基于GIS江漢區城市公園綠地服務范圍及優化布局研究?

陳 明 戴 菲

研究論文

基于GIS江漢區城市公園綠地服務范圍及優化布局研究?

陳 明 戴 菲

華中科技大學建筑與城市規劃學院 武漢 430074

運用科學手段對城市公園綠地的服務范圍及其合理布局進行分析,有利于城市良好的生態環境、城市面貌與穩定秩序,并為居民提供高效與公平的日常游憩場所。文中以武漢市江漢區為例,基于GIS網絡分析法,通過構建以道路網絡、公園和人口為核心的矢量數據庫,得到不同類型公園的不規則式服務范圍與承載力。結果表明,20 min日常游憩服務范圍占該區總面積75.5%,且菱角湖公園、王家墩公園、龍王廟公園的承載力較弱,由此得出江漢區存在真空盲區與隱形盲區。針對不同盲區,進行針對性的公園綠地優化布局,將居民日常休閑游憩與公園綠地空間布局切實地結合起來,實現公園綠地的合理布局。

風景園林,GIS,公園綠地,可達性,服務范圍,優化布局

目前許多城市的公園綠地布局存在分布不均、見縫插綠等諸多問題,導致公園綠地的服務范圍存在較大的不合理性。可達性是影響公園綠地服務范圍的一個重要指標,它是指從空間中任意一點到達目的地的難易程度,反映人們在此過程中所克服的空間阻力大小,常用時間、距離、費用等指標來衡量[1]。可達性已被廣泛應用于城市公共服務設施分布合理性與服務公平性研究,是評價城市公共空間設計合理性的重要因素[2]。

目前常用的公園綠地服務范圍研究主要有緩沖區法[3]、引力模型法[4]、費用加權距離法[4]、最小鄰近距離法[5]。然而這些方法均存在一定的局限性,例如緩沖區法將公園邊界視為均可進入,但未考慮人們進入公園過程中的人為或自然阻礙引力模型法雖然涉及較多考慮因素,但對公園綠地特征的量化也存在一定的主觀因素費用加權法由于評價類別較多,缺乏統一的評價標準最小鄰近距離法存在顯著誤差,也未考慮人口聚集的誤差問題。此外,現有相關研究成果較少涉及公園綠地承載力分析與優化布局策略。本文以武漢市江漢區為研究對象,采用網絡分析法,該方法充分考慮公園綠地的可進入邊界與人口聚集問題,以實際道路網絡為基礎計算公園綠地在某一阻力下的覆蓋范圍,較客觀地反映人們的出行機動能力。本文通過建立道路交通網絡與人口數據,對公園綠地的可達性、服務范圍與承載力進行分析,最后利用韋伯型設施區位模型提出江漢區公園綠地優化布局的具體方法。

1 研究區域

江漢區是武漢市7個中心城區之一,面積為28.29 km2,常住人口71.9萬人。全區下轄民族、民權、花樓等13個行政街道。截至2015年底,已建成公園綠地136.19 hm2(表1),其中有7個綜合公園,占公園綠地總面積89.54%,包括2個全市性公園和4個區域性公園。根據?武漢市總體規劃(2010—2020年)?,至2020年,綠地率、綠化覆蓋率、人均公園綠地面積分別提升至38%、45%、16.8 m2/人,實現“500 m見綠,1 000 m見園, 2 000 m見水”的目標。

表1 江漢區公園綠地統計表

此外,江漢區具備以下的城市特征能夠反映研究的典型性:1)綠地現狀具有先天優勢,是武漢公園綠地分布數量最多、最為集中的一個片區2)該區地小人廣,人口密度僅次于洪山區,居民對公園綠地的使用需求大3)交通區位條件優越,擁有漢口火車站、省市長途汽車客運站等一批重要交通樞紐,同時也是武漢重要的商貿核心區。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

研究數據來源于Digital Globe 2016年7月份武漢市主城區遙感影像圖,影像級別為16級,像素分辨率2.06 m。首先利用ENVI 5.0對影像圖進行校正,然后借助GIS構建以道路交通網絡、公園和人口為核心的矢量數據庫。道路交通網絡包括提取道路中心線構建的線要素與提取交點模擬實際交叉路口的點要素,道路屬性包括類型、長度和步行時間公園數據庫按照不同類型公園,包括公園出入口、公園位置與公園面積人口數據庫包括各街道人口數量與人口密度。

2.2 研究方法

2.2.1 網絡分析法

網絡分析法可稱為基于道路網絡的費用加權距離法的矢量版或綜合了進入公園過程中的障礙的緩沖區法,該方法是計算按照某種交通方式(步行或車行)以道路網絡為基礎,城市公園在某一阻力值下的覆蓋范圍[6]。一個網絡由“中心”、“連接”和“節點”構成,公園綠地即為“中心”,面積較小的街旁綠地可直接以綠地的幾何中心為“中心”,由于綜合公園面積較大,以實際開放的出入口為“中心”,認為到達出入口即為進入公園,其服務范圍由多個“中心”形成的服務范圍疊加而成。道路交通網絡即為“連接”,道路交叉口即為“節點”,此外,通過道路的時間即為“阻力”。本文基于GIS網絡分析(Network Analyst)的出行范圍可達性評價,對構建的矢量數據進行分析,得到的服務范圍可用于衡量公園綠地布局優劣。

2.2.2 韋伯型設施區位模型

公園綠地布局是城市綠地系統規劃的重要研究內容,屬于設施布局的一個重要研究分支。韋伯型設施區位模型應用于公園綠地的布局,主要有3種典型形式,多設施重心模型、最大福利模型與P－中心模型,其中,多設施重心模型是為了解決2個或2個以上設施的選址問題,使得需求點到距其最近設施點的加權距離總和最小[7]。本文基于此模型進行新增公園綠地數量與位置的確定,從而得到較科學的布局方案(圖1)。

圖1 技術路線圖

3 結果分析與討論

綜合公園規模較大,為全市或市內某一區域的居民服務,提供游覽觀光和日常游憩活動,全市性公園服務半徑定為2 000~5 000 m,區域性公園服務半徑定為1 000~2 000 m[8]。將街旁綠地與專類公園等面積小于2 hm2的公園綠地稱為微型公園。由于規模較小,主要考慮以步行為主的日常游憩活動,根據?國家園林城市標準?,服務半徑定為500 m。需要強調的是,為了客觀地反映居民到達公園的方便程度,從公園出發步行10min、20min、30min所能達到的范圍稱為步行服務范圍,這是衡量公園可達性的一個重要指標,也是本文研究的重點。

3.1 公園綠地服務半徑分析

考慮到現實道路及周圍的城市阻力,基于GIS分析得到的服務范圍為不規則形狀,由于全市性公園為全市居民甚至外來游客提供服務,因此以區域性公園為主體研究對象更能反應綜合公園對江漢區的服務能力。圖2顯示的是不同類型公園綠地服務范圍的疊加結果。結果表明,全市性公園5 000 m服務范圍可覆蓋整片江漢區,2 000 m以內服務范圍未能覆蓋全區。綜合各類公園綠地服務范圍(全市性公園服務半徑取2 000 m),發現西部、北部及南部邊緣區域未被覆蓋,其中,西部鄰近建設大道北側王家墩商務區,自身用地屬性為水體與綠地,規劃將建設成公園綠地北部為機場第二高速兩側居住與科研教學用地,鄰近三環線的帶狀綠地南部區域為中山大道以南的居住與商業用地。可通過增加公園數量或優化道路結構改善公園綠地的服務能力。

圖2 服務半徑形成的公園綠地服務范圍

3.2 步行服務范圍

3.2.1 綜合公園步行服務范圍

從圖3可知,綜合公園步行30 min可覆蓋81.5%的區域,步行20 min覆蓋62.7%的區域,未覆蓋的區域與上述范圍基本一致。由于綜合公園承擔旅游觀光及日常游憩2種功能,步行20 min以上很難說屬于公園的服務范圍,只能說明綜合公園的旅游觀光服務范圍基本覆蓋全區,日常游憩服務范圍覆蓋量尚不足。

3.2.2 微型公園步行服務范圍

微型公園主要為街旁綠地,從圖4可知,即使是步行30 min,覆蓋范圍面積僅占51.1%,步行20 min以內覆蓋范圍更小。由于微型公園面積較小,只有通過增加公園數量才能彌補當前的空白地帶。

基于上述結果,將綜合公園與微型公園步行10~ 20min的覆蓋范圍疊加作為公園的日常游憩服務范圍,日常游憩主要包括居民經常性的活動,例如散步、鍛煉、聚會聊天等活動。未覆蓋的范圍除了西部、北部、南部邊緣區域,還有位于漢口火車站鐵路沿線的塊狀用地。

圖3 綜合公園步行服務范圍

圖4 微型公園步行服務范圍

3.3 公園綠地承載力

以日常游憩服務范圍的服務能力結合江漢區各街道的人口數據進行分析,能真實地反映公園綠地的服務效率。基于江漢區各街道人口數量與面積數據,通過GIS進行矢量化處理,得到各街道人口數量,計算街道人口數量與面積之比得到人口密度。將13個街道人口數量、人口密度與服務區范圍進行疊加分析,結果表明,服務范圍內人口數量多的街道依次為漢興、唐家墩、常青,均在10萬人以上,最低僅1.6萬人人口密度高的街道依次為前進、滿春,均在1 000人/hm2以上,最低僅135人/hm2。通過計算,日常游憩服務范圍占江漢區總面積75.5%,而公園綠地服務范圍內人口數量占研究區總人口的比重為81.2%。

將各個公園綠地服務范圍與人口分布疊加計算,按照規范,綜合公園應能容納服務范圍內人口數量15%~20%[8],將其與公園容量的比值定為公園綠地承載力(表2)。比值以100%為界,值越小,說明公園服務人口數量超過規定指標,承載力越弱。其中菱角湖公園、王家墩公園、龍王廟公園的承載力較弱,雖然周邊有一些微型公園,但還不能滿足居民的日常游憩需求,尤其是南部片區,僅有一個龍王廟公園,遠不能滿足高密度人口的游憩需求。

4 公園綠地優化布局策略

本文將公園綠地未覆蓋的服務范圍分為真空盲區或隱形盲區[9]。真空盲區是各類公園綠地規定服務半徑形成的服務范圍或所有公園綠地日常游憩20 min以內步行范圍未能覆蓋的區域。隱形盲區無法從圖面信息直接獲取,由于服務范圍內人口密度較高,超過公園人口容量而產生。

4.1 隱形盲區的消除

區內存在較多隱形盲區,通過上述計算分析找到隱形盲區,主要位于覆蓋范圍內的南部、東部與西部,應在綜合公園與專類公園周圍增加公園綠地,減輕這些公園的人口負荷。結合武漢市綠地系統相關規劃,綜合考慮交通路徑、現狀用地布局、自然環境等因素,確定增加公園的數量與位置(圖5)。

為了有效分流游憩人數,按照人口密度選擇性地增加公園綠地,新增公園綠地多為街旁綠地與帶狀綠地,遵循方便市民到達,盡量提高公園可利用面積的原則。需指明的是,南部的龍王廟公園周圍盲區存在部分舊城風貌區與歷史文化街區,綠地布置在保護原有城市肌理的基礎上進行,需提供較多微型公園,形成小型分散的綠地結構,此外,沿長江建立濱水帶狀公園。

表2 公園服務范圍內人口數量統計表

圖5 消除盲區需要增加公園綠地位置

4.2 真空盲區的消除

根據圖3和綜合公園與微型公園步行10~ 20 min的覆蓋范圍疊加分析結果,發現真空盲區主要存在于西部片區、南部江漢商業圈與北部片區。新增公園綠地的布局具有如下特征:1)公園綠地的位置未受到限制,可在盲區的任意點,選用自由選址模型2)人們出行的日常游憩活動會選擇就近原則,不會因為距離的遠近而減弱或增加二者間的相互作用,屬于空間無阻尼力3)希望規劃多個公園綠地,因此選用多設施重心模型。

將周圍居住用地以小區或社區為單元劃分作為需求點,結合周圍環境因素,確定需要增加微型公園的數量與位置(圖5)。其中,西部盲區在原有綠地與水體的基礎上,建議建立區域性綜合公園南部盲區居住與商業混雜,人口密度高,宜沿道路建立帶狀公園,以及靠近人口密度較低的邊緣位置建立社區公園以及街旁綠地,同時仍考慮重點地段的歷史風貌保護原則進行布置鐵路周圍盲區采用增加沿線帶狀公園的方式,完善休閑游憩服務功能。北部盲區需要面積較大的社區公園,以滿足周圍密集居住區居民的游憩需求。

綜合以上2種策略,得到增加公園綠地的數量與位置,形成系統化的綠地結構,消除隱形與真空盲區,提升公園綠地的服務效率與使用率。

5 結語

本文基于GIS網絡分析得到江漢區公園綠地服務范圍,結合人口密度進行深入分析,得到公園服務的隱形盲區與真空盲區,發現江漢區公園綠地的服務承載力大大超過公園容量。該方法較科學地挖掘潛在的問題,并通過韋伯型設施區位模型中的多設施重心模型提出公園綠地合理布置的方案。

該方法只考慮交通出行點,反映各個公園的出行機動能力,但未考慮人們的出行目的、社會經濟等因素,因此得出的結果與實際情況有所偏差,需要通過實地調研或訪談的方式進一步完善。

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Research on G reen Space Service Range and Optimal Design of City Park in Jianghan District of W uhan Based on GIS

Chen Ming Dai Fei
(College of Architecture and Urban Planning,Huazhong University,Wuhan 430074,Hubei,China)

The science￣based analysis of the service range and rational distribution of urban park green spaces is beneficial to the urban ecological environment,city appearance and stable order of living,and provides efficient recreational places for residents in a fair manner.The paper took Jianghan District of Wuhan as an example,and calculated the irregular service range and bearing capacity of different types of parks based on the GIS network analysis and vector databases of road networks,park and population.The results showed that the service ranges of daily recreation with 20 min limits account for 75.5%of the total area,and the bearing capacity of Lingjiao Lake Park,Wangjiadun Park and Temple Park is relatively low.We concluded there exist empty blind areas and latent blind areas in Jianghan District.With an eye to different blind areas,wemade some targeted optimal design of the park green spaces by effectively combining park green spaces and daily recreation of residents,which achieved reasonable layout of park green spaces.

landscape architecture,GIS,park green space,accessibility,service range,optimal design

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.03.004

2017－01－07

國家自然科學基金重點項目“城市形態與城市微氣候耦合機理與控制”(51538004)

陳明(1991－),男,碩士研究生,研究方向為GIS在風景園林中的應用,E－mail:1551662341＠qq.com

戴菲(1974－),女,教授,研究方向為城市綠地系統規劃、綠色基礎設施,E－mail:58801365＠qq.com