供需匹配視角下的公園綠地服務水平評價與優化研究
——以杭州市為例

文／梁文鋒 浙江工業大學設計與建筑學院 碩士研究生

張善峰 浙江工業大學設計與建筑學院 副教授（通訊作者）

周 莉 浙江工業大學設計與建筑學院 碩士研究生

引言

城市居民福祉取決于城市中生態系統服務（ES）的持續供應[1]。在城市中的ES、尤其文化類ES 的實現受到多個條件的影響：ES 供給與需求的實現具有空間依賴性[2]、匹配性[3]；ES 供需平衡大都需要人類主動干預、實現生態空間資源的優化配置[4]、協調利益相關者需求[5]。公園綠地是城市建成環境中最主要的近自然生態資源之一，是城市建成環境中ES 的主要供給者；公園綠地服務的實現具有典型的使用者相關的空間特征[2]。

評價公園綠地服務供給的實現狀況，對優化公園綠地配置，促進其被有效乃至高效、公平地使用具有切實意義。（1）已有研究從供給側、利用可達性或服務范圍指標，使用ArcGIS網絡分析[6,7]、緩沖區分析[8,9]、最小鄰近距離[10]、費用阻力/行進成本[11,12]、吸引力指數[13]對公園綠地服務供給及其公平性在街道/街區尺度內進行了研究；（2）引入人口普查[14-16]、手機信令[17,18]與POI[19,20]數據表征公園綠地服務需求者數量，結合人均有效公園綠地、區位熵、基尼系數等指標在街道/街區尺度內對公園綠地服務供需匹配狀況進行了研究。

本文探討利用三維居住建筑數據與常住人口數據測算，表征具有人口密度分布信息的公園綠地服務需求者數量，以克服人口普查數據更新慢且缺少密度屬性、手機信令數據獲取難度大、POI 數據的非直接性等問題。以100×100m 的單元柵格同化數據，作為基本空間數據單元進行公園綠地服務供需數量的基礎計算與空間信息鏈接，進而實現從供需匹配視角多維度、多尺度評估公園綠地服務水平，從匹配偏差視角多尺度優化公園綠地服務水平；同時對杭州市核心建成區（以下簡稱杭州市）進行實例研究。研究是對城市公園綠地建設實效評估與優化方法的一種較新嘗試，可以為相關研究提供借鑒；同時為判讀、優化杭州市公園綠地服務水平提供參考。

1 研究區概況

杭州市下轄10 個區以及建德、桐廬、淳安3 個縣/縣級市。杭州市核心建成區包括杭州最早的6 個市轄區以及蕭山區的主城區部分（圖1）；共計57 個街道，基本位于杭州繞城高速范圍內，面積972.96km2。其中，上城區、下城區、西湖區、拱墅區、江干區西部為杭州市主城區；江干區東部為1993 年設立杭州經濟技術開發區，濱江區為1996 年由蕭山市的西興鎮、長河鎮、浦沿鎮撤并設立，蕭山區由2001 年撤銷蕭山市設立。

圖1 研究區示意圖（圖片來源：作者自繪）

2 研究方法

2.1 數據來源

包含公園綠地入口點信息的杭州市2019 年公園綠地信息專題圖、拓撲關系正確的杭州市2019 年路網信息專題圖綜合數字地圖爬取、遙感影像解譯與實地調研在ArcGIS 中制作完成。包含建筑底層面積、層數信息的杭州市2019年居住建筑信息專題圖通過數字地圖爬取、在ArcGIS 中制作完成。人口數量整理于杭州市各轄區2019 年國民經濟和社會發展公報中的常住人口數據。

2.2 公園綠地服務水平評價

2.2.1 服務供需計算

根據《杭州市城市綠地系統規劃（2002—2020 年）》中公園綠地劃分標準、結合實地調查，確定14 處市級、50 處區級、587 處社區公園綠地為研究對象；使用ArcGIS 網絡分析法計算相應公園綠地的服務范圍（表1）、在ArcGIS 中完成100×100m 單元柵格（對應實際的基礎空間單元）中公園綠地服務供給面積計算（GSsupi，m2）。GSsupi是基礎空間單元可能獲得的公園綠地服務供給面積之和，GSsupi是后續聚合計算不同尺度空間獲得公園綠地服務供給面積的基礎。

表1 杭州市公園綠地劃分標準與服務半徑（表格來源：作者自繪）

基礎空間單元需要的公園綠地服務面積（GSdemi，m2）為空間單元中常住人口數（POPi）與人均標準/達標公園綠地面積（GScap，m2）的乘積。GSdemi是后續聚合計算不同尺度空間需要的公園綠地服務面積的基礎。POPi由基礎空間單元中居住建筑總面積占其所在市轄區居住建筑總面積的比值與其所在市轄區常住人口數（POPdist）乘積求出；基礎空間單元、市轄區中的居住建筑總面積，使用居住建筑信息專題圖在ArcGIS 中計算?！逗贾菔芯G地系統規劃（2002—2020 年）》設定2020 年城市建設用地內人均公園綠地面積目標值為15m2以上，本研究以15m2為計算的值。根據杭州市各市轄區2019 年國民經濟和社會發展公報數據，POPdist分別為上城區34.5 萬人、下城區52.6 萬人、西湖區90.8 萬人、江干區80.1 萬人、拱墅區57.9萬人、濱江區45.5萬人、蕭山區158.5萬人。

2.2.2 服務水平定量

供需匹配視角的公園綠地服務水平評價包括兩個維度的指標，服務數量水平與服務人口水平。其中，基礎空間單元的公園綠地服務數量水平的計算公式為：

POPi_def大于0 表示空間單元i 的公園綠地服務人口盈余、小于0 表示服務人口赤字、等于0 表示服務人口平衡?；谏鲜鰯祿?，可以聚合計算不同尺度空間的公園綠地服務數量水平、服務人口水平，實現其公園綠地服務水平的評價。

2.3 公園綠地服務水平優化

2.3.1 供需空間匹配狀況

公園綠地服務供需量地空間協調匹配是公園綠地規劃建設的“理想”狀態。局部莫蘭指數[21]、區位熵[21]、隔離指數[22]、修正隔離指數[23]、偏差指數[24]都可以檢測城市資源供需空間匹配狀況。參考偏差指數，建立公園綠地服務供需空間匹配指數測算公式：

GSdis_city是城市整體的公園綠地服務供需空間匹配狀況，GSdem_city、GSsup_city分別是城市公園綠地服務總需求量、總供給量，n 是城市包含的基礎空間單元數量。GSdis_city等于0 表示供需空間完全匹配，等于1 表示供需空間完全偏差。為了解析常用研究空間街道的公園綠地服務供需空間匹配狀況對的影響，建立測算公式：

GSsup_subi是街道i 獲得的公園綠地服務供給量，GSdem_subi是街道i 對公園綠地服務的需求量；GSdis_subi小于0 表示街道i 獲得的公園綠地服務供給量在GSsup_city中占比低于其服務需求在GSdem_city中的占比，反之相反。由此篩選出對GSdis_city影響顯著的街道，指導差異化的公園綠地布局優化策略；即GSdis_subi值為正、數值越大，相應街道增加布局公園綠地的優先級相對越低；反之相應街道布局供給公園綠地的優先級相對越高；以實現公平、有效的優化城市整體公園綠地服務水平、街道間公園綠地服務水平的差異。

2.3.2 供需空間匹配聚類分析

由于基礎空間單元的公園綠地服務數量水平（GSmati值）會受到單元柵格數據提取的影響，以及基礎空間單元表征實際空間面積小，與實際城市公園綠地選址在空間尺度難以銜接。ArcGIS 的空間分析工具Getis-Ord Gi*能夠識別具有統計顯著性的高值（熱點）和低值（冷點）空間聚類的功能[25-27]；根據Getis-Ord Gi*計算得到Z 值與P 值，Z 值大于2.58 表示空間非常顯著的高值集聚，Z 值大于1.96 并且小于2.58 表示顯著的高值集聚，上述空間為熱點。Z值小于-2.58 代表空間非常顯著的低值集聚，Z值小于-1.96 并且大于-2.58 表示顯著的低值集聚，上述空間為冷點。因此可以使用Getis-Ord Gi*工具實現GSmati異常點的空間聚類，即公園綠地服務數量供需匹配絕對水平顯著異常的地區，最適合或最不適合城市公園綠地建設選址的精準物理空間。其中，冷點是公園綠地服務數量赤字的基礎空間單元聚類，是增建公園綠地的可能優先選址區/點，冷點地區建設新的公園綠地將高效、公平地改變這一地區的公園綠地服務水平。熱點則是服務數量盈余的基礎空間單元聚類，熱點地區在當前或近期增建公園綠地的優先級則需要降低。

3 案例研究結果解析

3.1 服務水平

基于使用公式（1）得到的數據（圖2）計算出杭州市各街道的公園綠地服務數量水平（圖3）。56 個街道的公園綠地服務數量存在盈余，1 個街道存在赤字；在服務數量盈余的空間分布上，整體呈現主城區中心的街道盈余少，主城區邊緣、非主城區街道盈余多的格局；19個街道的盈余超過10km2，其中6 個街道超過20km2。數據“似乎”揭示了杭州市各街道的公園綠地服務供給“絕對”數量充足、超過市民對于公園綠地服務的需求的現象；并且各街道的公園綠地服務水平較高，整體呈現主城區邊緣與非主城區街道高、主城區中心街道低的格局；部分街道間的公園綠地服務水平差異明顯、公平性較差。那么，從公園綠地服務人口水平的維度能夠取得一致的研究結果嗎？

圖2 基礎空間單元的公園綠地服務數量水平（圖片來源：作者自繪）

基于使用公式（2）得到的數據（圖4）計算出街道的公園綠地服務赤字人口（圖5）。數據顯示除去3 個位于主城區中心的街道，54 個街道存在公園綠地服務赤字人口；服務赤字人口的空間分布整體呈現主城區中心街道赤字人口低，主城區邊緣、非主城區街道（除去東北與西南的5 個街道）赤字人口高的格局；17 個街道的服務赤字人口超過2 萬人，其中3 個街道超過10 萬人。數據揭示杭州市各街道的公園綠地的服務水平較低，服務水平整體呈現主城區中心的街道高、主城區邊緣與非主城區街道高低的格局；部分街道間的公園綠地服務水平差異明顯、公平性較差?？紤]到各街道人口基數不同，為進一步分析各街道間公園綠地服務水平差異，計算了各街道的公園綠地服務赤字人口占比（圖6）。服務赤字人口占比整體呈主城區中心街道低，主城區邊緣、非主城區街道（除去東北部2 個街道）高的格局；6 個街道（半山、西湖、雙浦、寧圍、新街與順壩街道）的服務赤字人口占比超過50.0%，其中2 個街道（新街與順壩街道）的占比超過85.0%，上述6 個街道的公園綠地服務水平亟需改善、提升。數據說明公園綠地服務水平同樣呈現主城區中心的街道高、主城區邊緣與非主城區街道高低的格局，部分街道間的公園綠地服務水平差異明顯、公平性較差。

圖4 基礎空間單元的公園綠地服務赤字人口（圖片來源：作者自繪）

圖5 街道的公園綠地服務赤字人口（圖片來源：作者自繪）

圖6 街道的公園綠地服務赤字人口占比（圖片來源：作者自繪）

公園綠地服務數量與服務人口兩個維度研究數據看似呈現相反結論。杭州市公園綠地服務供需空間匹配不足是造成這一情況的直接原因。背后原因則是：（1）主城區中心的街道由于建成時間早，城市建設以存量空間為主，常住人口數相對穩定、變動小，在公園綠地數量穩定或變動小的情況下，公園綠地服務供給量的絕對盈余雖然相對少，但是供需空間匹配相對好，公園綠地服務水平相對高。（2）主城區中心外的街道則存在大量的增量開發空間，有大量住宅項目，常住人口普遍處于增長狀態，公園綠地服務供給的絕對盈余量即使相對更大，但是公園綠地供需空間匹配情況差、同樣導致公園綠地服務水平相對不高。此外，一個歷史原因也不可忽視。主城區中心外的街道由鎮或鄉改為街道建制的時間相對短，舊建制相對于新建制的城市建設用地標準低，同樣也會導致這些街道的公園綠地服務水平處于相對落后的狀態。

進一步聚合計算杭州市各轄區的公園綠地服務水平，（圖7）數據進一步延續、顯現街道尺度研究的結論。屬于主城區并且轄區范圍穩定的上城區、下城區與拱墅區的公園綠地服務水平相對高，位于主城區東西邊緣并且轄區范圍不斷擴容的江干區與西湖區、非主城區濱江區與蕭山區的公園綠地服務水平相對低，各轄區間的公園綠地服務水平、公平性存在優化提升的空間；蕭山區的公園綠地服務赤字人口占其總人口的42.35%，公園綠地規劃建設水平遠低于其他城區，公園綠地服務水平亟需優化提升。

圖7 各市轄區的公園綠地服務水平（上圖，數量水平；中圖，赤字人口；下圖，赤字人口占比）（圖片來源：作者自繪）

3.2 優化策略

3.2.1 公園綠地布局

街道、市轄區以及杭州市三個尺度的公園綠地服務數量都處于盈余水平，但是卻都存在服務赤字人口。如前文分析所述，公園綠地服務供需空間匹配不足是造成這一情況的直接原因，定量解析是否會獲得一致性結論？使用公式（3）計算得到杭州市公園綠地服務供需空間匹配指數（GSdis_city）值為0.72；根據偏差指數劃分標準[28]，數據顯示杭州市公園綠地服務供需空間匹配，整體上處于非常高偏差狀況。使用公式（4）計算出各街道的公園綠地服務供需空間匹配狀況對杭州市的影響（圖8）。整體上，主城區中心街道的GSdis_subi對杭州市GSdis_city影響低，主城區與非主城區邊緣街道（除去西北與東邊的4 個街道）對GSdis_city影響高。21 個位于主城區與非主城區邊緣街道的公園綠地服務供需空間匹配水平高于城市平均水平，其中下沙、白楊、轉塘、雙浦、留下與長河6 個街道匹配水平相對最高。因此，在城市公園綠地布局層面，上述街道的公園綠地的供給增量、供給時間的優先級可以相應降低，避免杭州市公園綠地服務供需空間匹配高偏差狀況的正向加重，以促進街道間公園綠地服務水平公平性提升、城市整體公園綠地服務水平的提升。余下的36 個街道，尤其北干、新塘與文新3 個街道的公園綠地服務供需空間匹配水平明顯低于城市平均水平，上述街道的公園綠地的供給增量、供給時間的優先級可以相應提高，降低上述街道對于杭州市公園綠地服務供需空間匹配高偏差狀況的負向影響，同樣促進街道間公園綠地服務水平公平性提升、城市整體公園綠地服務水平的提升。此時，如果刪掉上述對GSdis_city影響相對最高的9 個街道，GSdis_city降為0.68，匹配狀況由非常高偏差轉變為高偏差，杭州市公園綠地服務供需空間匹配狀況明顯改善。

圖8 GSdis_subi對杭州市GSdis_city的影響（圖片來源：作者自繪）

3.2.2 公園綠地選址

相對于公園綠地服務供需空間匹配偏差解析適合在“規劃”尺度上優化公園綠地配置；分析供需空間匹配異常點則適合尋址落地公園綠地的可能“最優”位置?；趫D2 數據、運行Getis-Ord Gi*完成聚類分析（圖9）。呈團簇狀、分散分布的熱點地區當前或近期不需要新建公園綠地；呈大分散、小集中的分布的冷點是新建公園綠地的優選地點，如在這些冷點空間選址建設公園綠地，可以合計就地消減杭州市公園綠地服務數量總赤字、服務人口總赤字的69.83%（表2），冷點建設公園綠地對提升其所在地的公園綠地服務水平十分有效。但是，由于聚類分析獲得的冷點是公園綠地服務數量赤字的地區，對于城市整體、街道間公園綠地服務水平的公平、高效提升，則需要進一步疊加公園綠地布局優化策略分析（圖8），篩選兼顧公平與效率的增建公園綠地冷點。公園綠地服務供需空間匹配水平低于城市平均水平的街道中的冷點中選址新建公園的優先級需要整體上高于位于相應匹配水平高于城市平均水平的街道中的冷點；同時優先級順序還進一步考慮相應街道的公園綠地服務供需空間匹配水平的高低。比如，北干與寧圍2 個街道中冷點是優先級最高的新建公園綠地選址區，而下沙、白楊、轉塘、留下與長河5 個街道中的冷點則是優先級相對最低的新建公園綠地選址區。

圖9 公園綠地服務供需空間匹配聚類分析（圖片來源：作者自繪）

表2 冷點地區的公園綠地服務數量赤字與服務人口赤字（表格來源：作者自繪）

結語

以杭州市為例，探索并驗證了使用ArcGIS單元柵格技術同化多源異質大數據，從供需匹配視角定量評價與優化公園綠地服務水平的方法。研究得出的主要結論為：（1）通過公園綠地服務數量水平與人口水平指標的解析發現，杭州市公園綠地的規劃建設仍存在提升空間；建成早、成熟度高的城市建成區的公園綠地服務水平相對更高，建成區之間公園綠地服務水平存在差異。（2）公園綠地服務供需空間匹配指數揭示出杭州市公園綠地服務存在供需空間失配的情況，差異化的公園綠地布局優化策略能夠有效并且公平地優化杭州市公園綠地服務水平。（3）公園綠地服務數量供需匹配聚類分析篩選出了優先級不同的新建公園綠地空間，精細化的公園綠地選址策略才能夠有效并且公平地優化杭州市公園綠地服務水平。

研究過程中的發現與存在的問題值得進一步研究。（1）研究尺度差異可能造成數據推導結論的偏差；正如基礎空間單元、街道都存在公園綠地服務數量赤字空間，但是尺度聚合到杭州市整體及各轄區卻都處于服務數量盈余狀態。（2）公園綠地服務赤字人口可以是評價公園綠地服務水平的有價值指標；服務數量盈余并不意味相應空間中生活的人都能獲得或獲得公平的綠色服務，正如杭州市公園綠地服務在三個空間尺度上都存在赤字人口。（3）研究使用公園綠地服務需求側數據沒有人口屬性、人們使用公園綠地意愿與行為等信息，傳統調查數據與大數據結合是后續研究可以完善的方向；研究對于公園綠地服務供給只關注了數量，綜合公園綠地服務供給質量同樣是后續研究完善的方向。