基于成本柵格圖的城市公共綠地可達性分析

韓 玉，杜曉初

(湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062)

基于成本柵格圖的城市公共綠地可達性分析

韓 玉，杜曉初

(湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062)

摘要：指出了綠地可達性是衡量城市生活質量的重要指標之一，研究了基于成本柵格圖的城市公共綠地可達性分析方法，并結合GIS相關技術，定量分析了研究區域公共綠地的可達性。結果表明：研究對象可達性整體上較好，大部分區域步行15min可以到達最近的綠地；大部分街道便捷程度較高，步行15min可以到達最近的公共綠地；影響公共綠地可達性的因素表現為綠地本身的質量、道路網絡的完善程度和城市居民的分布情況等方面。

關鍵詞：城市公共綠地；可達性；成本柵格加權距離

1引言

隨著現代化的發展，城市變得越來越擁擠，污染問題越來越嚴重，綠地可達性成為衡量城市環境優劣的重要指標之一。城市綠地，如公園、森林、屋頂綠化、溪流和社區花園等，為現代都市提供了重要的生態系統服務，可以幫助對抗許多城市的頑疾，改善居民的生活，尤其是健康；為城市居民提供了活動場所，促進了城市居民的身心健康，越來越多的城市擴大城市綠地的建設，為居民提供舒適、宜居的環境。所以研究城市的綠地可達性成為一個意義重大的課題，能夠為城市綠地的合理規劃、建設、管理提供支持，能有效地加大城市綠地的利用率，為城市居民提供服務功能。

2可達性及其測度方法

2.1　可達性的含義

可達性是指用一種固定的交通方式從某個固定區位到達活動區位的難易程度。從景觀評價角度，俞孔堅將景觀的可達性定義為從空間中任意一點到該景觀源的相對難易程度，相關指標有距離、時間、費用等等，反映了景觀對某種水平運動過程的景觀阻力，主要研究在穿越異質景觀時所遇到的累計阻力[1]。

可達性的主要特征總結為以下幾個方面[2~4]。首先，可達性反映了空間實體之間進行交流的難易程度，表達了空間實體之間的一種疏密關系。其次，空間實體相互作用主要是通過交通系統來完成，而時間是交通旅行中最基本的阻抗因素，交通成本在很大程度上依賴于通行時間的花費，因此通常用時間單位來衡量空間距離。第三，可達性與交通運輸的社會、經濟成本之間存在著復雜的關系，其對于理解和預期都市內土地利用模式的變化、相對區位價值、地產價值和經濟發展、區域的商業的類型等具有重要的意義。最后，可達性是一種測度方法，可以用來評價人們是否可以到達他們需要的目的地或者利用運輸網絡達到目的地的能力。

2.2　可達性測度方法

目前，可達性的計算方法很多，常見的有緩沖區分析法、最小距離法、行進成本法和吸引力指數法等。其中，緩沖區法最小鄰近距離法和吸引力指數分析法都是采用直線距離來表征研究區域內某點到服務設施的距離，而直線距離通常并不是現實存在的路徑，因此這些方法不能實現路徑的自由選擇。同時，多數可達性計算都是與GIS相結合，采用ArcGIS等軟件進行計算分析。

2.3　城市公共綠地可達性計算方法

城市的土地類型一般有農田、城市綠地、水域、建設用地、草地以及未利用的土地。在主要的大型城市中，公共綠地大多分布在郊區，真正位于中心城區的公共綠地面積較小，綠地的分布也非常分散。就武漢市本身而言，有著中心城區和郊區分布不均、各行政區分布差異大、分布破碎化程度高等特點。

影響城市綠地可達性的因素主要體現在三個方面。其一是交通成本，一般以兩地間的交通時間或交通距離作為計算依據；其二是端點區位吸引力，指提供某種可達性服務的能力；其三是端點區位需求力，指對某種可達性服務的需要量。歸納起來包括距離、時間、費用、人口分布、道路網、城市阻力分布等。

綜合以上考慮，本文將采用基于柵格的成本加權距離法，建立空間可達性與綠地規模質量和空間阻力間的關系模型，并將空間阻力因素區分為步行阻力(基于土地利用類型)和人口密度，探討城市公共綠地空間可達性的評價方法。然后利用GIS技術并通過網格劃分,根據各因素的矩陣分布及它們之間的關系計算城市公共綠地的空間可達性分布,并以武漢市武昌地區為例進行實證研究。

3基于柵格圖的城市綠地可達性的計算方法

3.1　成本柵格圖計算

衡量城市綠地可達性包含兩方面的因素，一個是城市居民與目的綠地之間的距離及時間成本，再一個就是不同的目的綠地對于居民的潛在吸引力。因此，采用基于柵格的成本加權距離分析法對綠地做空間可達性計算。以對城市分類的柵格數據作為基礎，通過最短路徑搜索算法計算到達綠地的阻力來衡量城市綠地的可達性。利用遙感數據識別進入綠地過程中的阻礙，計算得出該過程中的阻力，得出的阻力值具有主觀性，無統一標準。

將每個“源”設定為一個單獨的節點，計算時，節點柵格的成本值定為0，每個源周圍的若干個柵格與該“源”形成若干條邊。右下角網格作為一個“源”，通過成本加權距離的計算可以得到其他每個不同的節點到該源的累積總成本值和每個節點到最短路徑上前一個節點的路徑方向。本文中，是以綠地作為“源”，到達綠地的空間阻力值是成本計算值，然后將其轉化為時間成本進行分級量化，得出綠地可達性的空間分布。

該研究中城市人口密度以街道辦事處為單位，計算公式如下[5]：

其中：D表示城市人口密度，P表示街道辦事處居住人口數量，J表示街道的工作崗位，S表示街道的面積。

3.2　可達性計算步驟

對城市綠地進行可達性分析分為以下5個步驟。

第一，以城市綠地的圖形數據和矢量數據(包括河流、道路、綠地等)作為源數據，建立土地利用矢量數據庫，并提取出各類綠地的源點，得到公共綠地分布圖。

第二，將研究區域中各道路抽象為線，并記錄下各路段的長度，以此建立拓撲關系，便于之后的道路阻力計算。

第三，研究中最為關鍵的步驟是依據費用設定的方法建立所研究區域的空間阻力模型。據以往的調查研究顯示，絕大多數城市居民采用步行的方式到達綠地，其中4/5以觀賞、鍛煉身體、娛樂、休憩為目的，且使用者幾乎都來自步行半小時的范圍內。

第四，在道路數據中建立時間字段，運用ArcGIS中Field Calculator的功能計算出各路段的阻力值，得到不同土地利用類型的相對阻力，如表1。

第五，計算生成一定時間成本的等時線空間可達性范圍。運用ArcGIS中的分析模塊生成所有源點沿道路網行進一定時間所形成的圍合范圍。

最后，將步驟4中所生成的等時線空間可達性范圍圖在GIS技術平臺上作疊加剪裁處理，最后得到總體疊加圖。

表1　不同土地利用類型相對阻力

4城市公共綠地可達性分析——以武漢市武昌區為例

4.1　數據來源

本文中所采用的數據主要包括武漢市1∶10000道路交通圖、武漢市1∶5000土地使用類型分布圖，武漢市衛星遙感影像圖、2012年武漢市統計數據，武漢市統計年鑒等。

4.2　計算過程

以武昌區的圖形數據和矢量數據作為源數據，建立土地利用矢量數據庫，提取各類綠地的源點，得到武昌區公共綠地分布圖，如圖1。根據武昌區的人口分布數據, 綜合土地利用類型將人口密度作為屬性值添加到土地利用類型圖中,將人口密度屬性值作為矢量轉柵格的依據值,得出人口密度分布圖，如圖2。最后，利用ArcGIS軟件中空間分析模塊，計算有綜合阻力值的柵格圖，得到武昌區公共綠地可達性分布圖，如圖3。

4.3　結果分析

本文從綠地可達性角度出發，運用地理信息相關技術，得出了研究區綠地的整體可達性，同時也為城市綠地系統空間結構研究提供了一種新的途徑。通過對研究區公共綠地可達性的分析，得出以下結論：武昌區水系占據面積較大，絕大部分區域步行15min可以到達最近的公共綠地，可達性整體較好，從可達性分布比率(表2)可以看出，步行5min內的可達面積和人口比率分別占26.37%和31.81%，10min內累計可達面積和人口比率分別占41.01%和49.28%，15min內累計可達面積和人口比率分別占56.88%和71.12%，20min內累計可達面積和人口比率分別占70.94%和86.23%，30min內累計可達面積和人口比率分別占81.61%和95.08%。武漢市武昌區公共綠地景觀可達性整體上較好，大部分區域步行15min可以到達最近的公共綠地，大部分街區便捷程度較高。

表2　可達性級別分布比率　%

圖1　武漢市武昌區公共綠地分布

圖2 人口密度分布等級

圖3 可達性等級分布

5討論

影響綠地景觀可達性的因素主要有3個：公共綠地本身的質量，道路網絡的完善程度，城市居民的分布狀況。在本文的研究區域中，有一些地區可達性比較差，這些地區主要為市區內部的空地、工業用地、人口密度較高而綠地分布較少的地區以及主城區的邊緣地帶，步行可達時間在30min左右。一部分老城區人口密度較高，公共綠地分布較少，商業發達，綠地可達性較差，而部分人口密度較低的地區，綠地可達性較好。

參考文獻：

[1]俞孔堅，段鐵武，李迪華.景觀可達性作為衡量城市綠地系統功能指標的評價方法與案例[J].城市規劃，1999，23(8)：8~11.

[2]肖華斌，袁奇峰，徐會軍.基于可達性和服務面積的公園綠地空間分布研究[J].規劃廣角，2009,2(25):68~69.

[3]Harris B. Accessibility: Concepts and Applications[J].Journal of Transportation and Statistics.2001，4(23):15~30.

[4]鄧崗.城市公園可達性設計研究[D].成都:四川大學，2006:17~18.

[5]黃杏元，湯勤.地理信息系統概論[M].北京:高等教育出版社，1989．

[6]楊育軍，宋小冬.基于GIS的可達性評價方法比較[J].長安大學學報:建筑與環境科學版，2004，21(4):27~32.

中圖分類號：TU986

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2015)04-0105-03

作者簡介：韓玉(1988—)，女 ，四川人，湖北大學資源環境學院碩士研究生。

收稿日期：2015-02-09