基于WVD法的社区避难所责任区划分

【摘要】社区避难场所的规划与设计是构建“安全社区”的基本要素。在整个社区避难所的规划与设计的研究中，社区避难所的责任区划分起到了关键作用，它不仅使社区居民明确了避难所的归属，也为灾时的避难救援工作提供了依据。本文采用WVD法进行社区避难所责任区的划分，并以ArcGIS为平台生成社区避难所责任区划分的Voronoi图。

【关键词】社区避难所；ArcGIS；Voronoi图。

1 研究内容概述

严重的地震灾害是城市的全域性灾害，规划建设的避难疏散场所要覆盖整个城市。社区作为城市的“细胞”是城市防灾减灾工作的基础。社区避难所的建设既是城市防灾避难网络的组成部分，同时对邻近社区的受灾群众的避难、救援、疏散提供了有效场所。

每一个社区避难所有其指定的避难疏散责任区，即收容避难疏散人群的地域范围。责任区之间由相邻社区避难所的边界分开。规划各个社区避难所的责任区就使居民明确在灾害来临时自己处于哪个避难所的服务范围之内。

社区避难所责任区划分一般是通过避难服务半径做缓冲区分析，通过主观判断来划分，虽然比较简单，但缺乏科学依据。本文采用责任区相关复合指标确定每个责任区的覆盖半径，再计算各责任区的加权距离，使用加权Voronoi图（WVD）方法确定责任区域，对于局部新增或减少的避难所，还可以利用WVD的局部动态特征进行局部更新，避免重复规划。

2 WVD的基本原理

2.1 Voronoi图的概念

1850年Dirichlet首先提出了Voronoi图的概念。Voronoi图又称泰森多边形，该图是计算几何的一个重要分支，广泛应用于几何形体重构、计算机图形学、图像处理与模式识别、机器人等诸多科学领域。目前已成为GIS空间建模与分析的重要工具。

2.2 WVD的定义

定义：设二维欧几里得平面上离散生长点集合的P，P=x …… yv2≤n

（ =1，2，……n） 式（1）

给出区域增长点 的Voronoi多边形，而集合V（ ）构成 的加权Voronoi图，其中 是两点间的欧几里得距离， 为 的权重。

在WVD中，加权距离定义为欧几里德除以权重 。权重大的多边形具有较大的面积，表明具有较大的影响范围。权重定义为时间、费用、距离、影响等因素。两相邻WVD多边形 （ ）的边界为圆弧。WVD多变性可能会不连续，并且权重大的增长点区域可能会包含权重小的增长点区域。WVD多用于各生长点权重有明显差别的空间剖分，因此适合于社区避难所责任区的划分，场所增长点，加权距离作为WVD权重。

3基于WVD的社区避难所的划分

3.1社区避难用地的基本概况

本文将以唐山市二五五社区为例讲述加权距离以及社区避难所责任区的划分二五五社区辖区范围西至学院路、东至卫国路、南至南新道、北至新华道由二五五医院家属区、金鑫楼小区、河北联合大学属区三片居民区构成，河北联合大学、二五五医院是该社区的两个主要驻区单位。是地处唐山市中心城区的典型社区。

首先要先通过相关规定和国内外经验并对周围的地质条件进行分析，明确可利用的社区避难用地。经分析可得二五五社区的避难用地分布情况如下图所示：

图1二五五社区避难所主要避难用地分布图

Fig.1. The distribution of the main refuge shelter of 255 community

如果按用地类型及用地条件划分，二五五社区范围内的社区避难用地可分为高等学校用地、体育用地、绿地类、中小学用地、其它开敞空间类用地，具体的二五五社区避难所用地状况和类型划分如下表所示：

3.2加权距离的计算方法

计算加权距离的关键是社区避难场所责任区影响因子的确定。作为社区避难所来讲，其责任区的影响因子受自然条件、社会环境、人口构成等因素的制约和影响，不同社区避难所的覆盖范围基本上是不同的。覆盖半径一般指人在正常步行下1小时内可到达的直线距离。参照场所周边网络震害指数、道路的薄弱环节分析以及周边的道路实际状况，覆盖半径一般取2000m。因此先通过定性和定量的方法，选择多指标对社区避难所责任区覆盖半径进行综合评价，给出权重向量。

本文选择七个因素构成评价体系。这七个因素分别为场地情况、地形、场所主要类型、救灾路线、避难场所可利用面积、次生灾害影响情况、基础设施状况。根据每个社区避难所的具体情况，给七种影响因素进行打分，通过权重因素来计算加权距离。社区避难所影响因子和得分如下表所示：

在确定影响因子权重时，根据层次分析法vAHPw引入合理的标度，比较各因子之间的关系，建立判断矩阵，求解判断矩阵的最大特征值和它对应的特征向量。影响因子权重如下表所示：

社区避难所的覆盖半径按固定避难场所的服务半径来计算为2000m，覆盖半径乘以综合的权重因子得到社区避难场所的加权覆盖半径，最后再与场地自身半径相加，得到基于WVD计算方法的加权距离。下面以河北联合大学操场的加权距离计算为例：

计算过程如下式：

=95+2000×v5×0.0755+5×0.0584+3×0.0428+0.1983×3+0.3415×4+0.1209×4+0.1627×3w/5=1587m 式（2）

二五五社区其它社区避难所的基本参数和加权距离的计算情况如下表所示：

4社区避难所的责任区划分的Voronoi图

根据上面加权距离的计算，在图层下的避难所属性列表中添加加权距离字段，将计算结果输入进去，以便为Voronoi图的输出做准备。在地统计分析菜单栏里探索数据下选择Voronoi Map，如下图所示：

上图为Voronoi Map的属性选项向导，在图层中选择避难所，在属性中选择加权距离，选择完成后点击输出得到二五五社区避难所责任区划分的Voronoi图，如下图：

从Voronoi图中可以看到不同的颜色由浅到深表示了加权距离的大小，也表达了每个社区避难所的责任区范围。在责任区范围内的受灾群众都应到达指定的社区避难所，加权距离以外的社区居民不适宜在此避难所避难，受灾群众需选择其他避难所进行避难。相比较简单的缓冲区分析，基于WVD法的责任区划分考虑的因素更全面，区域划分的更具体更符合实际情况。二五五社区避难所的责任区划分使避难逃生更具有目标性，提高了避难疏散的效率。

5结束语

采用本文的方法划分社区避难所的责任区，不仅仅考虑到避难距离的长短，还考虑到影响社区避难所的许多自然因素和社会因素，Voronoi图更直观的表达了社区避难所的覆盖范围。每一个区域的加权距离和面积大小代表了社区避难所的避难服务合理化区域。在今后WVD方法的研究中，我们还需要考虑人口密度、地质条件等其它影响因素，在WVD法的基础上做更加详细的加权计算，合理调整责任区划。

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