基于服務能力的福州主城區城市公園布局分析

劉艷芬，余坤勇，趙秋月，高仰馳，艾婧文，陳鳳飛，劉 健,3

（1. 福建農林大學 藝術園林學院，福建 福州 350002；2. 福建農林大學 3S技術與資源優化利用福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002；3. 福建農林大學 林學院，福建 福州 350002）

城市公園是位于城市范圍之內經專門規劃建設的綠地，是自然生態的環境空間，具有向公眾開放、以游憩為主的功能，兼具提高城市生態質量、美化城市環境、城市防災減災等作用[1-3]。城市公園的建設對提高城市生活環境質量與人們環境幸福感有著重要意義，城市公園的服務能力是衡量城市整體環境水平和居民生活品質的一項重要指標[4-5]。目前一些學者正在從各個不同的角度對城市公園服務能力進行評價分析。梁顥嚴等[6]、李瑩等[7]采用緩沖區分析方法，黃曦濤等[8]、翟雪等[9]采用網絡分析的方法對公園的服務能力進行了評價。陳永生等[10]以遙感(RS)和地理信息系統(GIS)技術為支撐，采用層次分析法和德爾菲法對合肥市中心城區公園綠地的功能進行了綜合評價。BANCROF等[11]對美國的公園綠地空間分布與可達性進行了研究，從可達性角度對公園綠地公平性及效率進行評價，可達性能夠較好地研究評價城市公園的空間分布，是評價城市公園空間分布合理性和服務公平性的主要手段[12-13]。李維宇等[14]采用多中心模型，利用中間性和鄰近度指標分析了武漢市中心城區道路網的中心性，分析公園綠地的可達性，以可達性指數測度城市公園服務能力。當前相關研究表明：服務能力是滿足人們對城市公園需求的重要體現。福州市是自然災害活動較為活躍的區域之一[15]，受地形因素影響，發展空間有限，在一定程度上限制了城市公園的發展。從城市公園現狀服務能力與潛在城市公園需求出發，探討福州市城市公園的布局現狀與優化策略，可為提高福州市城市公園的服務能力提供科學依據。

1 研究區概況

福州市是福建省的省會，是中國東南沿海城市之一。福州市地貌形態較為復雜，四周被群山環繞，位于河口盆地中心。本研究以福州市主城區為研究對象，包含鼓樓區、倉山區、臺江區、晉安區(建成區部分) 4個區，面積約248.3 km2，共有30個街道9個鎮，其中，鼓樓區9個街道1個鎮，臺江區10個街道，倉山區8個街道5個鎮，晉安區3個街道3個鎮。利用谷歌地球(Google Earth)及遙感影像目視解譯共提取47個城市公園(圖1)，其中鼓樓區17個，臺江區11個，倉山區13個，晉安區6個，面積共11.11 km2。

圖1 研究區城市公園及其入口點分布示意圖Figure 1 Distribution of urban parks and their entry points in the study area

2 數據收集與研究方法

2.1 數據收集

以福州市主城區為研究區域，綠地、人口等相關數據來源于福州市園林局網(http://ylj.fuzhou.gov.cn/)、《福州年鑒》，遙感影像為地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/) 2016年7月27日的Landsat 8衛星遙感影像，影像平均云量4.77，研究區基本無云，有利于地物判讀。福州市行政區劃分、街道分區圖來源于福州市城鄉規劃局網(http://ghj.fuzhou.gov.cn/)，以及百度地圖與上海脈策數據科技有限公司采集與發布的福州市興趣點(point of interest，POI)等數據。

2.2 研究方法

2.2.1 城市公園避災服務域覆蓋率計算方法 根據城市公園的入口分析服務域的覆蓋率，以研究區的街道作為基本空間單元，根據不同類型城市公園避災服務到達時間與速度，得到城市公園避災的服務域面積，服務域覆蓋率計算公式如下：Fi=(S1-S2)/(3S)。其中：Fi為某一避災區i所有城市公園避災服務域覆蓋率，S1為所有避災類型城市公園避災服務域的面積(km2)，S2為街道邊界外避災服務域面積(km2)，S為街道的面積(km2)。

2.2.2 服務壓力計算方法 利用GIS對服務壓力進行可視化及空間化處理，將現有城市公園轉換為泰森多邊形，生成各城市公園的服務范圍。利用GIS對城市公園服務壓力進行可視化提取，計算服務壓力[16]：U=N/A。其中：U為服務壓力(個·km-2)，A為城市公園面積(km2)，N為城市公園服務范圍內POI的數量 (個)。

2.3 指標提取與分級

2.3.1 游憩可達性 將道路數據庫數據整合為Geodatabase網絡數據集，利用網絡分析模塊(network analyst)，對不同交通方式的不同時間段的可達面積進行賦值。相關研究表明人們更愿意選擇步行到達5～10 min路程，車行10～20 min路程的公園[17]。因此選擇以步行5 min，機動車10 min為間隔對不同交通方式下的可達性進行賦值，其中步行0～5 min能到達的區域為1分，大于20 min才能到達的區域為5分；機動車與公交車0～10 min可以到達的地區為1分，大于40 min能到達的為5分。利用GIS的矢量疊加功能對3種交通方式疊加分析并得到綜合可達性結果(圖2)。為直觀分析游憩可達性，對綜合可達性進行分級，通過咨詢相關專家，結合福州市實際情況，對游憩綜合可達性根據不同交通方式下可達性綜合得分情況利用自然間斷點分級法(Natural Breaks)進行等級劃分。綜合可達性情況分為5個等級：一級，12～15；二級，9～＜12；三級，7～＜9；四級，5～＜7；五級，3～＜5。對應差、較差、一般、較好、好5種情況(圖3)。分值越低，等級越高，游憩可達性越好。

圖2 研究區綜合可達性示意圖Figure 2 Comprehensive accessibility of the study area

圖3 綜合可達性等級分布示意圖Figure 3 Grade of the accessibility overall evaluation

2.3.2 避災覆蓋率 參照國內外學者對避災綠地的劃分標準[18-19]，將福州市城市公園避災類型劃分為3類：中心避災(＞0.5 km2)5個、固定避災(0.1～0.5 km2)19個、緊急避災(＜0.1 km2)23個。參照日本地震經驗及國內相關避災經驗[20-21]，確定避災城市公園服務范圍(圖4)。通過計算可得城市公園的避災覆蓋率分布情況(圖5)。相關研究表明城市公園在防災避險、緊急避災、疏散居民方面具有重要作用[22]，城市避災服務受重視程度越來越高。為區分福州主城區公園避災服務分布情況，研究根據等間距法將避災覆蓋率劃分為5個等級：一級，＜0.2；二級，0.2～＜0.4；三級，0.4～＜0.6；四級，0.6～＜0.8；五級，≥0.8。等級越高避災覆蓋率越大。

圖4 城市公園不同避災類型服務域示意圖Figure 4 Service areas of different types of disaster prevention in city parks

圖5 不同街道城市公園避災服務域覆蓋率示意圖Figure 5 Coverage rate of disaster prevention service areas in urban parks in different streets

2.3.3 服務壓力 利用百度地圖等開源開發者平臺可得到完整準確的城市POI數據。選取與人們生活及活動相關的POI數據，根據衣食住行選取8種類型數據，利用GIS的統計提取功能得到POI數量：居住區6 395個，購物區680個，餐飲區13 121個，公司企業16 216個，交通設施6 724個，生活服務7 088個，體育休閑服務區2 379個，科教文化服務區6 192個，共計58 795個。根據POI數據的分布，確定研究區不同街道的POI數據。基于研究區域內所有POI點覆蓋情況，利用泰森多邊形法建立城市公園的服務范圍(圖6)。根據計算公式得出服務壓力(圖7)，根據相關文獻對服務壓力分級研究，并對服務壓力進行分級處理(圖8)。服務壓力以人們在城市公園服務范圍內的人群活動強度進行量化分析。研究表明人類活動強度大的區域，居民人口密度不一定高，但對城市公園需求程度較高[16]。結合福州市人口密度情況，咨詢相關專家，將福州市主城區城市公園服務壓力依次劃分為5個等級：一級，＜5 000；二級，5 000～＜10 000；三級，10 000～＜15 000；四級，15 000～＜20 000；五級，≥20 000。等級越高服務壓力越大。

圖6 研究區城市公園服務范圍示意圖Figure 6 Scope of service of urban parks in the study area

圖7 研究區城市公園服務壓力分布示意圖Figure 7 Service pressure distribution of urban parks in the study area

圖8 研究區城市公園服務壓力等級分布示意圖Figure 8 Distribution of service stress levels in urban parks

3 結果與分析

3.1 城市公園現狀服務能力分析

3.1.1 福州市主城區城市公園的可達性分析 福州市城市公園游憩可達性呈中心向周圍擴散的現象，中心城區的綜合可達性較好，并逐漸向四周擴散。由圖3可知：福州市主城區城市公園可達性情況分布不均。由表1可知：城市公園可達性差的面積占福州市主城區面積的38.43%；可達性較差的面積占福州市主城區面積的23.98%；城市公園可達性一般的面積占福州市主城區面積的11.86%；城市公園可達性較好的面積占福州市主城區面積的12.81%；城市公園可達性好的面積占州市主城區面積的12.92%；位于中心城區的鼓樓區與臺江區的城市公園可達性較好，因為這些區域城市公園較多，且大多為商業區及生活區，路網密度高，但其對日常維護的要求也相對較高。其他區域可達性較差，這些區域地處邊緣，城市公園較少，路網密度小。福州市主城區城市公園游憩可達性很差以及差的面積比達到62.41%，游憩可達性總體較差。

表1 不同等級游憩可達性面積Table 1 Area of different grades of recreational accessibility

3.1.2 福州主城區城市避災覆蓋率分析 不同類型的避災服務域結果分析(圖4)：研究區中心避災服務情況最好，服務域面積為187.11 km2，服務域覆蓋率為75.89%；固定避災服務域面積為141.01 km2，服務域覆蓋率為56.79%，緊急避災城市公園服務域為40.1 km2，服務域覆蓋率為16.15%。根據不同街道城市公園避災服務情況，利用避災服務域覆蓋率計算公式可得不同街道避災服務域覆蓋率。由表2可知：城市公園避災覆蓋率的分布規律為由中心向四周擴散，城市公園避災覆蓋率最高達97%，最低的為11%。避災覆蓋率大的區域主要分布于臺江區的茶亭街道與洋中街道，倉山區的城門鎮與螺洲鎮的城市公園避災覆蓋率較小。

表2 不同等級避災覆蓋率街道分布Table 2 Street distribution of different levels of disaster avoidance coverage

3.1.3 福州主城區城市公園現狀服務能力分析 對游憩可達性與避災覆蓋率綜合分析可知：福州市主城區城市公園綜合服務能力為由中心城區向四周擴散；中心城區的路網較豐富，避災覆蓋率大，綜合服務能力較好，位于福州市主城區的臺江區與鼓樓區服務能力較好，倉山區與晉安區的服務能力較差。由于城市發展差異性與土地利用不同，福州市主城區城市公園的布局存在因服務能力的差異較大產生的布局不合理等問題。

3.2 城市公園潛在服務需求分析

3.2.1 福州主城區城市公園潛在服務需求分析 利用城市公園服務范圍與POI計算得出城市公園的服務壓力(圖7)，服務壓力最小的是倉山區的飛鳳山公園，最大的是鼓樓區的鼓樓前公園。各個公園的服務壓力高低差距較大，且服務壓力大的公園較為集中。城市公園服務壓力等級分布(圖8)可知：服務壓力等級較大的主要分布于鼓樓區、臺江區及晉安區的交界處。主要原因是這些區域屬于老城區范圍，人們活動強度比較大。由表3可知：服務壓力五級的城市公園有5個，服務壓力三級及服務壓力四級的城市公園各有11個，服務壓力二級的城市公園有12個，服務壓力一級的城市公園有8個。

表3 不同等級服務壓力的公園分布Table 3 Park distribution of different grades of service pressure

根據服務壓力的分布可知：中心城區的服務壓力較大。分析可知，這些區域內的人口活動密度強，對城市公園的需求也越大。通過對服務壓力的分析發現：臺江區對城市公園的需求最大，倉山區的城市公園的需求最小。與福州市主城區現有城市公園服務能力相比較，區域服務能力較好的區域服務壓力也相應增加，這些現象表明福州主城區城市公園的布局需要進一步優化。

3.2.2 福州主城區城市公園潛在建設點分析 由于公園綠地布局合理性很差的區域呈聚集態分布，因此以福州市主城區公園綠地布局合理性等級為很差的區域為主要研究對象。根據服務能力的分布情況，倉山區與晉安區服務能力差，城市公園數量與需求不符合。根據土地利用分類結果對其進行灰度化處理，將圖像劃分成256個等級的灰度圖像，在全黑0與全白255之間插有254個灰度等級顏色，再對灰度圖像進行自適應閾值的二值化處理，使其像素值僅為0或255，灰度級為2。其中適宜建設公園綠地的區域草地、林地為255(剔除現有公園部分)，不適宜建設公園綠地的區域為0，得到城市公園潛在建設范圍(圖9)，利用GIS的按位置選擇功能，根據服務壓力很大的區域選擇適合建設公園綠地的區域，利用GIS面轉點功能最終得到公園綠地潛在建設點(圖10)。共獲得潛在城市公園71個，其中，倉山區可建45個城市公園，鼓樓區可建7個城市公園，晉安區可建19個城市公園，臺江區并無可建城市公園，主要原因是臺江區屬于老城區，適宜建設城市公園區域很少，其公園數量較多，可通過優化部分公園改善其城市公園服務情況，以減少服務壓力。

圖9 研究區土地分類圖像二值化結果示意圖Figure 9 Land classification image binarization result

圖10 研究區城市公園潛在建設點示意圖Figure 10 Potential construction sites of urban parks in the study area

4 結論與討論

POI數據以及GIS的應用為研究城市公園如何以人的需求為準則合理選址、確定規模提供更有效方法。通過對大數據的合理應用，對不同城市空間中人們的活動強度分析和對公園進行評價，綜合分析服務壓力[23]對城市公園布局的影響。人均公園綠地面積、人均綠地面積、綠地率和綠化覆蓋率[24]等指標沒有反映公園綠地的空間布局，公園綠地與其他用地的關系也難以有效地評價公園使用的效率和公平性。城市公園服務能力的高低是衡量城市居民生活品質的一項重要指標[25]，對城市公園服務能力與城市公園布局的分析，有利于提高城市公園以及社會的生態效益。本研究表明：福州主城區城市公園現存服務能力與潛在城市公園布局情況不吻合，反映城市公園建設與潛在需求不吻合，通過對比分析可為后期的城市公園建設提供參考意見。

4.1 城市公園布局的分析

通過比較現狀服務能力與潛在服務能力需求對福州主城區城市公園的布局進行分析，現狀服務能力由游憩可達性與避災覆蓋率2項指標體現。研究表明：福州主城區城市公園中心城區服務能力好，綜合服務設施較豐富，服務能力由中心城區向四周降低。服務能力的分布情況主要與城市道路交通網絡的分布相關，游憩可達性越高，城市公園自身避災覆蓋率越大，城市公園的服務能力越好。服務壓力的分布與人群活動更為密切，服務壓力較大的區域主要在鼓樓區、臺江區及晉安區的交界處，主要原因是這些區域屬于老城區，人們活動強度比較大。城市公園的布局合理性較好的區域呈聚集性分布，主要分布在服務能力較好，潛在需求較低的區域，包括鼓樓區北部與臺江區南部。布局合理性很差的區域主要分布于倉山區的南部及東南部地區，這些區域公園綠地少，避災覆蓋率及游憩可達性較差；晉安區東部及北部地區各項指標也較差，主要原因是其東部存在大量工廠，公園綠地較少，避災覆蓋率較差，服務壓力較大，其北部區域避災覆蓋率較差，游憩可達性較差，因此對公園綠地的需求程度較高。

4.2 優化策略

對現狀服務能力與潛在服務需求分析可知：臺江區服務壓力最大，服務能力好，在對城市公園布局分析時要考慮其服務設施以及出入口位置的優化；對服務壓力小且服務能力差的區域，需結合土地利用情況等對城市公園數量進行優化，即通過對城市土地利用情況的分析顯示城市潛在優化城市公園。服務能力與服務壓力的分析顯示潛在優化城市公園共12個，即福州市主城區共需優化城市公園12個，其中倉山區城市公園需優化3個，鼓樓區需優化城市公園3個，臺江區需優化城市公園4個，晉安區需優化城市公園2個。根據實地調查可知：部分城市公園主要缺陷為城市公園內部植物群落單薄，豎向植被結構還需加強，城市公園內部吸引力不足；需提升其城市公園內部屬性，通過城市公園內部合理規劃來改善游憩環境，包括福州動物園、鼓樓前公園、南公園、勞動者公園、閩江公園(南園)、江濱休閑廣場、國光公園、市樹公園。部分城市公園主要缺陷為公園入口點過少、公園內部綠地破碎化嚴重，包括琴亭湖公園、秋龍湖公園、長安山公園、五鳳公園；應增加城市公園入口點，減少硬質鋪裝，提高城市公園的植被覆蓋率，以提高其服務能力與游憩環境。

服務壓力大，城市公園數量與人口密度不吻合的情況，可通過潛在城市公園建設優化，增加城市公園數量。研究分析城門鎮可建21個城市公園，新店鎮可建15個城市公園，蓋山鎮、建新鎮、五鳳街道各可建7個城市公園，鼓山鎮、螺洲鎮、倉山鎮各可建3個城市公園，東升街道可建2個城市公園，岳峰鎮、上渡街道、對湖街道各可建1個城市公園。