基于两步移动搜寻法的居民应急避难场所可达性分析——以北京西部城区为例

聂 丽，王艳慧

(首都师范大学 三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京 100048)

0 引 言

城市是人类文明的重要组成部分，而任何一种突发灾害都会给城市造成巨大损失，并危害到居民的正常生活。随着社会发展，城市防灾减灾已经成为城市安全研究的重要内容，城市应急避难场所作为灾民安置与救助的重要载体，其规划及建设是城市减灾的一个有利途径，同时也是保证城市安全的重要手段。尤其对北京而言，它是我国防灾减灾重点设防城市，也是世界上3个历史上曾遭受过八级以上地震灾害的国家首都之一，从可达性角度研究其应急避难场所布局的合理性具有非常重要的战略意义和现实意义。

可达性一般指使用某种交通系统从某指定点位到活动点的便利程度，即通过最少的付出，获取尽可能多的资源和服务[1]。它是城市形态研究中的一个重要和基础指标，可以反映某地具有满足一定人群对某特定活动需求的潜力，与城市的交通系统和用地功能紧密相关。在可达性研究中，某一活动点的可达性越高，它就与能够提供更好、更多活动机会的场所距离越近，自身便具有聚集更多来往活动的潜力。空间可达性评价方法能够识别出公共服务的稀缺区域, 是衡量公共服务设施布局空间公平性的有效途径[2]。多年来，国内外不同学者从不同角度采用平均距离法、累计机会法、两步移动搜寻法等对可达性评价方法及其应用进行了研究[2-5]。其中，由Radke等(2000)提出、 Luo等[6-7](2003)改进的两步移动搜寻法（Two-step floating catchment area method, 2SFCA）由于综合考虑了设施的供给规模、需求规模和供需之间的距离关系对可达性的影响，在医疗设施[5,8-9]、教育[10]、绿地[11]等领域的可达性评价中获得了广泛应用。近来已有应急避难场所空间可达性的案例研究[12-14]，但针对北京的研究还相对较少。而海淀、丰台、石景山3个西部城区同属北京市城市功能拓展区，按规划这些区在经历新建、重新配置应急避难场所后应基本能够满足人口需要。

因此，本文以北京市海淀、丰台、石景山3个西部城区为研究单元区，研究城区街道对应急避难场所的可达性，并判别出应急服务稀缺地区，通过分析应急服务能力对避难场所的空间布局优化及未来建设提出建议。

1 研究区及数据源

北京市位于华北平原西北边缘，国土面积16410.54km2，共辖16个城区，常住人口2 170.5万，如图1所示。海淀区位于北京城区西北部，区域面积430.77km2，约占北京市总面积的2.6%，常住人口369.4万人，全区共辖22个街道、7个镇（地区办事处）。丰台区位于北京市西南部，辖区面积305.53km2，常住人口232.4万人，共辖14个街道、2个地区、2个镇、3个乡。石景山位于北京西部，是传统的重工业区，全区总面积84.38 km2，下辖9个街道（社区）。

本文所用数据源包括以下4部分：国家1:250000国际基础地理数据、行政区划地图（海淀区民政信息网、行政区划网）；研究区面积、人口数据（研究区区人民政府网站、2010年第六次人口普查）；街道数据（含建制镇、建制乡），共59个街道的人口、面积数据；应急避难场所数据，包含场所面积及疏散人数（北京地震局，http://yjbncs.bjyj.gov.cn/）。

图1 研究区及应急避难场所分布图Fig. 1 Overview of study area and emergency shelters

2 研究方法

两步移动搜寻法以一个行政管辖单元为研究区域（通常指市域或县域），研究该区域一定阈值范围内供给双方的相互作用关系。首先以各个供给地为中心，搜寻一定阈值范围内的需求点，把供给和需求的比例定义为各个供给地的服务能力。然后以各需求点为中心，搜寻一定阈值范围内存在的所有供给点，该阈值范围内供给点提供的服务能力之和就是该需求点的可达性[15]。它可以揭示较大区域（如城市）内部避难场所空间分布的特征及差异性，也可以便捷地在ArcGIS环境下直观实现。

基于两步移动搜寻法在应急避难场所可达性研究中的应用，一般采用的处理方式是将应急避难场所的质心点作为供给点进行距离测算，但这种测算方法等同于默认“只有到达了避难场所的质心才视为抵达了避难场所”。而在现实生活中，人们并不会以达到某地质心作为到达该地点的标准，因此将应急避难场所的入口作为供给点更接近实际情况。在此背景下，本文基于Luo和Wang（2003）提出的改进的两步移动搜寻法，结合研究区的实际情况，利用GIS的空间分析功能实现，具体方法如下：

第一步：设每个应急避难场所的入口j，以距离阈值（do）为半径建立搜寻域，搜索所有在j距离阈值范围内的街道质心（k），搜索出所有范围内的居民常住人口数据，用应急避难场所的疏散人数与搜索到的对应街道的常住人口数相除，计算得到供需比Rj（每个应急避难场所的服务能力）：

式中，Sj是应急避难场所的疏散人数即服务能力，dkj是K、j之间的距离，Dk是搜索范围内的人口数。假设应急避难场所的各个入口权重相同，因此在实际操作中，在Sj前乘1000，则Rj的实际意义可理解为场所入口j每千人享有的应急避难席位[16]。

第二步：对每个街道质心i，以距离阈值（do）为半径建立搜寻域，搜索在阈值范围内所有能为该街道提供避难服务的避难场所入口。然后将第一次搜索得到的供需比相加得到Ai，即街道i的可达性：

式中，Ai即街道i对应急避难场所的可达性，Rj是搜索域街道i（dij≤do）内避难场所入口j的供需比。

在实现的过程中，涉及到两个关键技术问题：一是对城区内应急避难场所、街道人口等关键数据的提取；二是选择合理阈值。按规定，长期（固定）避难场所的服务半径定为2 000～5 000m，即步行 0.5～1h内到达为宜；用地面积不小于4 000m2以上，人均用地（综合）面积标准为2.0～3.0m2。按此标准，本文将分析阈值设置为2 000m、3 000m和5 000m，分析3种阈值情况下可达性的变化，对研究区的应急避难场所配置的均衡性进行评估，分析现有应急避难场所的需求与服务情况，用人均可利用指标作为避难场所用地面积分布及是否存在短缺，哪里短缺的评价依据。

其主要技术流程图如图2所示，ArcGIS10.1实现步骤如下：①对区行政规划图进行配准，矢量化，确定应急避难场所入口位置、提取街道质心。②计算应急避难场所入口与街道质心的距离，提取搜寻域（2000m/3000m/5000m）范围内的选项，形成表（Dist2k/ Dist3k/ Dist5k）。③分别将街道质心图层、应急避难场所入口图层连接到Dist表。④汇总每个场所阈值范围内的人口数，得到表SumAvl。⑤将应急避难场所属性连接到表SumAvl，在SumAvl中新建字段popR，计算场所人口比。⑥将SumAvl连接到Dist表中，按照人口位置汇总场所人口比并连接到街道图层中显示。

图2 技术流程图Fig. 2 Research flow

根据《北京市地震应急避难场所规划》，固定避难场所应容纳区域总人口（常住人口等）的30%，在研究中可达性值的实际意义为某一街道拥有的千人避难席位，因此，当可达性值为300时，区域内每千人拥有的避难席位为300，可认为街道享有的应急避难服务达标[16]。在实际研究中可达性值在300～400可被看作是避难服务的最优街道；可达性值200～300为接近达标段，考虑到实际生活情况认为可满足大部分服务标准；而可达性值大于400则属于相对富裕。

3 结果分析

根据上述方法，分别计算出海淀、丰台、石景山3个区2000m，3000m，5000m范围内的居民应急避难场所可达性空间分布及其场所个数。如图3～图5所示，并见表1。

图3 海淀区不同服务半径应急避难场所可达性图（a: 2000m; b: 3000m; c: 5000m）Fig. 3 Spatial accessibility to emergency shelters of Haidian district at diあerent service radius （A: 2000m; B: 3000m; C: 5000m）

图4 丰台区不同服务半径应急避难场所可达性图（a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）Fig. 4 Spatial accessibility to emergency shelters of Fengtai district at diあerent service radius （a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）

图5 石景山区不同服务半径应急避难场所可达性图（a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）Fig. 5 Spatial accessibility to emergency shelters of Shijingshan district at diあerent service radius （a: 2 000 m; b: 3 000 m; c: 5 000 m）

表1 不同城区不同服务半径内应急避难场所可达性统计Tab. 1 Statistic of spatial accessibility of diあerent district at diあerent service radius

从图3～图5及表1可以看出，服务半径为3000 m时的街道可达性值在各范围数段分布更为平均，在300～400数段最多，值小于50、大于400的极度欠缺，表明可达性服务极度缺乏或服务相对富裕的街道也较少。考虑到北京市长期（固定）避难场所的服务半径最大为5000 m，在服务半径5000 m的可达性值渲染图（图3c、图4c、图5c）中仍有一些空白区域，即在5000 m范围内位于空白区域的街道依然没有享受到任何的应急避难资源。故可以断定，在本文研究区内已建成的应急避难场所不能满足区域内街道居民的避难需求。应急避难场所分布不均，布局不合理，如海淀街道内拥有海淀公园、长春健身园两个应急避难场所，共可容纳约25万人，资源相对富裕，有的街道应急避难资源严重匮乏，如与丰台区宛平城地区以西的街道（地区）距离最近的应急避难场所均超过6 km。

根据可达性分析结果，统计3个城区的城区面积、避难场所总面积、应急避难服务面积、常住人口、服务人口、服务面积与区域面积比值、服务人口与区域人口比值、服务人口缺口，见表2。3个城区的服务人口比均未达到标准。从应急避难场所建设情况看是海淀区最好，共有8个应急避难场所，在研究区内避难场所面积、服务面积、服务人口也是最多，但由于人口基数巨大，服务人口比与标准仍相差很大。尽管石景山只拥有3个避难场所，却以超过18%的服务人口比在3个城区中处于优势地位，且服务人口的缺口也最少。

表2 城区应急避难场所服务统计表Tab. 2 Statistic of spatial accessibility of diあerent district

因此，今后研究区建设应急避难场所的重点不仅在于数量的增加和规模的扩大，同时还需注意避难场所空间分布的合理性，以及资源的可利用性。妥善解决新大型居住区周边的避难用地，完善现有应急避难设施的配置，场所周围的配套设施，构建安全的、合理的、有层次性的应急避难设施网络。

4 结束语

本文主要探讨了基于GIS的两步移动搜寻法在应急避难场所可达性评价中的应用。以避难场所入口为供给点，以研究区每单个城区街道内的常住人口作为普查单元的人口数据，通过两步移动搜寻法对北京市海淀、石景山、丰台3个城区应急避难场所的可达性进行分析。结果显示海淀、丰台、石景山3个城区均处于较低的应急避难服务水平，并通过统计、分析可达性值分布判别出研究区中应急服务稀缺地区。同时对避难场所的空间布局优化及未来建设提出了建议。但本文仅进行了研究区内部应急避难场所的可达性分析，没有考虑到临近城区的街道与避难场所可跨越市辖区边界（如西城区与海淀区的相邻部分）间的潜在相互作用。另外，本文仅选择将避难场所的一个入口作为供给点，但很多避难场所可能拥有不止一个入口，实际生活中居民会选择最近的入口进入避难场所，因此默认单个入口就会在一定程度上增加了居民的移动距离，增加了误差。这些都将是本文未来进一步研究的方向。