基于GIS的應(yīng)急避難場(chǎng)所空間布局及可達(dá)性研究

摘" 要：應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)是城市公共安全的重要組成部分，直接影響居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。結(jié)合可達(dá)性相關(guān)理論，基于高空間分辨率的人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)，采用核密度分析、網(wǎng)絡(luò)分析法和高斯兩步移動(dòng)搜索法，探究大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間分布特征。結(jié)果表明，大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所總體分布不均衡，數(shù)量和規(guī)模都不足以滿足當(dāng)前人群的緊急避難需要；各區(qū)避難資源空間差異顯著，東南部地區(qū)資源豐富，中部及西部區(qū)域避難空間不足，尤其是甘井子區(qū)西部，今后對(duì)應(yīng)急避難場(chǎng)所布局進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化時(shí)可著重考慮。

關(guān)鍵詞：可達(dá)性；應(yīng)急避難場(chǎng)所；空間分布；高斯兩步移動(dòng)搜索法；大連

中圖分類號(hào)：TU984.116" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）16-0110-04

Abstract： Emergency shelter service is an important part of urban public safety， which directly affects the life and property safety of residents. According to the accessibility theory， based on the high spatial resolution population grid data， the spatial distribution characteristics of emergency shelters in the main urban area of Dalian are explored by using kernel density analysis， network analysis and Gaussian two-step mobile search method. The results show that， The overall distribution of emergency shelters in the main urban area of Dalian is uneven， and the number and scale are not enough to meet the emergency refuge needs of the current population. The spatial difference of refuge resources in different regions is significant， the southeast region is rich in resources， and the central and western regions are insufficient， especially in the west of Ganjingzi District， which can be taken into account when adjusting and optimizing the layout of emergency shelters in the future.

Keywords： accessibility; emergency shelter; spatial distribution; Gaussian two-step mobile search method; Dalian

近年來，我國(guó)接連發(fā)生地震、火災(zāi)、爆炸等突發(fā)公共安全事故，對(duì)城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。應(yīng)急避難場(chǎng)所是指在發(fā)生突發(fā)性災(zāi)害時(shí)，能夠應(yīng)對(duì)人員疏散，保障災(zāi)時(shí)居民基本生活的一項(xiàng)重要公共服務(wù)設(shè)施[1]。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市人口不斷增長(zhǎng)，合理規(guī)劃應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間布局問題具有重要意義。

目前在應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間布局相關(guān)研究中，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者主要運(yùn)用指標(biāo)統(tǒng)計(jì)法[2-3]、改進(jìn)潛能模型法[4]、網(wǎng)絡(luò)分析法[5]、核密度分析法[6]、高斯兩步移動(dòng)搜索法[7-9]等方法從可達(dá)性角度對(duì)應(yīng)急避難場(chǎng)所布局進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。核密度分析能夠以可視化的形式反映要素空間分布特征，網(wǎng)絡(luò)分析法基于實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)確定應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)區(qū)，這2種方法能夠從宏觀視角來量化避難場(chǎng)所的空間服務(wù)能力。而高斯兩步移動(dòng)搜索法綜合考慮供給與需求之間的關(guān)系，且不受行政邊界影響，是適合應(yīng)急避難場(chǎng)所可達(dá)性研究的有效方法之一[10]。

因此，本文以大連市主城區(qū)為研究區(qū)，基于高空間分辨率的人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用核密度分析法、網(wǎng)絡(luò)分析法以及高斯兩步移動(dòng)搜索法來分析大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間布局及可達(dá)性，以期為應(yīng)急避難場(chǎng)所合理規(guī)劃提供科學(xué)參考。

1" 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1" 研究區(qū)概況

大連市位于遼東半島南端，是國(guó)家14個(gè)沿海開放城市之一。本文研究區(qū)域?yàn)樯澈涌趨^(qū)、西崗區(qū)、中山區(qū)以及甘井子區(qū)組成的主城區(qū)，面積為550.27 km2，共有33個(gè)街道，常住人口約為221萬人，人口密度高達(dá)2 291人/km2。截至2020年，大連市主城區(qū)已建成應(yīng)急避難場(chǎng)所242個(gè)，大規(guī)模的避難場(chǎng)所主要位于沙河口區(qū)和中山區(qū)。

1.2" 數(shù)據(jù)來源

應(yīng)急避難場(chǎng)所點(diǎn)位數(shù)據(jù)根據(jù)遼寧省應(yīng)急管理廳和大連市應(yīng)急管理局提供的相關(guān)資料，經(jīng)整理得到應(yīng)急避難場(chǎng)所的等級(jí)規(guī)模和地理位置信息，利用高德地圖坐標(biāo)拾取器獲取地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)并加以校正。道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來自O(shè)penStreetMap網(wǎng)站，經(jīng)過校正獲得。利用ArcGIS 軟件將大連市主城區(qū)劃分為300×300 m的網(wǎng)格，將網(wǎng)格中心作為人口需求點(diǎn)，從WorldPop數(shù)據(jù)集獲取大連市主城區(qū)100×100 m的人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)《大連市統(tǒng)計(jì)年鑒2020》中各區(qū)常住人口數(shù)據(jù)對(duì)人口格網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，基于城市網(wǎng)格尺度計(jì)算應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間可達(dá)性。

2" 研究方法

2.1" 核密度分析

本研究采用ArcGIS10.6軟件中的平均最近鄰工具對(duì)應(yīng)急避難場(chǎng)所點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間特征進(jìn)行測(cè)度，通過核密度估計(jì)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急避難場(chǎng)所集聚特征在空間上的可視化。

2.2" 高斯兩步移動(dòng)搜索法

高斯兩步移動(dòng)搜索法是兩步移動(dòng)搜索法所有改進(jìn)中使用最廣泛的范圍估計(jì)模型之一，被廣泛應(yīng)用于各類公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性的計(jì)算。具體步驟如下：

第一步，對(duì)應(yīng)急避難場(chǎng)所供給點(diǎn)j，設(shè)定服務(wù)閾值d0，基于OD成本矩陣確定一個(gè)空間搜索域，搜索在j的服務(wù)閾值d0范圍內(nèi)的所有的人口格網(wǎng)，利用高斯方程對(duì)各需求點(diǎn)人口加權(quán)求和，計(jì)算應(yīng)急避難場(chǎng)所的供需比Rj

式中：dkj是位置k和j之間的出行距離；Dk為服務(wù)閾值內(nèi)（即dkj？燮d0）的每個(gè)人口格網(wǎng)k的人口數(shù)；Sj為應(yīng)急避難場(chǎng)所j的面積； G（dij）為納入距離衰減函數(shù)的高斯方程，其計(jì)算公式如下

第二步，對(duì)每一個(gè)需求點(diǎn)i，搜索在服務(wù)閾值d0范圍內(nèi)的所有的應(yīng)急避難場(chǎng)所j。利用高斯方程，對(duì)搜索范圍內(nèi)的應(yīng)急避難場(chǎng)所的供需比Rj加權(quán)求和，計(jì)算得到應(yīng)急避難場(chǎng)所的可達(dá)性，計(jì)算公式為

傳統(tǒng)的高斯兩步移動(dòng)搜索法是基于需求點(diǎn)與供給點(diǎn)間的直線距離來確定空間搜索域，而OD成本矩陣是基于道路網(wǎng)絡(luò)模型，將人口需求點(diǎn)作為起始點(diǎn)，以應(yīng)急避難場(chǎng)所為終點(diǎn)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析法指定搜索的最大距離來查找最小成本路徑，屬性中存儲(chǔ)的數(shù)值表示網(wǎng)絡(luò)距離，更能反映可達(dá)性的內(nèi)涵。

參考大多數(shù)公共設(shè)施適宜的服務(wù)半徑和我國(guó)各城市建立的15 min生活圈規(guī)劃，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，受災(zāi)人員應(yīng)在15 min內(nèi)抵達(dá)應(yīng)急避難場(chǎng)所，根據(jù)災(zāi)情的不同以及受災(zāi)人群的不同，在本次研究中，以500 m為間隔，將搜索閾值分為3級(jí)，分別為500、1 000、1 500 m。

高斯兩步移動(dòng)搜索方法的分析結(jié)果是被賦予在格網(wǎng)中心點(diǎn)上，為了得到大連市主城區(qū)其他地點(diǎn)的應(yīng)急避難場(chǎng)所可達(dá)性，采用克里金插值對(duì)格網(wǎng)中心點(diǎn)以外的位置進(jìn)行可達(dá)性估計(jì)。

3" 大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所空間布局分析

3.1" "應(yīng)急避難場(chǎng)所核密度分析

利用ArcGIS10.6軟件中的平均最近鄰工具對(duì)大連市應(yīng)急避難場(chǎng)所空間格局情況進(jìn)行分析，計(jì)算得到最鄰近比率R=0.61，小于1，說明了應(yīng)急避難場(chǎng)所在空間上不是隨機(jī)分布的，并且存在顯著的集聚特征。

通過核密度分析結(jié)果可以看出，大連市應(yīng)急避難場(chǎng)所總體上呈現(xiàn)出單中心集聚連片帶狀的分布格局（圖1），核密度高值區(qū)主要位于沙河口區(qū)和西崗區(qū)交界一帶，而核密度低值區(qū)主要分布在西部和北部地區(qū)，遠(yuǎn)離市中心。

3.2" 應(yīng)急避難場(chǎng)所可達(dá)性分析

將得到的克里金空間插值結(jié)果進(jìn)行重分類，計(jì)算得出的結(jié)果分為不可達(dá)、低、較低、一般、較高和高可達(dá)性6類。由圖2、表1可知，隨著服務(wù)半徑的增加，應(yīng)急避難場(chǎng)所不可達(dá)、低可達(dá)、較低可達(dá)區(qū)域在不斷減小。在服務(wù)半徑為500 m時(shí)，主城區(qū)大部分處于不可達(dá)區(qū)域，其包含了大連市主城區(qū)86.80%的人口。在服務(wù)半徑增加到1 000 m時(shí)，不可達(dá)范圍明顯減少，可達(dá)人口占總?cè)丝诘?1.32%。在服務(wù)半徑增加到1 500 m時(shí)，可達(dá)人口數(shù)所占比例有了明顯提高。但同時(shí)，隨著服務(wù)半徑的擴(kuò)大，進(jìn)入避難搜索域的人口數(shù)量會(huì)越來越多，當(dāng)供給量較小時(shí)，供需比就會(huì)下降，從而造成避難場(chǎng)所的高可達(dá)、較高可達(dá)、一般可達(dá)區(qū)域也在不斷降低。因此1 000 m的服務(wù)半徑對(duì)于大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所來說是一個(gè)較適宜的服務(wù)半徑。

3.3" 應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)能力分析

根據(jù)可達(dá)性分析結(jié)果，本研究將基于1 000 m的服務(wù)半徑來統(tǒng)計(jì)大連市主城區(qū)各區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所的服務(wù)情況（表2）。其中，中山區(qū)服務(wù)人口比高達(dá)57.72%，但其空間服務(wù)面積較小且服務(wù)重疊范圍較高，過度集中于中山區(qū)西部和北部，而東南部人口格網(wǎng)大部分處于不可達(dá)性和低可達(dá)性，利用效率低，存在設(shè)施資源浪費(fèi)的情況。西崗區(qū)應(yīng)急避難服務(wù)人口比最高，服務(wù)覆蓋率達(dá)到了52.84%，該區(qū)的邊緣區(qū)域可享受到沙河口區(qū)和中山區(qū)部分應(yīng)急避難場(chǎng)所的服務(wù)，能夠基本滿足居民避難需求。沙河口區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)數(shù)量多，分布較均勻，且有星海廣場(chǎng)和富國(guó)公園兩個(gè)大規(guī)模的避難場(chǎng)所，有充足的資源為大量的人口提供應(yīng)急避難服務(wù)，但服務(wù)人口比較低，出現(xiàn)服務(wù)能力在空間分配上的不均衡情況。甘井子區(qū)的避難場(chǎng)所建設(shè)情況較差，其服務(wù)人口比不到10%，服務(wù)范圍之間還存在較大的空白，區(qū)域內(nèi)大部分人口享受不到應(yīng)急避難服務(wù)?？傮w來看，應(yīng)急避難服務(wù)面積僅占主城區(qū)面積的11.03％，服務(wù)人口占主城區(qū)常住人口的32.35％，服務(wù)能力較低。除甘井子區(qū)服務(wù)重疊率較低以外，其他各區(qū)域均存在避難場(chǎng)所密集，服務(wù)區(qū)域大面積重疊的現(xiàn)象，這不利于資源的合理利用。

4" 結(jié)論

本文在實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用核密度分析、網(wǎng)絡(luò)分析法和高斯兩步移動(dòng)搜索方法，對(duì)大連市主城區(qū)應(yīng)急避難場(chǎng)所的空間布局及可達(dá)性進(jìn)行了合理分析，對(duì)今后布局優(yōu)化有一定的參考作用，但也存在一些不足。實(shí)際上，不同的社會(huì)群體對(duì)避難場(chǎng)所的需求分布也是不同的；而避難場(chǎng)所的空曠程度、安全性、居民對(duì)避難場(chǎng)所的熟知程度等因素也會(huì)對(duì)避難場(chǎng)所的選擇有影響，這些是以后需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

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