宋利利,李梅,毛達，周凱

(河南科技學院,河南新鄉(xiāng),453003)

基于修正潛能模型的城市公園綠地可達性分析
——以河南省新鄉(xiāng)市為例

宋利利,李梅,毛達，周凱

(河南科技學院,河南新鄉(xiāng),453003)

以ARCGIS 10.0為技術(shù)平臺,基于GIS的網(wǎng)絡(luò)分析功能,采用修正潛能模型,用平均加權(quán)出行時間作為可達性的評價指標,對河南省新鄉(xiāng)市城市公園綠地的可達性進行評價與分析.結(jié)果表明:新鄉(xiāng)市城市公園可達性整體水平良好,可達性呈現(xiàn)圈層結(jié)構(gòu)分布,其中車行10 min內(nèi)到達公園的區(qū)域超過80%;公園部分區(qū)域可達性相對較差.研究結(jié)果可為新鄉(xiāng)市城市公園的空間布局優(yōu)化提供參考.

公園綠地;可達性;GIS;修正潛能模型;新鄉(xiāng)市

城市化進程的加快使得城市綠色開放空間越來越稀缺,而城市公園又是城市中最具代表性的公共開放空間,對市民日常游憩和城市人居環(huán)境改善都具有重要作用.城市公園的質(zhì)量和規(guī)模通常也是市民選擇住所時考慮的主要因素之一.城市公園綠地作為城市綠地系統(tǒng)的重要組成部分,其空間分布是否合理成為當今城市規(guī)劃和城市發(fā)展關(guān)注的問題之一.早在1959年,Hansen首次提出了可達性的概念,將可達性定義為交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點相互作用機會的大小[1].對可達性較為普遍的理解認為可達性是指空間中任意一點到達目的地的難易程度,反映了人們到達目的地過程所克服空間阻力的大小.常用距離、時間和費用等指標來衡量[2].隨著地理信息技術(shù)的普及、數(shù)學方法的引入與應(yīng)用,可達性研究進入了運用3S技術(shù)和數(shù)學模型進行定量化模擬優(yōu)化的階段.在綠地可達性研究中,常用的方法有緩沖區(qū)分析法[3-4]、費用(成本)加權(quán)距離法[5-7]、網(wǎng)絡(luò)分析法[8-10]、引力模型法[11-12]、修正潛能模型法[13]等.這些方法各具特點:緩沖區(qū)分析法通常采用直線距離作為可達性的指標,操作簡單,但沒有考慮到實際距離;費用加權(quán)距離法通過對城市分類景觀賦以不同的相對穿越阻力來計算到達公園的累積阻力,但對景觀相對阻力值的確定具有一定的主觀性,并且計算過程中沒有考慮到公園規(guī)模造成的吸引力的差異;引力模型法認為可達性與公園的服務(wù)能力成正比,與空間阻力(距離、時間)成反比,能較好地反映出城市公園吸引力對可達性的影響[2];網(wǎng)絡(luò)分析法以道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),以市民的實際出行方式和行進路線反映市民進入公園這一過程,克服了緩沖區(qū)分析法中直線距離和費用加權(quán)距離法中景觀相對阻力的主觀賦值帶來的誤差;修正潛能模型法是在潛能模型的基礎(chǔ)上進行修正,以出行概率與出行時間的乘積作為平均加權(quán)出行時間來表達可達性,更能反映實際交通出行中考慮出行目的地的情況.本文將網(wǎng)絡(luò)分析法和修正潛能模型法相結(jié)合,以真實的道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),以平均加權(quán)出行時間作為評價城市公園可達性的指標,對新鄉(xiāng)市城市公園的可達性進行分析與評價，以期為城市綠地系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)布局及規(guī)劃提供理論依據(jù).

1 研究對象和研究方法

1.1 研究對象

本文研究對象為河南省新鄉(xiāng)市的城市公園.新鄉(xiāng)市地處河南省北部,南臨黃河,與省會鄭州、古都開封隔河相望,為豫北地區(qū)的政治、經(jīng)濟、文化和交通中心.目前主城區(qū)主要包括老城區(qū)、東部新區(qū)和小店新城.本文研究區(qū)域為新鄉(xiāng)市主城區(qū),即外環(huán)路以內(nèi)的區(qū)域.研究區(qū)域內(nèi)有平原公園、人民公園、和諧公園、牧野公園、向陽公園、夏荷公園、衛(wèi)河公園,共7處市級公園.

表1 新鄉(xiāng)市城市公園概況Tab.1 ProfileofXinxiangcitypark

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

基于ARCGIS10.0技術(shù)平臺,對新鄉(xiāng)城區(qū)圖進行矢量化,在Google earth pro提供的影像圖中獲取控制點坐標,對矢量化后的新鄉(xiāng)市道路分布圖進行空間校正后,得到新鄉(xiāng)市道路矢量數(shù)據(jù)庫,地理坐標系統(tǒng)一到UTM-WGS84,道路屬性主要包括道路長度、道路名稱、道路級別.通過Google earth pro影像圖結(jié)合實地查勘獲取各公園入口的地理坐標、面積,建立城市公園入口數(shù)據(jù)庫(見圖1).到達公園入口即視為進入公園內(nèi)部.

圖1 新鄉(xiāng)市外環(huán)內(nèi)道路及公園入口分布Fig.1 Distribution ofroadsand citypark

根據(jù)CJJ37—2012《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,將城市道路分為快速路、主干路、次干路和支路4個等級.參考各級道路的設(shè)計速度,結(jié)合城市實際情況,確定各級道路的平均車行速度(見表2).

表2 各級道路平均車行速度Tab.2 The average velocityofvehicles

1.3 研究方法

1.3.1 構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)模型基于ARCGIS 10.0的網(wǎng)絡(luò)分析模塊,構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)模型,分別提取“源”(起始點)、“目標”(目的地點)和道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層,其中“源”為研究區(qū)域內(nèi)所有路口,“目標”為城市公園的入口數(shù)據(jù)集,道路長度為實際長度,以車行時間作為網(wǎng)絡(luò)通行成本.新鄉(xiāng)市道路分布及城市公園的出行點、吸引點見圖2.

圖2 出行點、吸引點和道路分布Fig.2 Distribution oftravel point,attractive point and roads

1.3.2 可達性評價模型的選擇本文采用1995年Geertman等提出的基于平均出行時間的可達性評價方法[14],該方法用出行點到所有吸引點的平均加權(quán)時間作為可達性的評價指標,其中加權(quán)時間等于出行時間與出行概率的乘積.基本公式為

公式(1)中:ti表示從出行點i到所有吸引點的平均加權(quán)出行時間;pij表示出行點i到吸引點j的出行概率; tij表示出行點i至吸引點j的出行時間.出行概率pij可以根據(jù)勢能模型來計算.勢能模型中,實際從出行點i出發(fā)到吸引點j的出行量與吸引點j對中心點i的吸引力成正比,與距離衰減成反比.出行概率表示為

公式(2)中:mj表示吸引點j的規(guī)模值,可用公園的面積來代表;a代表衰減系數(shù),可以采用1.0～3.0的先驗值,本文衰減系數(shù)選擇2.0;dij表示中心點i出發(fā)到吸引點j的距離或時間成本,本文選擇時間成本作為dij的衡量指標.

考慮到出行點的不確定性,本文中以研究區(qū)域內(nèi)的所有路口作為出行點,所有城市公園入口作為吸引點,用勢能模型計算各路口到城市公園的出行概率,進而得到各路口到城市公園的平均加權(quán)出行時間,以此來對城市公園的交通可達性進行評價和分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 新鄉(xiāng)市城市公園總體特征

從目前城市公園所在位置來看,新鄉(xiāng)市城市公園大致可以分為3種類型:①以水為主題的公園,如牧野公園(包括牧野湖),衛(wèi)河公園和夏荷公園;②以植物為主題的公園,如人民公園;③以休憩娛樂為主的公園,如和諧公園、向陽公園、平原公園.城市公園主要集中在宏力大道以南、金穗大道以北范圍內(nèi),大都在老城區(qū),城市西部和南部分布較少,這與城市歷史發(fā)展有直接關(guān)系.南部和東部在過去一直未進行大規(guī)模的開發(fā)建設(shè),城市基礎(chǔ)設(shè)施缺乏,特別是城市公園建設(shè)滯后.城市西部由于南北向鐵路的阻隔,不具備城市發(fā)展的有利條件,過去一直處于新鄉(xiāng)城市發(fā)展的邊緣地帶.目前,新鄉(xiāng)市規(guī)模最大的城市公園是人民公園,面積48.6 hm2,是集水上娛樂、休憩、文化、健身、動物觀賞于一體的綜合性公園,位于整個市區(qū)中心.城市東區(qū)是目前實施“東移西聯(lián),南擴北優(yōu)”戰(zhàn)略布局中重點發(fā)展的地區(qū),目標是發(fā)展新鄉(xiāng)市的宜居環(huán)境生態(tài)新住區(qū),但城市東區(qū)目前僅有和諧公園1處城市公園,公園數(shù)量相對不足.

2.2 新鄉(xiāng)市城市公園空間可達性分析

圖3 新鄉(xiāng)城市公園綠地可達性Fig.3 Accessibilityofcitypark in Xinxiang

由圖3可知:新鄉(xiāng)市城市公園可達性由中心向外遞減擴散,中心區(qū)域可達性較好,大都處于3 min覆蓋區(qū);周邊地區(qū)可達性相對較差,特別是西部地區(qū)可達性最差,大部分處于15 min覆蓋區(qū).靠近公園的區(qū)域可達性較高,而且沿著平原路向外圍發(fā)散.其主要原因有兩點:①平原路是新鄉(xiāng)市的主干路,周邊道路網(wǎng)四通八達,路網(wǎng)密度較大;②依托衛(wèi)河水系,有3處公園均在平原路附近,城市公園基本呈現(xiàn)聚集分布.

圖4 可達性對比圖Fig.4 Contrast ofaccessibility

由圖4可知：車行0～3min可到達公園綠地的區(qū)域占整個區(qū)域面積的13.50%；車行3～5min到達城市公園的區(qū)域占整個區(qū)域面積的17.50%；車行5～10min到達城市公園的區(qū)域占整個區(qū)域面積的50.87%,車行10～15min到達城市公園的區(qū)域占整個區(qū)域面積的18.14%.10min覆蓋區(qū),占整個區(qū)域面積的81.86%,新鄉(xiāng)市城市公園可達性整體水平良好.

從分析結(jié)果來看,新鄉(xiāng)市城市公園空間布局不夠合理,呈現(xiàn)聚集分布,特別是市區(qū)西部城市公園嚴重缺乏,市區(qū)城市公園數(shù)量不足.在未來規(guī)劃中相應(yīng)地考慮增加一些公園綠地,縮小城市公園可達性水平的區(qū)域間差異.

3 結(jié)論與討論

本文基于GIS技術(shù)平臺,運用平均加權(quán)車行時間對研究區(qū)域的城市公園綠地的可達性進行分析,研究結(jié)果表明:①新鄉(xiāng)市城市公園綠地可達性呈現(xiàn)由中心向外遞減擴散的圈層結(jié)構(gòu)形態(tài),可達性水平空間分布不均,市區(qū)西部最差,這與城市公園嚴重缺乏有直接的關(guān)系;②新鄉(xiāng)市城市公園可達性整體水平良好,其中車行10 min內(nèi)到達公園的區(qū)域為81.86%;③城市公園數(shù)量整體不足,尤其是重點發(fā)展的南部和東部地區(qū),宜居環(huán)境的建設(shè)需要配套更多的城市公園.本文為城市綠地系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)及規(guī)劃提供了一種技術(shù)途徑,通過合理的城市公園規(guī)劃和布局,提高城市公園的可達性水平,將是未來新鄉(xiāng)市城市建設(shè)和綠地規(guī)劃要解決的關(guān)鍵問題.

本文是在修正潛能模型的基礎(chǔ)上對城市綠地可達性的方法進行了探討分析,沒有考慮到紅綠燈、交通擁堵等問題,模型中衰減系數(shù)的選定還需要進一步深入研究.本文的可達性計算是基于模型研究的基礎(chǔ)上的理論分析,缺少對每個公園的實際測算和對計算結(jié)果的實踐檢驗,在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中可以作為參考.

[1]Hansen WG.Howaccessibilityshapes land use[J].Journal ofthe American Institute ofPlanners,1959(15):3-6.

[2]劉常富,李小馬,韓東.城市公園可達性研究:方法與關(guān)鍵問題[J].生態(tài)學報,2010,30(19):5381-5390.

[3]李小馬,劉長富.基于網(wǎng)絡(luò)分析的沈陽城市公園可達性和服務(wù)[J].生態(tài)學報,2009,29(3):1554-1562.

[4]李明玉,李春玉,張曉東.延吉市城市開敞空間可達性研究[J].河南科技大學學報:自然科學版,2010,31(6):90-94.

[5]魯敏,劉國恒,劉振芳.基于GIS技術(shù)的濟南市公園綠地空間可達性研究[J].山東建筑大學學報,2011,26(6):519-523.

[6]余雙燕,鐘業(yè)喜.基于GIS的城市公園可達性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010,38(28):15842-15844.

[7]宋秀華,朗小霞,樸永吉,等.基于GIS的城市公園綠地可達性分析[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2012,43(3):400-406.

[8]馬琳,盧玉麒,基于路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的城市綠地景觀可達性研究:以南京市主城區(qū)公園綠地為例[J].中國園林,2011(7):92-96.

[9]秦華,高駱秋.基于GIS-網(wǎng)絡(luò)分析的山地城市公園空間可達性研究[J].中國園林,2012(5):47-50.

[10]賈琦,運迎霞,郭力君.游憩型綠色開放空間可達性與服務(wù)便捷性測度:以天津市內(nèi)六區(qū)為例[J].城市問題,2012(12):54-57.

[11]胡志斌,何興元,陸慶軒,等.基于GIS的綠地景觀可達性研究:以沈陽市為例[J].沈陽建筑大學學報:自然科學版,2005,21 (6):671-675.

[12]馬林兵,曹小曙.基于GIS的城市綠地景觀可達性評價方法[J].中山大學學報:自然科學版,2006,45(6):111-115.

[13]胡明星.基于GIS的可達性和空間自相關(guān)分析在江陰綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J].中國園林,2010(9):20-25.

[14]Geertman SCM,Van Eck J R R.GISand models ofaccessibilitypotential:an application in planning[J].International Journal of GeographicalInformation Systems,1995,9(1):67-80.

（責任編輯：鄧天福）

Accessibility analysis of urban park based on modified potential model:a case study of Xinxiang City in Henan Province

SONG Lili,LI Mei,MAO Da，ZHOU Kai
(Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang453003,China)

Based on the network analysis function of GIS 10.0 and modified potential model,the average weighted driving time was used to evaluate and analysis the accessibility of city park in Xinxiang of Henan province.The results indicated that the city park accessibility level as a whole is good.The area of driving to parks within 10 min is more than 80%,and the accessibility of study area presented the structural distribution.But the accessibility of partial area is relatively poor.The results could provide reference for optimizing the spatial distribution of city park in Xinxiang.

urban park;accessibility;GIS;modified potential model;Xinxiang city

TU986

A

1008-7516（2015）06-0023-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.06.005

2015-09-28

河南省政府決策招標課題(2014002)

宋利利(1982―),女,河南新鄉(xiāng)人,碩士,講師.主要從事城市規(guī)劃與設(shè)計、區(qū)域生態(tài)方面的研究.