基于規則格網的區域資源環境承載力測度與綜合評價模型

柴潔，梁建國

(1.重慶市勘測院，重慶 401121； 2.重慶市地理國情監測工程技術研究中心，重慶 401121)

基于規則格網的區域資源環境承載力測度與綜合評價模型

柴潔1，2*，梁建國1，2

(1.重慶市勘測院，重慶 401121； 2.重慶市地理國情監測工程技術研究中心，重慶 401121)

基于規則網格構建了承載力定量測度的復合空間模型，引入德爾斐法和反距離權重等空間分析手段，形成了區域資源-環境、自然-社會經濟多要素綜合承載力監測評價體系，并在重慶市合川區開展示范應用，綜合運用空間信息挖掘技術，實現了地理國情普查成果的創新應用。

地理國情普查成果；規則格網；合川區；承載力測度；綜合評價模型

1 引 言

2015年8月，重慶市順利完成了第一次地理國情普查工作。普查成果信息具有海量、多源、多類型和多時相等特點，如何從普查成果的海量時空數據中進一步深入挖掘分析、發揮其潛在經濟社會價值是后續工作的重點，更是測繪部門實現從生產向生產服務轉型的關鍵。

為了深入發揮地理國情普查成果的應用價值，整合利用多源多期遙感影像數據、行業部門專題數據(國土、水利、交通、能源、旅游、環保、地質等)及社會經濟數據，實現對多部門、跨行業的眾源數據整合，本文構建多要素耦合定量測度的復合數學模型與基于規則網格的承載力要素空間模型，形成涵蓋資源環境自然和社會經濟多要素的區域資源環境綜合承載力的全要素監測模型與評價系統，為輔助規劃決策、開發建設和風險規避服務，保障區域可持續發展。

2 綜合評價模型構建

資源環境承載力的評價是一個非常復雜的過程，而指標體系的研究是它的核心問題[1]。由于城市發展資源環境承載力所涉及的因子更為多樣化，研究的對象已經從單一要素向復合要素綜合評價分析發展。但由于區域資源環境的稟賦和開發的特色不同，使得對資源環境承載力定義界定不一致，因此尚未建立一套普適性的、統一的理論方法[2]。本研究旨在利用地理國情普查成果探索一套可操作性強的區域資源環境承載力監測評價體系與方法流程，如圖1所示。

圖1 技術路線圖

2.1 指標體系

為了資源環境承載力的動態監測與評價的開展更加全面、科學[3]，在系統剖析資源環境承載力的內涵的基礎上，依據《HJ 130-2014<規劃環境影響評價技術導則 總綱>》，《HJ/T2.1-93<環境影響評價技術導則 總綱>》、《HJ 192-2015<生態環境狀況評價技術規范>》綜合分析、選取區域資源環境承載力的主導要素，進而確定分層監測類別，同時細分指標項，進一步明確重點監測對象和具體監測指標，如表1所示。

資源環境承載力重點監測對象篩選和具體監測指標 表1

2.2 計算模型的建立

(1)

n：第n項指標，Xi：該指標覆蓋度(分布面積/區域總面積)，Ai：該指標歸一化系數，Wi：該指標權重

各指標歸一化處理方法上，以植被為例，進行植被歸一化處理后，使用Modeler下的建模工具對NDVI值進行閾值分割，提取植被區域。利用Classification下的Signature Editor，選擇一些植被的訓練區，查看訓練區的植被指數閾值。然后在利用建模工具對歸一化后的結果進行閾值處理。

權重分配和空間模型的分析計算方法上，以醫療衛生機構覆蓋度指標為例，根據相關規定，區縣市區服務半徑在 10 km～15 km；鄉鎮衛生院的服務半徑 3 km～5 km；村級醫療點的服務半徑 1 km～1.5 km。對區內的醫療衛生機構分成鎮衛生院和村級醫療點2個級別分別進行計算：鎮衛生院覆蓋度按距離鎮衛生院3 000 m、4 000 m、5 000 m距離計算鄰近區，產生間距為 1 000 m的多重等值距離的鄰近區多邊形，共3重；村級醫療點覆蓋度按距離中學 1 000 m、1 500 m、2000 m距離計算鄰近區，產生間距為 500 m的多重等值距離的鄰近區多邊形，共3重，重疊進行消除和融合，計算鄰近區的面積，進行反距離權重打分，如圖2所示。

圖2 核密度制圖、反距離權重差值、多重等值距離臨近區計算示意圖

3 合川區模型應用實例分析

3.1 數據預處理

數據預處理主要包括以下專題資料數據：重慶市第一次地理國情普查成果-合川區地表覆蓋及國情要素地理單元成果、普查標準時點核準影像、DOM和DEM數據；礦產、地質空間數據、水文圖數據庫；水質、空氣、綠化等各種環保監測數據；其他統計數據來自統計年鑒和統計信息網的數據等。

3.2 基本統計單元劃分

由于各指標在空間分布上具有連續性和漸變性的特點，考慮到原始數據的空間分辨率和研究區域的面積，對試驗區進行網格單元劃分，以500 m×500 m作為基本統計分析單元。

3.3 單要素承載力監測

將各類監測要素，建立GIS矢量文件，利用核密度制圖、反距離權重差值、距離制圖、柵格計算、多重等值距離鄰近區計算等空間分析法和cell statistic進行像元統計，將各類指標歸算到網格單元，對各網格單元內的各項指標進行標準化、歸一化處理后，通過設定指標權重、建立數學模型，實現各網格內的承載力大小的定量測算，進而制作區域資源環境承載力等級分布圖。

(1)自然資源承載力要素

將耕地、園地、林地、草地、旅游、礦產等自然資源指標綜合分析得到土地資源、水資源、旅游、礦產資源覆蓋度如圖3～圖6所示。

圖3 土地資源覆蓋度 圖4 水資源覆蓋度

圖5 旅游資源覆蓋度 圖6 礦產資源覆蓋度

(2)社會經濟資源承載力要素

建設用地覆蓋度、水網密度、路網密度如圖7～圖9所示。

圖7 建設用地覆蓋度 圖8 水網密度

圖9 路網密度

醫療、教育資源覆蓋度如圖10、圖11所示。

圖10 醫療資源覆蓋度 圖11 教育資源覆蓋度

(3)自然環境承載力要素

水質情況：如飲用水水質和河流水質檢測結果表2所示。

飲用水水質和河流水質檢測結果 表2

空氣質量達標率：評價區域空氣質量達標天數占全年監測總天數的比例，評價標準執行GB3095。環境空氣監測結果如表3所示。

主要大氣污染物濃度及優良天數 表3

合川區地質災害易發程度、地質災害防治分區、石漠化程度分區如圖12～圖14所示。

圖12 地質災害易發覆蓋度 圖13 地質災害防治覆蓋度

圖14 石漠化覆蓋度

聲環境質量：交通干線噪聲平均值指交通干線各路段監測結果，按其路段長度加權的等效聲級的平均值；環境噪聲平均值指環境噪聲網格監測的等效聲級算術平均值。兩個指標綜合反映城市聲環境質量狀況，評價標準執行GB3069，監測結果如表4所示，城區聲功能區劃噪聲監測點監測結果如表5所示。

區域環境噪聲和道路交通噪聲監測結果 表4

功能區噪聲監測點監測結果 表5

(4)社會經濟環境承載力要素

恩格爾系數：根據2014年合川區統計公報，城鎮地區恩格爾系數為33.8%，農村地區恩格爾系數為43.7%(我國2014年城鎮居民恩格爾系數36%，農村居民恩格爾系數40%)。

綠化覆蓋度、人口密度計算結果如圖15～圖16所示。

圖15 綠化覆蓋度 圖16 人口密度

單位地區生產總值：合川區域劃分為“一心”(即主城核心區)，“兩區”(即城市拓展區、現代產業發展區)，“一走廊”(即華鎣山工業經濟走廊，即合川東部經濟走廊)。“一心”工業經濟平穩發展，完成工業總產值220.69億元；“兩區”完成工業總產值146.76億元；“一走廊”工業經濟發展快速，完成工業總產值184.43億元。

單位地區工業生產總值：工業總產值達 1 008億元；其中規模以上工業實現總產值551.87億元、增加值154.40億元；完成工業投資197.60億元。

3.4 復合承載力評價

對表1監測指標中的具體操作指標首先分別利用單模型進行要素計算，再基于德爾斐法和反距離權重等空間分析手段再建立一個復合型的承載力多層指標分級量化的空間模型[4]，如表6所示。

區域資源環境承載力綜合評價模型 表6

續表6

續表6

(1)資源承載力

將自然資源和社會經濟資源承載力綜合分析得到資源承載力，如圖17～圖19所示。

(2)環境承載力

將自然環境和社會經濟環境承載力綜合分析得到環境承載力，如圖20～圖22所示。

(3)資源環境承載力

將利用式(1)建立的復合數學模型與上述分級量化的空間模型相耦合，最后進行多要素指標的耦合測度[5]，實現全要素的綜合分析評價，得到合川區資源環境綜合承載力等級分布圖如圖23所示。

圖17 自然資源承載力 圖18 社會經濟資源承載力 圖19 資源承載力

圖20 自然環境承載力 圖21 社會經濟環境承載力 圖22 環境承載力 圖23 資源環境綜合承載力等級分布圖

4 綜合分析及結論

4.1 綜合分析

從評價結果可知：合川區資源環境較高承載力的地區面積占8%，在南津街街道、合陽城街道、鹽井街道和三匯鎮分布較為集中，在大石街道也有分布，在其余地區零星分布；中等承載力分布的地區占41%，在云門街道、草街街道、大石街道、釣魚城街道、龍鳳鎮、銅溪鎮、渭沱鎮、官渡鎮、淶灘鎮等鄉鎮均有分布；低承載力分布的地區占40%，其中龍市鎮、香龍鎮等分布較多；弱承載力分布的地區占11%，在肖家鎮、太和鎮、二郎鎮其余各鎮均有零星分布。

合川中部城區釣魚城街道、南津街街道、合陽城街道及大石街道、鹽井街道一帶，多為平原地區，地勢開闊，地質條件好，礦產資源多，綜合承載力較高；東南部一帶多為山區，植被覆蓋度高，人口稀疏，經濟欠發達，資源較豐富，綜合承載力也較高；而合川區的華鎣山區、公路G212、S208沿線，遂渝、襄渝鐵路沿線及嘉陵江、涪江、渠江的岸坡地質災害易發區、華鎣山南段滑坡崩塌地裂縫防治區、合川釣魚城風景區重點防治段至石門水庫一帶、釣魚城至官渡鎮一帶，生態敏感性高；城區范圍各街道和部分鄉鎮，人口較集中，經濟較發達，存在資源開采力度大和環境破壞，應綜合開發、提高綜合承載力。4.2 結論

本文基于地理國情普查成果和規則格網計算的方法開展區域資源環境綜合承載力監測與評價，為測繪地理信息、環境保護、資源綜合利用等行業交叉領域提供了一種新的思路和技術手段。

(1)建立了基于規則網格的資源環境承載力監測評價空間模型，以公里格網作為區域資源環境承載力分析的最小粒度，克服了目前的定量研究多是以行政區劃為尺度的突變性，更好地體現其空間分布上的連續和漸變性。

(2)綜合運用空間信息挖掘技術實現了地理國情普查成果的創新應用，實現了多行業跨部門的眾源數據的海量空間與非空間信息的整合利用。

(3)基于德爾斐法和反距離權重等空間分析手段，解決了多要素指標無量綱歸一化的難題，實現了多要素復合計算。

(4)引入GIS空間評價法改進承載力傳統的數學評價模型，改進了常規統計方法的局限性，準確、細微地展現了承載力的空間差異分布，克服了傳統研究成果多為表格、數字、文字的局限性。

[1] 柴國平，徐明德，王帆等. 資源與環境承載力綜合評價模型研究[J]. 地球信息科學，2014，16(2)：257～263.

[2] 陳先鵬. 基于PCA和SD模型的區域國土資源環境承載力評價-以浙江省義烏市為例[D]. 杭州：浙江大學，2015.[3] 李明昌，張光玉，司琦等. 區域綜合承載力的多子系統非線性集對耦合評價[J]. 北京理工大學學報，2011，31(12)：1479～1484.

[4] 李東序，趙富強. 城市綜合承載力結構模型與耦合機制研究[J]. 城市發展研究，2008(6)：37～42.

[5] 侯華麗. 區域資源環境承載力評價信息系統設計與開發[J]. 中國管理信息化，2009(21)：47～49.

Quantitative Measurement and Comprehensive Evaluation Model of Regional Resources and Environmental Capacity Based on Regular Grid

Chai Jie1，2，Liang Jianguo1，2

(1.Chongqing Survey Institute，Chongqing 401121，China； 2.Chongqing Geographic National Condition Monitoring Engineering Research Center，Chongqing 401121，China)

Based on the regular grid to construct a complex space model of carrying capacity ，adopt the Delphi method and inverse distance weighted spatial analysis method to form a regional environment-resources and natural-social economy multi factors of comprehensive carrying capacity monitoring and evaluation system，and carry out the demonstration application in Hechuan，comprehensively use spatial information mining technology ，to achieve the innovative applications based on Geographic National Census results.

geographic conditions survey results；regular grid；Hechuan county；capacity measurement；comprehensive evaluation model

1672-8262(2017)02-30-07

P208.2

A

2016—10—11

柴潔(1988—)，女，碩士，工程師，研究方向為遙感影像處理及GIS應用。 通訊作者：梁建國(1970—)，男，碩士，重慶市工程勘察設計大師，正高職高級工程師,研究方向為攝影測量及GIS應用。 基金項目：住房和城鄉建設部科技項目(2015-K8-009)