結合建筑人口容量的南陽市公園可達性分析

徐彥秒，曹 娓，2，何瑞珍

（1.河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450002；2.河南科技學院，河南 新鄉 453000）

結合建筑人口容量的南陽市公園可達性分析

徐彥秒1，曹 娓1，2，何瑞珍1

（1.河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450002；2.河南科技學院，河南 新鄉 453000）

隨著環保意識的提高，市民越來越注重城市環境品質的提升，在公園規劃中公園的可達性日益受到關注。文章以南陽市主城區為例，首先通過網絡分析的方法研究公園可達性，將公園可達性劃分為4個等級；然后通過衛星影像反演獲得建筑人口容量，將可達性數據與建筑人口容量數據進行疊加分析。結果表明：南陽市5～15 min步行區域占總用地面積比例最高，該區域建筑人口容量最大，人均公園綠地面積較少；30～60 min步行區域占總用地面積比例最低，主要分布在白河北岸老城區。

南陽；公園可達性；建筑人口容量

作為城市中的綠色景觀，公園越來越多的承擔著生態、經濟和社會等功能［1］，如降低噪音、減少環境污染、減輕城市熱島效應、減災避災、緩解居民工作生活壓力和提供休憩場所等［2-8］。然而，城市公園綠地設置不合理，就會導致某些區域成為“服務盲區”；而公園建設速度慢于建筑建設速度，就會導致公園 “超載”。因此，結合地表建筑物人口容量研究城市公園綠地可達性，可以有效的了解公園綠地的服務能力，為提高城市人居環境和居民生活質量提供科學依據。近年來，應用GIS技術對城市公園綠地空間進行可達性分析的研究越來越多，如俞孔堅等基于費用距離原理研究景觀可達性［9］，周廷剛和郭達志采用景觀引力場的方法［10］，尹海偉等根據公平性原理計算服務半徑［11］，郭微等使用城市綠地人口承載力對服務半徑進行分級［12］，同麗嘎通過實地調研對比分析了緩沖區分析法、引力模型法和費用加權距離法的科學性［13］。

人口數據的選擇和獲取是可達性研究中的一個瓶頸。城市是一個人口大量聚集并且活動極具頻繁的地區，城市人口隨時間變化顯著，不僅白天、晚上城市人口分布差異大，一天24 h中城市人口分布差異都很大［14］。因此，本研究以建筑人口容量數據替代傳統人口統計數據。 （1）城市建筑的人口容量數據和公園的數據更新周期具有一致性，人口數據 “動態性”大，公園數據更新較慢，無法快速回應人口的聚集分散來滿足市民的需求。（2）不單居住建筑周邊需要公園綠地，工業、商業等不同性質的建筑群區域對公園綠地都有一定的需求。以往的人口數據多針對居住區，這就導致城市中其他區域缺乏綠地。 （3）城市新區的人口數據隨建筑的建設穩步增加。根據新城區的建筑人口容量分析公園可達性，可避免公園建設滯后建筑建設，為城市后期人口聚集和發展做準備。

以河南省南陽市城市建成區為研究區，采用Google earth影像圖人工識別，提取城市建筑基層面積與建筑高度，通過抽樣調查法測算不同高度的建筑人口容量。利用網絡分析的方法分別計算出市民5，15，30和60 m in步行區域。最終將建筑人口容量數據與網絡分析結果進行疊加，分析探討南陽市現有城市公園綠地分布合理性以及公園面積是否滿足市民需求，以期為南陽市的可持續發展和未來城市規劃建設提供科學依據。

1 研究方法與資料收集

1.1 城市公園服務半徑研究方法

以往文獻中城市公園的服務半徑分析，多根據公園的級別劃分相應的圓形服務半徑，這樣的公園服務半徑分析忽略了城市路網因素，得出的服務半徑與公園的真實服務能力相差懸殊，因此，只能抽象定性地表征城市公園服務范圍。利用網絡分析的方法研究公園的服務半徑則可以減少這一誤差，該方法用市民步行速度模擬人進入公園這一過程，依賴完善的道路網絡數據［15］，通過網絡數據建立網絡模型。網絡模型是指現實世界中存在的各種網絡系統 （如交通物流網、通信網、暖氣管網、給排水管網等）的抽象表示，構成網絡模型的最基本元素是線性實體及這些實體的連接交匯點，前者稱為網線或鏈，后者稱為節點。一個基本的網絡主要包括中心、鏈、節點和阻力［16］，如圖1所示。網絡分析法的原理可以用圖2形象地表示，假設在圖中所示的范圍內，道路呈方格網狀 （40 m×40 m）布置，人行走的速度為1 m·s-1，且在路網中心有一個源點，各個道路段的相應阻力值為40 s，服務半徑依次設置為50，100和150 s。系統會自動捕捉離源點距離最近的一條路徑，計算機通過路徑的疊加運算形成服務半徑的面，最終形成50，100和150 s服務范圍。

圖1 網絡模型構成的基本元素

圖2 網絡分析法原理

1.2 城市建筑人口容量研究方法

城市人口分布與一個城市的自然條件、社會習俗、城市規劃等因素相關。在我國，綜合性的人口普查至少每10年能進行一次，并且調查的人口數據都是在某一行政區范圍內，不能準確反映某一特定區域人口的確切情況［14］。傳統統計方法是利用GIS來表現人口分布的：首先為統計單元建立多邊形界數據庫，然后把人口作為這些多邊形的屬性數據進行存儲，各種分析和操作均基于這一系列統計單元［17］。這種方法在進行人口、資源環境、社會經濟發展的宏觀研究時比較方便，但是當進行微觀尺度的空間分析時就會出現問題［18］。由于研究所需的建筑人口容量為城市建成區尺度下的數據，傳統的人口統計方法很難借鑒。文章通過高分辨率的衛星影像，采用人工目視解譯的方法在A rcgis 9.2平臺繪制南陽建成區建筑分布圖繼而統計建筑人口容量。人工目視法提取信息，是通過地物的形狀、大小、色調、位置、紋理等特征進行對照分析，從遙感影像上識別各類目標，定性、定量地提取目標的分布、結構、功能等有關信息［19］。隨著一些高分辨率商用衛星的發射，利用衛星圖像進行建筑物高度估算的研究越來越成熟。建筑物在遙感圖像上不僅有本身影像，同時還有陰影的影像，陰影在圖像中表現為低亮度值，因而容易識別。陰影也有形狀、大小、色調和方向性等特點［20］。理論上，只要得到衛星數據的參數信息和建筑物陰影長度，就可以計算出建筑物的高度。特殊情況下，無法獲得衛星成像時的參數信息時，可以通過當地某建筑物的實際高度與陰影長度的比值，推算其他建筑物的高度信息。

通過實地調研隨機選取20個100 m×100 m的樣方點，統計樣方點內的建筑人口容量。樣方內的建筑功能多樣，有商業建筑和居住建筑，還有企事業單位建筑。由于通過衛星影像很難區分建筑的功能，而且南陽市最新的用地性質圖還無法獲得，導致嚴格按照建筑功能區分一些商用民用混合建筑的成本過高，因此本研究不具體區分建筑的功能。

為直觀方便的了解南陽市建筑信息，首先對建筑進行3D模擬，然后結合調研信息推算建筑人口容量。建筑3D模擬是在Arcscan平臺上對衛星影像提取的建筑垂直投影面積和建筑高度2個數據進行三維建模。

1.3 資料收集

該研究所涉及的資料主要包括：2005-2010年南陽市綠地系統規劃圖和2013年Google earth高清影像 （分辨率0.5 m2）。

網絡分析所用交通數據是南陽市綠地系統規劃中的道路數據。截止目前南陽市仍然存在大量規劃公園未建設完成，所以無法從Google earth影像中獲取這些公園入口的數據，此部分公園入口被假定在公園臨近道路交叉口的位置。

2 數據分析

2.1 建筑物的層高與人口容量的空間分布特點

通過建筑模擬，得出南陽市3D建筑布局圖，如圖3所示。調研發現南陽市3層及3層以下的建筑多為村民自建的城中村和一些臨街商鋪，以及部分廠房。而4～6層的建筑多為舊的居住小區和企事業單位。7～11層的建筑以居住小區和寫字樓為主，含有部分企事業單位。12～18層建筑以居住建筑居多，并且臨街建筑的底層多為商鋪或者商鋪與居住混用。19層以上建筑多為新建小區，以及部分高端寫字樓。通過對20個樣方綜合分析得出，建筑人口容量與建筑層數呈正比關系。小于等于3層建筑每百平方米3人口，4到6層建筑每百平方米15人口，7到11層建筑每百平方米35人口，12到18層建筑每百平方米50人口，19層以上建筑每百平方米70人口。

圖3 南陽市3D建筑布局圖

2.2 公園服務半徑分類

分析以往調查數據發現，步行到城市公園綠地的居民約占90%，其中80%是為游憩、觀賞、娛樂和鍛煉而來的，并且93%的公園使用者都來自步行半小時的范圍內，所以大多的研究都只考慮步行方式的交通成本。研究表明，人一般希望步行3～5 min即可到一處公園綠地，人正常的步行速度為5～7 km·h-1，十字路口平均等待時間為30 s。因此在公園的服務半徑分析中，以30 m in為公園可達性的臨界點，具體分為4類，分別為0～5 min步行可達公園區、5～15 min步行可達公園區、15～30 min步行可達公園區，30～60 min步行可達公園區 （表1）。

表1 公園服務范圍與人口數據值

2.3 基于建筑物人口容量的公園可達性分析

如表1所示，4類地塊總面積為13 173 hm2，公園總面積為1 057 hm2，總建筑人口容量為980萬人。其中占城市總用地面積最多的是5～15 min步行區域，為4 687 hm2，占研究區域總面積的35.6%，約422萬人，同時也是人均土地面積最小的區域，為11.1 m2·人-1，為人口密度最大區域。占城市總用地面積最少的是30～60 min步行區域，為1 868 hm2，僅占研究區域總面積的14.2%。由此可知，南陽市建筑的布局特點即建筑人口容量的分布特點：以公園入口為中心，步行5～15 min區域建筑密度最高，建筑人口容量最大；距離公園最近區域和最遠區域建筑密度相對較小，建筑人口容量相對較小。

圖4 網絡法分析公園服務半徑圖

將公園圖層與這4類地塊疊加分析，可以得到公園面積在這4類地塊中所占比重，結果如圖4所示。公園面積由0～5 min步行區的746 hm2快速衰減到30～60 min步行區的0 hm2，表明在15～30 min區域內雖然有26 hm2的公園綠地，但市民進入公園依然需要耗費至少15 m in的步行時間，這也印證了現實生活中居住在公園周邊的居民，由于圍墻的阻隔，無法快速便捷地進入公園的事實。為驗證路網因素對可達性的影響，采用刪除路網因素的緩沖區法進行對比驗證，結果表明，刪除城市路網因素后公園圖層全部落入0～5 m in步行區域，即不存在緊鄰公園卻無法進入公園的現象 （圖5）。

圖5 緩沖區法分析公園服務半徑

3 小結和討論

以城市公園綠地為研究對象，通過網絡分析的方法結合建筑人口容量數據，得出南陽市5～15 min步行區域占城市總用地面積比例最高，此區域建筑人口容量最大，人均公園綠地面積較少，建議增加此區域公園面積。南陽市30～60 m in步行區域占城市總用地面積比例最低，主要分布在白河北岸老城區，建議多在此區域建設小型街頭公園。

由于人口基數過小，在傳統的城市 “三綠”指標中，人均公園綠地面積的統計結果往往低于市民感受值。由Google earth高清影像模擬得出的建筑人口容量數據，可以很好地彌補統計人口數據偏小的問題。由表1可知，以南陽市的建筑人口容量為人口基礎數據計算得出南陽市人均公園綠地面積為1.08 m2·人-1，此數值與市民感受值較為符合。由此可知，南陽市公園綠地面積嚴重不足，無法滿足城市需求。

基于建筑人口容量的可達性分析方法簡單易行，彌補了傳統人均公園指標的缺陷，能夠優化公園空間布局。人均公園指標的缺陷如下：首先，人口數據與公園綠地數據不在同一時期。在以往綠地系統規劃中人口數據多采用人口普查數據，具有一定的滯后性，同時也忽略了流動人口。第二，人均公園指標不能夠限定公園的空間位置，無法規范公園布局。采用建筑人口容量數據替代傳統的人口普查數據，能夠提高城市綠地面積，更好地滿足居民需求。可達性分析則能夠優化公園的空間布局，然而在公園可達性方面仍然存在很多不足之處，例如怎樣將公園吸引力因素融入進去，以及交通方式的不同對可達性的影響。以建筑人口容量數據分析評價公園綠地的面積，雖然可以平衡建筑與綠地發展的關系，但依然沒有一個統一的定量指標來有力證明其合理性。對于不同尺度的城市，劃定的指標是否適用，以及如何將指標劃分等級以使不同城市逐步實現目標等問題依然有待研究。

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（責任編輯：侯春曉）

TU986；P901

A

0528-9017（2015）04-0492-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20150418

2015-01-19

徐彥秒 （1987-），男，碩士研究生，主要從事3S技術在綠地規劃中的應用等方面的研究工作。E-mail：xuyanmiao8888 @126.com。

何瑞珍（1970-），女，副教授，博士，主要從事3S技術在綠地規劃中的應用等方面的研究工作。E-mail：hrzzjd@163.com。

文獻著錄格式：徐彥秒，曹娓，何瑞珍.結合建筑人口容量的南陽市公園可達性分析 ［J］.浙江農業科學，2015，56（4）：492-496.