基于兩步移動搜尋法的居民應(yīng)急避難場所可達(dá)性分析
——以北京西部城區(qū)為例

聶 麗，王艷慧

(首都師范大學(xué) 三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點實驗室，北京 100048)

0 引 言

城市是人類文明的重要組成部分，而任何一種突發(fā)災(zāi)害都會給城市造成巨大損失，并危害到居民的正常生活。隨著社會發(fā)展，城市防災(zāi)減災(zāi)已經(jīng)成為城市安全研究的重要內(nèi)容，城市應(yīng)急避難場所作為災(zāi)民安置與救助的重要載體，其規(guī)劃及建設(shè)是城市減災(zāi)的一個有利途徑，同時也是保證城市安全的重要手段。尤其對北京而言，它是我國防災(zāi)減災(zāi)重點設(shè)防城市，也是世界上3個歷史上曾遭受過八級以上地震災(zāi)害的國家首都之一，從可達(dá)性角度研究其應(yīng)急避難場所布局的合理性具有非常重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。

可達(dá)性一般指使用某種交通系統(tǒng)從某指定點位到活動點的便利程度，即通過最少的付出，獲取盡可能多的資源和服務(wù)[1]。它是城市形態(tài)研究中的一個重要和基礎(chǔ)指標(biāo)，可以反映某地具有滿足一定人群對某特定活動需求的潛力，與城市的交通系統(tǒng)和用地功能緊密相關(guān)。在可達(dá)性研究中，某一活動點的可達(dá)性越高，它就與能夠提供更好、更多活動機(jī)會的場所距離越近，自身便具有聚集更多來往活動的潛力?？臻g可達(dá)性評價方法能夠識別出公共服務(wù)的稀缺區(qū)域, 是衡量公共服務(wù)設(shè)施布局空間公平性的有效途徑[2]。多年來，國內(nèi)外不同學(xué)者從不同角度采用平均距離法、累計機(jī)會法、兩步移動搜尋法等對可達(dá)性評價方法及其應(yīng)用進(jìn)行了研究[2-5]。其中，由Radke等(2000)提出、 Luo等[6-7](2003)改進(jìn)的兩步移動搜尋法（Two-step floating catchment area method, 2SFCA）由于綜合考慮了設(shè)施的供給規(guī)模、需求規(guī)模和供需之間的距離關(guān)系對可達(dá)性的影響，在醫(yī)療設(shè)施[5,8-9]、教育[10]、綠地[11]等領(lǐng)域的可達(dá)性評價中獲得了廣泛應(yīng)用。近來已有應(yīng)急避難場所空間可達(dá)性的案例研究[12-14]，但針對北京的研究還相對較少。而海淀、豐臺、石景山3個西部城區(qū)同屬北京市城市功能拓展區(qū)，按規(guī)劃這些區(qū)在經(jīng)歷新建、重新配置應(yīng)急避難場所后應(yīng)基本能夠滿足人口需要。

因此，本文以北京市海淀、豐臺、石景山3個西部城區(qū)為研究單元區(qū)，研究城區(qū)街道對應(yīng)急避難場所的可達(dá)性，并判別出應(yīng)急服務(wù)稀缺地區(qū)，通過分析應(yīng)急服務(wù)能力對避難場所的空間布局優(yōu)化及未來建設(shè)提出建議。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

北京市位于華北平原西北邊緣，國土面積16410.54km2，共轄16個城區(qū)，常住人口2 170.5萬，如圖1所示。海淀區(qū)位于北京城區(qū)西北部，區(qū)域面積430.77km2，約占北京市總面積的2.6%，常住人口369.4萬人，全區(qū)共轄22個街道、7個鎮(zhèn)（地區(qū)辦事處）。豐臺區(qū)位于北京市西南部，轄區(qū)面積305.53km2，常住人口232.4萬人，共轄14個街道、2個地區(qū)、2個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)。石景山位于北京西部，是傳統(tǒng)的重工業(yè)區(qū)，全區(qū)總面積84.38 km2，下轄9個街道（社區(qū)）。

本文所用數(shù)據(jù)源包括以下4部分：國家1:250000國際基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃地圖（海淀區(qū)民政信息網(wǎng)、行政區(qū)劃網(wǎng)）；研究區(qū)面積、人口數(shù)據(jù)（研究區(qū)區(qū)人民政府網(wǎng)站、2010年第六次人口普查）；街道數(shù)據(jù)（含建制鎮(zhèn)、建制鄉(xiāng)），共59個街道的人口、面積數(shù)據(jù)；應(yīng)急避難場所數(shù)據(jù)，包含場所面積及疏散人數(shù)（北京地震局，http://yjbncs.bjyj.gov.cn/）。

圖1 研究區(qū)及應(yīng)急避難場所分布圖Fig. 1 Overview of study area and emergency shelters

2 研究方法

兩步移動搜尋法以一個行政管轄單元為研究區(qū)域（通常指市域或縣域），研究該區(qū)域一定閾值范圍內(nèi)供給雙方的相互作用關(guān)系。首先以各個供給地為中心，搜尋一定閾值范圍內(nèi)的需求點，把供給和需求的比例定義為各個供給地的服務(wù)能力。然后以各需求點為中心，搜尋一定閾值范圍內(nèi)存在的所有供給點，該閾值范圍內(nèi)供給點提供的服務(wù)能力之和就是該需求點的可達(dá)性[15]。它可以揭示較大區(qū)域（如城市）內(nèi)部避難場所空間分布的特征及差異性，也可以便捷地在ArcGIS環(huán)境下直觀實現(xiàn)。

基于兩步移動搜尋法在應(yīng)急避難場所可達(dá)性研究中的應(yīng)用，一般采用的處理方式是將應(yīng)急避難場所的質(zhì)心點作為供給點進(jìn)行距離測算，但這種測算方法等同于默認(rèn)“只有到達(dá)了避難場所的質(zhì)心才視為抵達(dá)了避難場所”。而在現(xiàn)實生活中，人們并不會以達(dá)到某地質(zhì)心作為到達(dá)該地點的標(biāo)準(zhǔn)，因此將應(yīng)急避難場所的入口作為供給點更接近實際情況。在此背景下，本文基于Luo和Wang（2003）提出的改進(jìn)的兩步移動搜尋法，結(jié)合研究區(qū)的實際情況，利用GIS的空間分析功能實現(xiàn)，具體方法如下：

第一步：設(shè)每個應(yīng)急避難場所的入口j，以距離閾值（do）為半徑建立搜尋域，搜索所有在j距離閾值范圍內(nèi)的街道質(zhì)心（k），搜索出所有范圍內(nèi)的居民常住人口數(shù)據(jù)，用應(yīng)急避難場所的疏散人數(shù)與搜索到的對應(yīng)街道的常住人口數(shù)相除，計算得到供需比Rj（每個應(yīng)急避難場所的服務(wù)能力）：

式中，Sj是應(yīng)急避難場所的疏散人數(shù)即服務(wù)能力，dkj是K、j之間的距離，Dk是搜索范圍內(nèi)的人口數(shù)。假設(shè)應(yīng)急避難場所的各個入口權(quán)重相同，因此在實際操作中，在Sj前乘1000，則Rj的實際意義可理解為場所入口j每千人享有的應(yīng)急避難席位[16]。

第二步：對每個街道質(zhì)心i，以距離閾值（do）為半徑建立搜尋域，搜索在閾值范圍內(nèi)所有能為該街道提供避難服務(wù)的避難場所入口。然后將第一次搜索得到的供需比相加得到Ai，即街道i的可達(dá)性：

式中，Ai即街道i對應(yīng)急避難場所的可達(dá)性，Rj是搜索域街道i（dij≤do）內(nèi)避難場所入口j的供需比。

在實現(xiàn)的過程中，涉及到兩個關(guān)鍵技術(shù)問題：一是對城區(qū)內(nèi)應(yīng)急避難場所、街道人口等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的提??；二是選擇合理閾值。按規(guī)定，長期（固定）避難場所的服務(wù)半徑定為2 000～5 000m，即步行 0.5～1h內(nèi)到達(dá)為宜；用地面積不小于4 000m2以上，人均用地（綜合）面積標(biāo)準(zhǔn)為2.0～3.0m2。按此標(biāo)準(zhǔn)，本文將分析閾值設(shè)置為2 000m、3 000m和5 000m，分析3種閾值情況下可達(dá)性的變化，對研究區(qū)的應(yīng)急避難場所配置的均衡性進(jìn)行評估，分析現(xiàn)有應(yīng)急避難場所的需求與服務(wù)情況，用人均可利用指標(biāo)作為避難場所用地面積分布及是否存在短缺，哪里短缺的評價依據(jù)。

其主要技術(shù)流程圖如圖2所示，ArcGIS10.1實現(xiàn)步驟如下：①對區(qū)行政規(guī)劃圖進(jìn)行配準(zhǔn)，矢量化，確定應(yīng)急避難場所入口位置、提取街道質(zhì)心。②計算應(yīng)急避難場所入口與街道質(zhì)心的距離，提取搜尋域（2000m/3000m/5000m）范圍內(nèi)的選項，形成表（Dist2k/ Dist3k/ Dist5k）。③分別將街道質(zhì)心圖層、應(yīng)急避難場所入口圖層連接到Dist表。④匯總每個場所閾值范圍內(nèi)的人口數(shù)，得到表SumAvl。⑤將應(yīng)急避難場所屬性連接到表SumAvl，在SumAvl中新建字段popR，計算場所人口比。⑥將SumAvl連接到Dist表中，按照人口位置匯總場所人口比并連接到街道圖層中顯示。

圖2 技術(shù)流程圖Fig. 2 Research flow

根據(jù)《北京市地震應(yīng)急避難場所規(guī)劃》，固定避難場所應(yīng)容納區(qū)域總?cè)丝冢ǔＷ∪丝诘龋┑?0%，在研究中可達(dá)性值的實際意義為某一街道擁有的千人避難席位，因此，當(dāng)可達(dá)性值為300時，區(qū)域內(nèi)每千人擁有的避難席位為300，可認(rèn)為街道享有的應(yīng)急避難服務(wù)達(dá)標(biāo)[16]。在實際研究中可達(dá)性值在300～400可被看作是避難服務(wù)的最優(yōu)街道；可達(dá)性值200～300為接近達(dá)標(biāo)段，考慮到實際生活情況認(rèn)為可滿足大部分服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)；而可達(dá)性值大于400則屬于相對富裕。

3 結(jié)果分析

根據(jù)上述方法，分別計算出海淀、豐臺、石景山3個區(qū)2000m，3000m，5000m范圍內(nèi)的居民應(yīng)急避難場所可達(dá)性空間分布及其場所個數(shù)。如圖3～圖5所示，并見表1。

圖3 海淀區(qū)不同服務(wù)半徑應(yīng)急避難場所可達(dá)性圖（a: 2000m; b: 3000m; c: 5000m）Fig. 3 Spatial accessibility to emergency shelters of Haidian district at diあerent service radius （A: 2000m; B: 3000m; C: 5000m）

圖4 豐臺區(qū)不同服務(wù)半徑應(yīng)急避難場所可達(dá)性圖（a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）Fig. 4 Spatial accessibility to emergency shelters of Fengtai district at diあerent service radius （a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）

圖5 石景山區(qū)不同服務(wù)半徑應(yīng)急避難場所可達(dá)性圖（a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）Fig. 5 Spatial accessibility to emergency shelters of Shijingshan district at diあerent service radius （a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）

表1 不同城區(qū)不同服務(wù)半徑內(nèi)應(yīng)急避難場所可達(dá)性統(tǒng)計Tab. 1 Statistic of spatial accessibility of diあerent district at diあerent service radius

從圖3～圖5及表1可以看出，服務(wù)半徑為3000 m時的街道可達(dá)性值在各范圍數(shù)段分布更為平均，在300～400數(shù)段最多，值小于50、大于400的極度欠缺，表明可達(dá)性服務(wù)極度缺乏或服務(wù)相對富裕的街道也較少?？紤]到北京市長期（固定）避難場所的服務(wù)半徑最大為5000 m，在服務(wù)半徑5000 m的可達(dá)性值渲染圖（圖3c、圖4c、圖5c）中仍有一些空白區(qū)域，即在5000 m范圍內(nèi)位于空白區(qū)域的街道依然沒有享受到任何的應(yīng)急避難資源。故可以斷定，在本文研究區(qū)內(nèi)已建成的應(yīng)急避難場所不能滿足區(qū)域內(nèi)街道居民的避難需求。應(yīng)急避難場所分布不均，布局不合理，如海淀街道內(nèi)擁有海淀公園、長春健身園兩個應(yīng)急避難場所，共可容納約25萬人，資源相對富裕，有的街道應(yīng)急避難資源嚴(yán)重匱乏，如與豐臺區(qū)宛平城地區(qū)以西的街道（地區(qū)）距離最近的應(yīng)急避難場所均超過6 km。

根據(jù)可達(dá)性分析結(jié)果，統(tǒng)計3個城區(qū)的城區(qū)面積、避難場所總面積、應(yīng)急避難服務(wù)面積、常住人口、服務(wù)人口、服務(wù)面積與區(qū)域面積比值、服務(wù)人口與區(qū)域人口比值、服務(wù)人口缺口，見表2。3個城區(qū)的服務(wù)人口比均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。從應(yīng)急避難場所建設(shè)情況看是海淀區(qū)最好，共有8個應(yīng)急避難場所，在研究區(qū)內(nèi)避難場所面積、服務(wù)面積、服務(wù)人口也是最多，但由于人口基數(shù)巨大，服務(wù)人口比與標(biāo)準(zhǔn)仍相差很大。盡管石景山只擁有3個避難場所，卻以超過18%的服務(wù)人口比在3個城區(qū)中處于優(yōu)勢地位，且服務(wù)人口的缺口也最少。

表2 城區(qū)應(yīng)急避難場所服務(wù)統(tǒng)計表Tab. 2 Statistic of spatial accessibility of diあerent district

因此，今后研究區(qū)建設(shè)應(yīng)急避難場所的重點不僅在于數(shù)量的增加和規(guī)模的擴(kuò)大，同時還需注意避難場所空間分布的合理性，以及資源的可利用性。妥善解決新大型居住區(qū)周邊的避難用地，完善現(xiàn)有應(yīng)急避難設(shè)施的配置，場所周圍的配套設(shè)施，構(gòu)建安全的、合理的、有層次性的應(yīng)急避難設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語

本文主要探討了基于GIS的兩步移動搜尋法在應(yīng)急避難場所可達(dá)性評價中的應(yīng)用。以避難場所入口為供給點，以研究區(qū)每單個城區(qū)街道內(nèi)的常住人口作為普查單元的人口數(shù)據(jù)，通過兩步移動搜尋法對北京市海淀、石景山、豐臺3個城區(qū)應(yīng)急避難場所的可達(dá)性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示海淀、豐臺、石景山3個城區(qū)均處于較低的應(yīng)急避難服務(wù)水平，并通過統(tǒng)計、分析可達(dá)性值分布判別出研究區(qū)中應(yīng)急服務(wù)稀缺地區(qū)。同時對避難場所的空間布局優(yōu)化及未來建設(shè)提出了建議。但本文僅進(jìn)行了研究區(qū)內(nèi)部應(yīng)急避難場所的可達(dá)性分析，沒有考慮到臨近城區(qū)的街道與避難場所可跨越市轄區(qū)邊界（如西城區(qū)與海淀區(qū)的相鄰部分）間的潛在相互作用。另外，本文僅選擇將避難場所的一個入口作為供給點，但很多避難場所可能擁有不止一個入口，實際生活中居民會選擇最近的入口進(jìn)入避難場所，因此默認(rèn)單個入口就會在一定程度上增加了居民的移動距離，增加了誤差。這些都將是本文未來進(jìn)一步研究的方向。