基于規(guī)則格網(wǎng)的區(qū)域資源環(huán)境承載力測度與綜合評價模型

柴潔，梁建國

(1.重慶市勘測院，重慶 401121； 2.重慶市地理國情監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，重慶 401121)

基于規(guī)則格網(wǎng)的區(qū)域資源環(huán)境承載力測度與綜合評價模型

柴潔1，2*，梁建國1，2

(1.重慶市勘測院，重慶 401121； 2.重慶市地理國情監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，重慶 401121)

基于規(guī)則網(wǎng)格構(gòu)建了承載力定量測度的復(fù)合空間模型，引入德爾斐法和反距離權(quán)重等空間分析手段，形成了區(qū)域資源-環(huán)境、自然-社會經(jīng)濟多要素綜合承載力監(jiān)測評價體系，并在重慶市合川區(qū)開展示范應(yīng)用，綜合運用空間信息挖掘技術(shù)，實現(xiàn)了地理國情普查成果的創(chuàng)新應(yīng)用。

地理國情普查成果；規(guī)則格網(wǎng)；合川區(qū)；承載力測度；綜合評價模型

1 引 言

2015年8月，重慶市順利完成了第一次地理國情普查工作。普查成果信息具有海量、多源、多類型和多時相等特點，如何從普查成果的海量時空數(shù)據(jù)中進一步深入挖掘分析、發(fā)揮其潛在經(jīng)濟社會價值是后續(xù)工作的重點，更是測繪部門實現(xiàn)從生產(chǎn)向生產(chǎn)服務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

為了深入發(fā)揮地理國情普查成果的應(yīng)用價值，整合利用多源多期遙感影像數(shù)據(jù)、行業(yè)部門專題數(shù)據(jù)(國土、水利、交通、能源、旅游、環(huán)保、地質(zhì)等)及社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對多部門、跨行業(yè)的眾源數(shù)據(jù)整合，本文構(gòu)建多要素耦合定量測度的復(fù)合數(shù)學(xué)模型與基于規(guī)則網(wǎng)格的承載力要素空間模型，形成涵蓋資源環(huán)境自然和社會經(jīng)濟多要素的區(qū)域資源環(huán)境綜合承載力的全要素監(jiān)測模型與評價系統(tǒng)，為輔助規(guī)劃決策、開發(fā)建設(shè)和風(fēng)險規(guī)避服務(wù)，保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

2 綜合評價模型構(gòu)建

資源環(huán)境承載力的評價是一個非常復(fù)雜的過程，而指標(biāo)體系的研究是它的核心問題[1]。由于城市發(fā)展資源環(huán)境承載力所涉及的因子更為多樣化，研究的對象已經(jīng)從單一要素向復(fù)合要素綜合評價分析發(fā)展。但由于區(qū)域資源環(huán)境的稟賦和開發(fā)的特色不同，使得對資源環(huán)境承載力定義界定不一致，因此尚未建立一套普適性的、統(tǒng)一的理論方法[2]。本研究旨在利用地理國情普查成果探索一套可操作性強的區(qū)域資源環(huán)境承載力監(jiān)測評價體系與方法流程，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

2.1 指標(biāo)體系

為了資源環(huán)境承載力的動態(tài)監(jiān)測與評價的開展更加全面、科學(xué)[3]，在系統(tǒng)剖析資源環(huán)境承載力的內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，依據(jù)《HJ 130-2014<規(guī)劃環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 總綱>》，《HJ/T2.1-93<環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 總綱>》、《HJ 192-2015<生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范>》綜合分析、選取區(qū)域資源環(huán)境承載力的主導(dǎo)要素，進而確定分層監(jiān)測類別，同時細分指標(biāo)項，進一步明確重點監(jiān)測對象和具體監(jiān)測指標(biāo)，如表1所示。

資源環(huán)境承載力重點監(jiān)測對象篩選和具體監(jiān)測指標(biāo) 表1

2.2 計算模型的建立

(1)

n：第n項指標(biāo)，Xi：該指標(biāo)覆蓋度(分布面積/區(qū)域總面積)，Ai：該指標(biāo)歸一化系數(shù)，Wi：該指標(biāo)權(quán)重

各指標(biāo)歸一化處理方法上，以植被為例，進行植被歸一化處理后，使用Modeler下的建模工具對NDVI值進行閾值分割，提取植被區(qū)域。利用Classification下的Signature Editor，選擇一些植被的訓(xùn)練區(qū)，查看訓(xùn)練區(qū)的植被指數(shù)閾值。然后在利用建模工具對歸一化后的結(jié)果進行閾值處理。

權(quán)重分配和空間模型的分析計算方法上，以醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)覆蓋度指標(biāo)為例，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，區(qū)縣市區(qū)服務(wù)半徑在 10 km～15 km；鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的服務(wù)半徑 3 km～5 km；村級醫(yī)療點的服務(wù)半徑 1 km～1.5 km。對區(qū)內(nèi)的醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)分成鎮(zhèn)衛(wèi)生院和村級醫(yī)療點2個級別分別進行計算：鎮(zhèn)衛(wèi)生院覆蓋度按距離鎮(zhèn)衛(wèi)生院3 000 m、4 000 m、5 000 m距離計算鄰近區(qū)，產(chǎn)生間距為 1 000 m的多重等值距離的鄰近區(qū)多邊形，共3重；村級醫(yī)療點覆蓋度按距離中學(xué) 1 000 m、1 500 m、2000 m距離計算鄰近區(qū)，產(chǎn)生間距為 500 m的多重等值距離的鄰近區(qū)多邊形，共3重，重疊進行消除和融合，計算鄰近區(qū)的面積，進行反距離權(quán)重打分，如圖2所示。

圖2 核密度制圖、反距離權(quán)重差值、多重等值距離臨近區(qū)計算示意圖

3 合川區(qū)模型應(yīng)用實例分析

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括以下專題資料數(shù)據(jù)：重慶市第一次地理國情普查成果-合川區(qū)地表覆蓋及國情要素地理單元成果、普查標(biāo)準時點核準影像、DOM和DEM數(shù)據(jù)；礦產(chǎn)、地質(zhì)空間數(shù)據(jù)、水文圖數(shù)據(jù)庫；水質(zhì)、空氣、綠化等各種環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)；其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計信息網(wǎng)的數(shù)據(jù)等。

3.2 基本統(tǒng)計單元劃分

由于各指標(biāo)在空間分布上具有連續(xù)性和漸變性的特點，考慮到原始數(shù)據(jù)的空間分辨率和研究區(qū)域的面積，對試驗區(qū)進行網(wǎng)格單元劃分，以500 m×500 m作為基本統(tǒng)計分析單元。

3.3 單要素承載力監(jiān)測

將各類監(jiān)測要素，建立GIS矢量文件，利用核密度制圖、反距離權(quán)重差值、距離制圖、柵格計算、多重等值距離鄰近區(qū)計算等空間分析法和cell statistic進行像元統(tǒng)計，將各類指標(biāo)歸算到網(wǎng)格單元，對各網(wǎng)格單元內(nèi)的各項指標(biāo)進行標(biāo)準化、歸一化處理后，通過設(shè)定指標(biāo)權(quán)重、建立數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)各網(wǎng)格內(nèi)的承載力大小的定量測算，進而制作區(qū)域資源環(huán)境承載力等級分布圖。

(1)自然資源承載力要素

將耕地、園地、林地、草地、旅游、礦產(chǎn)等自然資源指標(biāo)綜合分析得到土地資源、水資源、旅游、礦產(chǎn)資源覆蓋度如圖3～圖6所示。

圖3 土地資源覆蓋度 圖4 水資源覆蓋度

圖5 旅游資源覆蓋度 圖6 礦產(chǎn)資源覆蓋度

(2)社會經(jīng)濟資源承載力要素

建設(shè)用地覆蓋度、水網(wǎng)密度、路網(wǎng)密度如圖7～圖9所示。

圖7 建設(shè)用地覆蓋度 圖8 水網(wǎng)密度

圖9 路網(wǎng)密度

醫(yī)療、教育資源覆蓋度如圖10、圖11所示。

圖10 醫(yī)療資源覆蓋度 圖11 教育資源覆蓋度

(3)自然環(huán)境承載力要素

水質(zhì)情況：如飲用水水質(zhì)和河流水質(zhì)檢測結(jié)果表2所示。

飲用水水質(zhì)和河流水質(zhì)檢測結(jié)果 表2

空氣質(zhì)量達標(biāo)率：評價區(qū)域空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)占全年監(jiān)測總天數(shù)的比例，評價標(biāo)準執(zhí)行GB3095。環(huán)境空氣監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

主要大氣污染物濃度及優(yōu)良天數(shù) 表3

合川區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、地質(zhì)災(zāi)害防治分區(qū)、石漠化程度分區(qū)如圖12～圖14所示。

圖12 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)覆蓋度 圖13 地質(zhì)災(zāi)害防治覆蓋度

圖14 石漠化覆蓋度

聲環(huán)境質(zhì)量：交通干線噪聲平均值指交通干線各路段監(jiān)測結(jié)果，按其路段長度加權(quán)的等效聲級的平均值；環(huán)境噪聲平均值指環(huán)境噪聲網(wǎng)格監(jiān)測的等效聲級算術(shù)平均值。兩個指標(biāo)綜合反映城市聲環(huán)境質(zhì)量狀況，評價標(biāo)準執(zhí)行GB3069，監(jiān)測結(jié)果如表4所示，城區(qū)聲功能區(qū)劃噪聲監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果如表5所示。

區(qū)域環(huán)境噪聲和道路交通噪聲監(jiān)測結(jié)果 表4

功能區(qū)噪聲監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果 表5

(4)社會經(jīng)濟環(huán)境承載力要素

恩格爾系數(shù)：根據(jù)2014年合川區(qū)統(tǒng)計公報，城鎮(zhèn)地區(qū)恩格爾系數(shù)為33.8%，農(nóng)村地區(qū)恩格爾系數(shù)為43.7%(我國2014年城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)36%，農(nóng)村居民恩格爾系數(shù)40%)。

綠化覆蓋度、人口密度計算結(jié)果如圖15～圖16所示。

圖15 綠化覆蓋度 圖16 人口密度

單位地區(qū)生產(chǎn)總值：合川區(qū)域劃分為“一心”(即主城核心區(qū))，“兩區(qū)”(即城市拓展區(qū)、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū))，“一走廊”(即華鎣山工業(yè)經(jīng)濟走廊，即合川東部經(jīng)濟走廊)?！耙恍摹惫I(yè)經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展，完成工業(yè)總產(chǎn)值220.69億元；“兩區(qū)”完成工業(yè)總產(chǎn)值146.76億元；“一走廊”工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展快速，完成工業(yè)總產(chǎn)值184.43億元。

單位地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)總值：工業(yè)總產(chǎn)值達 1 008億元；其中規(guī)模以上工業(yè)實現(xiàn)總產(chǎn)值551.87億元、增加值154.40億元；完成工業(yè)投資197.60億元。

3.4 復(fù)合承載力評價

對表1監(jiān)測指標(biāo)中的具體操作指標(biāo)首先分別利用單模型進行要素計算，再基于德爾斐法和反距離權(quán)重等空間分析手段再建立一個復(fù)合型的承載力多層指標(biāo)分級量化的空間模型[4]，如表6所示。

區(qū)域資源環(huán)境承載力綜合評價模型 表6

續(xù)表6

續(xù)表6

(1)資源承載力

將自然資源和社會經(jīng)濟資源承載力綜合分析得到資源承載力，如圖17～圖19所示。

(2)環(huán)境承載力

將自然環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境承載力綜合分析得到環(huán)境承載力，如圖20～圖22所示。

(3)資源環(huán)境承載力

將利用式(1)建立的復(fù)合數(shù)學(xué)模型與上述分級量化的空間模型相耦合，最后進行多要素指標(biāo)的耦合測度[5]，實現(xiàn)全要素的綜合分析評價，得到合川區(qū)資源環(huán)境綜合承載力等級分布圖如圖23所示。

圖17 自然資源承載力 圖18 社會經(jīng)濟資源承載力 圖19 資源承載力

圖20 自然環(huán)境承載力 圖21 社會經(jīng)濟環(huán)境承載力 圖22 環(huán)境承載力 圖23 資源環(huán)境綜合承載力等級分布圖

4 綜合分析及結(jié)論

4.1 綜合分析

從評價結(jié)果可知：合川區(qū)資源環(huán)境較高承載力的地區(qū)面積占8%，在南津街街道、合陽城街道、鹽井街道和三匯鎮(zhèn)分布較為集中，在大石街道也有分布，在其余地區(qū)零星分布；中等承載力分布的地區(qū)占41%，在云門街道、草街街道、大石街道、釣魚城街道、龍鳳鎮(zhèn)、銅溪鎮(zhèn)、渭沱鎮(zhèn)、官渡鎮(zhèn)、淶灘鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；低承載力分布的地區(qū)占40%，其中龍市鎮(zhèn)、香龍鎮(zhèn)等分布較多；弱承載力分布的地區(qū)占11%，在肖家鎮(zhèn)、太和鎮(zhèn)、二郎鎮(zhèn)其余各鎮(zhèn)均有零星分布。

合川中部城區(qū)釣魚城街道、南津街街道、合陽城街道及大石街道、鹽井街道一帶，多為平原地區(qū)，地勢開闊，地質(zhì)條件好，礦產(chǎn)資源多，綜合承載力較高；東南部一帶多為山區(qū)，植被覆蓋度高，人口稀疏，經(jīng)濟欠發(fā)達，資源較豐富，綜合承載力也較高；而合川區(qū)的華鎣山區(qū)、公路G212、S208沿線，遂渝、襄渝鐵路沿線及嘉陵江、涪江、渠江的岸坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、華鎣山南段滑坡崩塌地裂縫防治區(qū)、合川釣魚城風(fēng)景區(qū)重點防治段至石門水庫一帶、釣魚城至官渡鎮(zhèn)一帶，生態(tài)敏感性高；城區(qū)范圍各街道和部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口較集中，經(jīng)濟較發(fā)達，存在資源開采力度大和環(huán)境破壞，應(yīng)綜合開發(fā)、提高綜合承載力。4.2 結(jié)論

本文基于地理國情普查成果和規(guī)則格網(wǎng)計算的方法開展區(qū)域資源環(huán)境綜合承載力監(jiān)測與評價，為測繪地理信息、環(huán)境保護、資源綜合利用等行業(yè)交叉領(lǐng)域提供了一種新的思路和技術(shù)手段。

(1)建立了基于規(guī)則網(wǎng)格的資源環(huán)境承載力監(jiān)測評價空間模型，以公里格網(wǎng)作為區(qū)域資源環(huán)境承載力分析的最小粒度，克服了目前的定量研究多是以行政區(qū)劃為尺度的突變性，更好地體現(xiàn)其空間分布上的連續(xù)和漸變性。

(2)綜合運用空間信息挖掘技術(shù)實現(xiàn)了地理國情普查成果的創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)了多行業(yè)跨部門的眾源數(shù)據(jù)的海量空間與非空間信息的整合利用。

(3)基于德爾斐法和反距離權(quán)重等空間分析手段，解決了多要素指標(biāo)無量綱歸一化的難題，實現(xiàn)了多要素復(fù)合計算。

(4)引入GIS空間評價法改進承載力傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)評價模型，改進了常規(guī)統(tǒng)計方法的局限性，準確、細微地展現(xiàn)了承載力的空間差異分布，克服了傳統(tǒng)研究成果多為表格、數(shù)字、文字的局限性。

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Quantitative Measurement and Comprehensive Evaluation Model of Regional Resources and Environmental Capacity Based on Regular Grid

Chai Jie1，2，Liang Jianguo1，2

(1.Chongqing Survey Institute，Chongqing 401121，China； 2.Chongqing Geographic National Condition Monitoring Engineering Research Center，Chongqing 401121，China)

Based on the regular grid to construct a complex space model of carrying capacity ，adopt the Delphi method and inverse distance weighted spatial analysis method to form a regional environment-resources and natural-social economy multi factors of comprehensive carrying capacity monitoring and evaluation system，and carry out the demonstration application in Hechuan，comprehensively use spatial information mining technology ，to achieve the innovative applications based on Geographic National Census results.

geographic conditions survey results；regular grid；Hechuan county；capacity measurement；comprehensive evaluation model

1672-8262(2017)02-30-07

P208.2

A

2016—10—11

柴潔(1988—)，女，碩士，工程師，研究方向為遙感影像處理及GIS應(yīng)用。 通訊作者：梁建國(1970—)，男，碩士，重慶市工程勘察設(shè)計大師，正高職高級工程師,研究方向為攝影測量及GIS應(yīng)用。 基金項目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項目(2015-K8-009)