GIS空間分析技術(shù)在創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市中的應(yīng)用

彭紫荊　胡紅兵

摘要：根據(jù)國(guó)家創(chuàng)建衛(wèi)生城市的一系列標(biāo)準(zhǔn)和黃州區(qū)內(nèi)部各具體要素的空間分布狀況和屬性特征，利用GIS空間分析方法對(duì)各要素進(jìn)行分析歸類，并結(jié)合地理事物相互之間的關(guān)系對(duì)任務(wù)難易程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。最終使黃州區(qū)在整個(gè)創(chuàng)建衛(wèi)生城市的過(guò)程中有準(zhǔn)確的方向性把握，也使GIS的應(yīng)用進(jìn)一步得到推廣。

關(guān)鍵詞：GIS；空間分析；創(chuàng)建衛(wèi)生城市；黃州區(qū)

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）18-3545-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.18.039

Abstract： According to a series of standards of the national healthy cities and Huangzhou district within the characteristics of spatial distribution and properties of concrete， using GIS spatial analysis method of each element is analyzed and classified，and combined with the geographic relationship， the degree of difficulty of task is analyzed. Eventually the Huangzhou district in the entire process of creating healthy cities assured in the exact direction， and made GIS application of further promotion.

Key words： GIS； spatial analysis； healthy city； Huangzhou district

國(guó)家衛(wèi)生城市是由全國(guó)愛國(guó)衛(wèi)生運(yùn)動(dòng)委員會(huì)評(píng)選命名的國(guó)家級(jí)衛(wèi)生優(yōu)秀城市，是全國(guó)重要的城市品牌之一。創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市，對(duì)于提升城市品位，改善市民生活環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展，具有十分重要的意義和作用。而創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市是一項(xiàng)全面精細(xì)，同時(shí)要耗費(fèi)的人力、物力、財(cái)力的工程，更重要的是需要?jiǎng)訂T廣大市民一起參與。因此做好全面的規(guī)劃和精準(zhǔn)的分析顯得尤為重要。隨著科技的進(jìn)步，地理信息系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)是一種決策支持系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的分析功能，空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱，是GIS的核心功能之一，對(duì)地理信息系統(tǒng)（特別是隱含信息）的提取、表現(xiàn)和傳輸功能，是地理信息系統(tǒng)區(qū)別于一般信息系統(tǒng)的主要特征。GIS空間分析的基本功能，包括空間查詢與量算、緩沖區(qū)分析、疊加分析、路徑分析、空間插值、統(tǒng)計(jì)分析分類等[1]。在創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市的過(guò)程，具有很明顯的空間特性，要處理許多不同性質(zhì)和不同特點(diǎn)的問(wèn)題，其涉及環(huán)境、人口、交通道路、教育、旅游等整個(gè)市容環(huán)境的治理和監(jiān)管。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理有利于將數(shù)據(jù)細(xì)化和歸并到系統(tǒng)中，進(jìn)行總體的評(píng)價(jià)與全面的分析，對(duì)整個(gè)工作有一個(gè)方向性的把握。

1 研究區(qū)概況

黃州區(qū)位于湖北省東部，大別山南麓，長(zhǎng)江中游北岸，東連浠水，北接團(tuán)風(fēng)，西南與鄂州隔江相望，地跨東經(jīng)114°50′-114°50′，北緯30°25′-30°29′。先后被授予全國(guó)歷史文化名城、中國(guó)民間藝術(shù)之鄉(xiāng)、全國(guó)雙擁模范城、省級(jí)基礎(chǔ)教育名城等稱號(hào)。為提升市民文明素質(zhì)及市民幸福指數(shù)，黃州區(qū)積極響應(yīng)國(guó)家創(chuàng)衛(wèi)號(hào)召，建設(shè)國(guó)家衛(wèi)生城市。在整個(gè)創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市的過(guò)程中，黃州區(qū)的市容顯得尤為重要。圖1為黃州區(qū)在黃岡市的地理位置。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

全國(guó)縣界圖層來(lái)自于全國(guó)基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)站。而對(duì)于一些具體的點(diǎn)要素、主次干道、水域、綠地的提取，通過(guò)對(duì)紙質(zhì)地圖進(jìn)行掃描輸出，進(jìn)行屏幕數(shù)字化，然后進(jìn)行地理配準(zhǔn)。同時(shí)，用手持GPS接受機(jī)對(duì)38個(gè)社區(qū)的地理位置定位，最后得到黃州區(qū)的社區(qū)、餐飲分布點(diǎn)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、教育機(jī)構(gòu)、旅游景點(diǎn)、醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)、旅館、次干道、主干道、行人道路、綠地、水系的矢量圖層。各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則參考了黃岡市創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市網(wǎng)站。

3 研究任務(wù)

3.1 國(guó)家衛(wèi)生城市的標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家衛(wèi)生城市標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

3.2 任務(wù)分配

根據(jù)國(guó)家衛(wèi)生城市的標(biāo)準(zhǔn)和黃州區(qū)的具體情況，需要對(duì)黃州城區(qū)整體進(jìn)行3個(gè)大的方面的分析和評(píng)價(jià)：①現(xiàn)有城區(qū)需要治理和整頓；②加強(qiáng)宣傳創(chuàng)衛(wèi)城市和普及健康知識(shí)；③突出亮點(diǎn)加強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

4 研究方法

4.1 GIS的空間分析方法

3大任務(wù)的具體分析方法分別如圖2、圖3、圖4所示。

泰森多邊形是荷蘭氣候?qū)W家Thiessen在研究降水的區(qū)域分布時(shí)，提出一種根據(jù)離散點(diǎn)的位置構(gòu)建多邊形區(qū)域的方法。通過(guò)對(duì)Delaunay三角網(wǎng)中的每一邊作中垂線，相鄰中垂線相交所圍成的區(qū)域即是泰森多邊形。這樣就使多邊形之間產(chǎn)生了拓?fù)潢P(guān)系，離散點(diǎn)的相關(guān)屬性也賦予了泰森多邊形[2]。對(duì)于大多數(shù)城區(qū)來(lái)說(shuō)具體的社區(qū)范圍并不好確定，而且對(duì)于做一個(gè)整體性的分析沒(méi)有必要，因此，可以利用GIS的鄰近性分析，創(chuàng)建泰森多邊形，將各個(gè)社區(qū)劃出一個(gè)大致的范圍，以此作為底圖（圖5）。

4.1.1 疊置分析 地圖疊置是將兩個(gè)要素圖層的幾何形狀和屬性組合到一起，生成新的輸出圖層，疊置分析的操作形式有多種，本研究主要是將點(diǎn)要素與面要素進(jìn)行求交，相交就是保留兩個(gè)圖層共同區(qū)域范圍的要素，相交后屬性表也可以直接獲得點(diǎn)與多邊形相交后所需要的信息。

最終是要基于每個(gè)社區(qū)進(jìn)行分配任務(wù)，所以需要獲得每個(gè)泰森多邊形內(nèi)包含了哪些具體的要素，就需要將所有的要素分別與泰森多邊形進(jìn)行求交，可以使用ArcGIS的疊置分析中的相交工具對(duì)所獲取得數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理。endprint

4.1.2 統(tǒng)計(jì)分析 統(tǒng)計(jì)分析是GIS中最基本最常用的分析方法，主要采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的相關(guān)技術(shù)和方法對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[2]。對(duì)各社區(qū)內(nèi)的各要素出現(xiàn)的次數(shù)做一個(gè)統(tǒng)計(jì)，可以用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)來(lái)進(jìn)行分析。頻數(shù)統(tǒng)計(jì)是用來(lái)計(jì)算某一屬性值或某幾項(xiàng)屬性的組合值出現(xiàn)的頻數(shù)，并對(duì)該頻數(shù)下的各項(xiàng)屬性進(jìn)行匯總。

進(jìn)行頻數(shù)分析后，對(duì)于點(diǎn)要素，可以得到各社區(qū)內(nèi)點(diǎn)要素的分布個(gè)數(shù)；對(duì)于線要素，可以獲取線的總長(zhǎng)度；對(duì)于面要素，則可以獲取其分布的總面積。

4.1.3 空間插值分析 空間插值是用已知點(diǎn)的數(shù)值來(lái)估算其他點(diǎn)數(shù)值的過(guò)程，空間插值的基本假設(shè)是估算點(diǎn)的數(shù)值受到鄰近控制點(diǎn)的影響比受到較遠(yuǎn)控制點(diǎn)的影響更大。由于在實(shí)際收集數(shù)據(jù)的過(guò)程中并不能保證收集到全面完整的數(shù)據(jù)，采用空間內(nèi)插進(jìn)行估值。分析一個(gè)城區(qū)的情況，選用局部插值法，用于估算局部和短程的變化。

距離倒數(shù)權(quán)重插值法是一種精確的局部插值法，它假設(shè)未知值的點(diǎn)受近距離已知點(diǎn)的影響比遠(yuǎn)距離已知點(diǎn)的影響更大，距離倒數(shù)權(quán)重法的通用公式為：

其中，z0為屬性值，di為距離，s為在估算中用到的已知點(diǎn)的數(shù)目，k是確定的冪[3]。

在此次分析中，餐飲、旅館、公廁、學(xué)校、醫(yī)院的分布范圍較大且多，不能完整獲取整個(gè)城區(qū)的分布數(shù)量。在插值中選取社區(qū)作為點(diǎn)圖層，各要素的頻數(shù)作為z值，k取2。因此，在插值前還需要對(duì)社區(qū)點(diǎn)圖層的屬性表與頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表做連接。插值分析后就可以估算出整個(gè)城區(qū)點(diǎn)的分布狀況，由圖6可看出，餐飲密度的分布狀況。

為了便于后面進(jìn)行總體程度得分統(tǒng)計(jì)，需要將估值進(jìn)行重分類，重分類后的數(shù)值就是任務(wù)程度的得分。由于插值后生成的是柵格圖層，需要將其轉(zhuǎn)換成面要素，然后在屬性表中再需要做一系列的疊置、統(tǒng)計(jì)分析。最后可以得到各個(gè)社區(qū)餐飲、住宿、公廁、學(xué)校、醫(yī)療的得分情況，分值越高則表明需要重視的程度越高。

4.1.4 緩沖區(qū)分析 緩沖區(qū)分析是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)在水平方向的擴(kuò)展分析方法[4]。

在創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市中，對(duì)城市的噪聲等級(jí)具有一定要求，試驗(yàn)表明，40～50 dB的噪聲就會(huì)對(duì)聽力有損害，65～75 dB的噪聲對(duì)心臟和高血壓有影響，80～85 dB的噪聲會(huì)造成聽力的輕度損傷，尤其城市道路交通噪聲會(huì)產(chǎn)生較大的分貝數(shù)，最高可達(dá)125 dB[5]。這里主要利用ArcGIS對(duì)城市主干道和次干道做噪聲緩沖區(qū)的處理，對(duì)于主干道取200 m的緩沖距離，對(duì)于次干道做100 m的緩沖距離。對(duì)于點(diǎn)要素，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、旅游景點(diǎn)分布不多，但人多嘈雜區(qū)，主要是社會(huì)生活噪聲，噪聲源分布比較分散，對(duì)其做多圈緩沖，距離越近的緩沖范圍噪聲分貝越高賦予其更高的等級(jí)值。黃州區(qū)噪聲區(qū)域如圖7所示，對(duì)旅游景點(diǎn)分別取100、300、500、800、1 000 m的緩沖距。對(duì)于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)分別取50、100、200、300、500 m的緩沖距離。形成緩沖面域后與泰森多邊形做疊置分析，可以得到各社區(qū)各要素噪聲區(qū)的總面積，最后用字段計(jì)算器中腳本語(yǔ)言將面積大小分成5等級(jí)。

4.2 等級(jí)及權(quán)重指標(biāo)

GIS技術(shù)中的加權(quán)疊加分析，按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可分為矢量數(shù)據(jù)疊加和柵格數(shù)據(jù)疊加，將兩個(gè)或兩個(gè)以上的地理要素圖層按空間關(guān)系疊置，產(chǎn)生一個(gè)具有多個(gè)圖層屬性的新圖層[6]。通過(guò)ArcGIS技術(shù)，將具有權(quán)重值的多個(gè)指標(biāo)矢量圖層按空間關(guān)系疊置，以實(shí)現(xiàn)利用GIS技術(shù)進(jìn)行治理等級(jí)劃區(qū)。等級(jí)及權(quán)重指標(biāo)如表2所示。

5 結(jié)果與分析

將各要素等級(jí)進(jìn)行加權(quán)求和，利用GIS軟件進(jìn)行分層設(shè)色顯示出來(lái)。從圖8中可以看出，治理重心主要靠近城區(qū)的市中心，由于城區(qū)市民的文明程度高低不同，公共衛(wèi)生意識(shí)不強(qiáng)，占道經(jīng)營(yíng)、流動(dòng)銷售、亂貼亂畫等現(xiàn)象普遍存在，尤其是大型市場(chǎng)、偏僻巷道、車站更為突出，市區(qū)相對(duì)郊區(qū)人流量大，消費(fèi)高，垃圾制造多，需要花大量精力去治理。宣傳重心分布著較集中的學(xué)校、醫(yī)院（圖9）。宣傳健康教育既是創(chuàng)建衛(wèi)生城市的基礎(chǔ)工程，也是其必要條件，通過(guò)GIS的可視化，可以清晰地了解到區(qū)域的學(xué)校、醫(yī)院分布情況，就各級(jí)醫(yī)院應(yīng)充分利用獨(dú)特的專業(yè)優(yōu)勢(shì)把健康教育列入病區(qū)常規(guī)工作制度，在門診及住院部各科室舉辦有針對(duì)性的健康教育專欄，設(shè)置醫(yī)療咨詢服務(wù)處和印制相應(yīng)的健康教育處方，對(duì)患者和家屬給予健康教育醫(yī)囑[7]。學(xué)校要開展有特色的健康教育，確保邀請(qǐng)專家講授健康教育知識(shí)，并組織力量對(duì)學(xué)生進(jìn)行知、信、行測(cè)試和行為調(diào)查，狠抓學(xué)?？?zé)熃逃訌?qiáng)健康教育知識(shí)。美化重心城市建成區(qū)內(nèi)，城區(qū)公園綠地規(guī)模構(gòu)成不合理、分布不均勻（圖10）。適于市民休閑、游憩的中小型公園尤其缺乏，這些區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)綠地?cái)U(kuò)展。對(duì)于水域，可以圍繞遺愛湖、東坡赤壁等具體景點(diǎn)加強(qiáng)管理和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。同時(shí)，大多沿湖沿江分布的風(fēng)景區(qū)也要進(jìn)行水域清理，公共設(shè)施建設(shè)，使其成為城市的亮點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

基于GIS空間分析功能對(duì)黃州區(qū)各地理事物的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行了整體的分析評(píng)價(jià)，但GIS所具有的管理、分析、查詢等功能遠(yuǎn)不止本研究所用的。地理信息系統(tǒng)已步入應(yīng)用普及階段，已成為各行各業(yè)分析決策的基本工具，而創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市可以提升城市整體形象，增加發(fā)展機(jī)遇。但整個(gè)創(chuàng)建國(guó)家衛(wèi)生城市的過(guò)程中與地理事物聯(lián)系密切，因此各城市只有充分發(fā)揮GIS的各項(xiàng)功能，將其與城市具體情況進(jìn)行結(jié)合，才能進(jìn)行更好地規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)最好的效果。

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