基于GIS的應急避難場所空間布局及可達性研究

摘" 要：應急避難場所服務是城市公共安全的重要組成部分，直接影響居民的生命財產安全。結合可達性相關理論，基于高空間分辨率的人口格網數據，采用核密度分析、網絡分析法和高斯兩步移動搜索法，探究大連市主城區應急避難場所的空間分布特征。結果表明，大連市主城區應急避難場所總體分布不均衡，數量和規模都不足以滿足當前人群的緊急避難需要；各區避難資源空間差異顯著，東南部地區資源豐富，中部及西部區域避難空間不足，尤其是甘井子區西部，今后對應急避難場所布局進行調整和優化時可著重考慮。

關鍵詞：可達性；應急避難場所；空間分布；高斯兩步移動搜索法；大連

中圖分類號：TU984.116" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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，我國接連發生地震、火災、爆炸等突發公共安全事故，對城市居民的生命財產安全產生了嚴重的影響。應急避難場所是指在發生突發性災害時，能夠應對人員疏散，保障災時居民基本生活的一項重要公共服務設施[1]。隨著城鎮化進程不斷推進，城市人口不斷增長，合理規劃應急避難場所的空間布局問題具有重要意義。

目前在應急避難場所的空間布局相關研究中，國內外眾多學者主要運用指標統計法[2-3]、改進潛能模型法[4]、網絡分析法[5]、核密度分析法[6]、高斯兩步移動搜索法[7-9]等方法從可達性角度對應急避難場所布局進行評價分析。核密度分析能夠以可視化的形式反映要素空間分布特征，網絡分析法基于實際道路網絡確定應急避難場所服務區，這2種方法能夠從宏觀視角來量化避難場所的空間服務能力。而高斯兩步移動搜索法綜合考慮供給與需求之間的關系，且不受行政邊界影響，是適合應急避難場所可達性研究的有效方法之一[10]。

因此，本文以大連市主城區為研究區，基于高空間分辨率的人口格網數據，利用核密度分析法、網絡分析法以及高斯兩步移動搜索法來分析大連市主城區應急避難場所的空間布局及可達性，以期為應急避難場所合理規劃提供科學參考。

1" 研究區及數據

1.1" 研究區概況

大連市位于遼東半島南端，是國家14個沿海開放城市之一。本文研究區域為沙河口區、西崗區、中山區以及甘井子區組成的主城區，面積為550.27 km2，共有33個街道，常住人口約為221萬人，人口密度高達2 291人/km2。截至2020年，大連市主城區已建成應急避難場所242個，大規模的避難場所主要位于沙河口區和中山區。

1.2" 數據來源

應急避難場所點位數據根據遼寧省應急管理廳和大連市應急管理局提供的相關資料，經整理得到應急避難場所的等級規模和地理位置信息，利用高德地圖坐標拾取器獲取地理坐標數據并加以校正。道路網絡數據來自OpenStreetMap網站，經過校正獲得。利用ArcGIS 軟件將大連市主城區劃分為300×300 m的網格，將網格中心作為人口需求點，從WorldPop數據集獲取大連市主城區100×100 m的人口格網數據，根據《大連市統計年鑒2020》中各區常住人口數據對人口格網進行調整，基于城市網格尺度計算應急避難場所的空間可達性。

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應急避難場所點數據的空間特征進行測度，通過核密度估計法實現應急避難場所集聚特征在空間上的可視化。

2.2" 高斯兩步移動搜索法

高斯兩步移動搜索法是兩步移動搜索法所有改進中使用最廣泛的范圍估計模型之一，被廣泛應用于各類公共服務設施可達性的計算。具體步驟如下：

第一步，對應急避難場所供給點j，設定服務閾值d0，基于OD成本矩陣確定一個空間搜索域，搜索在j的服務閾值d0范圍內的所有的人口格網，利用高斯方程對各需求點人口加權求和，計算應急避難場所的供需比Rj

式中：dkj是位置k和j之間的出行距離；Dk為服務閾值內（即dkj？燮d0）的每個人口格網k的人口數；Sj為應急避難場所j的面積； G（dij）為納入距離衰減函數的高斯方程，其計算公式如下

第二步，對每一個需求點i，搜索在服務閾值d0范圍內的所有的應急避難場所j。利用高斯方程，對搜索范圍內的應急避難場所的供需比Rj加權求和，計算得到應急避難場所的可達性，計算公式為

傳統的高斯兩步移動搜索法是基于需求點與供給點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絡模型，將人口需求點作為起始點，以應急避難場所為終點，運用網絡分析法指定搜索的最大距離來查找最小成本路徑，屬性中存儲的數值表示網絡距離，更能反映可達性的內涵。

參考大多數公共設施適宜的服務半徑和我國各城市建立的15 min生活圈規劃，當災害發生時，受災人員應在15 min內抵達應急避難場所，根據災情的不同以及受災人群的不同，在本次研究中，以500 m為間隔，將搜索閾值分為3級，分別為500、1 000、1 500 m。

高斯兩步移動搜索方法的分析結果是被賦予在格網中心點上，為了得到大連市主城區其他地點的應急避難場所可達性，采用克里金插值對格網中心點以外的位置進行可達性估計。

3" 大連市主城區應急避難場所空間布局分析

3.1" "應急避難場所核密度分析

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

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

3.2" 應急避難場所可達性分析

將得到的克里金空間插值結果進行重分類，計算得出的結果分為不可達、低、較低、一般、較高和高可達性6類。由圖2、表1可知，隨著服務半徑的增加，應急避難場所不可達、低可達、較低可達區域在不斷減小。在服務半徑為500 m時，主城區大部分處于不可達區域，其包含了大連市主城區86.80%的人口。在服務半徑增加到1 000 m時，不可達范圍明顯減少，可達人口占總人口的21.32%。在服務半徑增加到1 500 m時，可達人口數所占比例有了明顯提高。但同時，隨著服務半徑的擴大，進入避難搜索域的人口數量會越來越多，當供給量較小時，供需比就會下降，從而造成避難場所的高可達、較高可達、一般可達區域也在不斷降低。因此1 000 m的服務半徑對于大連市主城區應急避難場所來說是一個較適宜的服務半徑。

3.3" 應急避難場所服務能力分析

根據可達性分析結果，本研究將基于1 000 m的服務半徑來統計大連市主城區各區應急避難場所的服務情況（表2）。其中，中山區服務人口比高達57.72%，但其空間服務面積較小且服務重疊范圍較高，過度集中于中山區西部和北部，而東南部人口格網大部分處于不可達性和低可達性，利用效率低，存在設施資源浪費的情況。西崗區應急避難服務人口比最高，服務覆蓋率達到了52.84%，該區的邊緣區域可享受到沙河口區和中山區部分應急避難場所的服務，能夠基本滿足居民避難需求。沙河口區應急避難場數量多，分布較均勻，且有星海廣場和富國公園兩個大規模的避難場所，有充足的資源為大量的人口提供應急避難服務，但服務人口比較低，出現服務能力在空間分配上的不均衡情況。甘井子區的避難場所建設情況較差，其服務人口比不到10%，服務范圍之間還存在較大的空白，區域內大部分人口享受不到應急避難服務。總體來看，應急避難服務面積僅占主城區面積的11.03％，服務人口占主城區常住人口的32.35％，服務能力較低。除甘井子區服務重疊率較低以外，其他各區域均存在避難場所密集，服務區域大面積重疊的現象，這不利于資源的合理利用。

4" 結論

本文在實際道路網絡數據的基礎上，綜合運用核密度分析、網絡分析法和高斯兩步移動搜索方法，對大連市主城區應急避難場所的空間布局及可達性進行了合理分析，對今后布局優化有一定的參考作用，但也存在一些不足。實際上，不同的社會群體對避難場所的需求分布也是不同的；而避難場所的空曠程度、安全性、居民對避難場所的熟知程度等因素也會對避難場所的選擇有影響，這些是以后需要進一步研究的內容。

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