基于空間句法與GIS的城市公園體育運動空間可達性分析

羅胡陽

前言

城市公園是居民在行政區范圍內進行休憩運動、文化教育、放松身心等活動的重要開放性公共空間，在居民生活中必不可少，對于美化環境、構建生態文明城市、提高城市居民幸福度、革新生活方式發揮著越來越重要的作用。公園自古以來與運動休閑密不可分，多項國家政策指出要將 “ 自然環境與體育鍛煉 ” 結合，2019年《深圳市加快建設公園文體設施提升文體功能工作方案》中提到深圳市將以現有公園為載體，在保障綠地功能的基礎上，對標國際、合理布局、因地制宜建設公園體育設施。目前，城市公園興建體育設施是公園、社區、體育場地三地整合的最高效途徑。

在整合實踐中，受城市社會經濟發展與建設歷史的影響，人口分布不均導致了公園布局失衡。從城市公園內部體育設施布置來看，并非每個公園都設立了運動分區，城市公園運動空間質量和體育場地數量差異很大，社區公園設施單一簡陋、專類公園和郊野公園獨立體育場地甚少，資源浪費和不足的現象同時存在，不能滿足居民各運動強度和體育組織活動的需求。

城市公園可達性是度量居民可達公園的難易程度，易受空間、時間、社會經濟等因素的影響，可通過主觀、客觀兩個角度進行分析，包括：城市交通網絡、居民意愿等空間心理可達性。主要研究集中于城市規劃、園林設計等學科，一般用于評判公園布局合理性、使用公平性，為構建現代化城市與合理的公園評價體系提供有效指導。城市公園體育場地可達性是著眼于公園內特定的范圍——體育運動區，評估居民到達公園進行體育鍛煉的便捷性、公平性，屬于公共體育設施類研究，對于合理構建公園體育場地可達性模型、健全 “ 體育生活圈 ” 量化方法、公園運動空間優化及新建公園運動分區布局有著重要意義。

綜上，本文利用GIS，結合空間句法理論，基于居民選擇公園進行體育鍛煉 “ 就近原則 ” 的需求，從公園體育運動點出發，對居民克服空間距離到達公園的便攜、公平程度進行定量描述，旨在揭示居民體育生活與公園運動場地的互動關聯程度，為今后公園體育場地規劃、體育資源合理配置、體育生活圈的構建提供參考。

1 理論分析

1.1 體育設施可達性的評價方法

2019年9月《體育強國建設綱要》與《關于促進全民健身和體育消費推動體育產業高質量發展的意見》都指出要努力打造百姓身邊的健身組織和 “ 15分鐘健身圈 ” ，隨后興建體育場地設施，提高人均體育場地面積，探究居民參與體育活動與體育空間可達性之間的關系成為研究的熱點，而體育設施可達性的研究是以量化的方式最快評估并指導建設的方式之一。

可達性量化評價方法主要包括距離法、等值線法、平衡系數法、空間句法等，學者們將其廣泛運用于分析各類公共服務空間之中，其中主流方法有：兩步移動搜尋法、網絡分析法、最小鄰近距離法、緩沖區分析法以及基于時間地理學的方法等。

Hansen（1959）最先運用重力方法研究城市土地利用時首次提出了可達性的概念，Tomizawa（1971）在公共體育服務設施區位配置模型中采用最短路徑計算法取得良好的效果。在我國研究中，吳文龍（2015）用GIS的網絡分析功能，結合地理學潛能模型計算可達度量值，以路長為標準計算路網阻抗、分析密集居民點和周圍的人口密度得到深圳市福田區公共體育設施的服務能力。鄭春宇（2018）結合哈爾濱冬季寒冷的氣候特點研究老年人健身活動，運用OD成本矩陣測算距離，通過兩步移動搜尋法對健身場地可達性進行評價。蔚芳（2019）利用GIS空間分析手段及兩步移動搜索法來研究杭州市公共體育活力空間，綜合考慮出行阻力、人口與空間匹配度，以各等級體育活動空間服務半徑對應的空間得分來計算其可達性值。姚燁（2019）通過GIS鄰近性分析功能生成泰森多邊形，只考慮通行距離，量化上海市靜安區社區體育設施的空間服務能力，再通過兩步移動搜索法分別以體育設施點、供給點和居民需求點為中心進行可達性分析。張玉洋（2019）選取空間句法中的整合度、選擇度、深度值和可理解度四個參數變量對哈爾濱體育中心布局進行定量分析研究，探討最佳的體育中心交通系統、空間分布、功能配置格局。

綜上，傳統評價公共體育設施可達性的方法如前文所述，大多借助GIS軟件以距離、人口密度、體育設施供應點為變量。雖然最近距離、成本計算、兩步移動搜索等方法運用較為成熟，但考慮的距離、時間因素過于單一，沒有涉及自身規模和整體空間布局的影響；單從物理、地理出發的計算模型沒有涉及可達區域內外部差異和擁擠程度的分析，使得服務覆蓋率評價片面；網絡分析法基于某種具體交通方式，使用矢量化道路數據也考慮到了阻力問題，但是對矢量數據精度要求高，不易操作。然而，空間句法在分析相對復雜的自由空間系統時表現突出，目前在城市規劃服務區布局研究中運用廣泛，針對體育領域使用甚少，它具有探討建筑空間與人們行為模式間關系的理論優勢，對于城市系統中休憩性建筑及體育運動空間的布局分析有較大潛力。

1.2 空間句法及其主要變量

空間句法（Space syntax）是20世紀70年代由Hillier等學者提出對空間描述和分析的一種數學方法，它以圖論思想和拓撲結構理論為基礎，對城市整體結構和內部組織形式進行解析、每個空間節點賦值，以表現節點在整體中的狀態，揭示社會發展和隱形經濟相互的關聯性。該理論認為，城市系統由空間物體（建筑物）和自由空間（人自由活動的空間）兩部分組成，可從任何一點到達空間的任何其他地點，常用方法包括視域分析法、凸空間分析法、軸線分析法、線段分析法等，其中軸線分析是表示空間環境中人們的運動軌跡，通過最少、最長原則來繪制城市路網，經過拓撲運算得出相關變量，常用的軸線模型定量參數如表1。

表1 常用軸線模型定量參數表

1.3 公園體育運動空間可達性評價的主要句法參數

空間句法理論在應用時會按照相關指標測量空間關系（表1）并可在Depth map軟件中進行自動計算。翟宇佳（2019）在運用空間句法理論的凸邊形分析方法時，選取整合度指標測量公園在城市系統內的可達性，用整合度高低來衡量到達其他空間的便捷度，用控制度來評價人流量的大小。安海娜（2019）基于空間句法研究哈爾濱公園體育空間時，針對居民選擇主觀的心理可達性——效率值的測量來量化健身空間對市民吸引力即公園體育設施心理可達性水平。張萍萍（2018）在利用空間句法對開封市公園綠地游憩區可達性進行實證研究時，采用可理解度——感知可達性進行評價，以此來反映局部空間與全局的關系并感知整體空間通達能力。

綜上，本研究根據實際需要，采用全局和局部集成度與可理解度作為評價公園體育運動空間可達性的主要句法參數。其中，全局集成度，以公園整體布局為基礎，觀察路網節點緊密程度，評價在全局范圍內到達體育設施節點的難易程度，包括居民與公園體育空間之間的距離及路程間障礙物情況；局部整合度，衡量一定區域范圍內到達公園運動空間難易水平和集聚性強弱；可理解度測試其感知可達性。

2 研究對象概況

2.1 研究區基本情況

深圳是中國南部海濱城市，截止到2019年9月，深圳市已經建成各類公園1090個，全市公園總面積39319.399公頃，公園綠地500米的服務半徑覆蓋率達到90.87%。受深圳市建設歷史的影響，城市用地趨于飽和，公園建設往往 “ 見縫插針 ” ，各地區由于經濟水平和人口數量因素，公園分布差異較大，如圖一，表2。

表2 深圳各地區公園個數

圖一 深圳市公園分布圖

從三級公園體系來看，目前建成自然公園33個；城市公園152個；社區公園905個。從數量上深圳市公園基本實現了居民500米到達社區公園，2公里可達城市綜合公園，5公里可達自然公園的目標；從質量上看，社區公園約為660個，占全市公園總數比為83.2%，專類公園40個，占比5.0%，但社區公園面積太小，質量差異大，良好綜合服務能力的綜合公園數量較少；從功能上來看，現有公園主要發揮生態功能、文化教育功能，只通過健身路徑來體現休憩功能，體育場地建設比重不足，2／3的公園只象征性的布置了健身器械或以空地作為運動廣場，沒有達到公園體育鍛煉功能的要求。

2.2 研究對象的選取

本研究在深圳市1090個公園中，選取有體育運動空間的公園進行GIS近鄰分析、緩沖區分析、核密度分析，此類公園必須滿足的條件為：免費開放、有運動分區并且包括三類以上不同體育場地設施（常規體育場地類、健身步道廣場類、兒童休憩類、智能／極限運動類）每類體育設施含有1個以上場地并且具備管理條例和規章制度。

因不計較公園運動空間大小，只以內在設施作為選取條件，符合該條件的公園超過總公園數量的1／3，適合宏觀上的空間分析，但由于大多數空間處于社區公園內，輻射范圍小、服務力度有限，因此還需要從152個城市公園中選取9個行政區內面積較大、有群眾基礎和代表性的公園，定位其運動空間位置進行相關可達性指數的計算，案例詳情如表3。

表3 選取案例基本信息

3 研究方法與數據處理

3.1 研究方法

1.公園體育運動空間的整體可達性與局部可達性

集成度是指空間句法中的軸線與研究空間內其他道路集聚或離散的程度，集成度值能體現空間的可達性與滲透性，可以衡量空間吸引交通到達內部的潛力，空間集聚程度好，則可進入性好。本研究選取9個公園體育運動空間，分別計算其全局與局部集成度，以測度公園體育運動空間的整體可達性和局部可達性。

2.公園體育運動空間的感知可達性

可理解度能反映局部空間與整體空間的相互關系，表達在1個節點上理解整個空間的能力，并且能通過局部空間連通性來感知整體的通達能力。本研究通過城市公園運動空間代表，運用可理解度的計算來測度其感知可達性。

3.GIS近鄰分析與核密度分析

密度分析主要用于計算要素在其周圍鄰域中的密度，本研究提取深圳市公園體育運動空間位置，利用Arc GIS繪制整體集成度密度圖以分析整個深圳市公園運動空間密度狀況，近鄰分析以確定公園運動空間的可達性空間格局。

3.2 數據處理

1.柵格底圖和要素的生成

選取深圳行政區地圖進行幾何校正，選取適當比例尺大小，獲得柵格底圖。利用python爬取高德地圖中深圳市公園的位置點，將深圳市城市管理和綜合執法局官方網站中有體育設施的公園篩選出來，結合實地調研情況，確定符合要求的公園體育運動空間位置點，生成公園體育運動空間要素文件。道路要素來源于深圳市交通運輸局官網，并將其地理信息通過ArcGIS10.0軟件添加到柵格底圖中，形成路網文件，如圖二。

圖二 公園體育運動空間與路網圖

2.軸線地圖與變量數值的生成

在ArcGIS10.0中加載Axwoman6.0軟件，采用軸線空間分割方法進行數字化，獲得深圳市道路網軸線地圖數據，本研究根據構成的軸線圖和句法變量進行數量統計與分析，并繪制了整體集成度核密度圖進行分析（圖三）與近鄰分析圖（圖四），并將選取的9個案例分別做800m、2000m的集成度值分析，并計算可理解度值。

圖三 整體集成度核密度圖

圖四 公園體育運動空間近鄰分析圖

4 公園體育運動空間可達性分析與評價

4.1 公園體育運動空間的體育運動空間分布特征

受深圳市公園布局地域特征的影響，公園由羅湖舊城區向福田區、南山區發散，呈現 “ 小公園量多密集功能少，大公園量少偏遠功能多 ” 的特征。為滿足《深圳市全民健身實施計劃（2016－2020年）》中深圳體育場地面積2590萬平方米的要求，實現 “ 健身場地實用便捷 ” 的目標，推動了公園體育設施配置 “ 增量 ” 。由此，如近鄰分析圖四所示，深圳市公園體育運動空間整體數量多，輻射范圍密集，近鄰1500米以內范圍基本包括深圳市核心區域，并呈現西多東少、南多北少的現狀。

圖三中集成度和密度圖可以看出，深圳市公園體育運動空間的分布不均衡。由于建設因素，深圳北站中心公園、觀瀾體育公園和人才綠道示范段的建成使龍華區逐漸成為整體集成度核密度高的新興地區，受人口集聚影響，福田區大部、羅湖區西部和南山區中部人口集聚，社區公園小而密集，公園體育設施集中，而相比龍華區、鹽田區、大鵬區等地，核密度值較低，公園體育運動空間幾乎是離散狀態，沒有形成 “ 集團 ” 。

4.2 公園體育運動空間整體可達性

公園體育運動空間整體可達性是指居民從研究區域內的任意一個地方到達某個公園體育運動空間的難易程度，由于深圳市公園體育運動空間較多，本文選取每個區各一個公園體育運動空間，并采用空間句法中全局集成度值來評價，根據國務院印發的《關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見》中 “ 15分鐘體育健身圈 ” 定義，公共健身設施等基本公共服務需要建設在城市社區居民從居住地步行15分鐘左右的范圍內。因此，將緩沖區設置為800m和1500米，其可達性評價效果見表4。

表4 深圳市9個公園體育運動空間全局集成度值表

據研究顯示，9個公園體育運動空間代表在緩沖區800m范圍內全局集成度均值為5.93，2000m范圍內全局集成度均值13.1，研究范圍內寶安公園、坪山中心公園、龍潭公園、大梅沙海濱公園全局集成度值低于全部軸線的全局集成度均值，顯示其空間可進入性欠佳。而且排名后5名的公園體育運動空間與前4名指數相差較大，結合圖二、三，從9個案例所代表的區域來看，與區域整密度圖示相對一致，值得注意的是光明區紅花山公園體育運動空間受新建路網的影響而排名較前。并且，與1500m內的全局集成度均值相比，800m服務半徑內的公園體育運動空間全局集成度更小，說明服務半徑增大，整體可達性在不斷增強。

從深圳市整體角度來看，結合圖一可知，研究區域內路網集成度東部少向西南部逐漸密集，西北部與南山區北部、寶安區西部相對較少，而圖二顯示，全局集成度核密度高值區公園體育運動空間分布密集，而東部大部分地區、光明區龍華區北部、寶安區東部、南山區與龍華區接壤的大部分地區整體集成度核密度均呈現空白，即公園體育運動空間與深圳市道路整體可達性存在空間一致性。

4.3 公園體育運動空間局部可達性

本研究采用的局部集成度是針對系統中某一空間與其他3步拓撲距離之內空間的集成度，來衡量公園體育運動空間的可達性，9區代表公園體育運動空間局部可達性效果見表5。

表5 深圳市9個公園體育運動空間局部集成度值表

在局部集成度值中，800m范圍內平均值達到29.6，1500m范圍內達到了61.7。其中，局部可達性最好的為深圳中心公園體育運動空間，最差的為大梅沙海濱公園運動空間，且兩者局部集成度值差分別約為60（800m內）、36（1500m內），9個空間對比表現出縱向比較差異巨大，橫向比較差距縮小的現象，在與各空間的全局可達性進行比較分析可知，局部集成度值比全局更高，在800m與1500m半徑范圍內局部與整體集成度值排名前三名一致，但從第四名開始便有了變化，坪山新區中心公園體育運動空間在局部集成度值中上升至第四名，羅湖區的東湖公園體育運動空間掉至第六，而大梅沙海濱公園體育運動空間則仍然排在最末。

各項數值顯示，出行距離越大，各個公園體育運動空間可達性機會越多、可達性的差距越來越小，全局可達性與局部可達性之間存在一致性，但不絕對，可達性的高低與出行距離有直接關系。

4.4 公園體育運動空間的感知可達性

感知可達性通過可理解度值來體現，目的是為了衡量局部空間結構對整個空間系統理解的程度及局部空間與整體是否存在關聯?？衫斫舛戎蹈弑硎揪植扛苋谌胝w，則空間系統功能更復雜。根據計算，9個代表公園體育運動空間可理解度值如表6。

表6 深圳市9個公園體育運動空間局部可理解度值表

總體上來看，在800m和1500m緩沖區下均值分別為0.21、0.27，均低于0.5，表現出9個公園體育運動空間代表的感知可達性較差，其中大梅沙海濱公園800m范圍可理解度值為0，且有5個案例均未達到0.1，報表明居民不易通過局部路網結構來感知整個路網，在路程中容易出現迷路現象，但隨著服務半徑的增加，2000m內公園體育運動空間可理解度值微增，各公園體育運動空間的感知可達性增強，顯示出當居民身處更大空間范圍內，卻能更好感知路網結構，找到目標運動空間。

5 結論與建議

5.1 結論

本研究基于空間句法，對深圳市公園體育體育運動空間進行可達性研究，結果表明：1）由于公園基數大，深圳市公園體育運動空間數量多，但分布不均，以福田南山羅湖區為中心發散。2）公園體育運動空間整體可達性較好，東部整體較差，但隨出行距離增大，東部公園體育運動空間可達性機會增多。3）研究區內局部可達性總體良好，800m范圍內各區可達性差距很大，但隨著服務半徑的增大，可達性差距不斷縮小。4）公園體育運動空間的感知可達性較弱，不利于引導居民在公園參與體育活動，未來發展存在局限。

5.2 建議

1.根據現有公園空間區位，完善體育運動空間布局優化模式。

公園高密度區要充分挖掘體育運動空間存量，城市新發展區需重視高質量多功能建設，為公園體育運動空間增量；低密度區可以加強外部可達性以提升體育運動空間容量；老城區舊公園應當充分挖掘周圍潛在運動資源，彌補缺失的公園運動空間。

2.構建公園體育運動空間網格式園路結構與開放性公園邊界，增加其空間可達性

完善城市路網延伸進公園，形成總體布局結構基本骨架，增加公園全局與局部可達性；新增城市公園運動分區出入口，與城市空間相融合；在內部運用網格平行組合的組織形式來建構公園路網，聯通公園各個功能分區空間；增量各類體育運動設施，以增加公園體育運動空間的感知可達性。

3.公園體育運動空間布局的靜態現狀評價需與動態演進分析相結合，堅持 “ 15分鐘體育生活圈 ” 的規劃理念。

應充分調研不同區域社會形態和空間結構的變遷過程，根據居民需求和城市動態發展，對標國際，因地制宜。800m半徑范圍內公園體育運動空間應避免單一，運動分區優勢互補，1500m范圍內需在原公園基礎上改造、擴大運動場地設施，保障 “ 15分鐘體育生活圈 ” 。