第３３卷第４期 河北理工大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．４ ２０１ １年１ １月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｎｏｖ．２０１ １ 文章编号：１６７４－０２６２（２０１１）０４－０１１７－０６． 基于ＧＩＳ系统的城市避难场所 赵巍 ，周麟 ，李巍 （１．河北联合大学‘建筑工程学院，河北唐山ｏ６３ｏｏ９；２．西南交通大学，四Ｊ ＪＩ成都） 关键词：防灾减灾；避难所；ＧＩＳ 摘要：随着社会的不断发展，城市逐渐成为人类经济、文化、政治、科技信息中心。由于城中 人口密度和建筑密度的不断增大，当较大的自然灾害侵袭时会造成巨大的财产损失和人员伤 亡。如何在灾害来临时把灾害造成的损失减少到最低，成为了当今世界的新课题。防灾避难 所成为了各国防灾减灾的焦点。在进行防灾避难所合理化配置时，要基于ＧＩＳ系统进行分析， 得出分析结果供规划设计时使用。 中图分类号：Ｘ４３文献标志码：Ａ 根据国内外的先进经验，一个城市的防灾规划是否到位往往取决于避难场地的配置是否合理。为了减 少在灾害来时的人员伤亡，在进行城市规划时首先要考虑避难场所容纳人口与区域总人口的比，即容纳率。 容纳率达到一定标准才能保证防灾减灾的供求平衡。其次是避难道路与避难距离，在自然灾害来临时，受灾 群众的疏散、道路的疏通和居民区到防灾避难所的距离远近对受灾群众是否能安全避难有直接影响。最后 通过不同的避难场所类型确定服务半径，从而确定避难圈的大小。对防灾避难场所进行以上分析对于合理 规划城市避难场所以及制定有效应急减灾对策具有重要指导意义。 １ 研究区概况 选取河北省唐山市中心城区作为研究区域。唐山市位于河北省东北部，座落在华北平原北部，燕山山脉 东端，地处东经１１７度３１分一１１９度１９分，北纬３８度５５分＿４Ｏ度２８分东临秦皇岛，南为渤海，西靠天津 市，北为承德地区。唐山市地处华北平原地震带。１９７８年７月２８日在唐山发生了里氏７．８级地震，造成了 ２４．２万人死亡。在震后的重建和发展中唐山市突出了以下指导思想：１、控制城市规模，积极发展小城 市；２、注意功能分区，选择好建设用地；３、适当减少建筑密度，提高空地、绿地面积；４、建筑物按８度设防， 加强构造措施提高抗震能力；５、做好防灾规划，防止次生灾害发生，具体抗震措施。 唐山市的中心城区主要由路南区、路北区、高新技术开发区、南湖管理区几部分组成。在进行唐山市城 市避难场所规划时主要还是以路南区、路北区为主，高新技术开发区归并到路北区，南湖管理区归并到路南 区。根据２００９年的统计唐山市中心城区的人Ｈ密度为７６４）￣／ｋｍ 。在同等强度灾害的情况下，人口密集区 域面临着应急避难需求高、可用避难空间少等困境，很大程度上增加了人员伤亡概率和经济损失强度。本文 在避难场所容纳分析时选用唐山市中心城区进行分析。 ２ ＧＩＳ系统的简要介绍 地理信息系统（简称ＧＩＳ）是计算机软件支持下，对整个或部分地球表层空间的有关地理分布数据进行 采集、存储、管理、运算、分析显示和描述的技术统计。 由于地理信息系统的飞速发展，在城市防灾减灾方面，有了比较成熟的理论。其中欧美日等发达国家最 早把ＧＩＳ系统运用到城市地震灾害的研究当中。１９９４年的美国洛杉矶大地震和１９９５年的日本阪神大地 震，美日两国运用ＧＩＳ系统进行应急响应决策以及灾害预测和灾害信息管理系统的建设。 收稿日期：２０１１－０３．１８ １ｌ８ 河北理工大学学报（自然科学版） 第３３卷 ＡｒｃＧＩＳ是美国环境系统研究所开发的新一代ＧＩＳ软件，是世界上最广泛的ＧＩＳ软件之一。ＡｒｃＧＩＳ是 ＥＳＲＩ在全面整合了ＧＩＳ与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多方面的计算机主流技术之后，成 功推出了代表ＧＩＳ最高水平的全系列ＧＩＳ产品。本文在进行城市中心区容纳率分析时会使用到ＡｒｃＧＩＳ中 有关图层属性的添加与分析。在矢量数据的空间分析中通过网络分析找到最短路径，在对服务半径和选址 分析时要用到缓冲区的概念。 ３ 避难服务供求比率的研究方法 在研究避难服务供求比率要运用ＡｒｃＧＩＳ９．３软件，利用ＡｒｃＧＩＳ９．３软件的导入和图层属性添加功能，分 析唐山市的中心城区的土地布局。对唐山市的土地利用进行综合分析。具体的步骤如下： 第一，将唐山市的中心城区的土地布局图导人ＡｒｃＧＩＳ９．３中，并对中心城区的主要公园，街心花园，广 场，体育场进行描绘。新建Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ，在其子目录下建立面要素类，将建好的面要素类添加到ＡｒｃＭａｐ里 面，找出以上作为城市避难场所的用地，下拉编辑器菜单点击开始编辑，开始描图。 第二，在每次描图后需打开属性列表，选项菜单里点击添加字段，输入描好的区域的名称、所属类型。这 样就把唐山市中心城区避难用地的属性加载进去了。这样可以很好的观察到整个唐山市中心城区的所有避 难用地，便于统计和规划。 第三，再添加面积字段，在字段下点击右键，下来菜单中点击计算几何体，将描好的的每一个避难区域进 行面积的计算，这样唐山市中心城区每一块避难面积都能被统计出来。 第四，对计算和统计出的结果进行分析，总结唐山市中心城区的避难用地是否够用，为今后唐山市的城 市规划提供依据。 图１唐山市中心城区规划图导入ＡｒｃＧＩＳ 经过上面的分析过程可以得到２０２０年唐山市中心城区所有主要公园、街心公园、公共绿地的用地面积。 根据国内外的相关规定和经验，临时避难所的人均面积应为ｌ一２ １ＴＩ ，固定避难所的人均面积应为２ ３ １１＂１ 。 用避难用地总面积除以人均面积可以得到避难场所可容纳的的人数。由上面的方法统计可得下表： 表１唐山市中心城区主要防灾公园统计 由上表可以分析得到唐山市中心城区的主要公园一共可以容纳人口１３９２８７０人，根据《唐山市总体规 第４期 赵巍，等：基于ＧＩＳ系统的城市避难场所 ｌｌ９ 划》唐山市中心城区的人口可达２９６万。根据避难服务供求比率的计算方法即：可容纳人口与总人口的比。 由此可得唐山市中心城区的平均供求比可达０．４７，从总体供求的角度分析，只从现有主要公园公园考虑，在 灾害发生时唐山市中心城区有４７％居民可安置在现有的防灾公园避难。同时不同区域的情况也有差异，相 比较路南区，路北区的公园更多些，面积更大些。从城市规划的长远角度来考虑，唐山市在城市防灾减灾的 角度来考虑还需要加大力度，除了扩大公园面积和增加公园数量外，还要考虑到资源的合理分配。 ４ 基于ＧＩＳ系统的避难道路的研究 鉴于避难服务供求比只能宏观的反应唐山市中心城区总体避难水平，但实际灾害来临时有很多人为无 法预知的因素，会影响到避难的疏散和组织系统。居民到避难场所必须有一个时间，既不可能拥有无限 的行走时间，这个行走时间往往由避难距离来决定，因此明确居民到避难场所的距离就显得尤为重要。本文 主要介绍如何通过ＡｒｃＧＩＳ软件来选择最短路径。下面举一个简单的最短路径选择的例子： 第一，需在ＡｒＣａｔａｌｏｇ里创建Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ，在里面创建所需的点要素和线要素，一般做整体的道路分析 时，要把居民区和避难场所抽象成点要素，把城市的各主要道路抽象成线要素。 笫二，对要分析的区域进行点要素和线要素的描绘，对每一个要分析的对象都要考虑到。点要素和线要 素建完后，在要素集下建立几何网络。 第三，把建好的点线要素和几何网络都导人ＡｒｃＭａｐ里，在网络分析工具栏里选择旗标工具放在居民点 和想要到达的避难场所。选择Ａｎａｌｙｓｉｓ ｌ Ｏｐｔｉｏｎｓ命令，打开Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｐｔｉｏｎｓ对话框，确认Ｗｅｉｇｈｔｓ和Ｗｅｉｇｈｔ Ｆｉｌｔｅｒ标签项全部是Ｎｏｎｅ，在Ｔｒａｃｋ Ｔａｓｋ文本框中选择Ｆｉｎｄ ｐａｔｈ。单击ｓｏｌｖｅ按钮。显示出最短路径。 图２ ＡｒｃＧＩＳ系统中的路径选择 由上图中红线所示即居民区到避难场所的最短距离，在Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｏｐｔｉｏｎｓ中有权重设置，用户可以选择 最短路径的时间权重和速度权重，这要看研究者对最短路径的要求更偏向于时间还是速度。 在从整体上选择了避难通道后还需要对避难通道进行设计，由相关规定可知：紧急避难场所应设置２条 以上疏散道路，道路宽度不小于３．５米；长期避难场所应设置４条以上疏散道路，道路宽度不小于１５米；长 期避难场所内部主要道路的宽度应不低于３．７５米。 ５基于ＧＩＳ系统的避难服务域分析 避难服务域又称避难圈，是指一个避难场所规划的或实际的避难服务地域范围。对于指定避难所，避难 圈是灾害发生前指定的；对于震后自主避难者选择的疏散场所，避难圈是对实际避难者的统计值。避难服务 域大，路途远，则避难行动耗时长，风险大。 根据相关规定地震避难场所服务半径是：紧急避难场所服务半径为５００米，即步行５～１５分钟；长期避 难场所一般为２０００米，即步行半小时可到达。 １２０ 河北理工大学学报（自然科学版） 第３３卷 根据避难场所的大小和形状，确定其服务半径和服务域，实质是建立缓冲区。缓冲区是给定的空间对象 或集合后获得的它们的邻域。・邻域的大小有邻域的半径或缓冲区建立的条件决定。对于一个给定的对象 Ａ，它的缓冲区可定义为： ．‘ ：：Ｐ＝（ Ｊ ｄ（ｘ，Ａ） ｒ 式中，ｄ一般是欧氏距离，也可以是其它距离，其中ｒ为邻域半径或缓冲区半径建立的条件。欧式几何距 离的公式可按下式： ｄ１２＝［（ １一Ｘ２） ＋（Ｙ１一），２） ］ 在ＡｒｃＧＩＳ软件下，有建立缓冲区的工具，选择Ｔｏｏｌｓ菜单下的Ｃ￣ｓｔｏｍｉｚｅ命令，进入Ｃｏｍｍａｎｄｓ标签。在 Ｃｏｍｍａｎｄｓ对话框中选中Ｃａｔｅｇｏｒｉｅ框中的Ｔｏｏｌｓ，然后在右边的Ｃｏｍｍａｎｄｓ框中选中Ｂｕｆｆｅｒ Ｗｉｚａｒｄ，将其拖动 到工具栏上方的空处。下面是具体的操作方法： 第一，将需要分析的唐山中心城区的区域图导人ＡｒｃＭａｐ，在上面设计好的工具栏里点击缓冲区按钮，进 行缓冲区设置。 第二，本文以防灾公园用地作为固定避难场所，一般的固定避难场所服务半径在１５００—２０００米左右。 所以在进行防灾公园缓冲区分析时，需把缓冲区设成２０００米。 第三，打开缓冲区设置对话框在图层的要素集下拉菜单里选择需要分析的对象公园用地，下一步中的缓 冲区类型选择分级缓冲区，这样能更好的表明每一个区域距防灾公园的远近。在是否溶解缓冲区障碍中选 择是，点击完成则完成了操作。‘ 图３公园用地缓冲区分析 经过上面的分析可以一目了然的看到每一个公园用地的服务范围，深色的缓冲区表示距离公园较近的 地域，颜色浅的区域表示距离公园较远的区域。因此从上图中我们可以分析出各个小区的避难距离的远近， 在选择避难场所时要注意就近原则，通过对每个避难场所的综合分析可以合理的运用避难资源。 ６ 基于ＧＩＳ系统的防灾避难所的三维建模 ＡｒｃＧＩＳ软件中具有一个能三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块，可利用 它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化和分析处理。３Ｄ Ａｎａｌｙｓｔ扩展模 块的核心是ＡｒｃＳｃｅｎｅ应用，它可以更加高效地管理三维ＧＩＳ数据、进行三维分析、创建三维要素以及建立具 有三维场景属性的图层。 三维效果图能把城市防灾避难所更清楚具体的展现给城市居民，能清楚的表达防灾避难的所的结构设 施和周围的环境，给每一个避难居民提供更详细的避难信息。同时也可以减小受灾居民的恐慌程度，提高避 难疏散逃生的效率。 ・本文以河北理工大学的操场和空地所见的避难场所为例，说明了用ＡｒｃＧＩＳ进行避难场所进行建模的方 １２２ 河北理工大学学报（自然科学版） 第３３卷 我国防灾避难场所的规划与设计还处于探索和实践阶段，我们要加强运ＧＩＳ系统结合缓冲区分析、 Ｖｏｒｏｎｏｉ分析等空间分析方法进行归属算法研究，为今后防灾避难场所的研究做理论上的准备。 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ｓｙｓｔｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ．
