避难场所适宜性评价及服务范围空间相关性分析_吕伟.pdf

文章编号:1009-6094(2023)03-0694-10避难场所适宜性评价及服务范围空间相关性分析*吕伟，韩业凡，周雯楠，施申亮(武汉理工大学安全科学与应急管理学院，武汉 430070)摘要:为使应急避难场所空间布局合理，提升避难转移安置的效率，以武昌区内 35 个潜在避难场所为研究对象，从适宜性和服务范围双重角度探究避难场所空间分布的合理性。首先，从公众角度出发选择适宜性评价指标，然后运用熵权法与逼近理想解排序法(Technique for Order Preference bySimilarity to an Ideal Solution，TOPSIS)相结合的方法得到评价结果，最后采用双变量 Morans I 进行避难场所适宜性评价与服务范围的空间关联分析，得到两者耦合空间分布特征。结果表明:目前武昌区避难场所适宜性与服务范围整体呈正相关关系且存在空间集聚现象，避难场所的适宜性受服务范围影响，但仍有部分避难场所呈负相关关系，这种关系因地而异。除此之外，提高避难场所的适宜性不能局限于增加有效面积，需要综合考虑多种影响因素。关键词:公共安全;应急避难场所;空间关联分布;Morans I;公众意愿中图分类号:X913.4文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.2003*收稿日期:2021 11 09作者简介:吕伟，副教授，博士，博士生导师，从事城市公共安全与应急疏散、行人车辆交通动力学建模与仿真研究，weil whut edu cn。基金项目:国家自然科学基金项目(52072286)0引言城镇化进程促进了城镇规模和人口的快速增长，国家统计局公布的第七次全国人口普查数据1 显示，近 10 年来，我国常住人口城镇化率提高14.21%，城镇常住人口增加了 2.36 亿。然而，由于全球气候环境的复杂变化，越来越多的极端天气、地质灾害在不断侵袭城镇人居环境，使得城市应急避难场所的作用日益凸显，对其进行规划和建设已经成为城市防灾减灾的核心内容之一。2003 年，北京市建立了我国第一个应急避难场所，为以后避难场所的规划建设提供了宝贵经验2。科学的应急避难场所规划应该使其在空间分布上同时具备较高的避难适宜性和较大的避难服务范围，但受限于城市既有空间格局和用地性质，应急避难场所的选址建设往往无法做到尽善尽美，对避难适宜性和避难服务范围空间相关性的研究有助于既有避难场所的问题分析和使用改进。在城市应急避难场所适宜性研究方面，2006年，苏幼坡3 最先考虑场所安全性、有效性两类指标，基于避难场所的区位条件、避难场所的服务能力和环境因素，考虑规模和设施的安全性等多个指标构建应急避难场所指标体系，开始了适宜性评价指标的探索。随着研究的发展，部分学者从有效性、可达性、安全性等宏观层面构建评价指标体系，采用不同的评价方法结合实例对避难场所开展适宜性评价4 5。也有部分学者开展了评价指标和方法的优化研究，吴开腾等6 针对评价指标过多的情况，利用粗糙集属性约简理论去除冗余指标，并运用粗糙集属性重要度确定指标权重。陈鹏等7 在传统评价指标的基础上，使用综合评判物元可拓法构建避难场所适宜性评价模型。Akamatsu 等8 考虑老年人的比例及分布进行避难场所的适宜性分析。Yao 等9 结合地理信息系统构建评估模型，对研究区域内开放空间的紧急避难可用性进行了评估。在城市应急避难场所服务范围研究方面，学者们主要聚焦于服务范围划分方法的研究，在传统的半径法、缓冲区法、泰森多边形法和实际测量法的基础上，部分学者研究了改进的加权泰森多边形法10 11，部分学者则提出了新的方法来划分避难场所服务范围。Su 等12 考虑到避难场所服务能力和人口分布的差异，使用两步移动搜索法描述兰州核心区应急避难场所的可达性，并由此确定避难场所的服务范围。初建宇等13 利用 P 中值模型划分选定场所的服务责任区。Shi 等14 在场地容量和人口密度的限制下，使用 ArcGIS 和加权 Voronoi 图(Weighted Voronoi Diagram，WVD)模型确定应急避难场所的实际服务范围。在城市应急避难场所空间布局研究方面，主要有布局合理性评价和布局选址两个方面。1974 年，Austin15 在选址问题的基础上，考虑区位因素、设施的可达性、人文因素等一系列因素扩展布局优化理论，推动了设施布局选址相关理论的发展。Li 等16 应用最近邻法对长春市避难公园的空间布局进行了评价。周爱华等17 应用高斯两步移动搜寻法与反向高斯两步移动搜寻法计算城市避难场所的可达性和拥挤度，进而评价城市避难场所的布局合理性。苏浩然等18 基于改进的引力模型更全面可靠地评价应急避难场所空间布局合理性。现有的研究成果多从研究者的视角给出了实用496第 23 卷第 3 期2023 年 3 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 3Mar，2023的应急避难场所避难适宜性评价指标体系和服务范围划分方法。然而，已有研究表明灾民对避难场所的感知与其避难选择存在显著关联17 18，因此，避难适宜性还需从城市居民的视角考虑避难主体的风险感知，以避免研究视角下指标选取的主观性;另一方面，对于避难场所合理性的研究多集中在可达性方面17 19，缺乏避难场所适宜性与服务范围空间关联研究，容易出现高适宜性、高服务范围或低适宜性、低服务范围应急避难场所的空间聚集分布现象，造成整体避难资源分布不均衡或不合理。基于上述问题，本文构建基于城市居民对避难场所感知的适宜性评价指标体系，开展适宜性和服务范围耦合空间分布关系研究，以期为城市应急避难场所规划建设和优化布局提供参考。1公众对应急避难场所的选择意愿调查公众作为灾害情况下避难场所的使用主体，其对避难场所的选择意愿直接影响避难场所的使用率，为了真实反映公众的意愿，前期采用访谈法收集公众对避难场所的选择意愿，根据对话的结果设计包括避难场所安全性、服务能力、吸引性、可达性几个方面的调查问卷，通过“问卷星”平台，发放公众对避难场所选择意愿的调查问卷，问卷共回收 768份，通过选项的规律性、关联性分析等方式对问卷的有效性进行了评判，剔除无效问卷 87 份，最后获得681 份由不同年龄、受教育程度人员填写的有效问卷样本。问卷的核心问题如下。Q1:当您需要紧急避难安置时，您是否对城市应急避难场所有足够的信任感?Q2:当您需要紧急避难安置时，您不信任或犹豫选择某一应急避难场所的原因有哪些?Q3:当您需要紧急避难安置时，您认为应急避难场所足够安全吗?如果不安全，原因有哪些?Q4:您认为从您的居住地到您选择的应急避难场所，是否容易到达?有哪些困难?Q5:您认为周边的应急避难场所能否满足您的避难需求或对您是否有吸引力，请说明原因?Q6:您认为影响城市应急避难场所服务能力的因素有哪些?调查发现高达 57%的受访者对于规划的避难场所能否保障他们的安全和生活质量存在疑虑。其中 48%的受访者认为避难场所无法提供安全庇护感，认为避难场所的标志不明显导致吸引力不足的受访者占 23%，认为可达性低的占 14%，还有 10%的受访者认为避难场所的服务能力低，此外，还有5%的受访者有其他不信任的原因，如避难场所的可活动范围、行动是否会受到约束等问题。针对公众不信任避难场所的原因进行更深入的调查，认为避难场所无法提供安全庇护感的原因包括:内部设施配置不全占 33%，存在危险源或高层建筑占 28%，位置不合理、高层建筑密集占 12%，3 项都有占 22%，6%选择其他原因。认为避难场所可达性低的原因主要包括开放性低、道路交通状况差、周围道路数量少且限制多，所占比例分别为 30%、40%、26%。认为避难场所服务能力低的受访者，他们主要从避难场所与各个服务职能部门之间的距离提出意见，城市防灾减灾计划中的服务部门主要包括医疗机构、公安部门、消防救援队和物资补给点，所占比例分别为 28%、17%、15%、40%，与这些部门的距离越近，越能保障灾民的生命安全和生活质量。认为避难场所吸引性弱的原因主要包括避难场所面积规模小占12%，周围人口密度大占 41%，标志陈旧、信息不全占 17%，熟知程度差占 26%，可以看出避难场所周围人口密度大会导致避难场所不易寻找，对公众避难吸引力较弱。2应急避难场所空间相关性分析2.1评价指标体系构建城市应急避难场所的适宜性是指城市应急避难场所在综合维度上满足灾民应急避难安置需求的合适程度，主要通过构建评价指标体系和评价模型来进行衡量。基于公众对应急避难场所的选择意愿调查结果，安全性低、服务能力低、可达性低、吸引力低是导致公众对应急避难场所不信任的四大主要原因，因此，将安全性、服务能力、可达性和吸引性这 4个维度作为适宜性评价的一级指标，进一步分析四大原因得到更加具体的不信任原因作为二级评价指标。首先公众最看重避难场所的安全性，安全性既包括避难场所自身的安全，也包括周围环境的安全，调查发现公众倾向于选择地理位置好、远离危险源和高层建筑、内部设施齐全的地点作为避难场所，因此，选择距灾害点距离、距危险源距离、周围高层建筑面积和内部设施完整性 4 个因素作为安全性维度的二级指标。其次避难场所是否具有吸引性对公众的选择影响较大，公众更倾向于选择周围人口密度小且熟悉的地点作为避难目的地，因此，选择避难场所的有效面积、避难场所周围人口密度、避难场所的5962023 年 3 月吕伟，等:避难场所适宜性评价及服务范围空间相关性分析Mar，2023标志和避难场所的熟知程度 4 个因素作为吸引性维度的二级指标。除此之外，公众对于避难场所的可达性和服务能力也提出一定的要求。在可达性方面，避难场所的开放性、周围道路的交通状况都会影响公众对避场所的选择，因此，选用道路宽度、道路数量、道路交通状况和避难场所出入口数量 4个因素作为可达性维度的二级指标;在服务能力方面，公众倾向于选择距离服务部门近的避难场所，距离越近越能保障他们的生活质量，因此，选用避难场所距离医院、公安机关、消防部门、大型超市的距离 4 个因素作为服务能力维度的二级指标。还有小部分受访者对避难场所有其他不信任原因，但因为这些原因占比较小且杂乱，不纳入评价指标中。具体的城市应急避难场所适宜性评价指标体系见表 1。2.2评价方法选择由于避难场所的适宜性涉及安全性、可达性、服务能力等多个方面因素的影响，不同的避难场所指标的差距也较大，因此避难场所适宜性评价是一项复杂的多指标问题。由于收集的指标均为数据型且较详细，不存在模糊性的评价指标，因此模糊评价或层次分析法并不适用，而且为了避免指标权重的主观性，使用熵权法与逼近理想解排序法(Techniquefor Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，TOPSIS)相结合的方法进行避难场所适宜性评价。相比于其他计算权重方法，熵权法是一种客观赋权的方法，依据的原理是数据本身，应用熵权法能全面利用并反映指标数据的信息，即指标变异程度越小，所反映 的 信 息 量 也 越 少，对 应 的 权 重 也 越 低。TOPSIS 法相对于其他的评价方法可以充分利用原有的数据，而且信息损失较少。具体评价步骤如下。设有m 个避难场所、n 个评价指标，X=(xij)m n为评价指标原始矩阵，其中 xij表示第 i 个避难所的第 j个评价指标，因此原始矩阵为X=x11x12x1nx21x22x2nxm1xm2xmn(1)第一步:指标无量纲化处理。采用归一化的方法将指标进行无量纲处理，得到处理后的矩阵 X。正向评价指标:xij=(xij min xj)/(max xj min xj)(2)负向评价指标:xij=(max xj xij)/(max xj min xj)(3)第二步:对矩阵 X 进行标准化处理。标准化后的矩阵记为 Y，Y 中的每一个元素的表达式为yij=xij/mi=1x2ij(4)第三步:计算各个评价指标的权重 wj。首先，计算各评价指标 xj的信息熵。e