施益軍, 王培茗, 刀 認(rèn)

(云南大學(xué) 城市建設(shè)與管理學(xué)院, 云南 昆明 650091)

山地小城市應(yīng)急避難場所交通可達(dá)性研究
——以云南劍川為例

施益軍, 王培茗, 刀 認(rèn)

(云南大學(xué) 城市建設(shè)與管理學(xué)院, 云南 昆明 650091)

依托GIS軟件和評價模型,以山地小城市的應(yīng)急避難場所為研究對象,通過選取3種不同的評價模型,分別從各需求點到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,應(yīng)急救援設(shè)施到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,以及各應(yīng)急避難場所到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性三個層面來進(jìn)行評價．并將模型應(yīng)用于劍川縣應(yīng)急避難場所的可達(dá)性評價中,驗證了模型的科學(xué)性．研究構(gòu)建的模型和研究方法也為其他山地城市的應(yīng)急避難場所可達(dá)性研究提供了理論指導(dǎo)和參考依據(jù)．

應(yīng)急避難場所; 交通可達(dá)性; 布局優(yōu)化; 山地小城市

0 引言

交通可達(dá)性的研究是由國外學(xué)者開始的,Hansen最早提出了交通可達(dá)性的概念[1]．之后Edward,Kirby,Lenis,Baxter,Kwan以及Kim等學(xué)者都進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,包括概念定義的完善、評價指標(biāo)和體系的建立、評價方法的提出和完善等[2-5]．GIS技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,更是為交通可達(dá)性的研究提供了更多的研究方法和研究結(jié)果的可視化支持．可以說,國外在交通可達(dá)性方面的研究比較成熟,成果也頗多．國內(nèi)在這方面的研究起步較晚,國內(nèi)學(xué)者最早開展交通可達(dá)性研究的是宋小東,他借助計算機(jī)技術(shù)研究了居民出行的可達(dá)性,填補(bǔ)了我國在可達(dá)性研究領(lǐng)域的空白．之后,在此方面的研究一直被擱置．直到20世紀(jì)七八十年代又重新重視交通可達(dá)性的研究,周一星、陸玉麒、楊濤等一大批學(xué)者先后開展了相關(guān)研究[6],結(jié)合我國的實際情況,國內(nèi)的學(xué)者先后完善了交通可達(dá)性的概念、建立了評價的指標(biāo)體系以及建立了評價的數(shù)學(xué)模型等．

綜合國內(nèi)外學(xué)者的研究我們可以看出,交通可達(dá)性的研究發(fā)展到今天,在理論和模型方面都取得了較大的成果．但總的來說,在研究的對象上仍然還是局限在區(qū)域內(nèi)多個城市之間或者單個城市內(nèi)部的交通可達(dá)性研究,很少有涉及到城市應(yīng)急防災(zāi)系統(tǒng)的可達(dá)性研究;另外,在研究的對象上,也主要是集中在中東部地區(qū)的大城市或城市群區(qū)域,較少涉及西部地區(qū),尤其是小城市的研究．

城市應(yīng)急避難場所是災(zāi)害發(fā)生時民眾躲避災(zāi)害的重要場所,是城市居民生命安全和財產(chǎn)安全的重要保障．在災(zāi)害發(fā)生時,民眾必須能在規(guī)定的時間內(nèi)迅速安全的到達(dá)應(yīng)急避難場所,這就對應(yīng)急避難場所的可達(dá)性提出了要求．可以說,可達(dá)性的評價是應(yīng)急避難場所布局評價的重要內(nèi)容之一．我國是個多山地的國家,山地區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,通常是自然災(zāi)害頻發(fā)的地段．位于云貴高原的云南省,山地占全省面積的94%,全省125個縣區(qū)市中地震烈度7度以下設(shè)防的城市僅13個,而8度以上設(shè)防的城市達(dá)56個,這些城市中絕大部分為山地城市．面對城市用地緊張和財政資金不足的雙重壓力,應(yīng)急避難場所的布局問題更為突出．

本文以云南省劍川縣為例,對前期研究空間布局優(yōu)化階段得到的應(yīng)急避難場所進(jìn)行交通可達(dá)性評價,以此來驗證得到的應(yīng)急避難場所布局方案的合理性．

1 研究區(qū)范圍界定及數(shù)據(jù)來源

本文選取劍川縣城中心城區(qū)作為研究對象,研究范圍東至石寶山大道(包含縣職業(yè)中學(xué)片區(qū)),南至老君山大道,西部至古城片區(qū),北至盤龍路．主要涵蓋了金華鎮(zhèn)的東門社區(qū)、南門社區(qū)、西門社區(qū)、北門社區(qū)、城北社區(qū)五個社區(qū)的范圍．

論文研究過程中使用的數(shù)據(jù)主要來自于劍川縣住建局、交通局等部門,數(shù)據(jù)來源可靠．

2 山地小城市應(yīng)急避難場所的交通可達(dá)性評價模型構(gòu)建

城市應(yīng)急避難場所作為災(zāi)害發(fā)生時受災(zāi)人群防災(zāi)避難的主要場所,它的空間布局的合理性至關(guān)重要．當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時,受災(zāi)人群、醫(yī)療救援、消防都要能夠在規(guī)定時間內(nèi)迅速到達(dá)應(yīng)急避難場所．本文在評價城市應(yīng)急避難場所的可達(dá)性時,從各需求點到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,醫(yī)院、消防等應(yīng)急救援設(shè)施到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,以及各應(yīng)急避難場所到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性三個層面來進(jìn)行評價．在評價模型上,本文選取了3種最常見的可達(dá)性評價方法,通過不同的評價方法來相互驗證評價結(jié)果的合理性．

2.1 基于最小阻抗的可達(dá)性評價模型

基于最小阻抗的可達(dá)性分析方法應(yīng)用廣泛,該方法用中心點至所有目的地點的平均最小阻抗作為中心點的可達(dá)性評價指標(biāo)．可用來分析區(qū)域內(nèi)各位置至其他任意位置的交通便捷程度．具體公式如下:

(1)

(2)

其中,A為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點i的可達(dá)性;Bi為整個網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性,即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個節(jié)點可達(dá)性的平均值;dij為節(jié)點i,j間的最小阻抗(距離、時間或者費用)．

研究時分別將有避災(zāi)需求的需求點、應(yīng)急救援點以及應(yīng)急避難場所本身作為出行點,將應(yīng)急避難場所作為目的地,以此來評價整個城市應(yīng)急避難場所的交通可達(dá)性．

2.2 基于平均出行時間的可達(dá)性評價模型

基于最小阻抗的可達(dá)性評價無法考慮出行目的差異性,在實際情況下,居民出行行為是有選擇的．基于平均出行時間的可達(dá)性評價方法用中心點至所有吸引點的平均加權(quán)出行時間作為可達(dá)性的評價指標(biāo)．具體公式如下:

(3)

(4)

其中,pij為中心點i至吸引點j的出行概率;tij為中心點i至吸引點j的最短出行時間．

出行選擇的差異性主要體現(xiàn)在災(zāi)害發(fā)生時避災(zāi)民眾對應(yīng)急避難場所選擇的不同,因此在基于平均出行時間研究應(yīng)急避難場所的可達(dá)性時主要從需求點到應(yīng)急避難場所這個層面來研究,其他兩個層面不予考慮．

2.3 基于出行范圍的可達(dá)性評價模型

該方法主要是分析各個位置在給定時間內(nèi)的出行范圍面積大小,出行范圍面積越大,出行機(jī)動能力強(qiáng),反之,能力弱．該評價模型在研究可達(dá)性時只考慮出行點,不考慮出行的目的地,因此該模型得到的評價結(jié)果不同于前兩個模型,但該模型可以較好的反映出區(qū)域內(nèi)交通設(shè)施的優(yōu)劣及不同地區(qū)的交通機(jī)動能力．

研究進(jìn)程主要是通過分析各個有避災(zāi)需求的需求點的出行范圍,在得到可達(dá)性評價圖的基礎(chǔ)上結(jié)合應(yīng)急避難場所的分布圖來驗證應(yīng)急避難場所的交通可達(dá)性．

3 劍川縣應(yīng)急避難場所的交通可達(dá)性評價

3.1 基于最小阻抗的可達(dá)性評價

基于最小阻抗的可達(dá)性評價依托前期構(gòu)建的評價模型,模型運算基于劍川縣交通網(wǎng)為基礎(chǔ),構(gòu)建OD成本矩陣,研究區(qū)域內(nèi)的可達(dá)性．

3.1.1 需求點到設(shè)施點的可達(dá)性

利用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析功能下的新建OD成本矩陣計算各個需求點到應(yīng)急設(shè)施點的最短出行時間．模型阻抗設(shè)置為時間(s)．利用OD成本矩陣結(jié)果可以得到各需求點和設(shè)施點之間的出行時間．在得到各個需求點的出行時間的基礎(chǔ)上,可以計算得到各個需求點的可達(dá)性．在此基礎(chǔ)上可以利用ArcGIS的Spatial Analyst工具下的空間插值功能,從而得到劍川縣城區(qū)內(nèi)各個需求點到應(yīng)急設(shè)施點的可達(dá)性分布圖(圖1)．

圖1 基于最小阻抗的需求點與設(shè)施點的可達(dá)性分布圖

通過對得到的可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行分析,整個研究區(qū)的可達(dá)性平均值為305.2 s(5.09 min),即為整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個需求點到應(yīng)急設(shè)施點的平均可達(dá)性值．從頻數(shù)分布圖(圖2)中我們可以看出,大部分的需求點到應(yīng)急設(shè)施點的可達(dá)性在313.5 s(5.23 min)以內(nèi),即避災(zāi)民眾在5 min左右的時間便可到達(dá)最近的應(yīng)急避難場所．因此,對于整個研究區(qū)來說,其交通可達(dá)性還是比較好的．

3.1.2 應(yīng)急救援點到設(shè)施點的可達(dá)性

圖2 需求點-設(shè)施點可達(dá)性統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖

應(yīng)急救援點主要包括城市的醫(yī)院、消防等設(shè)施點,當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時必須確保這些設(shè)施點能在規(guī)定的時間內(nèi)迅速到達(dá)應(yīng)急避難場所以提供必要的救援．通過對可達(dá)性的計算(計算過程同上述求需求點應(yīng)急設(shè)施間可達(dá)性,由于應(yīng)急救援點數(shù)量過少無法進(jìn)行空間插值,因而無法產(chǎn)生可達(dá)性空間分布圖)可知,整個研究區(qū)內(nèi)各個應(yīng)急救援點到達(dá)應(yīng)急避難場所的可達(dá)性平均值為755.5 s(12.60 min),即為整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個應(yīng)急救援點到應(yīng)急設(shè)施點的平均可達(dá)性值．此外,從頻數(shù)分布圖(圖3)中還可以看出,大部分的應(yīng)急救援點到應(yīng)急設(shè)施點的可達(dá)性在800.0 s(13.33 min)以內(nèi),即應(yīng)急救援可在13 min以內(nèi)到達(dá)各個應(yīng)急避難場所．因此,對于整個研究區(qū)來說,其交通可達(dá)性還是比較好的．

3.1.3 設(shè)施點間的可達(dá)性

除了上述兩部分外,研究城市內(nèi)應(yīng)急避難場所空間布局的可達(dá)性時,考慮到各個應(yīng)急避難場所之間的受災(zāi)民眾轉(zhuǎn)移問題,還應(yīng)該研究各個應(yīng)急避難場所之間的可達(dá)性問題．通過對可達(dá)性的計算(計算過程同上)可知,整個研究區(qū)內(nèi)各個達(dá)應(yīng)急避難場所之間的可達(dá)性平均值為248.48 s(4.14 min)．此外,從頻數(shù)分布圖(圖4)中還可以看出,大部分的應(yīng)急設(shè)施點之間的可達(dá)性在292.9 s(4.88 min)以內(nèi),即各個應(yīng)急避難場所間可在5 min內(nèi)到達(dá)．因此,對于整個研究區(qū)來說,其交通可達(dá)性還是比較好的．

圖3 應(yīng)急救援設(shè)-施應(yīng)急避難場所可達(dá)性統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖 圖4 應(yīng)急避難場所-應(yīng)急避難場所可達(dá)性統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖

3.2 基于平均出行時間的可達(dá)性評價

基于平均出行時間的可達(dá)性評價依托前期構(gòu)建的評價模型,模型運算基于劍川縣交通網(wǎng)為基礎(chǔ),構(gòu)建OD成本矩陣,研究區(qū)域內(nèi)的可達(dá)性．

利用GIS軟件新建OD成本矩陣計算各個需求點到應(yīng)急避難場所的最短出行路程和最短出行時間．在此基礎(chǔ)上根據(jù)構(gòu)建的模型,計算出各個需求點至應(yīng)急避難場所的出行概率,然后計算得到各個需求點的可達(dá)性．在此基礎(chǔ)上可以利用ArcGIS的Spatial Analyst工具下的空間插值功能,從而得到劍川縣城區(qū)內(nèi)各個需求點到應(yīng)急設(shè)施點的可達(dá)性分布圖(圖5)．從分布圖可以看出,靠近應(yīng)急避難場所的可達(dá)性較高,并沿著交通干道向外圍發(fā)散,整個城市的應(yīng)急避難場所布局較為合理．

圖5 基于平均出行時間的可達(dá)性分布圖

3.3 基于出行范圍的可達(dá)性評價

基于出行范圍的可達(dá)性評價依托前期構(gòu)建的評價模型,模型運算基于劍川縣交通網(wǎng)為基礎(chǔ),通過構(gòu)建有應(yīng)急避災(zāi)需求的需求點的出行范圍,結(jié)合區(qū)域內(nèi)應(yīng)急避難場所的分布,驗證區(qū)域內(nèi)的可達(dá)性和應(yīng)急避難場所布局的合理性．

利用GIS軟件新建各個需求點的30 min的出行范圍(固定應(yīng)急避難場所要求在30 min以內(nèi)可以到達(dá)),然后統(tǒng)計出行范圍的面積,以此為基礎(chǔ)生成整個區(qū)域的可達(dá)性分布圖(圖6)．從分布圖可看出,縣城南部人口分布密集,交通設(shè)施情況較好,因而具有較高的機(jī)動出行能力和可達(dá)性．北部城區(qū)人口密度較低,因而機(jī)動出行能力低,可達(dá)性也較低．結(jié)合應(yīng)急避難場所的分布,我們可以看出,7處固定應(yīng)急避難場所也主要分布在縣城南部,因此整個城市的應(yīng)急避難場所的分布與可達(dá)性的分布較吻合．

圖6 基于出行范圍的可達(dá)性分布圖

4 總結(jié)

本文依托GIS軟件和評價模型,以山地小城市的應(yīng)急避難場所為研究對象,通過選取3種不同的評價模型,分別從各需求點到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,醫(yī)院、消防等應(yīng)急救援設(shè)施到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性,以及各應(yīng)急避難場所到應(yīng)急避難場所的可達(dá)性三個層面來進(jìn)行評價．并將模型應(yīng)用于劍川縣應(yīng)急避難場所的可達(dá)性評價中,驗證了模型的科學(xué)性．研究構(gòu)建的模型和研究方法也為其他山地城市的應(yīng)急避難場所可達(dá)性研究提供了理論指導(dǎo)和參考依據(jù)．

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[責(zé)任編輯：蔣海龍]

Research on Traffic Accessibility of Emergency Shelters in Yunnan Jianchuan

SHI Yi-jun, WANG Pei-ming, DAO Ren

(School of Urban Construction and Management, Yunnan University, Kunmin Yunnan 650091, China)

In this paper, based on GIS software and the evaluation model, choosing emergency shelters of small mountainous city as the research object. By selecting three different evaluation models,the author try to evaluate the traffic accessibility of emergency shelters. And the reachability evaluation model is applied to the emergency shelters in Jianchuan County. Study on construction of the model and research method also provides a theoretical guidance and reference for the research of emergency shelters accessibility to other mountain cities.

emergency shelters; traffic accessibility; layout optimization; small mountainous city

2014-09-29

國家自然科學(xué)基金資助項目(41361092)

施益軍(1989-),男,江蘇南京人,碩士研究生,研究方向為城市與區(qū)域規(guī)劃. Email: yijun-shi@163.com

K903; U491.1

A

1671-6876(2014)04-0329-05