陳 明 戴 菲

研究論文

基于GIS江漢區(qū)城市公園綠地服務(wù)范圍及優(yōu)化布局研究?

陳 明 戴 菲

華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 武漢 430074

運(yùn)用科學(xué)手段對城市公園綠地的服務(wù)范圍及其合理布局進(jìn)行分析,有利于城市良好的生態(tài)環(huán)境、城市面貌與穩(wěn)定秩序,并為居民提供高效與公平的日常游憩場所。文中以武漢市江漢區(qū)為例,基于GIS網(wǎng)絡(luò)分析法,通過構(gòu)建以道路網(wǎng)絡(luò)、公園和人口為核心的矢量數(shù)據(jù)庫,得到不同類型公園的不規(guī)則式服務(wù)范圍與承載力。結(jié)果表明,20 min日常游憩服務(wù)范圍占該區(qū)總面積75.5%,且菱角湖公園、王家墩公園、龍王廟公園的承載力較弱,由此得出江漢區(qū)存在真空盲區(qū)與隱形盲區(qū)。針對不同盲區(qū),進(jìn)行針對性的公園綠地優(yōu)化布局,將居民日常休閑游憩與公園綠地空間布局切實(shí)地結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)公園綠地的合理布局。

風(fēng)景園林,GIS,公園綠地,可達(dá)性,服務(wù)范圍,優(yōu)化布局

目前許多城市的公園綠地布局存在分布不均、見縫插綠等諸多問題,導(dǎo)致公園綠地的服務(wù)范圍存在較大的不合理性。可達(dá)性是影響公園綠地服務(wù)范圍的一個(gè)重要指標(biāo),它是指從空間中任意一點(diǎn)到達(dá)目的地的難易程度,反映人們在此過程中所克服的空間阻力大小,常用時(shí)間、距離、費(fèi)用等指標(biāo)來衡量[1]?？蛇_(dá)性已被廣泛應(yīng)用于城市公共服務(wù)設(shè)施分布合理性與服務(wù)公平性研究,是評價(jià)城市公共空間設(shè)計(jì)合理性的重要因素[2]。

目前常用的公園綠地服務(wù)范圍研究主要有緩沖區(qū)法[3]、引力模型法[4]、費(fèi)用加權(quán)距離法[4]、最小鄰近距離法[5]。然而這些方法均存在一定的局限性,例如緩沖區(qū)法將公園邊界視為均可進(jìn)入,但未考慮人們進(jìn)入公園過程中的人為或自然阻礙引力模型法雖然涉及較多考慮因素,但對公園綠地特征的量化也存在一定的主觀因素費(fèi)用加權(quán)法由于評價(jià)類別較多,缺乏統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)最小鄰近距離法存在顯著誤差,也未考慮人口聚集的誤差問題。此外,現(xiàn)有相關(guān)研究成果較少涉及公園綠地承載力分析與優(yōu)化布局策略。本文以武漢市江漢區(qū)為研究對象,采用網(wǎng)絡(luò)分析法,該方法充分考慮公園綠地的可進(jìn)入邊界與人口聚集問題,以實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)計(jì)算公園綠地在某一阻力下的覆蓋范圍,較客觀地反映人們的出行機(jī)動能力。本文通過建立道路交通網(wǎng)絡(luò)與人口數(shù)據(jù),對公園綠地的可達(dá)性、服務(wù)范圍與承載力進(jìn)行分析,最后利用韋伯型設(shè)施區(qū)位模型提出江漢區(qū)公園綠地優(yōu)化布局的具體方法。

1 研究區(qū)域

江漢區(qū)是武漢市7個(gè)中心城區(qū)之一,面積為28.29 km2,常住人口71.9萬人。全區(qū)下轄民族、民權(quán)、花樓等13個(gè)行政街道。截至2015年底,已建成公園綠地136.19 hm2(表1),其中有7個(gè)綜合公園,占公園綠地總面積89.54%,包括2個(gè)全市性公園和4個(gè)區(qū)域性公園。根據(jù)?武漢市總體規(guī)劃(2010—2020年)?,至2020年,綠地率、綠化覆蓋率、人均公園綠地面積分別提升至38%、45%、16.8 m2/人,實(shí)現(xiàn)“500 m見綠,1 000 m見園, 2 000 m見水”的目標(biāo)。

表1 江漢區(qū)公園綠地統(tǒng)計(jì)表

此外,江漢區(qū)具備以下的城市特征能夠反映研究的典型性:1)綠地現(xiàn)狀具有先天優(yōu)勢,是武漢公園綠地分布數(shù)量最多、最為集中的一個(gè)片區(qū)2)該區(qū)地小人廣,人口密度僅次于洪山區(qū),居民對公園綠地的使用需求大3)交通區(qū)位條件優(yōu)越,擁有漢口火車站、省市長途汽車客運(yùn)站等一批重要交通樞紐,同時(shí)也是武漢重要的商貿(mào)核心區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究數(shù)據(jù)來源于Digital Globe 2016年7月份武漢市主城區(qū)遙感影像圖,影像級別為16級,像素分辨率2.06 m。首先利用ENVI 5.0對影像圖進(jìn)行校正,然后借助GIS構(gòu)建以道路交通網(wǎng)絡(luò)、公園和人口為核心的矢量數(shù)據(jù)庫。道路交通網(wǎng)絡(luò)包括提取道路中心線構(gòu)建的線要素與提取交點(diǎn)模擬實(shí)際交叉路口的點(diǎn)要素,道路屬性包括類型、長度和步行時(shí)間公園數(shù)據(jù)庫按照不同類型公園,包括公園出入口、公園位置與公園面積人口數(shù)據(jù)庫包括各街道人口數(shù)量與人口密度。

2.2 研究方法

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法可稱為基于道路網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用加權(quán)距離法的矢量版或綜合了進(jìn)入公園過程中的障礙的緩沖區(qū)法,該方法是計(jì)算按照某種交通方式(步行或車行)以道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),城市公園在某一阻力值下的覆蓋范圍[6]。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)由“中心”、“連接”和“節(jié)點(diǎn)”構(gòu)成,公園綠地即為“中心”,面積較小的街旁綠地可直接以綠地的幾何中心為“中心”,由于綜合公園面積較大,以實(shí)際開放的出入口為“中心”,認(rèn)為到達(dá)出入口即為進(jìn)入公園,其服務(wù)范圍由多個(gè)“中心”形成的服務(wù)范圍疊加而成。道路交通網(wǎng)絡(luò)即為“連接”,道路交叉口即為“節(jié)點(diǎn)”,此外,通過道路的時(shí)間即為“阻力”。本文基于GIS網(wǎng)絡(luò)分析(Network Analyst)的出行范圍可達(dá)性評價(jià),對構(gòu)建的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到的服務(wù)范圍可用于衡量公園綠地布局優(yōu)劣。

2.2.2 韋伯型設(shè)施區(qū)位模型

公園綠地布局是城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的重要研究內(nèi)容,屬于設(shè)施布局的一個(gè)重要研究分支。韋伯型設(shè)施區(qū)位模型應(yīng)用于公園綠地的布局,主要有3種典型形式,多設(shè)施重心模型、最大福利模型與P－中心模型,其中,多設(shè)施重心模型是為了解決2個(gè)或2個(gè)以上設(shè)施的選址問題,使得需求點(diǎn)到距其最近設(shè)施點(diǎn)的加權(quán)距離總和最小[7]。本文基于此模型進(jìn)行新增公園綠地?cái)?shù)量與位置的確定,從而得到較科學(xué)的布局方案(圖1)。

圖1 技術(shù)路線圖

3 結(jié)果分析與討論

綜合公園規(guī)模較大,為全市或市內(nèi)某一區(qū)域的居民服務(wù),提供游覽觀光和日常游憩活動,全市性公園服務(wù)半徑定為2 000~5 000 m,區(qū)域性公園服務(wù)半徑定為1 000~2 000 m[8]。將街旁綠地與專類公園等面積小于2 hm2的公園綠地稱為微型公園。由于規(guī)模較小,主要考慮以步行為主的日常游憩活動,根據(jù)?國家園林城市標(biāo)準(zhǔn)?,服務(wù)半徑定為500 m。需要強(qiáng)調(diào)的是,為了客觀地反映居民到達(dá)公園的方便程度,從公園出發(fā)步行10min、20min、30min所能達(dá)到的范圍稱為步行服務(wù)范圍,這是衡量公園可達(dá)性的一個(gè)重要指標(biāo),也是本文研究的重點(diǎn)。

3.1 公園綠地服務(wù)半徑分析

考慮到現(xiàn)實(shí)道路及周圍的城市阻力,基于GIS分析得到的服務(wù)范圍為不規(guī)則形狀,由于全市性公園為全市居民甚至外來游客提供服務(wù),因此以區(qū)域性公園為主體研究對象更能反應(yīng)綜合公園對江漢區(qū)的服務(wù)能力。圖2顯示的是不同類型公園綠地服務(wù)范圍的疊加結(jié)果。結(jié)果表明,全市性公園5 000 m服務(wù)范圍可覆蓋整片江漢區(qū),2 000 m以內(nèi)服務(wù)范圍未能覆蓋全區(qū)。綜合各類公園綠地服務(wù)范圍(全市性公園服務(wù)半徑取2 000 m),發(fā)現(xiàn)西部、北部及南部邊緣區(qū)域未被覆蓋,其中,西部鄰近建設(shè)大道北側(cè)王家墩商務(wù)區(qū),自身用地屬性為水體與綠地,規(guī)劃將建設(shè)成公園綠地北部為機(jī)場第二高速兩側(cè)居住與科研教學(xué)用地,鄰近三環(huán)線的帶狀綠地南部區(qū)域?yàn)橹猩酱蟮酪阅系木幼∨c商業(yè)用地?？赏ㄟ^增加公園數(shù)量或優(yōu)化道路結(jié)構(gòu)改善公園綠地的服務(wù)能力。

圖2 服務(wù)半徑形成的公園綠地服務(wù)范圍

3.2 步行服務(wù)范圍

3.2.1 綜合公園步行服務(wù)范圍

從圖3可知,綜合公園步行30 min可覆蓋81.5%的區(qū)域,步行20 min覆蓋62.7%的區(qū)域,未覆蓋的區(qū)域與上述范圍基本一致。由于綜合公園承擔(dān)旅游觀光及日常游憩2種功能,步行20 min以上很難說屬于公園的服務(wù)范圍,只能說明綜合公園的旅游觀光服務(wù)范圍基本覆蓋全區(qū),日常游憩服務(wù)范圍覆蓋量尚不足。

3.2.2 微型公園步行服務(wù)范圍

微型公園主要為街旁綠地,從圖4可知,即使是步行30 min,覆蓋范圍面積僅占51.1%,步行20 min以內(nèi)覆蓋范圍更小。由于微型公園面積較小,只有通過增加公園數(shù)量才能彌補(bǔ)當(dāng)前的空白地帶。

基于上述結(jié)果,將綜合公園與微型公園步行10~ 20min的覆蓋范圍疊加作為公園的日常游憩服務(wù)范圍,日常游憩主要包括居民經(jīng)常性的活動,例如散步、鍛煉、聚會聊天等活動。未覆蓋的范圍除了西部、北部、南部邊緣區(qū)域,還有位于漢口火車站鐵路沿線的塊狀用地。

圖3 綜合公園步行服務(wù)范圍

圖4 微型公園步行服務(wù)范圍

3.3 公園綠地承載力

以日常游憩服務(wù)范圍的服務(wù)能力結(jié)合江漢區(qū)各街道的人口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,能真實(shí)地反映公園綠地的服務(wù)效率?；诮瓭h區(qū)各街道人口數(shù)量與面積數(shù)據(jù),通過GIS進(jìn)行矢量化處理,得到各街道人口數(shù)量,計(jì)算街道人口數(shù)量與面積之比得到人口密度。將13個(gè)街道人口數(shù)量、人口密度與服務(wù)區(qū)范圍進(jìn)行疊加分析,結(jié)果表明,服務(wù)范圍內(nèi)人口數(shù)量多的街道依次為漢興、唐家墩、常青,均在10萬人以上,最低僅1.6萬人人口密度高的街道依次為前進(jìn)、滿春,均在1 000人/hm2以上,最低僅135人/hm2。通過計(jì)算,日常游憩服務(wù)范圍占江漢區(qū)總面積75.5%,而公園綠地服務(wù)范圍內(nèi)人口數(shù)量占研究區(qū)總?cè)丝诘谋戎貫?1.2%。

將各個(gè)公園綠地服務(wù)范圍與人口分布疊加計(jì)算,按照規(guī)范,綜合公園應(yīng)能容納服務(wù)范圍內(nèi)人口數(shù)量15%~20%[8],將其與公園容量的比值定為公園綠地承載力(表2)。比值以100%為界,值越小,說明公園服務(wù)人口數(shù)量超過規(guī)定指標(biāo),承載力越弱。其中菱角湖公園、王家墩公園、龍王廟公園的承載力較弱,雖然周邊有一些微型公園,但還不能滿足居民的日常游憩需求,尤其是南部片區(qū),僅有一個(gè)龍王廟公園,遠(yuǎn)不能滿足高密度人口的游憩需求。

4 公園綠地優(yōu)化布局策略

本文將公園綠地未覆蓋的服務(wù)范圍分為真空盲區(qū)或隱形盲區(qū)[9]。真空盲區(qū)是各類公園綠地規(guī)定服務(wù)半徑形成的服務(wù)范圍或所有公園綠地日常游憩20 min以內(nèi)步行范圍未能覆蓋的區(qū)域。隱形盲區(qū)無法從圖面信息直接獲取,由于服務(wù)范圍內(nèi)人口密度較高,超過公園人口容量而產(chǎn)生。

4.1 隱形盲區(qū)的消除

區(qū)內(nèi)存在較多隱形盲區(qū),通過上述計(jì)算分析找到隱形盲區(qū),主要位于覆蓋范圍內(nèi)的南部、東部與西部,應(yīng)在綜合公園與專類公園周圍增加公園綠地,減輕這些公園的人口負(fù)荷。結(jié)合武漢市綠地系統(tǒng)相關(guān)規(guī)劃,綜合考慮交通路徑、現(xiàn)狀用地布局、自然環(huán)境等因素,確定增加公園的數(shù)量與位置(圖5)。

為了有效分流游憩人數(shù),按照人口密度選擇性地增加公園綠地,新增公園綠地多為街旁綠地與帶狀綠地,遵循方便市民到達(dá),盡量提高公園可利用面積的原則。需指明的是,南部的龍王廟公園周圍盲區(qū)存在部分舊城風(fēng)貌區(qū)與歷史文化街區(qū),綠地布置在保護(hù)原有城市肌理的基礎(chǔ)上進(jìn)行,需提供較多微型公園,形成小型分散的綠地結(jié)構(gòu),此外,沿長江建立濱水帶狀公園。

表2 公園服務(wù)范圍內(nèi)人口數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

圖5 消除盲區(qū)需要增加公園綠地位置

4.2 真空盲區(qū)的消除

根據(jù)圖3和綜合公園與微型公園步行10~ 20 min的覆蓋范圍疊加分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)真空盲區(qū)主要存在于西部片區(qū)、南部江漢商業(yè)圈與北部片區(qū)。新增公園綠地的布局具有如下特征:1)公園綠地的位置未受到限制,可在盲區(qū)的任意點(diǎn),選用自由選址模型2)人們出行的日常游憩活動會選擇就近原則,不會因?yàn)榫嚯x的遠(yuǎn)近而減弱或增加二者間的相互作用,屬于空間無阻尼力3)希望規(guī)劃多個(gè)公園綠地,因此選用多設(shè)施重心模型。

將周圍居住用地以小區(qū)或社區(qū)為單元?jiǎng)澐肿鳛樾枨簏c(diǎn),結(jié)合周圍環(huán)境因素,確定需要增加微型公園的數(shù)量與位置(圖5)。其中,西部盲區(qū)在原有綠地與水體的基礎(chǔ)上,建議建立區(qū)域性綜合公園南部盲區(qū)居住與商業(yè)混雜,人口密度高,宜沿道路建立帶狀公園,以及靠近人口密度較低的邊緣位置建立社區(qū)公園以及街旁綠地,同時(shí)仍考慮重點(diǎn)地段的歷史風(fēng)貌保護(hù)原則進(jìn)行布置鐵路周圍盲區(qū)采用增加沿線帶狀公園的方式,完善休閑游憩服務(wù)功能。北部盲區(qū)需要面積較大的社區(qū)公園,以滿足周圍密集居住區(qū)居民的游憩需求。

綜合以上2種策略,得到增加公園綠地的數(shù)量與位置,形成系統(tǒng)化的綠地結(jié)構(gòu),消除隱形與真空盲區(qū),提升公園綠地的服務(wù)效率與使用率。

5 結(jié)語

本文基于GIS網(wǎng)絡(luò)分析得到江漢區(qū)公園綠地服務(wù)范圍,結(jié)合人口密度進(jìn)行深入分析,得到公園服務(wù)的隱形盲區(qū)與真空盲區(qū),發(fā)現(xiàn)江漢區(qū)公園綠地的服務(wù)承載力大大超過公園容量。該方法較科學(xué)地挖掘潛在的問題,并通過韋伯型設(shè)施區(qū)位模型中的多設(shè)施重心模型提出公園綠地合理布置的方案。

該方法只考慮交通出行點(diǎn),反映各個(gè)公園的出行機(jī)動能力,但未考慮人們的出行目的、社會經(jīng)濟(jì)等因素,因此得出的結(jié)果與實(shí)際情況有所偏差,需要通過實(shí)地調(diào)研或訪談的方式進(jìn)一步完善。

[1]俞孔堅(jiān),段鐵武,李迪華,等.景觀可達(dá)性作為衡量城市綠地系統(tǒng)功能指標(biāo)的評價(jià)方法與案例[J].城市規(guī)劃,1999,23 (8):8－11.

[2]王蘭.山地城市公園可達(dá)性研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào),2008 (5):42－44.

[3]魯敏,李達(dá),劉振芳.基于服務(wù)半徑的濟(jì)南市公園綠地規(guī)劃研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2014,29(5):403－408.

[4]同麗嘎,寧小莉,張靖.基于RS與GIS的包頭市城市公園綠地休閑游憩服務(wù)半徑研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27 (3):202－208.

[5]尹海偉,孔繁花,宗躍光.城市綠地可達(dá)性與公平性評價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(7):3375－3383.

[6]劉常富,李小馬,韓東.城市公園可達(dá)性研究:方法與關(guān)鍵問題[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(19):5381－5390.

[7]張穎,王錚,周嵬,等.韋伯型設(shè)施區(qū)位的可計(jì)算模型及其應(yīng)用[J].地理學(xué)報(bào),2006,61(10):1057－1064.

[8]劉頌,劉濱誼,溫全平.城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011:70.

[9]車平川.基于GIS的城市公園綠地布局優(yōu)化研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2010.

Research on G reen Space Service Range and Optimal Design of City Park in Jianghan District of W uhan Based on GIS

Chen Ming Dai Fei
(College of Architecture and Urban Planning,Huazhong University,Wuhan 430074,Hubei,China)

The science￣based analysis of the service range and rational distribution of urban park green spaces is beneficial to the urban ecological environment,city appearance and stable order of living,and provides efficient recreational places for residents in a fair manner.The paper took Jianghan District of Wuhan as an example,and calculated the irregular service range and bearing capacity of different types of parks based on the GIS network analysis and vector databases of road networks,park and population.The results showed that the service ranges of daily recreation with 20 min limits account for 75.5%of the total area,and the bearing capacity of Lingjiao Lake Park,Wangjiadun Park and Temple Park is relatively low.We concluded there exist empty blind areas and latent blind areas in Jianghan District.With an eye to different blind areas,wemade some targeted optimal design of the park green spaces by effectively combining park green spaces and daily recreation of residents,which achieved reasonable layout of park green spaces.

landscape architecture,GIS,park green space,accessibility,service range,optimal design

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.03.004

2017－01－07

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“城市形態(tài)與城市微氣候耦合機(jī)理與控制”(51538004)

陳明(1991－),男,碩士研究生,研究方向?yàn)镚IS在風(fēng)景園林中的應(yīng)用,E－mail:1551662341＠qq.com

戴菲(1974－),女,教授,研究方向?yàn)槌鞘芯G地系統(tǒng)規(guī)劃、綠色基礎(chǔ)設(shè)施,E－mail:58801365＠qq.com