施益軍, 王培茗, 刀 認

(云南大學 城市建設(shè)與管理學院, 云南 昆明 650091)

山地小城市應急避難場所交通可達性研究
——以云南劍川為例

施益軍, 王培茗, 刀 認

(云南大學 城市建設(shè)與管理學院, 云南 昆明 650091)

依托GIS軟件和評價模型,以山地小城市的應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急避難場所的可達性,應急救援設(shè)施到應急避難場所的可達性,以及各應急避難場所到應急避難場所的可達性三個層面來進行評價．并將模型應用于劍川縣應急避難場所的可達性評價中,驗證了模型的科學性．研究構(gòu)建的模型和研究方法也為其他山地城市的應急避難場所可達性研究提供了理論指導和參考依據(jù)．

應急避難場所; 交通可達性; 布局優(yōu)化; 山地小城市

0 引言

交通可達性的研究是由國外學者開始的,Hansen最早提出了交通可達性的概念[1]．之后Edward,Kirby,Lenis,Baxter,Kwan以及Kim等學者都進行了進一步的研究,包括概念定義的完善、評價指標和體系的建立、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)學者最早開展交通可達性研究的是宋小東,他借助計算機技術(shù)研究了居民出行的可達性,填補了我國在可達性研究領(lǐng)域的空白．之后,在此方面的研究一直被擱置．直到20世紀七八十年代又重新重視交通可達性的研究,周一星、陸玉麒、楊濤等一大批學者先后開展了相關(guān)研究[6],結(jié)合我國的實際情況,國內(nèi)的學者先后完善了交通可達性的概念、建立了評價的指標體系以及建立了評價的數(shù)學模型等．

綜合國內(nèi)外學者的研究我們可以看出,交通可達性的研究發(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)部的交通可達性研究,很少有涉及到城市應急防災系統(tǒng)的可達性研究;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．

城市應急避難場所是災害發(fā)生時民眾躲避災害的重要場所,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)迅速安全的到達應急避難場所,這就對應急避難場所的可達性提出了要求．可以說,可達性的評價是應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)造復雜,通常是自然災害頻發(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)化階段得到的應急避難場所進行交通可達性評價,以此來驗證得到的應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 山地小城市應急避難場所的交通可達性評價模型構(gòu)建

城市應急避難場所作為災害發(fā)生時受災人群防災避難的主要場所,它的空間布局的合理性至關(guān)重要．當災害發(fā)生時,受災人群、醫(yī)療救援、消防都要能夠在規(guī)定時間內(nèi)迅速到達應急避難場所．本文在評價城市應急避難場所的可達性時,從各需求點到應急避難場所的可達性,醫(yī)院、消防等應急救援設(shè)施到應急避難場所的可達性,以及各應急避難場所到應急避難場所的可達性三個層面來進行評價．在評價模型上,本文選取了3種最常見的可達性評價方法,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性評價模型

基于最小阻抗的可達性分析方法應用廣泛,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性評價指標．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的可達性;Bi為整個網(wǎng)絡(luò)的可達性,即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個節(jié)點可達性的平均值;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需求的需求點、應急救援點以及應急避難場所本身作為出行點,將應急避難場所作為目的地,以此來評價整個城市應急避難場所的交通可達性．

2.2 基于平均出行時間的可達性評價模型

基于最小阻抗的可達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)出行時間作為可達性的評價指標．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)在災害發(fā)生時避災民眾對應急避難場所選擇的不同,因此在基于平均出行時間研究應急避難場所的可達性時主要從需求點到應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,出行機動能力強,反之,能力弱．該評價模型在研究可達性時只考慮出行點,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)的交通機動能力．

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

3 劍川縣應急避難場所的交通可達性評價

3.1 基于最小阻抗的可達性評價

基于最小阻抗的可達性評價依托前期構(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)的可達性．

3.1.1 需求點到設(shè)施點的可達性

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)各個需求點到應急設(shè)施點的可達性分布圖(圖1)．

圖1 基于最小阻抗的需求點與設(shè)施點的可達性分布圖

通過對得到的可達性結(jié)果進行分析,整個研究區(qū)的可達性平均值為305.2 s(5.09 min),即為整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個需求點到應急設(shè)施點的平均可達性值．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急設(shè)施點的可達性在313.5 s(5.23 min)以內(nèi),即避災民眾在5 min左右的時間便可到達最近的應急避難場所．因此,對于整個研究區(qū)來說,其交通可達性還是比較好的．

3.1.2 應急救援點到設(shè)施點的可達性

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

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

3.1.3 設(shè)施點間的可達性

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

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

3.2 基于平均出行時間的可達性評價

基于平均出行時間的可達性評價依托前期構(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)的可達性．

利用GIS軟件新建OD成本矩陣計算各個需求點到應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急避難場所的出行概率,然后計算得到各個需求點的可達性．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)各個需求點到應急設(shè)施點的可達性分布圖(圖5)．從分布圖可以看出,靠近應急避難場所的可達性較高,并沿著交通干道向外圍發(fā)散,整個城市的應急避難場所布局較為合理．

圖5 基于平均出行時間的可達性分布圖

3.3 基于出行范圍的可達性評價

基于出行范圍的可達性評價依托前期構(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)建有應急避災需求的需求點的出行范圍,結(jié)合區(qū)域內(nèi)應急避難場所的分布,驗證區(qū)域內(nèi)的可達性和應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(固定應急避難場所要求在30 min以內(nèi)可以到達),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,因而具有較高的機動出行能力和可達性．北部城區(qū)人口密度較低,因而機動出行能力低,可達性也較低．結(jié)合應急避難場所的分布,我們可以看出,7處固定應急避難場所也主要分布在縣城南部,因此整個城市的應急避難場所的分布與可達性的分布較吻合．

圖6 基于出行范圍的可達性分布圖

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急避難場所的可達性,醫(yī)院、消防等應急救援設(shè)施到應急避難場所的可達性,以及各應急避難場所到應急避難場所的可達性三個層面來進行評價．并將模型應用于劍川縣應急避難場所的可達性評價中,驗證了模型的科學性．研究構(gòu)建的模型和研究方法也為其他山地城市的應急避難場所可達性研究提供了理論指導和參考依據(jù)．

[1] Hansen W.How accessibility shapes land use[J]. Journal of the American Institute of Planners,1959, 25:73-76.

[2] 譚杉.城市軌道交通可達性研究[D]. 蘭州:蘭州交通大學,2013.

[3] Kwan M. Spacetime and integral measures of individual accessibility: A comparative analysis using a pointbased framework[J].Geographical Analysis,1998,30(3):191-216.

[4] Miller H J.Measuring spacetime accessibility benefits within transportation networks: Basic theory and computational procedures[J]. Geographical Analysis,1999,31(2):187-212.

[5] Ozbay K,Ozmen D,Berechman J. Modeling and analysis of the link between accessibility and employment growth[J].Jormal of Transportation Engineering,2006,3(5):385-393.

[6] 張莉,陸玉麒.基于陸路交通網(wǎng)的區(qū)域可達性評價[J].地理學報,2006,12(6):35-46.

[責任編輯：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