GIS技術在城市綠地可達性研究中的應用

胡魯寧

（萊西市城市化建設服務中心，山東 萊西 266600）

1 概念界定

1.1 地理信息系統（GIS）

GIS（Geographic Information System），源于加拿大地理學家Roger Tomlinson（1966）提出并構建的全方位分析和操作地理空間數據的數字系統。20世紀90年代，英美眾多學者提出GIS不應僅是System（系統），還應包括Science（科學），即地理信息的認識、應用研究不僅是一門技術，更應是一門學科。2010年，GIS之父Roger Tomlinson對GIS在新視角進行詮釋，提出其應是人類認知世界的一種新思維模式。

1.2 城市綠地可達性

可達性最早應用于交通運輸領域，表示為交通網絡內各節點間的相互作用機會，可分為主動和被動兩種類型。本文所述城市綠地可達性劃歸為被動可達性類，即不考慮出行人對目的地的主觀選擇，基于客觀數據對各節點間交通的便利程度進行劃分。

20世紀70年代末，時間地理學家Hagerstrand將可達性研究引入地理學領域，即通過時空約束和時空棱柱建立可達性研究框架。在我國綠地可達性研究中，李博等[1]最早提出將可達性作為評價指標運用于城市綠地系統的服務能力評價，并借助GIS構建阻力矩陣分布模型，綜合社會、經濟類因素（見表1），對廣州中山市的城市綠地可達性進行研究。

表1 可達性影響因素

2 近十年GIS技術在城市綠地空間方面的研究熱點

2.1 數據來源

本文以中國知識基礎設施工程（CNKI）中的“學術期刊”“碩博論文”“會議論文”為基礎數據庫，以“GIS”為第一關鍵詞，并含“綠地”為第二關鍵詞，對2011年1月至2021年1月間發表的文獻進行統計。對于搜集到的文獻數據中的書訊、論文簡介、實時通知進行排除，最終獲取文獻共440篇。

2.2 研究結果分析

論文關鍵詞作為文章內容的概括性詞匯，在一定程度上概括了文章的核心主題，通過對文章關鍵詞進行梳理統計，可以得出該領域研究熱點的分布狀況。通過對近十年297篇文獻的關鍵詞共現網絡進行分析，得出近年來出現頻率較高的關鍵詞為GIS、可達性分析、城市公園、城市綠地、綠地面積、景觀格局、綠地系統規劃等。

對相似關鍵詞進行歸納整理，得出近十年GIS在城市綠地領域的十大研究熱點為可達性、城市綠地、城市公園綠地、景觀格局、綠地系統、公園綠地、綠地景觀格局、綠地系統、地理信息系統、綠地系統規劃、城市公園等（見圖1），涉及理論研究、指標體系構建、技術應用、空間布局結構等多個研究方向。其中，綠地可達性的相關研究始終為該領域的研究熱點，因此本文對GIS在城市綠地可達性研究的文獻進行詳細研究，歸納總結其具體研究方法與應用結果。

圖1 2011—2021年GIS在城市綠地領域高頻關鍵詞

3 GIS技術在城市綠地可達性研究方面的應用

現階段，國內對城市綠地的可達性研究主要集中在對國外理論與方法的概括、可達性評價方法的應用性研究方面，進而構建適于中國社會、經濟、環境現狀的可達性評價方法。

3.1 研究數據基礎

研究數據源的選擇與預處理手段，直接影響到綠地可達性評價的可信度。

1）研究數據源的選擇 城市綠地可達性研究的土地空間數據來源主要有高分辨率遙感影像、自然資源部土地利用數據兩種。現階段，學術研究數據主要源于高分辨率遙感影像（如TIM影像、快鳥影像等）的綠地信息提取，通過ENVI等遙感影響處理平臺，將影像圖與地形圖進行配準校正，獲取重疊影像，通過目視解譯法或NDVI等指數提取方法提取所需綠地信息。這種數據來源受分辨率等客觀因素影響較大，其綠地面積、相對位置會有微量偏差，但并不影響后續研究的進行。社會、經濟類數據來源主要為各地市的統計年鑒，道路交通網絡、服務設施布局類數據的主要來源為網絡地圖或規劃部門現狀服務設施布局圖。

2）研究數據預處理 由于可達性分析影響因素繁多，因而對于信息的預處理過程較為冗雜。①采取離散法對人口統計數據進行處理，獲取細粒度的人口分布數據；②依據不同可達性模型的所需數據，賦予所提取的綠地信息以空間屬性，并進行分類；③通過現場調研、網絡地圖等方法采集城市綠地出入口信息、周邊道路網絡信息、服務設施布局信息；④基于GIS平臺的空間分析工具，結合城市綠地分類標準，確定不同等級城市綠地的服務半徑，并疊加人口數據，得出綠地服務面積與服務人口，為后續城市綠地可達性分析提供基礎數據平臺。

3.2 研究方法

2016年，趙星星[2]基于GIS平臺，依據不同交通方式構建了城市綠地公園可達性模型。2017年，任曉雙等[3]學者基于GIS平臺運用空間句法對青島城市公園的可達性進行分析評價。2019年，劉大鵬等[4]學者從可達性角度，以包頭市2016年的綠地公園、交通網絡等數據為基礎，借助傳統累積耗費距離算法和包含阻力系數的引力累積耗費距離算法測算綠地公園的可達性阻力，從而對各綠地公園服務進行分析。2020年，張華艷等[5]以上海市虹口區的公園為例，結合公園入口位置數據、居住區位置數據，應用ArcGIS平臺，分析公園入口位置與小區位置之間的關系，并計算人們在不同交通模式下所用的不同時間成本，以此提出基于騎行、步行可達性的公園入口位置分布建議。2021年，李倩等[6]基于ArcGIS網絡分析模塊對南臺島公園綠地進行可達性分析，并計算公園綠地可達面積比和服務人口比，以此反映南臺島公園綠地可達性水平，并進一步考慮老年人、兒童社會群體的可達性情況，提出公園綠地優化建議。2021年，浩飛龍等[7]基于百度地圖路徑規劃API及騰訊宜出行大數據，采用步行、公交、駕車等多種交通方式引力模型，結合雙變量空間自相關分析法，綜合測度長春市中心城區公園綠地的空間可達性及其供需匹配特征。

基于相關研究成果的統計分析，依據不同原理，現階段基于GIS的城市綠地可達性研究方法主要有緩沖區模型法、費用阻力模型法、引力模型法、最小鄰近距離法、兩步浮動承載區域模型等。

1）緩沖區模型法 多用于確定研究對象后，將不同用地類型在GIS中以點、線、面的方式表現，并依據不同綠地類型的服務標準劃定不同范圍，進而表示綠地的服務半徑。該模型操作簡單，但未考慮人口分布、道路網等各類社會經濟要素，結果常與實際差別較大。

2）費用阻力模型法 以城市綠地即各類柵格數據為基礎，綜合考慮路網、出行方式以及不同土地類型對于出行時間的影響，進而評定城市綠地的可達性。該模型可以較為真實地反映出行成本、綠地可達性，但由于衡量指標沒有統一標準，具有較強的主觀性，因此該方法往往用于不同地域、不同規劃間的比較。

3）引力模型法 基于萬有引力理論引申出的理論方法，對于節點間的相互引力作用因素考慮全面（人口密度、距離、綠地自身條件等）。但由于不同性質節點的吸引力類型、作用各不相同，模型較為復雜，且計算結果含義有待商榷，因此難以直觀地反映城市綠地的可達性。

4）最小鄰近距離法 即人們更傾向于使用距離居住地更近的城市綠地，以此原理，通過測量居住區到達最近綠地所需的時間、距離等要素，衡量該地區城市綠地可達性。該方法可直觀地判斷何類區域的綠地可達性更為便捷，但在一定程度上忽略了不同綠地的吸引力及服務能力差異。

3.3 研究結果的分析與應用

城市綠地作為城市重要公共資源之一，其可達性在一定程度上能夠衡量城市綠地的服務水平、社會公平程度。通過對綠地信息提取、分析以及指標計算，評價現狀綠地系統服務能力，在規劃前期對城市綠地進行合理配置，有利于解決資源分配不均的問題，從而提高城市綠地利用的公平與效益。針對綠地可達性較差的區域進行綠地系統優化布局，同時在可能范圍內優化周邊路網結構，從而提高綠地可達性，實現綠地資源的合理分配（見圖2）。

圖2 城市綠地可達性研究框架示例

4 后續發展建議

1）加強學科間的交流合作 城市綠地可達性研究作為地理信息科學、城市規劃、景觀學、交通學、社會學的交叉性學科研究方向，要實現持續性的發展，需要各學科間的交融配合。增強學科交互性，培養多學科融合性人才，尋求城市綠地可達性研究的新思路、新方法、新技術，將其應用于實踐探究，以解決現階段城市綠地分布不均、綠地資源浪費與資源短缺并存的城市問題。

2）加強理論研究、實踐應用、實施評估、實施保障4個環節的貫通研究 將GIS技術應用于城市綠地相關理論、實踐、評估、保障等多個規劃編制實施環節，能夠使理論模型與相關成果盡快得以有效實踐。將可達性研究成果應用于規劃編制過程中，可依據分析結果，增強城市綠地資源的均衡性布局。結合相關人口數據、道路網絡數據綜合分析，得出有效的分析結論并應用于實踐，有助于提高公園綠地實際服務的有效性。結合實際情況，利用ArcGIS平臺，對各類公園綠地規劃實施效果進行短期、長期相結合的評估，判斷其規劃方向是否偏離、規劃實施效果能否滿足現階段社會需求，若實施效果未達預期，可及時采取相應措施進行調整，有利于提高規劃實施效率，避免造成資源浪費。

5 結語

現階段，通過GIS平臺對實際空間、人口、經濟成本進行模型模擬，疊合現狀各類用地數據進行空間分析及數學模型計算，得到較為客觀的城市綠地可達性評價，可為后續城市綠地系統規劃的公平效益類研究提供較為客觀的數據基礎，為后續相關規劃編制提供技術支撐。