出的評估適宜性等級圖；B1～B5為各因子直線距離等級。

輸出的可視化評估適宜性分級，如圖4所示，居住適宜性與疊加分值呈現(xiàn)正相關，顏色越深的區(qū)域表示得分越高，即居住適宜性越高，顏色越淺則表示適宜性越低。

3.3 結果評述與規(guī)劃指引

從居住用地空間適宜性評價結果來看，本文方法評估得到的居住適宜性分布在中心城區(qū)基本與現(xiàn)有居住區(qū)分布情況相符，但由于石油工礦業(yè)聚集及生態(tài)環(huán)境惡化等問題，這一區(qū)域的居住適宜性普遍不高，而東西部居住生態(tài)適宜性較好的區(qū)域則發(fā)展程度不足，交通與服務性基礎設施不便利；使得大慶市西城區(qū)整體呈現(xiàn)南北向的空間布局過長、東西向則發(fā)展嚴重不足等一系列“重心缺失”的問題。

圖3 現(xiàn)狀居住適宜性

圖4 評估居住適宜性

為提高大慶市居住區(qū)空間適宜性水平，應對現(xiàn)有市區(qū)中心職能進行調整和轉換，對石油加工制造業(yè)外遷的同時，加強發(fā)展財政金融、管理、專業(yè)服務和信息傳播等產(chǎn)業(yè)機構，使大慶市西城區(qū)由工業(yè)中心向服務業(yè)和信息中心轉變。此外，今后發(fā)展中產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和空間布局應考慮居住用地的空間擴展，大力建設以銀浪街道與乘風街道等為首的經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，以此為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的新極核。

4 結 語

適宜居住的區(qū)域體現(xiàn)了以人為本的思想，充分考慮了優(yōu)雅、無污染的環(huán)境，生活的便捷性和文化教育設施的功能性，具有較高的評價分值，符合城市總體規(guī)劃的生態(tài)要求；而污染嚴重、生活設施不配套的區(qū)域居住適宜性則很低。相較于傳統(tǒng)的人工數(shù)學選址方法，利用GIS強大的空間分析功能及友好的人機界面進行操作分析具有無可比擬的優(yōu)勢，大大節(jié)省了操作時間、提高了評價精度，明顯改善了傳統(tǒng)評價方法中對較大評價單元進行分析的技術和時效性缺陷，因此該分析評價結果更為符合城市居住空間適宜性評價指標體系的要求，具有高度的科學性及準確性。

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P208

B

1672-4623（2016）09-0049-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.016

時海川，碩士研究生，研究方向為城市空間信息工程。

2015-07-02。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41401452）。