基于规则格网的区域资源环境承载力测度与综合评价模型

柴洁，梁建国

(1.重庆市勘测院，重庆 401121； 2.重庆市地理国情监测工程技术研究中心，重庆 401121)

基于规则格网的区域资源环境承载力测度与综合评价模型

柴洁1，2*，梁建国1，2

(1.重庆市勘测院，重庆 401121； 2.重庆市地理国情监测工程技术研究中心，重庆 401121)

基于规则网格构建了承载力定量测度的复合空间模型，引入德尔斐法和反距离权重等空间分析手段，形成了区域资源-环境、自然-社会经济多要素综合承载力监测评价体系，并在重庆市合川区开展示范应用，综合运用空间信息挖掘技术，实现了地理国情普查成果的创新应用。

地理国情普查成果；规则格网；合川区；承载力测度；综合评价模型

1 引 言

2015年8月，重庆市顺利完成了第一次地理国情普查工作。普查成果信息具有海量、多源、多类型和多时相等特点，如何从普查成果的海量时空数据中进一步深入挖掘分析、发挥其潜在经济社会价值是后续工作的重点，更是测绘部门实现从生产向生产服务转型的关键。

为了深入发挥地理国情普查成果的应用价值，整合利用多源多期遥感影像数据、行业部门专题数据(国土、水利、交通、能源、旅游、环保、地质等)及社会经济数据，实现对多部门、跨行业的众源数据整合，本文构建多要素耦合定量测度的复合数学模型与基于规则网格的承载力要素空间模型，形成涵盖资源环境自然和社会经济多要素的区域资源环境综合承载力的全要素监测模型与评价系统，为辅助规划决策、开发建设和风险规避服务，保障区域可持续发展。

2 综合评价模型构建

资源环境承载力的评价是一个非常复杂的过程，而指标体系的研究是它的核心问题[1]。由于城市发展资源环境承载力所涉及的因子更为多样化，研究的对象已经从单一要素向复合要素综合评价分析发展。但由于区域资源环境的禀赋和开发的特色不同，使得对资源环境承载力定义界定不一致，因此尚未建立一套普适性的、统一的理论方法[2]。本研究旨在利用地理国情普查成果探索一套可操作性强的区域资源环境承载力监测评价体系与方法流程，如图1所示。

图1 技术路线图

2.1 指标体系

为了资源环境承载力的动态监测与评价的开展更加全面、科学[3]，在系统剖析资源环境承载力的内涵的基础上，依据《HJ 130-2014<规划环境影响评价技术导则 总纲>》，《HJ/T2.1-93<环境影响评价技术导则 总纲>》、《HJ 192-2015<生态环境状况评价技术规范>》综合分析、选取区域资源环境承载力的主导要素，进而确定分层监测类别，同时细分指标项，进一步明确重点监测对象和具体监测指标，如表1所示。

资源环境承载力重点监测对象筛选和具体监测指标 表1

2.2 计算模型的建立

(1)

n：第n项指标，Xi：该指标覆盖度(分布面积/区域总面积)，Ai：该指标归一化系数，Wi：该指标权重

各指标归一化处理方法上，以植被为例，进行植被归一化处理后，使用Modeler下的建模工具对NDVI值进行阈值分割，提取植被区域。利用Classification下的Signature Editor，选择一些植被的训练区，查看训练区的植被指数阈值。然后在利用建模工具对归一化后的结果进行阈值处理。

权重分配和空间模型的分析计算方法上，以医疗卫生机构覆盖度指标为例，根据相关规定，区县市区服务半径在 10 km～15 km；乡镇卫生院的服务半径 3 km～5 km；村级医疗点的服务半径 1 km～1.5 km。对区内的医疗卫生机构分成镇卫生院和村级医疗点2个级别分别进行计算：镇卫生院覆盖度按距离镇卫生院3 000 m、4 000 m、5 000 m距离计算邻近区，产生间距为 1 000 m的多重等值距离的邻近区多边形，共3重；村级医疗点覆盖度按距离中学 1 000 m、1 500 m、2000 m距离计算邻近区，产生间距为 500 m的多重等值距离的邻近区多边形，共3重，重叠进行消除和融合，计算邻近区的面积，进行反距离权重打分，如图2所示。

图2 核密度制图、反距离权重差值、多重等值距离临近区计算示意图

3 合川区模型应用实例分析

3.1 数据预处理

数据预处理主要包括以下专题资料数据：重庆市第一次地理国情普查成果-合川区地表覆盖及国情要素地理单元成果、普查标准时点核准影像、DOM和DEM数据；矿产、地质空间数据、水文图数据库；水质、空气、绿化等各种环保监测数据；其他统计数据来自统计年鉴和统计信息网的数据等。

3.2 基本统计单元划分

由于各指标在空间分布上具有连续性和渐变性的特点，考虑到原始数据的空间分辨率和研究区域的面积，对试验区进行网格单元划分，以500 m×500 m作为基本统计分析单元。

3.3 单要素承载力监测

将各类监测要素，建立GIS矢量文件，利用核密度制图、反距离权重差值、距离制图、栅格计算、多重等值距离邻近区计算等空间分析法和cell statistic进行像元统计，将各类指标归算到网格单元，对各网格单元内的各项指标进行标准化、归一化处理后，通过设定指标权重、建立数学模型，实现各网格内的承载力大小的定量测算，进而制作区域资源环境承载力等级分布图。

(1)自然资源承载力要素

将耕地、园地、林地、草地、旅游、矿产等自然资源指标综合分析得到土地资源、水资源、旅游、矿产资源覆盖度如图3～图6所示。

图3 土地资源覆盖度 图4 水资源覆盖度

图5 旅游资源覆盖度 图6 矿产资源覆盖度

(2)社会经济资源承载力要素

建设用地覆盖度、水网密度、路网密度如图7～图9所示。

图7 建设用地覆盖度 图8 水网密度

图9 路网密度

医疗、教育资源覆盖度如图10、图11所示。

图10 医疗资源覆盖度 图11 教育资源覆盖度

(3)自然环境承载力要素

水质情况：如饮用水水质和河流水质检测结果表2所示。

饮用水水质和河流水质检测结果 表2

空气质量达标率：评价区域空气质量达标天数占全年监测总天数的比例，评价标准执行GB3095。环境空气监测结果如表3所示。

主要大气污染物浓度及优良天数 表3

合川区地质灾害易发程度、地质灾害防治分区、石漠化程度分区如图12～图14所示。

图12 地质灾害易发覆盖度 图13 地质灾害防治覆盖度

图14 石漠化覆盖度

声环境质量：交通干线噪声平均值指交通干线各路段监测结果，按其路段长度加权的等效声级的平均值；环境噪声平均值指环境噪声网格监测的等效声级算术平均值。两个指标综合反映城市声环境质量状况，评价标准执行GB3069，监测结果如表4所示，城区声功能区划噪声监测点监测结果如表5所示。

区域环境噪声和道路交通噪声监测结果 表4

功能区噪声监测点监测结果 表5

(4)社会经济环境承载力要素

恩格尔系数：根据2014年合川区统计公报，城镇地区恩格尔系数为33.8%，农村地区恩格尔系数为43.7%(我国2014年城镇居民恩格尔系数36%，农村居民恩格尔系数40%)。

绿化覆盖度、人口密度计算结果如图15～图16所示。

图15 绿化覆盖度 图16 人口密度

单位地区生产总值：合川区域划分为“一心”(即主城核心区)，“两区”(即城市拓展区、现代产业发展区)，“一走廊”(即华蓥山工业经济走廊，即合川东部经济走廊)。“一心”工业经济平稳发展，完成工业总产值220.69亿元；“两区”完成工业总产值146.76亿元；“一走廊”工业经济发展快速，完成工业总产值184.43亿元。

单位地区工业生产总值：工业总产值达 1 008亿元；其中规模以上工业实现总产值551.87亿元、增加值154.40亿元；完成工业投资197.60亿元。

3.4 复合承载力评价

对表1监测指标中的具体操作指标首先分别利用单模型进行要素计算，再基于德尔斐法和反距离权重等空间分析手段再建立一个复合型的承载力多层指标分级量化的空间模型[4]，如表6所示。

区域资源环境承载力综合评价模型 表6

续表6

续表6

(1)资源承载力

将自然资源和社会经济资源承载力综合分析得到资源承载力，如图17～图19所示。

(2)环境承载力

将自然环境和社会经济环境承载力综合分析得到环境承载力，如图20～图22所示。

(3)资源环境承载力

将利用式(1)建立的复合数学模型与上述分级量化的空间模型相耦合，最后进行多要素指标的耦合测度[5]，实现全要素的综合分析评价，得到合川区资源环境综合承载力等级分布图如图23所示。

图17 自然资源承载力 图18 社会经济资源承载力 图19 资源承载力

图20 自然环境承载力 图21 社会经济环境承载力 图22 环境承载力 图23 资源环境综合承载力等级分布图

4 综合分析及结论

4.1 综合分析

从评价结果可知：合川区资源环境较高承载力的地区面积占8%，在南津街街道、合阳城街道、盐井街道和三汇镇分布较为集中，在大石街道也有分布，在其余地区零星分布；中等承载力分布的地区占41%，在云门街道、草街街道、大石街道、钓鱼城街道、龙凤镇、铜溪镇、渭沱镇、官渡镇、涞滩镇等乡镇均有分布；低承载力分布的地区占40%，其中龙市镇、香龙镇等分布较多；弱承载力分布的地区占11%，在肖家镇、太和镇、二郎镇其余各镇均有零星分布。

合川中部城区钓鱼城街道、南津街街道、合阳城街道及大石街道、盐井街道一带，多为平原地区，地势开阔，地质条件好，矿产资源多，综合承载力较高；东南部一带多为山区，植被覆盖度高，人口稀疏，经济欠发达，资源较丰富，综合承载力也较高；而合川区的华蓥山区、公路G212、S208沿线，遂渝、襄渝铁路沿线及嘉陵江、涪江、渠江的岸坡地质灾害易发区、华蓥山南段滑坡崩塌地裂缝防治区、合川钓鱼城风景区重点防治段至石门水库一带、钓鱼城至官渡镇一带，生态敏感性高；城区范围各街道和部分乡镇，人口较集中，经济较发达，存在资源开采力度大和环境破坏，应综合开发、提高综合承载力。4.2 结论

本文基于地理国情普查成果和规则格网计算的方法开展区域资源环境综合承载力监测与评价，为测绘地理信息、环境保护、资源综合利用等行业交叉领域提供了一种新的思路和技术手段。

(1)建立了基于规则网格的资源环境承载力监测评价空间模型，以公里格网作为区域资源环境承载力分析的最小粒度，克服了目前的定量研究多是以行政区划为尺度的突变性，更好地体现其空间分布上的连续和渐变性。

(2)综合运用空间信息挖掘技术实现了地理国情普查成果的创新应用，实现了多行业跨部门的众源数据的海量空间与非空间信息的整合利用。

(3)基于德尔斐法和反距离权重等空间分析手段，解决了多要素指标无量纲归一化的难题，实现了多要素复合计算。

(4)引入GIS空间评价法改进承载力传统的数学评价模型，改进了常规统计方法的局限性，准确、细微地展现了承载力的空间差异分布，克服了传统研究成果多为表格、数字、文字的局限性。

[1] 柴国平，徐明德，王帆等. 资源与环境承载力综合评价模型研究[J]. 地球信息科学，2014，16(2)：257～263.

[2] 陈先鹏. 基于PCA和SD模型的区域国土资源环境承载力评价-以浙江省义乌市为例[D]. 杭州：浙江大学，2015.[3] 李明昌，张光玉，司琦等. 区域综合承载力的多子系统非线性集对耦合评价[J]. 北京理工大学学报，2011，31(12)：1479～1484.

[4] 李东序，赵富强. 城市综合承载力结构模型与耦合机制研究[J]. 城市发展研究，2008(6)：37～42.

[5] 侯华丽. 区域资源环境承载力评价信息系统设计与开发[J]. 中国管理信息化，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

柴洁(1988—)，女，硕士，工程师，研究方向为遥感影像处理及GIS应用。 通讯作者：梁建国(1970—)，男，硕士，重庆市工程勘察设计大师，正高职高级工程师,研究方向为摄影测量及GIS应用。 基金项目：住房和城乡建设部科技项目(2015-K8-009)