基于GIS的城市公園綠地可達性分析

宋秀華，郎小霞，樸永吉，王秀峰*

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安271018;2.青島理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東青島266033)

近年來許多學(xué)者結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)方法，提出了可達性的概念。可達性(accessibility)由Hansen首次提出，將其定義為交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點相互作用的機會的大小，并利用重力方法研究了可達性與城市土地利用之間的關(guān)系［1］。至今學(xué)者們在可達性的精確定義上仍然難以達成一致意見。國內(nèi)學(xué)者普遍認為，可達性是指從空間中任意一點到達目的地的難易程度，反映了人們到達目的地過程所克服的空間阻力大小，常用距離、時間和費用等指標(biāo)來衡量［2］。目前可達性研究的主要方法有緩沖區(qū)法［3］、最小鄰近距離法［4］、引力模型法［5，6］、費用加權(quán)距離法［7，8］等。但是各學(xué)者的研究方法各異，對于同一城市不同的研究方法對綠地的定量評價也存在差別，對于具體方法的選擇上還需要深入研究［9］。本研究利用QuickBird影像數(shù)據(jù)，采用成本加權(quán)距離法(Cost Weighted distance)，以城市公園綠地為源，分析其現(xiàn)狀可達性和規(guī)劃可達性，并采用實地驗證方法進行檢驗，同時探討了公園綠地可達性提高的因素，以期為城市規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

泰安市位于山東省中部，地處東經(jīng) 116°02'～117°59'、北緯 35°38'～36°28'之間，東西長約 176.6 km，南北寬約93.5 km，總面積約7762 km2，人口538.6萬人，轄泰山區(qū)、岱岳區(qū)、新泰市、肥城市、寧陽縣、東平縣6個縣市區(qū)。本文選取泰安市區(qū)的主城區(qū)，面積約37 km2。

數(shù)據(jù)來源:QuickBird遙感數(shù)據(jù)，影像包括4個分辨率為2.44 m的多光譜波段和1個分辨率為0.6 m的全色波段，獲取時間為2009年10月4日;泰安市2008年1∶10000的地形圖，以及從泰安市相關(guān)行政部門獲得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為分析的輔助信息。利用Erdas軟件對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，然后在Arc/Info平臺上通過目視解譯并結(jié)合實地調(diào)研驗證獲取城市土地利用分類現(xiàn)狀圖，其影像的分類精度達89.05%。對土地類型圖相應(yīng)的景觀類型賦予屬性值，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為grid文件。

1.2 研究方法

采用成本加權(quán)距離法，使用ARCMAP中的Spatial Analyst模塊的Distance/Cost Weighted工具進行城市綠地可達性分析。相對時間成本值(Time cost weighted value)采用城市居民通過空間某一像元(1 m×1 m)的相對難易程度來衡量，本文采用的時間成本值為移動10 km所需要的分鐘數(shù)，并設(shè)定步行時速平均為5 km·h－1，以此為參考，進行阻力值的賦值。

(1)資料收集與整理:本論文中所采用的數(shù)據(jù)為泰安市2009年的數(shù)據(jù)，有圖形數(shù)據(jù)和屬性收據(jù)，圖形數(shù)據(jù)主要包括泰安市2009年快鳥影像圖、道路交通圖、土地使用類型分布圖等;屬性數(shù)據(jù)主要包括2010年城市人口分布情況與2009年統(tǒng)計年鑒等。

本文中人口密度以社區(qū)為單位，計算公式:D=P/S

D:人口密度(人·hm－2);P:社區(qū)居民數(shù)量(戶口統(tǒng)計數(shù)據(jù));S:社區(qū)面積(hm2)

(2)方法與步驟:

①城市公園綠地分布圖，通過對快鳥遙感影像圖的判讀，提取城市公園綠地分布圖，選擇面積在1 hm2以上的公園綠地斑塊，作為源，進行計算。

②通過土地利用類型圖，分別賦值，得出城市土地類型阻力圖，其阻力值設(shè)置見表1。

③計算研究區(qū)域內(nèi)的人口密度(以社區(qū)為計算單位)，得出人口密度分布圖。

④數(shù)據(jù)處理過程，將人口密度圖和土地類型圖按照0.5和0.5權(quán)重做柵格疊加處理，得到總體景觀阻力成本數(shù)據(jù)集;然后采用Cost Weighted方法，以公園綠地為源計算其可達性，繪制分布圖。對于可達性等級劃分參考公園綠地服務(wù)半徑，某些城市如廣州［10］、無錫［11］等地綠地系統(tǒng)規(guī)劃的描述:“居民出家門500 m就可以進入公共綠地，走約1000～2000 m就有一個大型綠地”，將計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為時間等級，分為＜5 min、5～15 min、15～30 min、30～60 min及 ＞ 60 min。

⑤計算公式:

服務(wù)面積比(%)=綠地提供的服務(wù)面積/城市總面積×100%;

服務(wù)人口比(%)=綠地提供服務(wù)的人口/城市總?cè)丝凇?00%

表1 不同土地類型阻力值Table 1 Werghted value of time coit fordiffevert types of land

2 結(jié)果與分析

2.1 公園綠地現(xiàn)狀可達性分析

由圖1、表2可知，步行5 min可到達公園綠地的區(qū)域為270.4311 hm2，占整體面積的7.38%，人口數(shù)為37720，占總?cè)丝诘?.43%;步行5～15 min可到達公園綠地的區(qū)域為413.60011 hm2，占整體面積的11.28%，人口數(shù)為65753，占總?cè)丝诘?2.95%;步行15～30 min可到達公園綠地的區(qū)域為661.4017 hm2，占整體面積的18.04%，人口數(shù)為111073，占總?cè)丝诘?1.88%;由此可知，步行方式30 min以內(nèi)，可到達的區(qū)域約為37%，人口約占總?cè)丝诘?2%。其他近60%的人口和區(qū)域，步行需要30 min以上。尤其在火車站的左側(cè)，呈現(xiàn)“幾”字形區(qū)域，步行需要60 min以上才能到達最近的城市公園綠地，此處綠地的服務(wù)功能最低。與其他城市綠地研究結(jié)果相比較，不同城市、不同綠地類型、不同計算模型和方法，15 min內(nèi)的服務(wù)面積比和服務(wù)人口比差別較大，泰安市區(qū)綠地15 min內(nèi)的服務(wù)功能相比而言較低(表3)。

圖1 城市公園綠地現(xiàn)狀可達性分析圖Fig.1 The accessibility of urban panks status

表2 城市公園綠地現(xiàn)狀可達性統(tǒng)計分析Table 2 The statistics results of accessibility of urban park＇status

以火車站為中心，做公園綠地可達性服務(wù)區(qū)域和服務(wù)人群的的象限分布圖，計算結(jié)果見圖2。步行方式的公園綠地可達性在15 min的服務(wù)面積和人口遠大于5 min的服務(wù)面積和人口。服務(wù)面積比在5 min和15 min時，均在第1象限達到峰值，其次是第2、3、7、8象限，第4、5、6象限為0。服務(wù)人口比變化為均為第1象限達到峰值，其次是第2、3、7象限，第8象限較低，第4(15 min時極低為0.47%)5、6象限為0。服務(wù)面積比的變化情況和公園綠地的分布情況相一致，在第1、2、7象限分別有虎山公園、金山公園、岱廟、東湖公園，泰山廣場(龍澤公園)，其他象限綠地較少，特別是第4、5、6象限沒有大型公園綠地(1hm2以上)存在。人口變化情況與綠地和人口密度兩因素有關(guān)，第1、2象限居住區(qū)密集，人口密度最高;第4、5、6象限多為村莊，人口密度較低。

2.2 公園綠地規(guī)劃可達性分析

根據(jù)泰安市整體規(guī)劃(2010～2020)，適量發(fā)展綜合性公園、社區(qū)級公園、專類公園、重點建設(shè)濱河帶狀公園和街旁綠地，在研究區(qū)域內(nèi)增設(shè)的公園有:中央公園、蒿里山公園和樹木園。由圖3、表4可知，步行5 min可到達公園廣場的區(qū)域為446.9607 hm2，占整體面積的12.19%，人口數(shù)為49833，占總?cè)丝?.82%;步行5～15 min可到達公園廣場區(qū)域為569.8535 hm2，占整體面積的15.54%，人口數(shù)為74910，占總?cè)丝诘?4.75%;步行15～30 min可到達公園廣場的區(qū)域為830.8101 hm2，占整體面積的22.66%，人口數(shù)為120454，占總?cè)丝诘?3.73%;由此可知，步行方式30 min以內(nèi)，可到達的區(qū)域約為50%，人口約為總體的48%。其他約50%的人口和區(qū)域，步行需要30 min以上。

表3 本文與其他研究結(jié)果比較Table 3 Comparision between this research and other research

圖2 公園綠地可達性服務(wù)象限圖Fig.2 The quadrant maps of the accessibility of urban parks

表4 公園綠地規(guī)劃可達性統(tǒng)計分析Table 4 The statistics results of accessibility of urban parks＇planning

圖4可知，步行方式的可達性，除第1、5象限外，在15 min的服務(wù)面積和人口遠大于5 min的服務(wù)面積和人口。服務(wù)面積比的變化情況，5 min時，在第1象限達到峰值，其次是第5、4、2、7、3象限，第8象限較低，第6象限為0;15 min時，第5象限達到峰值，其次是第1、3、4、2、7、8象限，第6象限最低。服務(wù)人口比變化情況，5 min時，第1象限達到峰值，其次是第5象限，第4、2、3、7象限居中，第8象限較低，第6象限為0;15 min時，第5象限達到峰值，其次是第3、1、4、2象限，第7、8象限較低，第6象限最低(0.27%)，近乎為0。服務(wù)面積比的變化情況和公園綠地的分布情況相一致，除第6象限外，其他象限均有公園綠地分布。服務(wù)人口比的變化情況與綠地和人口密度兩因素有關(guān)，第1、2象限居住區(qū)密集，人口密度最高;第4、5、6象限多為村莊，人口密度較低。

2.3 公園綠地現(xiàn)狀與規(guī)劃可達性差異分析

由圖5可知，在5 min內(nèi)和15 min內(nèi)的公園綠地的服務(wù)面積比和服務(wù)人口比，規(guī)劃中數(shù)據(jù)均高于現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，特別是在第4、5象限，其服務(wù)人口比分別約為12%、19%和22%、29%，第6象限沒有明顯改善。但是第6象限中有望岳路整體綠化，將極大改善居民的綠地需求，但這不屬于公園綠地范疇。通過對比分析可知，規(guī)劃后的城市公園綠地分布將極大改善可達性分布格局，但仍存在不均衡現(xiàn)象。

城市公園綠地可達性改善主要與綠地面積斑塊數(shù)量增加、綠地空間分布格局日趨均衡和道路網(wǎng)絡(luò)不斷完善有關(guān)，3個因素共同作用，但在不同象限其作用大小有別，對于服務(wù)人口則和人口密度緊密相關(guān)。規(guī)劃中第4、5象限即研究區(qū)南部可達性明顯改善，主要是由綠地面積和斑塊數(shù)量增加引起的，新增的綠地斑塊主要有中央公園、蒿里山公園等。同時在建的火車站廣場、財源街改造，也將改善城市中部火車站周圍區(qū)域的綠化狀況，總體上可達性的格局有了很大的改善，改變了原來北部和東部可達性高而周圍低的格局。

圖5 公園綠地可達性象限比較:現(xiàn)狀與規(guī)劃Fig.5 Comparision of the accessibility between status and planning

表5 可達性驗證分析Table 5 Verification for result from accestibility

2.4 公園綠地可達性步行方式驗證分析

采用訪談和實地驗證方法對公園綠地步行方式的可達性進行驗證，具體方法為:在公園綠地計算的可達性服務(wù)5 min內(nèi)區(qū)域的居住區(qū)，選擇了33個點，5～15 min內(nèi)區(qū)域選擇了50個點，然后進行實際驗證，誤差為2 min，具體情況見表5。驗證結(jié)果表明，步行5 min內(nèi)驗證率達到90.9%，15 min內(nèi)驗證率達到88.0%，由于居住區(qū)出入口設(shè)置、公園出入口位置，以及道路的暢通性，導(dǎo)致了實際可達性略偏低。計算可達性時未考慮公園的出入口，即到達公園綠地邊界即為到達，十字道路沒有詳細設(shè)置，道路分級阻力值設(shè)置較為簡單，此外實際出游線路會因人而異，3級道路系統(tǒng)不夠完善，上述原因?qū)е铝藢嶋H可達性比計算要偏低。

3 討論與結(jié)論

可達性計算方法有多種，每種方法均有自己的特點及不足之處。如緩沖區(qū)分析法與最小臨近距離法計算均簡單方便，但采用歐式直線距離與現(xiàn)實中居民的行進路線存在較大差異，且沒有考慮綠地特征對可達性的影響;網(wǎng)絡(luò)分析法，采用居住區(qū)到最鄰近綠地的距離，與居民的實際行進距離較為接近，但沒有考慮綠地特征對可達性的影響;成本加權(quán)距離法，采用的是柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)固有的粒度也會對計算結(jié)果產(chǎn)生影響，因此應(yīng)根據(jù)不同需要來選擇較為合適的可達性計算方法。本文根據(jù)已有的資料和研究目的，采用了成本加權(quán)距離法。

不同研究者在不同城市對不同的土地類型阻力值的設(shè)定有所不同，如周廷剛［5］、肖華斌［10］、李師煒［12］、周亮［13］等針對不同研究對象設(shè)定的阻力值有所不同，但綠地空間可達性是一個相對的概念，只要不同用地的相對阻力關(guān)系正確，并不影響對綠地空間格局的分析。此外，可達性不僅包括物理上的時間、距離，還包括人們的社會、文化等方面的經(jīng)濟特征，本文只是從理論角度采用成本加權(quán)距離法分析公園綠地可達性，并沒有考慮人們的真實出行意愿、公園的質(zhì)量、吸引力等問題。這也是今后需要研究的問題。

本文主要結(jié)論:公園綠地現(xiàn)狀可達性分析，15 min內(nèi)的服務(wù)面積比和服務(wù)人口比分別為:18.66%和20.38%;綜合服務(wù)面積比和服務(wù)人口比，服務(wù)能力最好的是第1象限，第4、5、6象限為0，其他象限介于之間。公園綠地規(guī)劃可達性分析，服務(wù)面積比和服務(wù)人口比在15 min內(nèi)為27.73%和24.57%，相對于現(xiàn)狀分析數(shù)據(jù)均有所提高，特別是第4、5象限，但第6象限沒有明顯改善。基于上述研究，認為城市綠地可達性的提高主要與綠地面積和斑塊數(shù)量、綠地空間分布格局以及道路網(wǎng)有關(guān)，但在不同象限其作用大小有別，對于服務(wù)人口則和人口密度緊密相關(guān)。采用了實地驗證的方式對于公園綠地可達性步行方式進行了驗證，使分析結(jié)果更具有可信度。本文分析結(jié)果可以為城市公園綠地規(guī)劃和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

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