GIS支持下的城市小區的居住適宜性分析研究

程　鋼,張富杰，楊　杰，盧小平

(1. 河南理工大學礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作

454000; 2. 河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000)

Evaluation for Livability for Urban Residential Areas Based on GIS

CHENG Gang,ZHANG Fujie,YANG Jie，LU Xiaoping

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GIS支持下的城市小區的居住適宜性分析研究

程鋼1,2,張富杰1,2，楊杰2，盧小平1

(1. 河南理工大學礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室，河南 焦作

454000; 2. 河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000)

Evaluation for Livability for Urban Residential Areas Based on GIS

CHENG Gang,ZHANG Fujie,YANG Jie，LU Xiaoping

摘要：針對當前城市小區宜居性評價體系存在的問題，以城市居民小區作為研究對象，根據科學性、數據可獲取性、簡潔性、實操性等原則，選取多層評價指標，構建了一個城市小區宜居性簡易評價體系，運用層次分析法和1—9標度法得出小區評價指標的權重，并將RS和GIS作為數據獲取、處理分析手段，在模糊數學方法的基礎上，建立小區適宜性綜合評判模型，利用調整梯形分布函數指數的方法調整單指標評價結果，對小區進行模糊評價方法進行了探討。最后，使用實例對上述體系及模型進行檢驗，結果證明了該方法的可行性。

關鍵詞：居住適宜性；城市小區；模糊評估；遙感；地理信息系統

近年來我國經濟飛速發展，城市化進程不斷加快，居住區用地不斷擴大，城市小區成為了城市架構的重要組成部分，同時也是居民生活和休息的主要活動區域。然而隨著生活質量和品位的不斷提高，人們對生活環境的要求也不斷提高，城市小區的建設和發展與居民的實際需求存在著諸多矛盾，如小區綠化太少、公共設施不配套、出行不便等問題。城市小區的宜居性成了居民廣為關心的問題，對小區的生活環境作出一個科學合理的綜合評價對于評估和了解某小區的居住環境十分有必要。《中國生態住宅技術評估手冊》以可持續發展戰略為指導，以保護自然資源、創造健康舒適的居住環境和與周圍的生態環境相協調為主題，從生態住區的規劃、設計和建設角度為生態住宅小區提出了很多指導性的建議，但對于普通民眾而言系統過于龐大，部分指標數據獲取困難，缺乏實操性[1]；劉春瓊等對生態小區評價指標體系進行探討，存在指標太泛、缺乏可操作性等問題[2]；蘇維等提出的評估體系多數采用定性指標，石純對上海居住區的生態適宜性指標體系進行了修正，基本實現了定量化衡量，二者均未對指標權重設計進行詳細說明[3-4]；楊志華針對生態住宅小區指標權重的確定方法進行了研究[5]；周建飛對評價指標體系的不確定性問題進行了探討[6]；黃宇等通過GIS空間分析生成數據集在一定程度上提高了數據的客觀性[7]。數字城市、地理國情普查等重大戰略性項目積累了大量的空間數據，為城市小區宜居環境的客觀評價提供了科學的數據支撐。本文在前人研究基礎上，構建了一個城市小區宜居性簡易評價體系，將RS和GIS作為數據獲取、處理分析手段，對多層評價指標的選取、權重確立、模糊綜合評價方法等問題進行了探討。

一、城市小區居住適宜性評價體系

本文以城市居民小區作為研究對象，結合當前城市小區發展的現狀及人們對于小區居住環境的實際需求，參考《中國生態住宅技術評估手冊》《住宅性能評定技術標準》等標準，根據科學性、數據可獲取性、簡潔性、實操性等原則，提出了三層次的小區適宜性評價指標體系[1,8]。最高綜合指標為居住區綜合評價指標體系，用于評價小區總體居住環境的宜居情況；向下逐層分解為體現該項指標的亞指標，第二級為自然環境、生活設施、基礎設施及其他4大系統；直至最低層的單項評價指標14項(三級指標)。其中，自然環境主要反映居民關心的空氣質量、有無噪聲、綠化率是否達標、光照時間是否能滿足人們居住的要求；生活設施主要反映醫院、圖書館、交通、購物場所、學校等生活相關的設施是否健全、方便；基礎設施主要反映可活動的廣場、停車位的多少、公共衛生設施等影響居民生活的基本設施。其他方面包括居民關心的人口密度、安全、小區外的建設等方面，反映了與居民生活息息相關的方面，具體見表1。

表1　小區宜居性評價指標

二、模糊綜合評價方法

城市小區居住適宜性評價體系中的評價指標既有定量指標也有定性指標。如何根據各個指標值綜合評判小區宜居性是小區宜居性評價的重要過程。模糊綜合評判法是以模糊數學為基礎理論，將精確影響因子與非精確影響影子相統一、定量影響因子與定性影響因子相結合的一種綜合分析評判方法。該方法適合于對多種因子影響的屬性事物做出一個合理綜合評判[9]，能較好地處理多層指標評價體系中多因素、模糊性及主觀判斷等問題，因此本文采用模糊綜合評判方法作為小區宜居性評價方法。

1. 評價集

2. 評價要素集

評價要素集是指對評價結果造成影響的評價指標的集合。根據上文構建的小區適宜性評價指標體系，本文將評價要素集表示為

(1)

式中，U表示綜合指標；U1、U2、U3、U4表示表1中的4個二級影響指標；U11~U43表示14個三級影響指標。模糊評價的關鍵在于評價要素集與評價集之間的模糊數學關系，即模糊矩陣R

(2)

3. 各指標權重的確定

4. 單指標的評判

單指標評判是綜合模糊評判的基礎。要對單個指標值進行評價，首先要構建每個指標對于評價集的模糊隸屬度函數。將單個指標值代入該模糊隸屬度函數即可確定單個指標的評判結果。本文選取的評價指標既有定性指標，如水質量﹑交通等；也有定量指標，如環境質量﹑綠化環境等，各指標采用的評價標準見表2[12-14]。本文對單個指標的隸屬度評判分為兩種類型：對定性指標，使用直接賦值法確定隸屬度；對于定量指標，則使用改進的梯形分布函數作為模糊隸屬度函數。第i個指標對評價等級Ⅰ～Ⅳ的隸屬度函數公式[15]分別如下

(3)

(4)

(5)

(6)

5. 模糊綜合評價

根據第3節構建的權重向量A和第4節得到的單指標評判結果R，通過模糊運算B=A°R即可“合成”綜合評判隸屬度B模糊集

(7)

式中，bj是綜合評價結果屬于等級Vj的隸屬度。

表2　居住小區適宜性指標評價標準

為了顧及各個指標對小區適宜性的綜合影響，體現評價對象的整體性，本文采用M(·,+)模型對模糊隸屬度B進行運算，即

(8)

式中，bj含義同式(7)；n為影響指標個數；ai為指標i的權重；rij含義同式(2)。

由于本評價體系涉及多層評價指標，本文采用分層模糊評判方法，首先計算三級指標模糊隸屬度，再進行二級指標的模糊評判結果，最后進行綜合模糊評判，根據最大隸屬度準則，判定小區的適宜性評判等級。

三、數據獲取

客觀真實的數據是進行科學評價的基礎。本文充分利用RS和GIS技術手段獲取評價指標中空間相關的數據，并采用統計、問卷調查等方法對其他數據進行獲取，主要方法包括：①空間分析法：通過RS和GIS技術分析獲得與空間位置和關系有關的指標值，如綠化環境指標值，即在配準后的遙感圖像上提取綠化面積、小區面積等信息，然后由二者比值作為該指標的量化值；②統計分析法：通過官方和民間的數據分析和統計獲取某些指標值,如空氣質量可通過收集研究區域PM2.5的平均值，作為此指標的量化值；③問卷調查法：通過收集小區住戶和專家意見為某些定性指標得分進行賦值，如小區安全情況的判斷。

四、實例分析

1. 研究區域

本文選取焦作市龍源湖小區作為試驗點，該小區位于焦作東南邊，西鄰龍源湖公園、東臨焦作市體育館、北鄰焦作市圖書館，屬于高檔住宅小區，小區范圍如圖1所示。

圖1　龍源湖小區遙感影像圖

2. 數據準備及分析

研究區域的遙感影像圖，經過校正、配準等步驟，獲得初步數據，并利用監督分類方法，獲取各類要素的面積指標。為對小區周邊設施進行鄰近度分析，本文以焦作市交通旅游地圖為底圖，進行了矢量化工作，獲取主要道路、學校、文化設施、公交線路與站點等專題要素，以小區為中心進行緩沖區分析，分析周邊設施與小區的空間關系，如某緩沖半徑內的公交站點、學校及圖書館等的數量為相關指標計算奠定基礎，網絡分析被用于計算各種設施與小區之間的實際距離。

3. 模型的應用

通過上文的數據獲取方法，獲得龍源湖小區各指標的指標值(見表3)，根據第二章第4節的單指標評判方法便可得到其模糊隸屬度矩陣。根據計算所得的指標權重向量，與模糊函數隸屬度矩陣進行“合”運算，從而得出小區的模糊評價結果：B=(0.299,0.404,0.277,0.020)，即小區宜居性屬于“優”“良”“中”“差”4個等級的隸屬度分別為0.299、0.404、0.277、0.020，反映出了小區的居住環境為良好以上。

表3　龍源湖小區指標得分

為檢驗本結果的科學性，本文邀請20名專家和小區住戶對小區總體適宜性進行打分，“優”“良”“中”“差”的得分個數分別為7、8、5、0，與上述綜合評價結果基本一致，說明了該方法的可行性。

五、結束語

本文在RS和GIS技術手段支持下，選取城市小區適宜性評價指標，構建了由三層指標構成的評價體系，并利用模糊數學方法對小區宜居性進行評價。該體系及評價方法主要優點如下：①采用層次分析和1—9標度法確立各指標的權重，具有一定的實用性和有效性；②利用調節指數值的方法調整梯形隸屬度函數的收斂速度，可調整各個指標在各個等級上的隸屬關系；③采用RS和GIS獲取空間數據，數據準確可靠；④系統采用的指標具有一定的課伸縮性，用戶可根據具體需要調整指標項。然而隨著時代的發展，人們對于居住環境的要求也會發展變化，因此小區宜居性的評價體系不是一成不變的，該體系可以根據人們側重和不同的需求不斷完善和發展。

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引文格式： 程鋼,張富杰，楊杰,等. GIS支持下的城市小區的居住適宜性分析研究[J].測繪通報，2016(1)：49-52.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0012.

作者簡介：程鋼(1981—)，男，博士，副教授，主要研究方向為GIS理論與方法。E-mail: chenggang1218@163.com

基金項目：國家自然科學基金(41001226);河南省高等學校骨干教師資助計劃(2012GGJS-055); 2014年度河南省教育廳人文社會科學研究一般項目(2014-qn-068); 礦山空間信息技術國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金(KLM201202);數字制圖與國土信息應用工程國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金項目(GCWD201002); 河南理工大學博士基金(B2010-9)

收稿日期：2014-11-12

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)01-0049-04