基于GIS 技術的濟南市公園綠地空間可達性研究

魯敏，劉國恒，劉振芳

(1.山東建筑大學藝術學院，山東濟南250101;2.山東建筑大學齊魯建筑文化與景觀藝術研究基地，山東濟南250101;3.山東世聯怡高物業顧問有限公司，山東 濟南250014)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，城市化加驟導致城市環境生態問題日益嚴重，大量以自然為基底的景觀迅速被建筑和硬質鋪裝的城市景觀所替代，生物多樣性銳減，景觀破碎化加劇，區域生態安全面臨嚴重威脅，生態問題正逐漸成為全球化的問題［1－2］?！吧鷳B城市”、“森林城市”的提出與建設對改善生態環境和提高人民生活質量意義深遠而重大［3］。城市綠地是城市中唯一執行自然“納污吐新”負反饋機制的子系統，對改善城市生態環境、維持城市生態平衡起著無可替代的重要作用［4］。公園綠地是城市綠地的主體及核心，公園綠地的服務效率是評價城市影響力和衡量市民生活水平的重要指標，而空間可達性是公園綠地服務效率指標的核心內容［5］。許多學者進行了相關研究，有利用景觀可達性方法分析城市公共綠地的可達性［6］;有基于網格分析方法研究城市公共綠地可達性的空間分布特點［7］。但以往的公園綠地可達性研究存在著一定的局限性，有的只是考慮距離公園的直線距離，沒有涉及市民到公園的實際路線;有的考慮到了實際路線，但沒有考慮到公園綠地周圍的實際情況，如使用者的數量和分布、土地使用類型以及開發密度等，這難以在空間上描述城市公園綠地的布局，也很難真正反映公園綠地對城市居民服務的有效性［8－10］。鑒于以往可達性研究存在的局限性，本研究應用景觀生態學的理論，以RS和GIS技術為支撐，通過對濟南市中心城區的城市公園綠地現狀資源的調查和公園綠地景觀空間布局上的分析，建立了濟南市中心城區的土地利用數據庫，采用成本加權距離方法，綜合考慮人口密度，對濟南中心城區公園綠地的可達性進行分析研究，提出相應的公園綠地建設方案，從而為濟南城市綠地系統規劃及森林城市的建設提供依據。

1 研究區域概況

濟南，南依泰山，北跨黃河，地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低。地形復雜多樣，大體可分為三帶;北部臨黃帶，中部山前平原帶，南部丘陵山區帶。

本文研究對象為濟南市中心城區，即二環以內的區域，是濟南市文化、政治、經濟和教育發展的心臟，其中包括槐蔭區、歷下區、市中區、天橋區、歷城區，而二環以內，作為濟南市的老城區，又是五個區的主要政治文化中心。濟南市市級公園大部分在此范圍內，再加上部分區域性公園，共同為人們提供休閑娛樂的場所。濟南市目前正在創建國家森林城市，要達到標準尚且需要進一步的努力完善。其中綠地建設中最主要的問題就是公園綠地分布不均衡［11］。

2 研究方法

2.1 數據庫的建立

通過對濟南市SPOT影像圖解譯得到研究所需數據。利用ERDAS8.7對圖像進行幾何校正等處理并創建墨卡托投影坐標系統;在ArcGIS中，參考地形圖結合實地踏查提取濟南市公園和道路信息以及用地性質分類，建立濟南中心城區土地利用數據庫。用地性質按照國家標準可分為:居住用地(R)、公共設施用地(C)、工業用地(M)、對外交通用地(T)、道路廣場用地(S)、市政公用設施用地(U)、綠地(G)、倉儲用地(W)、特殊用地(D)、水域和其他用地(E)這十大類，結合實際的相對阻力將其細分，不同用地性質有不同的相對阻力如表1。

表1 不同土地利用類型的空間阻力相對值

2.2 分析方法

本文對于公園綠地的可達性計算采用的是基于柵格的成本加權距離方法。

基于柵格的成本加權距離方法計算時，首先需要得到研究區域的成本柵格圖(cost raster)，每個柵格的屬性值表示他們不同的成本(cost)，即表示通過它所需要的時間或費用的消耗程度;由于柵格圖像的特殊性，如圖1所示:每個非邊緣網格的周圍有8個其他的網格與之相鄰，以圖中每個網格的中心作為節點(node)，將相鄰的8個網格抽象為8條邊(side);各個網格的相鄰情況有兩種［12］:(1)垂直或水平相鄰:將兩個網格值的加起來再得到的平均值表示該邊的長度，如圖1中，中間結點到其上邊節點的邊的長度為:(2+4)∕2=3;(2)斜相鄰:兩個網格值的平均值乘以表示該邊的長度，如圖2中，中間結點到右下節點的邊的長度為

圖1 成本柵格圖

圖2 成本加權和最短路徑選擇

將每個“源”設定為一個單獨的節點，在計算的時候，節點柵格的成本值定為0，每個源周圍的若干個柵格與該“源”形成若干條邊。以圖3為例，假定右下角網格作為一個“源”，通過成本加權距離的計算可以得到:其他每個不同的節點到該源的累積總成本值和每個節點到最短路徑上前一個節點的路徑方向。

本研究以公園綠地為“源”，成本計算值為到達公園綠地的空間阻力值，然后將其轉化為時間成本進行分級量化，得出公園綠地的可達性的空間分布。

3 結果與分析

3.1 計算過程分析

按照成本加權距離方法，結合建立的土地利用數據庫，在 ArcMap9.3中對研究區域進行30m×30m的柵格，并根據不同的土地利用類型對各個柵格賦予不同的屬性值，即空間相對阻力值(表1)。使用空間分析模塊中的成本加權距離工具，計算研究區域內各柵格的成本加權距離和選擇到達“源”的最優路徑，以公園綠地分布柵格圖像作為源，僅以不同用地的相對阻力值(即步行穿越不同用地類型的阻力值)為權重，對土地利用類型的柵格圖像做成本距離加權分析，計算出最優路徑的距離。

圖3 時間分級圖

利用Raster Calculator工具，以在道路上步行80m/min為計算系數，用距離除以速度，將計算結果轉化為時間等級，得到時間分級圖(圖3)分為小于5min、5 ～15min、15 ～30min、30 ～60min、大于 60min五級，分別計算出公園綠地各時間等級的面積占總面積的百分比，得到基于相對阻力的可達性級別分布比率(表2)。綜合土地利用類型將人口密度作為屬性值添加到土地利用類型圖中，并以人口密度屬性值作為矢轉柵的依據值，形成人口分布密度的柵格圖象，提取出人口分布數據。

對人口分布數據和步行阻力值(基于不同用地的相對阻力)按各占50%的權重做疊加計算，得到綜合阻力值。在ArcGIS9.3中，利用空間分析模塊的成本距離加權的方法，以綠地分布柵格圖象作為源，對帶有綜合阻力值的柵格圖像做權重距離計算，從而形成公園綠地可達性分布圖(圖4)，并計算得到基于綜合阻力值的可達性級別分布比率(表3)。

圖4 可達性分級圖

表2 基于相對阻力的可達性級別分布比率

表3 基于綜合阻力值的可達性級別分布比率

3.2 結果分析

通過基于相對阻力的可達性級別分布比率(表2)可以看出:84.31%的區域到達最近公園綠地的步行時間不超過30min，通過與土地利用類型圖進行比較可以發現30min以內區域涵蓋絕大部分居住區，步行超過60min的區域主要為市區內的的空地、工業用地、風景林地以及靠近近郊的相關區域。因此在單純考慮出行時間的情況下，濟南市中心城區的公園綠地可達性較為合理。

綜合人口分布因素，公園綠地空間可達性發生了以下變化:(1)人口密度較高的居住區可達性的級別明顯提高;(2)部分人口密度較低的非居住區的可達性級別下降。通過基于綜合阻力值的可達性級別分布比率(表3)可以發現:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級區域面積達到88.74%，但是Ⅰ、Ⅱ級區域僅有51.43%，說明濟南市中心城區公園綠地可達性不合理。可達性不夠理想的區域主要集中在人口密度較大的城區中心地段和出行不太方便的非居住區域，從可達性分布圖上可以看出中心城區西部、北部地區缺少綜合性公園，不能滿足市民需求，可達性不足或不合理的地帶，一般都在綜合公園數量及面積上欠缺的區域。

4 結論

對濟南市公園綠地的空間可達性進行分析研究表明:

(1)只考慮步行阻力，基于相對阻力的可達性級別分布比率表明:84.31%的區域到達最近公園綠地的步行時間不超過30min，按出行時間來計算，濟南市中心城區的公園綠地可達性較為合理。

(2)綜合人口分布因素，基于綜合阻力值的可達性級別分布比率表明:濟南市公園綠地雖然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級區域面積達到88.74%，但是Ⅰ、Ⅱ級區域僅有51.43%，說明濟南市中心城區公園綠地的可達性不合理。

(3)可達性不足或不合理的地帶，一般都在綜合公園數量及面積上欠缺的區域;中心城區西部、北部地區缺少綜合性公園，可達性不合理。

5 基于可達性的濟南市公園綠地規劃建設方案

圖5 基于可達性的公園綠地建設方案圖

濟南市公園綠地規劃建設方案見圖5。具體建設方案為:

(1)歷城區范圍內的百花公園已擴建完成，針對中心城區的東北方向范圍內的可達性欠缺區域，應新建一全市性綜合公園，為周邊及二環東路以東的居民提供服務，如華山及其周邊建設一個綜合公園約300hm2，既可以彌補東北部公園面積的不足，又能充分利用現有山體資源發揮一定的保護生態環境的作用。

(2)市中區以及歷下區范圍內的公園分布基本均衡，只需要對現有公園稍加擴建。大明湖公園、環城公園、泉城公園、英雄山公園擴建約30hm2;中山公園、七里山公園、六里山公園、郎茂山公園需改擴建約40hm2。

(3)天橋區范圍內的公園可達性大部分為Ⅲ級區域，要提高其Ⅱ級的比例同樣要對現有公園進行擴建，動物園、藥山公園擴建3hm2，并結合北部的黃河區域發展黃河森林公園的作用，使其為更多的北部居民提供服務。

(4)槐蔭區范圍內已有濟南森林公園、匡山公園，森林公園的擴建工作正在進行，在二環以北建立臘山公園約70hm2，再結合二環以北的其他區域性公園的擴建提高西部城區居民的生活質量。

各區建設方案再結合小清河周邊以及南部山體林地的開發，使濟南的公園綠地分布更加均衡，使可達性在Ⅲ級的區域更多的提高到Ⅱ級區域，在提高整體游憩可達性的同時也提高人們生活的質量，為綠地系統規劃提供科學的理論依據。

目前濟南市通過西部的森林公園建設工程、東部百花公園提升工程、東護城河通航工程等市級重點工程對公園綠地分布不均現狀已經有了一定的改善作用。根據以上建議對濟南市公園綠地進行合理擴建和布局，改善可達性，同時提高公園綠地的服務效率，構建人工植物群落，保護植物的多樣性［13－14］。相信不久的將來，一個環境優美、生態良好的“森林泉城”就會展示在世人的面前。

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