基于GIS的城市应急避难场所优化布局综合分析

摘要

伴随着社会经济快速发展和城市人口不断增多，城市生命线脆弱性严重等问题日益明显，近些年城市灾害发生频繁，对国家和人民造成了严重损失。城市应急疏散系统建立与完善已越来越受国家重视，灾害发生时城市应急避难场所充当着重要角色，中国城市应急避难场所规划建立起步晚，目前正处发展阶段。
　　在国家自然科学基金(项目编号:41601568)和天津师范大学开放基金(项目编号:52XK1401)资助下，本文运用多层次指标模型法分别从城市应急避难场所适宜性评价、布局优化和灾后居民疏散路径选择三个方面综合研究了城市应急避难场所布局问题。首先，基于有效性、可达性和安全性选取10个城市应急避难场所适宜性评价指标，采用灰色关联分析法作为评价方法，熵值法确定各指标权重，建立城市应急避难场所适宜性评价体系;其次，构建了避难人口预测“乘积模型”，确定城市应急避难场所布局优化目标和原则，将城市预测避难人口数结合城市土地利用现状，利用GIS空间分析技术确定城市需要新增或者改扩建应急避难场所区域;然后，构建了灾后居民应急疏散路径选择模型，以总旅行成本最短为目标，基于替换插值机制算法在不超过容量限制条件下，确定各受灾点到达对应避难所的最佳路径;最后，以天津市和平区为例，通过8m×8m分辨率谷歌影像提取出天津市中心城区共有113个公安站点、45个消防站点、40个三甲以上医疗站点和127个加油加气站点，目视解译出和平区可作为城市应急避难场所的30个开放性空间，对其进行适宜性评价分析、布局优化和居民路径选择。本文主要结论包括以下几方面:
　　(1)城市应急避难场所适宜性评价是一个多目标决策问题，应从有效性、可达性和安全性三个方面建立评价体系，对城市应急避难场所进行适宜性评价，结果表明避难场所入口数贡献度最大的，且有效性贡献度大于可达性和安全性。
　　(2)构建的“乘积模型”能够在数据难以获取的情况下快速便捷计算出当前城市中一旦发生灾害需要避难的人口数。
　　(3)替换插值原理能够保证在服务设施容量受限、需求空间分布不均的状况下，实现最大程度保持空间连续性且受灾居民总旅行成本最小的目标。
　　(4)天津市和平区30个应急避难场所的适宜性评价结果显示适宜、较适宜和较不适宜的分别有10个、16个和4个;利用“乘积模型”预测出天津市和平区避难人口总数为48639人;天津市和平区30个应急避难场所与预测和平区避难人口数进行叠加分析，结果发现和平区劝业场街道需要新建一个应急避难场所;和平区30个应急避难场所可避难面积为294410.443m2，在受灾居民疏散路径分配中有2个容量满员，28个未满员，基于自主开发的应急疏散分析工具SimpleMap对路径选择进行动态模拟，受灾居民到达避难设施总旅行成本为3.03×104km，替换插值比直接插入共节约23.29％的旅行成本。
　　本研究将为建设城市安全系统、制定灾后应急疏散策略提供科学参考，对构建以“风险防范”为核心的城市安全预警体系，强化城市安全保障，促进社会发展提供重要科学价值。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景

1．2研究目的及意义

1．3国内外研究进展

1．4研究内容与技术路线

1．5本研究特色

2城市应急避难场所适宜性评价研究

2．1评价指标选择

2．2适宜性评价方法

3城市应急避难场所布局优化

3．1城市应急避难场所需求分析

3．2城市应急避难场所布局优化

4城区居民应急疏散路径选择研究

4．1技术流程

4．2路径选择模型

5实例验证——以天津市和平区为例

5．1研究区概况

5．2和平区应急避难场所适宜性评价

5．3和平区应急避难场所布局优化

5．4和平区居民应急疏散路径选择

6结论与展望

6．1结论

6．2存在问题及今后研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果