基于地理信息系统的自然灾害区划的方法研究＊

（教育部环境演变与自然灾害重点实验室

北京

自然灾害综合区划是自然灾害研究的重要内容运用

与结合的方法进行自然灾害综合区划文运用地理信息技术并引用空间邻接系数（ＳＮＩ）

实现了区划方法中的全部运算过程

本

主题词自然灾害基本单元空间邻接系数

１引言

自然灾害区划是通过研究自然灾害发生发展的时空规律对其进行区域划分加强自然灾害综合区划的研究已被列为中国２１世纪议程

的行动之一文［１６，１７，１８］献在对这些区划进行了分析和比较后认为

应该首先基于自然灾害基本单元得到较低级别的区划单位

自上而下进行较高级别的划分

已有的传统聚类分析方法不能满

足区域区划关于地域完整性的要求基于这一结论

孕灾环境承灾体致灾因子行政边界自然灾害灾情数据库空间匹配自然灾害系统复合图斑赋值自然灾害类型图计算自然灾害类型图的邻接系数行政单位自然灾害灾情数据　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＊

　教育部科技司重点项目资助

自下而上合并自上而下划分合并距离系数自然灾害小区划分方案区域自然灾害综合区划方案自然灾害区划分（未定界线）划分自然灾害大区划分（未定界线）划分中尺度自然灾害宏观分异规律大尺度自然灾害宏观分异规律自然灾害综合区划方法示意图

Ｆｉｇ．　１：　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ　Ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ

１

１．１　自然灾害基本单元

自然灾害基本单元是包含孕灾环境

即区域自然灾害基本类型

关于基本单元的

概念

的工作较为深入细致

在不同的比例尺下

在论证了区域自然灾害系统模型后由此得到的基本单元

孕灾环境是相对一致的因而灾情也是相同的因而对基本单元的划分的标准和方法也不尽相同

从开展自然灾害综合区划着眼

从区域地理学的角度以及致灾因子共同组成的

更符合区域自然灾害系统的思想［１２］

常常难以通过对组成区域自然灾害系统诸因素进行综合叠加提取

前者多在区域差异较大时采用

［１１］

潘耀忠等

［１１］

基本图斑

强调了可致灾空间

作者则更强调孕灾环境与致灾因子的综合作用

潘耀忠等

致性原则而设计的自下而上

然灾害区划乃至自然区划中最通用的方法

持观点者认为

区划方法是为相对一

这两种方法都是自

自上而下

自下而上全局着眼自下而上

而持观点者认为自上而下

就是划出的界线比较模糊（这与区划界线本身具有的和

是两回事）划出的界线的科学性和客观性越值得怀疑自下而上用方法进行区划时

根据某些区划指标然后依次将已划分出的高级单位再划分成低一级的单位方法则恰恰相反

首先合并出最低级的区划单位

逐步合并出较高级别的单位区划不但是

区划的重要补充自上而下只有进行了的区

划区划界线才具有确定性

如何将二者合理地统一使用

由于划区最适用于全国范围尺度内的区划工作自下而上

因此就形成了一个有机的层次

系统大大增强了其界线的客观性和科学性当由灾害大区经灾害区而划分到灾害小区时

这也就保证了灾害大区与灾害区的界线的客观性和科学性作者认为必须拓宽思路先从小范围内进行自下而上的区域合并

然后自上而下由灾害大区经灾害区逐级划分到灾害小区

要基于自然灾害基本单元进行综合区划

属性在生成自然灾害基本单元和进行区域合并时拓扑操作靠手工是不能取得高效算机的快速选择满足以上运算功能需要的软硬件环境

即具有空间

划分和合并等必须充分利用计

２

务处理的有力工具

２　基于ＧＩＳ进行自然灾害区划的方法

２．１　自然灾害基本单元的提取（图斑生成）

作为自然灾害基本单元的图斑的边界素图件进行空间叠加运算获得的（图２）

致灾因子和承灾体的各个要

图２

土壤

派生出来的的首要问题

因此

致灾因子与承灾体等要素的界线

就成为迫切需要解决

空间内插（如Ｋｒｉｇｅ［１３］重力定

律网格这些方法各自适用于不同的数据来源和数据形式

本文所需数据大部分涉及行政单元到自然灾害基本单元之间的转

换主要使用如下方法

需要有中介首先

这些网格的尺寸比基本单元和行政单元都要小

将每个网格根据它在基本单元中的位置获取转换权重（转换权重是根据要素图件的数值取值的其次

最后逐个汇总各基本单元的属性数据

为简化在实际工作中

而一个行政单元又包含了多个基本单元的部分区域

一些自然灾害灾情指标（如灾害强度灾害种类数）不能进行简单的数量加和（算术加减）

２．３　空间邻接系数（ＳＮＩ）的引入

普通的聚类合并分析方法

因而容易出现跨区合并的问题缺陷

本文引入

邻接

要克服这一

［１０］

使之更适用于基于空间图形操作的特点

（ＳＮＩ）的概念

３

已知条件

转换权重分别为２和５（图

Ａ）

自然灾害某灾情指标数

据分别为１０和４０（图Ｂ）（假设该指标是可分的成灾人口等）

第一步

第二步将其转换权重赋给它所包含的所有网格（图Ｃ）

对每一个行政单元

第四步计算它的转换权重占

行政单元转换权重综合的比例

对每一个行政单元

第六步将它所包含的所

有网格的各指标数据进行汇总

图３

左图中ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４分别为组成Ａ，Ｂ，Ｃ区域的弧段的长度

ＰＡ＝ｐ１＋ｐ２，　ＰＢ＝ｐ２＋ｐ３＋ｐ４，　ＰＣ＝ｐ４

ＰＡＢ＝ｐ１＋ｐ３＋ｐ４，ＰＡＣ＝ｐ１＋ｐ２＋ｐ４，　ＰＢＣ＝ｐ２＋ｐ３

ＰＡ＋ＰＢ–ＰＡＢ＝ｐ２＊２，　ＰＡ＋ＰＣ–ＰＡＣ＝０，　ＰＢ＋ＰＣ–ＰＢＣ＝ｐ４　＊　２据此

ＮＡＢ＝Ｍａｘ（ｐ２＊２／（ｐ１＋ｐ２）／２，ｐ２＊２／（ｐ２＋ｐ３＋ｐ４）／２）

空间区域三种基本关系下的邻接系数值示意图

Ｆｉｇ．　４：　Ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ　Ｉｎｄｉｃｅｓ　Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ

Ｎｉｊ＝Ｍａｘ（（Ｐｉ　＋　Ｐｊ　－　Ｐｉｊ）／（Ｐｉ　＊　２），（Ｐｉ　＋　Ｐｊ　－　Ｐｉｊ）／（Ｐｊ　＊　２））在上式中

Ｍａｘ（）

为取最大值的函数

Ｐｉ

此处假定

ｊ的周长

当区域ｉ与ｊ在空间上不邻接时因此

Ｐｉ

Ｐｊ

Ｐｉｊ

Ｐｉｊ的值也越来越大

即

Ｐｉ

此时

０１

当区域形成完全镶嵌关系时

Ｎｉｊ可以反映两个空

４

间区域的邻接程度

２．４　基于空间邻接系数的聚类分析方法

在引用空间邻接系数后提出了基于空间邻接关系的聚类分析方法并用最小距离法）

传统聚类分析与基于空间邻接系数的聚类分析的流程比较

Ｔａｂ．　１：　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｎｅｗ

Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ　Ｉｎｄｅｘ

步骤１２３

传统聚类分析基于空间邻接系数的聚类分析

计算任意两个区域的空间邻接系数Ｎｉｊ搜索所有Ｎｉｊ

域

否则

Ｎ０

将区域

ｉ与

ｊ合并成新区

（见注解）

＜Ｎｉｊ＜Ｎ１的所有样品对继续步骤４

将这两个样品合搜索Ｄｉｊ中的最小值继

并成新类续步骤５

４循环步骤１直到所有的区域合并成一个区域为

止

Ｎ０和Ｎ１分别为系统设置的邻接系数的下限和上限（０１）认定为无空间邻接关系认定为镶嵌关系

对于

计算任意两个样品的距离系数Ｄｉｊ

基于空间邻接的聚类分析方法在进行空间区域合并时

并且预先处理了具有镶嵌关系的区域

避免了传统聚类分析方法的不足

作者进行了全国农业自然灾害综合区划的研究工作自下而上

将全国１１３４５个农业自然灾害基本单元逐级合并得到１４４５个自然灾害小区

结果表明可以较好地完成自然灾害区划的工作

自上而下

自

上而下

３结论与讨论

由以上关于自然灾害综合区划的理论与方法的探讨

１方法不但是方法的重要补充

只有进行了的区划

区划的界线才具有可信度自下而上应以自然灾害基本单元为作为制图的最小单元突破以往以行政区域为界线的做法有鉴于此空间邻域系数

据之改进了传统的聚类分析方法自下而上为实

现方法提供了技术保障由于兼顾了区域的属性指标和空间关系之间的性质

２完全可以解决自然灾害基本单元的确定

使得基于ＧＩＳ进行自然

灾害区划的工作有了扎实的基础作者提出了一套自下而上的自然灾害综合区划的体系具有较强操作性和实用性

作者运用上述方法

自全国农业自然灾害基本单元逐级合并得到自然灾害小区

３．　在运用ＧＩＳ技术进行

这也表明

的区域合并（自动合并）过程中

进行适当的人工干预（人工合并）是有

５

必要的

致谢以达到更佳效果

张兰生教授的指导和提出的具体建议

伍光和

［５］　楚义芳１９９８［７］　侯景儒

北京

史培军

综合自然地理学

地理学报

吴雨沛等编

１９９３

４３（３）

中国自然灾害区划研究进展

冶金工业出版社

湖南省自然灾害系统与保险减灾对策１９９３

［９］　李炳元王建军地理学报５１（１）

现代地学数学模拟１９９４史培军理论部分１９９７

［１２］　史培军自然灾害学报５（４）

过常龄Ｋｒｉｇｅ地理学报４２（４）中国自然灾害区划影响评价中国科学技术出版社北京史培军中国主要自然致灾因子的区域分异１９９４

［１６］　王平自然灾害学报８（１）

史培军自然灾害学报７（２）自下而上进行区域自然灾害综合区划的方法研究１９９９

［１９］　张超杨伟民编译高等教育出版社北京

王凤慧我国主要自然灾害的地理分布规律及区域减灾对策的探讨中国自然灾害灾情分析与减灾对策１９９２

［２１］　郑度赵名茶等著中国环境科学出版社北京

１９９６

王　　平男籍贯江西省乐平市博士１９９３

１９９９年在北京师范大学分别获理学学士理学博士学位

主要研究方向为自然灾害及地理信息系统

６