于書媛，陳 靚，王 偉

（1.安徽省地理信息中心，安徽 合肥 230031）

基于空間數(shù)據(jù)挖掘的合肥市應(yīng)急避難場所選址

于書媛1，陳 靚1，王 偉1

（1.安徽省地理信息中心，安徽 合肥 230031）

城市應(yīng)急避難場所的規(guī)劃選址需要依據(jù)城市空間的總體布局、人口、現(xiàn)有避難場所、土地利用現(xiàn)狀等文本和空間數(shù)據(jù)。以合肥市部分地區(qū)為例，利用ArcGIS作為構(gòu)建模型的基礎(chǔ)平臺，搭建一個地理空間數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用模型，運用空間分析方法對空間數(shù)據(jù)進行處理，選取符合模型條件的應(yīng)急避難場所并實現(xiàn)可視化，為防震減災(zāi)應(yīng)急決策和救援提供參考。

數(shù)據(jù)挖掘；GIS；空間分析；應(yīng)急避難

1 研究區(qū)概況

合肥市是安徽省省會，土地面積1.14萬km2，常住人口755萬，其中城鎮(zhèn)人口486萬，農(nóng)村人口266萬人。依據(jù)合肥市主城區(qū)用地規(guī)劃圖以及合肥市2014年遙感影像圖，確定本文研究區(qū)為合肥市市轄區(qū)、功能區(qū)以及肥西、肥東縣的副城區(qū)。

根據(jù)Voronoi圖的理論，在ArcGIS中生成現(xiàn)有研究區(qū)范圍避難場所的責(zé)任區(qū)劃分。其中，老城區(qū)的責(zé)任區(qū)分布較為均勻，而其他區(qū)域由于應(yīng)急避難場所數(shù)量少且較為分散，均出現(xiàn)較大面積的多邊形，且形變劇烈，說明某些應(yīng)急避難場所分擔(dān)的服務(wù)范圍較大，分配不合理，需要進一步合理規(guī)劃。

2 空間數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用模型的實現(xiàn)

2.1 模型設(shè)計

城市空間布局及發(fā)展具有規(guī)范性，因此，對避難場所進行選址需要遵循城市發(fā)展戰(zhàn)略及人口增長規(guī)律。

1）數(shù)據(jù)挖掘預(yù)處理。對研究區(qū)各行政區(qū)劃的人口數(shù)據(jù)、面積、土地利用類型、已建應(yīng)急避難場所等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，建立txt文本，進行空間數(shù)據(jù)挖掘，創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典。

2）數(shù)據(jù)矢量化。在ArcGIS10平臺中，以合肥市地圖為底圖，對行政區(qū)劃進行數(shù)字化，并結(jié)合合肥市最新規(guī)劃圖及遙感影像圖，對元數(shù)據(jù)進行矢量化，并編輯地物的屬性，形成Shape File文件。

3）建立數(shù)據(jù)庫。將空間數(shù)據(jù)中的屬性信息錄入屬性數(shù)據(jù)庫。

4）空間分析。結(jié)合矢量化的人口密度專題圖和現(xiàn)有場地點狀分布圖，重點對服務(wù)區(qū)覆蓋范圍外人口進行分析，通過對空間數(shù)據(jù)進行緩沖區(qū)分析、柵格分析、重分類、疊加分析、地圖運算等過程，確定應(yīng)急避難場所綜合評價方案，最終確定新場所地址。

5）可視化。根據(jù)最終新場所的Shape File文件，結(jié)合人口密度分布圖，制作新場所分布圖。

2.2 文本及地理信息數(shù)據(jù)挖掘

1）地理空間特征提取。依據(jù)《安徽省應(yīng)急避難場所分級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》的場所分級和選址要求[1,2]，從紙質(zhì)地圖、規(guī)劃圖、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等地理文本中抽取符合條件的元數(shù)據(jù)。

2）地理數(shù)據(jù)分類。從挖掘后的地理空間數(shù)據(jù)中提取道路、土地利用類型、人口密度、新居民地等地物數(shù)據(jù)及各類地物的空間特征信息。

3）空間數(shù)據(jù)挖掘：對空間特征信息進行評價，將符合選址條件的用地數(shù)據(jù)以及影響避難場所選址的主要因素進行分類、提取，建立相應(yīng)的空間位置、屬性信息，并繪制矢量圖層。

3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)

研究模型的數(shù)據(jù)庫由空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫組成，統(tǒng)一存放在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理[3,4]。

1）空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)。將要矢量化的合肥市地圖進行掃描，加載到ArcMap中，打開ArcCatalog，在目標(biāo)文件夾下新建Shape File文件。通過對需要矢量化的地物進行分析，將現(xiàn)有應(yīng)急避難場所歸為點圖層，將城市主、次干道、斷裂歸為線圖層，將土地利用類型、河流、湖泊、人口密度、現(xiàn)有居民地等要素歸為面圖層。

2） 屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)。在ArcMap中打開表，進行地物屬性庫的編輯，對照空間屬性庫表，分別添加地物的屬性字段，并輸入屬性信息。

4 應(yīng)急避難場所的空間優(yōu)化和選取

4.1 影響選址的主要因素

本文依據(jù)《地震應(yīng)急避難場所選址及配套設(shè)施要求》，對影響選址的主要因素進行分類、量化。

4.1.1 場地的安全性

選址應(yīng)具有地質(zhì)、水文及自然環(huán)境方面的抗震安全保障[5]。新建場地距離斷層必須有一定的距離，利用GIS的緩沖區(qū)分析，建立斷層外圍的6層緩沖區(qū)，分別賦予不同的評價指標(biāo)如表1，重分類后的柵格圖像如圖 1。同時，從DEM數(shù)據(jù)提取坡度數(shù)據(jù)集，建立相應(yīng)的評價指標(biāo)如表2，重分類后的坡度評價指標(biāo)值見圖2。

表1 斷裂用地評價指標(biāo)

表2 坡度評價指標(biāo)

4.1.2 現(xiàn)有避難場地

按照安徽省地震應(yīng)急避難場所及配套設(shè)施要求，地震應(yīng)急避難場所分為3類，其服務(wù)范圍分別為5 km、1 km、0.5 km。以此為標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)現(xiàn)有27個應(yīng)急避難場所進行類型劃分，并建立服務(wù)范圍屬性表。應(yīng)用ArcMap的緩沖區(qū)分析功能，分別建立以5 km、1 km、0.5 km為服務(wù)半徑的緩沖區(qū)，生成服務(wù)范圍矢量圖，并轉(zhuǎn)換為柵格圖像，進行重分類。

圖2 坡度評價指標(biāo)圖

4.1.3 土地利用現(xiàn)狀

新選址的區(qū)域覆蓋合肥市主、副城區(qū)范圍，城市區(qū)域用地多數(shù)被建設(shè)用地覆蓋，其中有些地塊不適于建造避難場地，例如工業(yè)用地。土地類型評價指標(biāo)見表3。在合肥市規(guī)劃圖上矢量化6大用地類型后，轉(zhuǎn)為柵格圖像并進行重分類，結(jié)果如圖3所示。

表3 土地類型評價指標(biāo)

圖3 土地利用現(xiàn)狀評價指標(biāo)

4.1.4 現(xiàn)有居民點空間分布

避難場地的位置距離居民點有距離限制。以居民點為研究對象，進行鄰近區(qū)分析。對合肥市居民點進行以100 m為層次的緩沖區(qū)分析，并把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)。

如果某個地塊距離居民點的距離超過500 m，其評價指標(biāo)賦值為零，即不能作為備選場地，而離居民點越近，其評價指標(biāo)值越高，越適宜于作為備選用地，最終重分類結(jié)果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)有居民地評價指標(biāo)圖

4.1.5 交通可達性

災(zāi)難發(fā)生時，避難者能否快速抵達避難場地，很大程度上取決于交通狀況。對路網(wǎng)進行緩沖區(qū)分析，產(chǎn)生0～50 m、50～100 m、100～150 m、150～200 m、200～250 m、250～300 m的矢量數(shù)據(jù)圖，轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)后進行再分類，最終評價結(jié)果如圖5所示。

圖5 主要道路評價指標(biāo)圖

4.1.6 地圖運算

在資料準(zhǔn)備工作完成后，利用ArcGIS的地圖運算功能，對各個重分類后的數(shù)據(jù)集進行相乘運算，得到最終適宜性數(shù)據(jù)集，其綜合評價指標(biāo)值越大的地塊，也是越適宜建設(shè)避難場地的地塊，如圖6所示。該圖中的顏色越深，代表綜合評價指標(biāo)值越高，越適宜建設(shè)應(yīng)急避難場所。

4.2 空間數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果的可視化

將可視化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)挖掘中，用戶可以根據(jù)可視化的視覺反饋更快地研究數(shù)據(jù)特性[6]。新場地最終選址應(yīng)位于綜合評價指標(biāo)值最大的區(qū)域，同時，需要基于實際人口分布，對選址結(jié)果的實際服務(wù)半徑及人口承載力進行分析[7]，綜合考慮柵格地塊面積、規(guī)劃建設(shè)情況、人口密度、保證居民享有生命安全的權(quán)利等因素。擬新建14個新的避難場地，如表4所示。

圖6 評價結(jié)果示意圖

表4 擬新建應(yīng)急避難場所統(tǒng)計表

[1] 王玲.基于GIS空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息,2013(6):121-123

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[3] 劉元鳳,周榮福,李鳳玲.基于文本的地理空間數(shù)據(jù)挖掘與可視化[J].測繪科學(xué),2010(4):103-105

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[5] 施小斌.城市防災(zāi)空間效能分析及優(yōu)化選址研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2006

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P208

B

1672-4623（2015）01-0093-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.031

于書媛，碩士，主要從事GIS分析及RS技術(shù)應(yīng)用研究。

2014-03-31。

項目來源：安徽省地震科研青年基金資助項目（20140304）；安徽省地震局合同制課題資助項目（201319）。