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滁州市社区体育服务设施布局优化分析
本科生毕业论文（或设计）
（申请学士学位）
论文题目滁州市社区体育服务设施布局优化分析
作者姓名杨栋
所学专业名称地理信息系统
指导教师李鹏
2012年5月1日
学号：
2008210526
论文答辩日期：
2012年5月1日
指导教师：
（签字）
滁州学院本科毕业设计（论文）原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的设计（论文）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
目录
摘要1
Abstract1
1引言2
1.1选题背景与依据2
1.2国内外研究进展2
1.3研究内容与技术方案3
1.4论文组织4
2区位——配置模型（LA模型）研究5
2.11LA模型的概念5
2.2LA模型的分类5
2.2.1设施最佳区位准则5
2.2.2LA模型的类型6
2.3小结7
3.滁州社区体育服务设施布局现状及分析8
3.1滁州概况8
3.2滁州社区体育服务设施分布现状及存在的问题8
3.2.1分布现状8
3.2.2存在的问题10
3.3小结10
4.滁州市社区体育服务设施布局优化10
4.1数据准备述10
4.1.1需求点空间分布数据集11
4.1.2供应点空间分布数据集11
4.1.3点属性数据表12
4.2模型的执行13
4.3空间布局优化模式及应用14
4.3.1MinDistance模型15
4.3.2MaxCover模型16
4.4空间布局优化结果与分析17
4.5小结18
5.结论与讨论18
5.1主要成果18
5.2研究展望19
参考文献20
附录：
Workstation的模块21
致谢22
滁州市社区体育服务设施布局优化分析
摘要：
从社区体育服务设施布局的现状出发，提出将地理信息系统（GIS）技术引入到社区体育服务中，利用LA模型和GIS的空间分析与辅助决策功能进行社区体育服务设施选址和布局优化，为社区体育服务设施选址方案提供新的视角，为其他公共服务设施的选址提供一个可供参考的途径和方法。
并以滁州市为例，对该地区的社区体育服务设施布局进行了优化和分析，得到了较合理的结果。
关键词：
GIS；LA模型；社区体育服务设施；布局优化
ThecommunitysportsfacilitieslayoutoptimizationanalysisofChuhou
Abstract：
Basedonthestatusofthelocationofcommunitysportsfacilities,weproposethatthegeographicinformationsystem（GIS）technologycanbeintroducedintocommunitysportsservice.TakingtheadvantageoftheLocationAllocationModel（LA）andGISwiththespatialanalysisandhelperdeterminantfunctionstochoosethelocationandoptimizethedistributioncanprovidenotonlyanewvisionforthechoosinglocationofcommunitysportsfacilities,butalsoavaluablemethodforotherpublicservicefacilities.Inthisstudy,weanalyzeandoptimizethedistributionofcommunitysportsfacilitiesinchuzhoucity,andobtainthereasonableresults.
Keywords：
GeographicInformationSystem；LocationAllocationModel；CommunitySportsFacilities；LayoutOptimization
1引言
1.1选题背景与依据
以公共利益和公共使用为基本特征的城市公共市政公用设施是城市物质文明程度、现代化水平的重要标志。
然而，我国的许多城市都处于设施供给远不能满足需求的尴尬境地，特别是在教育、医疗、文化、体育、防灾等方面，受政府财力的限制，工序矛盾日益突出。
一次，如何通过优化城市设施布局，充分利用有限的财力和土地资源，尽可能地满足城市居民日益增长的物质文化需求，成为了许多城市面临的重要研究课题。
社区体育服务设施作为社区工作服务的重要组成部分，是城市社区精神文明建设的重要内容。
在加快公共服务建设的背景下，公共服务设施的建设应该与社会经济发展、城市建设相形相随。
但随着城市化进程的加快，城市规模以前所未有的速度扩大着，因此随之而来的问题也开始呈现出来，城市公共服务设施的建设包括社区体育设施的规模和服务能力日渐显得滞后于社会经济、城市建设的发展。
目前的实际情况来看，社区体育不仅经费缺乏，而且社区体育设施建设缺乏统一规划，各部门、单位往往从自身利益出发，在体育基础设施建设、开放体育场地等方面都只考虑部门利益，不能达到总体最优，导致社区体育建设缺乏整体性与规划性，在资源缺乏的情况下还在一定程度上造成了设施的重复建设，使得资源分布不均和相对闲置。
为了解决资源缺乏与资源闲置的矛盾，妥善解决社区体育服务设施资源布局和分配问题，本文将地理信息系统（GIS）技术用于社区体育服务设施布局优化中，利用GIS空间分析与辅助决策功能进行选址和布局优化，为社区体育设施选址方案提供新的视角，也为其他公共服务设施的选址提供一个可供参考的途径和方法。
1.2国内外研究进展
公共服务设施的布局优化，其实质就是设施的区位合理配置问题。
解决公共设施最优区位的模型研究，最初出现在L.Cooper的论文中，他把韦伯工业区位论扩展应用到多个设施的区位求解模型中，把这一类模型叫做区位——配置模型（LocationAllocationModel，LA模型）。
LA模型用于确定一个或者多个设施的“最优”位置，从而使该设施所提供的服务能以最有效的形式被需求者所使用。
自提出区位——配置算法解决选址问题以来，LA模型得到了广泛的研究，并在多个政府部门或私有企业的设施布局或项目评价中得到应用和推广。
1970年代开始，LA开始于GIS技术结合起来，被用于最优化选址问题的实践，例如1970年代美国马里兰州的电厂选址。
我国对于公共设施发展的理论基础基本来自国外的理论，结合国内的情况，我国学者在公共设施选址方面也有大量的研究。
张龙，周海燕采用GIS技术和Voronoi图对公共设施选址进行了研究，踢出了公共设施选址中满足最小覆盖圆原则的一众基于Voronoi图的设施选址算法；张建中，华晨，钱伟和邹克万，谢铭智研究了公共设施布局公平性的问题；王远飞采用GIS与Voronoi多边形应用到医疗服务设施地理可行性分析中；陈忠暖，闫小培研究了社区的公共设施的布局。
由上可见，国外公共设施发展及布局的研究时间较早，取得了很多重大的成果，在实践中也发挥了重要的作用。
尽管国内的研究起步起步较晚，但成果颇多，且研究的内容、研究的角度、研究的方法都不尽相同。
从现有的研究来看，绝大多数的学者集中在模型算法的改进中，但很少考虑城市形态扩张情况下，对选址结果所带来的影响。
目前发展中国家的许多城市正处在一个快速变化的阶段，尤其是一些大中型的城市，其极化效应更加明显。
而选址一般都是对规划的或即将建设的设施位置进行选择，通常选好一个区位需要耗费不少时间，而档该设施从设计、建设到最终使用，这整个过程所需要的时间周期可能更长，这样往往会造成先前所选的区位出现不符合实际的情况或者不适应新环境的现象。
本文通过对案例中城市社区体育服务设施布局的研究，分析其存在的问题和影响因素，在此基础上，综合利用区位——配置模型（LocationAllocationModel）、地理信息系统（GeographicInformationSystem）技术以及区位理论和空间布局优化理论，得出当地体育服务设施的空间布局优化方案，以满足城市空间格局、规模和人口发生了重大变革的需求，以更好的服务社会大众，为相关决策部门在对城市体育服务设施进行专项规划时提供支持和帮助，以提高决策的科学性和有效性。
同时，对其他城市的体育服务设施布局优化提供借鉴和参考作用。
1.3研究内容与技术方案
为了实现上述目标，本文选取了滁州市进行案例研究。
研究将围绕以下三个部分依次展开：
·分析案例城市社区体育服务设施供需现状、分布状况、存在的问题和产生的原因（影响因素），为论文的下一步布局优化研究提供基础和依据；
·根据上一步分析得出的结论，选择合适的区位配置模型，结合GIS技术对当地体育服务设施的布局模式进行空间优化分析，并得出优化结果；
·基于分析结果，提出如何改善当地体育服务设施的空间分布形态方面的意见和建议，为当地规划决策者今后决策制定提供科学的理论参考，同时为其他城市体育服务设施空间布局优化提供参考和借鉴。
区位配置模型主要是针对区位寻找问题，为设施布局优化提供解决方案。
该类模型往往用于新设施点的最优区位选址，也可用于现有设施布局的评价、改进或者找出不合理之处。
视觉辅助手段（即图形、图像显示）便于决策者对LA模型运算结果的识别和比较，这正是GIS最重要的功能之一。
运用GIS的可视化手段，将LA模型运算出来的抽象结果以专题地图等形式显示出来，有利于决策者对规划方案的比较、选择。
因此,LA模型与GIS的结合具有很强的互补性，本文采用LA模型与GIS相结合的方法来进行体育服务设施布局优化研究。
依据论文研究内容，构建了如下的技术流程：
图1-1技术流程
1.4论文组织
本文共有五个章节，
第一章是总体概述，主要论述论文的选题背景、依据、国内外的研究进展、研究内容和大致的一个技术方案。
第二章是对LA模型的相关概述。
具体介绍LA模型概念、理论以及类型。
了解这些，后面模型的应用更加娴熟。
第三章主要分析滁州市社区体育服务设施空间布局特征与存在的问题。
包括社区体育服务设施整体概况特征、社区体育服务设施供给情况分析、社区体育服务设施空间布局现状特征与存在问题，为论文的下一步布局优化研究提供基础和依据。
第四章主要为了解模型在使用过程中所需要的各种数据，应用LA模型对滁州市社区体育服务设施进行分析，采用LA模型和GIS技术对滁州市社区体育服务设施的布局进行优化，为政府决策部门提供参考。
第五章是论文的主要成果以及研究展望。
2区位——配置模型（LA模型）研究
2.1LA模型的概念
区位——配置模型（LocationAllocationModel）主要是优化某种设施在空间上的配置，为设施布局提供结局方案，以使服务或商品能够以最有效的方式、更容易的被人们所接近。
优化配置的内涵，不仅指以帝国空间范围内或一定人口规模所需要的设施得到优化或数量最优，还应该确定这些设施所处的位置优化和区位最优。
该类模型往往用于新设施的最优趣味选址，也可以用于现有设施布局的评价、改进或找出不合理之处。
它最显著的工作特性在于可以根据各种实际需要，产生不同的解决途径，人们可以预先根据特定的工作目标、数据特征、外部计算机设备以及决策环境来选择最合适的备选方案。
在LA模型中，通常都把需要布局的设施看做供应点，而将位置已经固定的用户（即设施服务对象）看作是需求点。
用户（需求方）在空间上很可能是散布和蔓延的（例如有一定规模人口统计区等），也可以用线状或面状表示，但为了计算方便，往往用点来表示，即需求呈点状分布。
设施（供应方）的空间位置，大多数情况下也都是以点的形式来表达。
因此，供应点和需求点是LA模型中主要考虑的两个主要因素。
不同的服务设施在应用LA模型时，要依赖各自的实际特征选择合适的模型评判标准。
例如，一般的LA模型致力于为这样一些设施寻找最佳布局选址，如医院、学校、体育设施点、消防站等，此类设施对于“最佳布局选址”理解的共同点在于：
使供需之间的总距离或平均距离最小。
除此以外，这个模型还有更广泛的应用，如优化城市零售商业网点空间分布（通过最大化惠顾人流量来实现）、以及优化公共服务设施空间分布（通过最优化服务质量来实现）等。
2.2LA模型的分类
LA模型的基本原理是要使设施位于可达性最佳的区位。
如何定义这个“最佳可达性”就成为问题的关键。
Rushton提出，设施最佳区位的选择可以根据下列一个或多个最优准则：
2.2.1设施最佳区位准则
主要有以下五个准则，如表2-1所示：
表2-1设施最佳区位准则
准则名称
准则说明
平均距离最小化原则
从每一个需求点到与其最近的设施之间的距离总和最小，这也意味着每一个需求点到与其最近设施之间的平均距离最短。
极大距离最小化原则
从所有需求点到与其最近的设施之间的距离中的最大值达到最小。
均衡配置原则
每个设施最近区域内所分布的需求点数量大致一致。
门槛约束原则
每个设施最近区域内所分布的需求点数量必须大于某个预定值。
容量或能力约束原则
受设施服务容量或能力的限制，每个设施最近范围内所分布的需求点数量不能超过某个预设值。
2.2.2LA模型的类型
根据常见的布局选址问题，LA模型可分为三类，各有其不同的模型目标：
·适合于私有部门的LA模型——目标成本最小、效率最高；
·适合于公有部门的LA模型——目标是社会效率最高，即建立在为全社会提供均衡的服务的基础之上；
·适合于紧急服务部门的LA模型——目标是尽可能多的覆盖需求人群，在有效的应急反应时间（或距离）限制之内提供最佳服务。
结合上表的不同准则和上述LA模型的三大类，有六种典型的LA模型：
·Mindistance（P—MedianProblem）：
使所有的需求点到其最邻近服务中心的总/平均距离最短；
·Maxattend（AttendenceMaximizingProblem）：
使各个中心点分配到的需求点达到最大容量；
·Mindispower（MinimizeTotalPowerDistanceProblem）：
使总出行距离最短，其中，距离的测度服从于一个幂函数；
·Mintance—constrained（P—MedianProblemwithamaximumDistanceconstraint）：
使总出行距离最短，其中，确保所有的需求点都在一个有效的服务半径之内；
·Maxcover（MaximalCoveringLocationProblem）：
使处于一个特定的有效服务时间或有效服务半径范围之内的需求点最多；
·Maxcover—constrained（MaximalCoveringLocationProblemwithaMandatoryClisenessconstraint）：
使处于一个特定的有效服务时间或有效服务半径范围之内的需求点最多，其中，确保所有的需求点都在一个限定的服务距离之内。
综合以上对LA模型的分布及对典型模型的描述，可将六种模型分别归入以下三类，如表2-2所示：
表2-2LA模型六大典型模型
布局选址问题分类
典型模型
布局目标
距离测度
限定条件
私有部门的定位模型
Mindistance
最小化总出行距离
线性函数
无
公有部门的定位模型
Maxattend
最大化出行率
距离递减函数
无
Mindispower
最小化总出行距离
距离的幂函数
无
Mindistance（限定性）
最小化总出行距离
线性函数
距离限制：
所有的需求点必须位于所属设施的有效服务半径之内
紧急服务部门的定位模型
Maxcover
最大化覆盖率
线性函数
覆盖限制：
当且仅当需求点位于所属设施服务有效半径之内
Maxcover（限定性）
最大化覆盖率
线性函数
双重覆盖限制：
满足时同上；如不满足，则不能超过给定的限制距离
除以上的分类方式外，还可以根据各自的工作目标将这六个模型分成下面四类，Church对LA模型进行了归纳，如表2-3所示：
表2-3LA模型分类
序号
类型名称
1
距离最小化问题（P—MedianModel）
2
最大覆盖模型（MaximumCoverageModel）
3
容量限制模型（Capacity—constrainedModel）
4
竞争模型（CompetitionModel）
2.3小结
由国内外研究现状可知，将GIS应用到商业的优化布局研究都比较多，且国外在公共设施布局中研究的较深入，但在国内将GIS技术应用到社区体育服务设施等公共部门的布局优化研究很少，不过以上对LA模型的概述可以作为本文的借鉴和参考，也给本文的研究带来如下启示：
·社区体育服务设施属于第三部门，它作为一项重要的公共服务部门，其根本目标是为了更好的提供公共产品，满足社会对公共产品的需求。
·社区体育服务设施是开放的复杂系统，具有政府福利性质，不是以盈利为目的，不能从市场盈利，因此，在对其进行空间布局时必须要考虑公平性与效率兼顾原则，要考虑福利和地域空间均衡问题等。
·社区体育服务设施的布局优化，其实质是设施的区位合5理配置问题，因此事典型的区位配置模型的应用范围。
本文将结合滁州市的实际情况采用最优化模型，即Mindistance（最小距离）模型和Maxcover（最大覆盖）模型对社区体育服务设施进行空间布局优化。
·使用Mindiatance模型是因为公共设施的空间区位影响到公共设施的利用，公众利用某种公共设施需要客服空间距离、支付距离成本，而且公共设施具有边际成本递减特征，故使用这一模型的现实意义是使市民出行代价最小化。
使用Maxcover模型是因为最大覆盖模型主要用政府出资建设具有强制性服务半径限制的一些设施，主要考虑政府财力的限制，这与滁州市实际情况相符合。
3.滁州社区体育服务设施布局现状及分析
3.1滁州概况
滁州地处安徽省最东部，苏皖交界地区，长江三角洲西缘，地理区域为北纬31°51′一33°13′、东经117°09′一119°13′之间，属长江三角洲合作核心区、“南京都市圈”核心层、国家级“皖江城市带承接产业转移示范区”第一站，安徽省东向发展的桥头堡。
滁州依滁河而生，自古便为长江下游临江近海的“鱼米之乡”。
滁州市地处长江下游北岸，为“南京都市圈”核心层城市，“皖江示范区”北翼城市，自古有“金陵锁钥、江淮保障”之称。
滁州具有1500多年的历史，古称涂中、清流，州建隋朝，文昌北宋，兼具吴楚淮扬之韵，汇聚江淮湖之风，千百年来素为江畔淮左的美好之州。
滁州自隋起辖今琅琊、南谯、来安、全椒、南京浦口等地。
滁州市正在纵深推进工业强市、城镇化和东向发展三大战略，优化发展环境，到2020年实现推进以人口100万、城区面积100平方公里为目标的“大滁城”建设，积极打造承接产业转移的新型工业园区、南京同城发展的城市新家园、吸引东部地区的魅力花园。
3.2社区体育服务设施分布现状及存在的问题
3.2.1分布现状
本文主要研究滁州市八个街道的社区体育服务设施，分别是扬子街道、凤凰街道、清流街道、琅琊街道、东门街道、西门街道、北门街道、南门街道，总面积达126km2，人口数为25.2人，具体人口密度如表3-1：
表3-1滁州市街区人口分布情况
人口（万）
面积（平方千米）
人口密度（y）
凤凰
1.2
32
0.04
清流
8.2
36.4
0.23
琅琊
5
9
0.56
南门
2.9
2.5
1.16
西门
1.5
1.3
1.15
东门
1.5
3.2
0.47
北门
1.6
1.6
1
扬子
3.3
40
0.08
从上面的图表可以看出，清流街道人口数量最多，由于面积最大，达到36.4平方千米，人口密度不是很大；面积最大的是扬子街道，但是人口数量只有3.3万人，人口密度很小；人口密度最小的是凤凰街道，此街道位于开发区，总面积较大，人口数量最少，人口密度只有0.04万人/平方千米；人口密度最大的是南门街道和西门街道，这两个街道总面积比较小，又属于老城区，常住人口数量比较大，人口稠密；另外，北门街道的人口密度达到了1万人/平方千米，而东门街道和琅琊街道相对适中，分别是0.47万人/平方千米和0.56万人/平方千米。
滁州市区在所调查的8个街道共建设安装社区体育服务设施场地23处，总面积近2万余m2,数量近300件。
其中设施数量在0—10件的有8处，占总数的35%；数量在10—20件的有12处，占总数的52%；数量在20—30处的有3处，占总数的13%。
滁州市区社区体育服务设施现状空间分布不均衡，南门街道和北门街道相对来说分布较密，而清流街道和凤凰街道分布相对较稀疏，具体情况见表3-2，图3-1到3-4为社区体育服务设施：
表3-2滁州市各街区体育设施数量分布
街道
清流
凤凰
扬子
琅琊
东门
西门
北门
南门
数量
9
2
2
2
1
2
3
2
图3-1乒乓球
图3-2健骑椅
图3-3漫步机
图3-3篮球场
3.2.2存在的问题
（1）总体布局不合理，体育设施资源不足与浪费并存
一方面，在滁州市老城区，体育服务设施资源较多，规模也较大，设备也较齐全，这与中心城区东移、南移，城市向外辐射的情况不相符合。
这些体育服务设施过于集中，势必加剧市民体育锻炼的不平衡。
另一方面，在滁州市开发区体育设施资源薄弱，存在较多的体育设施空白，缺少体育服务设施，郊区也存在较多的设施空白。
这也说明体育设施资源主要集中在老城区，且分布不均衡，设施资源的不足与浪费并存。
同时体育设施数量与人口的比例失调，布局和结构的不合理造成了体育锻炼不便等问题。
（2）用地不足，环境较差
现有市区大部分体育服务设施用地规模偏小，某些社区体育服务设施数量太少且设备陈旧，尤其是老城区的体育服务设备严重老化，这从另一方面说明了滁州体育服务设施严重不足，布局不合理。
（3）体育服务设施分布不合理，利用不均匀
由于体育服务设施分布不合理的现实，使市民盲目到一些大的体育服务设施点锻炼，如人民广场、南湖公园等。
造成一些体育服务设施点人满为患，而另外一些小的体育服务设施场所资源闲置，没有事资源得到合理的应用。
3.3小结
本章主要论述了滁州市社区体育服务设施空间布局特征与存在的问题。
主要从滁州市社区体育服务设施的分布与现状、存在的问题进行展开。
剖析了滁州市社区体育服务设施布局不合理的现实问题，也印证了布局的优化势在必行。
同时也为论文后面的空间布局优化分析奠定了基础。
4.滁州市社区体育服务设施布局优化
4.1数据准备
区位配置模型是本文研究的重要模型。
应用此模型需要用到的数据主持包括研究区域内的服务需求点集、设施点集以及包涵了联接需求点和设施点信息的点数据表单。
表4-1列
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