基于GIS的大慶市居住區(qū)空間適宜性分析

時海川，楊 夢，虞 暉

（1.武漢大學(xué) 測繪學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學(xué) 城市設(shè)計學(xué)院，湖北 武漢 430072）

基于GIS的大慶市居住區(qū)空間適宜性分析

時海川1，楊 夢2，虞 暉1

（1.武漢大學(xué) 測繪學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.武漢大學(xué) 城市設(shè)計學(xué)院，湖北 武漢 430072）

傳統(tǒng)城市居住適宜性評價方法存在精度不高、評價效率較低等缺陷，提出了基于GIS的城市居住區(qū)空間適宜性評價方法，并以大慶市西城區(qū)為研究區(qū)進(jìn)行分析實(shí)驗。首先運(yùn)用層次分析法（AHP）建立城市居住適宜性相關(guān)評價指標(biāo)體系，然后應(yīng)用ArcGIS空間分析功能依據(jù)評價指標(biāo)體系生成派生數(shù)據(jù)集，并對各數(shù)據(jù)集的指標(biāo)因子進(jìn)行加權(quán)疊加，進(jìn)而重分類并渲染，得到城市居住適宜性評價專題圖。實(shí)驗結(jié)果表明，該方法提高了工作效率和評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了居住適宜性的可視化分析，為城市總體規(guī)劃及建設(shè)布局提供了一定的指引。

ArcGIS；城市居住區(qū)；空間分析；AHP

城市居住區(qū)空間適宜性評價是以自然、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境各方面因子作為評價指標(biāo)，對適宜居住的區(qū)域進(jìn)行的綜合評價分析。目前，國外研究者對于城市居住適宜性評價的研究大多是從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會等角度出發(fā)[1-2]；而在國內(nèi)關(guān)于人類居住環(huán)境的探索主要集中于人居環(huán)境的評價和分析[3-5]。綜合對比來看，對于居住區(qū)空間適宜性評價的研究由于所劃分的評價單元面積較大，評價精度較低、工作效率不高[6]等原因，無法進(jìn)行較深層次的可視化分析。鑒于此，本文提出將定量空間分析技術(shù)引入城市居住適宜性評價，應(yīng)用AHP建立評價因子指標(biāo)體系，并利用ArcGIS軟件在空間分析和空間數(shù)據(jù)可視化方面的技術(shù)優(yōu)勢，對居住空間適宜性進(jìn)行定量與定性分析，力求提升城市居住適宜性評價方法的應(yīng)用性能。

1 研究方法與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 研究方法

本文擬采用AHP與Miller提出的適宜性生態(tài)分析法[7]對大慶市西城區(qū)居住用地適宜性進(jìn)行評價，并通過因子加權(quán)評價得到最終的適宜性評價結(jié)果。其主要步驟為：評價因子的選擇、指標(biāo)體系的建立、因子權(quán)重確定、矢量分析、柵格疊加分析和區(qū)域修正及重分類。

1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本文以大慶市西城區(qū)為實(shí)例測評，根據(jù)城市居住適宜性指標(biāo)體系準(zhǔn)備評價工作所需的數(shù)據(jù)，包括1∶50 000大慶市西城區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖（2010年）、大慶市交通路網(wǎng)現(xiàn)狀圖（2010年）、大慶市西城區(qū)人口數(shù)據(jù)（2010年）、大慶市綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖（2010～2020年）（源自大慶市國土資源和規(guī)劃局和2011年大慶市年鑒）。

2 研究內(nèi)容及分析結(jié)果

本文使用的待評價區(qū)域的自然經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)包括大慶市西城區(qū)湖泊水域形狀、市政公園、石油礦業(yè)分布、主要道路、醫(yī)院、文體設(shè)施等。對這些資料進(jìn)行綜合分析與整理，從中選出與居住適宜性選址相關(guān)的因素作為定量分析備選因子，將各因子導(dǎo)入ArcGIS并以shp文件方式組織圖形與屬性數(shù)據(jù)并配準(zhǔn)，得到土地利用現(xiàn)狀如圖1所示。

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

根據(jù)鈕心毅、宋小冬的研究，可將城市用地適宜性評價劃分為生活區(qū)的用地適宜性評價和工業(yè)區(qū)的用地適宜性評價兩大類型，包括各自的交通、市政、綠地等。不同類型的用地其評價準(zhǔn)則是不同的。城市居住適宜性指標(biāo)體系是從人類生態(tài)學(xué)的角度綜合評價居住環(huán)境的適宜性，應(yīng)包括自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)3個方面。因此指標(biāo)選擇時應(yīng)考慮因子的綜合性、代表性、層次性、合理性以及現(xiàn)勢性[8]。

2.2 指標(biāo)分析與因子選取

城市居住適宜性指標(biāo)中所指的環(huán)境既包括了自然環(huán)境，又涵蓋了社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境[9]。根據(jù)這一目的以及大慶市的環(huán)境特點(diǎn)，最終確定大慶市居住環(huán)境適宜性評價指標(biāo)包括自然環(huán)境舒適性、人文環(huán)境舒適性、生活方便性、出行便捷度和健康安全性5個方面。根據(jù)評價指標(biāo)體系的內(nèi)涵和構(gòu)建原則，選取一級因子5個，二級因子17個，如圖2所示。

圖1 大慶市西城區(qū)現(xiàn)狀用地圖

圖2 指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)

2.3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

本文研究因子的權(quán)重確定采用AHP模型，基本原理是比較各因子對目標(biāo)的相對重要性并構(gòu)造判斷矩陣，進(jìn)而計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量。與其他因子權(quán)重確定方法相比，該方法更具科學(xué)性、層次性、系統(tǒng)性和完整性[10]。其步驟如下：

1）對各因子進(jìn)行兩兩比較，并構(gòu)造相應(yīng)的判斷矩陣，通過專家打分賦予元素（B1，B2，…，Bn）比例標(biāo)度來確定其在指標(biāo)體系下的重要性，判斷矩陣標(biāo)度及其含義見表1。

表1 判斷矩陣標(biāo)度含義

經(jīng)過專家打分確定得分，并構(gòu)建判斷矩陣，得到城市居住空間適宜性評價因子的判斷矩陣，如表2所示。

表2 準(zhǔn)則層B的判斷矩陣

2）層次排序及一致性檢驗。

由式（1）計算得λmax及其對應(yīng)的歸一化特征向量W，B為判斷矩陣。將n階的判斷矩陣中各元素按列進(jìn)行歸一化，再按行進(jìn)行相加，并除以維數(shù)n，最終得到權(quán)重向量W。解算最大特征根λmax，對于n階判斷矩陣而言，當(dāng)λmax為0時，則判斷矩陣B具有完全一致性；當(dāng)λmax大于n，且其余特征根接近于0時，則判斷矩陣B具有滿意一致性。為了進(jìn)一步驗證判斷矩陣的一致性，還需計算一致性指標(biāo)CI和一致性比例CR，通過yaahp軟件解算參數(shù)如下：

式中，RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，由多次（500次以上）重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征根計算后取算術(shù)平均值得到。根據(jù)龔木森、許樹柏1986年得出的5階判斷矩陣重復(fù)計算1 000次的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)為RI=1.12，當(dāng)CR＜0.10時，則認(rèn)為該判斷矩陣具有滿意一致性，否則需對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

由CR=0.051 7＜0.10可知該判斷矩陣B具有滿意一致性。同理可分別求出準(zhǔn)則層下各指標(biāo)因子的權(quán)重，再進(jìn)行一致性檢驗，結(jié)果均具有滿意一致性。

3）基于上述計算求得目標(biāo)層下5大因子的指標(biāo)權(quán)重分別為0．253 3、0．145 0、0．497 6、0．053 4和0．050 6。將評價指標(biāo)分級和量化，根據(jù)評價因子分析結(jié)果和評價指標(biāo)權(quán)重，建立城市居住適宜性評價指標(biāo)體系，如表3所示。

表3 城市居住適宜性評價指標(biāo)體系

3 基于GIS的城市居住適宜性實(shí)例分析

3.1 基于緩沖區(qū)分析的現(xiàn)狀適宜性

1）在ArcGIS中根據(jù)評價因子分級值，對5大評價因子按評價分級值作多環(huán)緩沖區(qū)分析；在ArcGIS中5大因子相應(yīng)的緩沖區(qū)圖層中依照表3添加分值字段：自然、生活、人文、交通和安全，并按照距離等級賦值。

2）利用ArcGIS中聯(lián)合分析功能，將5大因子緩沖區(qū)圖層依次導(dǎo)入，并將鏈接屬性選擇為ALL，在新生成的聯(lián)合圖層中添加“評價系數(shù)字段”。其值為“評價系數(shù)=自然+人文+生活+交通+安全”。將聯(lián)合后的圖層通過裁剪功能，提取出居住區(qū)范圍，如圖3所示。

3.2 基于柵格疊加的適宜性分析

1）依據(jù)5大因子分別對相應(yīng)地物作直線距離分析，并將得到的派生數(shù)據(jù)集均勻重分類為6級。

2）將得到的5大因子直線距離柵格圖通過柵格計算器進(jìn)行加權(quán)疊加：

式中，S為待輸出的評估適宜性等級圖；B1～B5為各因子直線距離等級。

輸出的可視化評估適宜性分級，如圖4所示，居住適宜性與疊加分值呈現(xiàn)正相關(guān)，顏色越深的區(qū)域表示得分越高，即居住適宜性越高，顏色越淺則表示適宜性越低。

3.3 結(jié)果評述與規(guī)劃指引

從居住用地空間適宜性評價結(jié)果來看，本文方法評估得到的居住適宜性分布在中心城區(qū)基本與現(xiàn)有居住區(qū)分布情況相符，但由于石油工礦業(yè)聚集及生態(tài)環(huán)境惡化等問題，這一區(qū)域的居住適宜性普遍不高，而東西部居住生態(tài)適宜性較好的區(qū)域則發(fā)展程度不足，交通與服務(wù)性基礎(chǔ)設(shè)施不便利；使得大慶市西城區(qū)整體呈現(xiàn)南北向的空間布局過長、東西向則發(fā)展嚴(yán)重不足等一系列“重心缺失”的問題。

圖3 現(xiàn)狀居住適宜性

圖4 評估居住適宜性

為提高大慶市居住區(qū)空間適宜性水平，應(yīng)對現(xiàn)有市區(qū)中心職能進(jìn)行調(diào)整和轉(zhuǎn)換，對石油加工制造業(yè)外遷的同時，加強(qiáng)發(fā)展財政金融、管理、專業(yè)服務(wù)和信息傳播等產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)，使大慶市西城區(qū)由工業(yè)中心向服務(wù)業(yè)和信息中心轉(zhuǎn)變。此外，今后發(fā)展中產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和空間布局應(yīng)考慮居住用地的空間擴(kuò)展，大力建設(shè)以銀浪街道與乘風(fēng)街道等為首的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，以此為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新極核。

4 結(jié) 語

適宜居住的區(qū)域體現(xiàn)了以人為本的思想，充分考慮了優(yōu)雅、無污染的環(huán)境，生活的便捷性和文化教育設(shè)施的功能性，具有較高的評價分值，符合城市總體規(guī)劃的生態(tài)要求；而污染嚴(yán)重、生活設(shè)施不配套的區(qū)域居住適宜性則很低。相較于傳統(tǒng)的人工數(shù)學(xué)選址方法，利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能及友好的人機(jī)界面進(jìn)行操作分析具有無可比擬的優(yōu)勢，大大節(jié)省了操作時間、提高了評價精度，明顯改善了傳統(tǒng)評價方法中對較大評價單元進(jìn)行分析的技術(shù)和時效性缺陷，因此該分析評價結(jié)果更為符合城市居住空間適宜性評價指標(biāo)體系的要求，具有高度的科學(xué)性及準(zhǔn)確性。

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P208

B

1672-4623（2016）09-0049-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.09.016

時海川，碩士研究生，研究方向為城市空間信息工程。

2015-07-02。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41401452）。