基于GIS網絡分析的城市公園綠地布局研究

邢曉娟，李翅，董明，劉藝，甄一男，婁維思

(1.北京市測繪設計研究院，北京 100038； 2.城市空間信息工程北京市重點實驗室，北京 100038；3.北京林業大學，北京 100083)

1 引 言

隨著城市建設的不斷擴大，城市的生態環境逐漸遭到破壞，對于城市綠地的侵占現象日益嚴重。如何判斷一個城市的公園綠地布局是否合理，能否滿足居民日常活動的需求，是城市公園綠地布局的重要指標。20世紀80年代初期，隨著計算機技術的快速普及以及GIS技術的迅速發展，基于GIS的空間網絡分析對于設施服務區的分析已經在商業規劃、城市規劃等多個方面有了應用。如程林就基于GIS進行了長春市中心城區大型超市服務區分析；楊俊等進行了網絡可達性與服務范圍綠地空間分異研究；王琳等基于GIS進行了地鐵站步行可達性的研究。

GIS空間網絡分析目前主要應用在對于現狀的各類服務設施的布局評價，而對于城市公園綠地系統規劃布局的分析應用較少。依據公園綠地的定義，公園綠地主要服務本地區的居民，服務范圍以服務居住區為主，所以在規劃中一般以服務范圍覆蓋居住區用地為標準。以往對于城市公園綠地的布局評價多利用緩沖區分析來進行公園服務半徑分析，單純以劃分緩沖區作為公園綠地的服務面積忽略了交通這一重要因素，在分析結果上并不十分全面。利用GIS的網絡分析為城市公園綠地布局優化提供了一個很好的分析途徑，可以彌補傳統方法中緩沖區分析對于服務半徑分析的不足，也可以為城市規劃中“城市體檢”及城市規劃評估提供可行的分析途徑。

本文利用GIS的網絡分析法，來分析城市公園綠地系統規劃布局的合理性，以此來優化城市公園綠地系統的布局。

2 研究方法及技術路線

2.1 研究方法

本文的主要研究方法為GIS的緩沖區分析和網絡分析。技術路線圖如圖1所示。

(1)緩沖區分析

本文的緩沖區分析以各類公園綠地用地為基礎，以其對應的服務半徑為寬度，建立緩沖區多邊形，從而得到公園綠地的服務區范圍。

(2)網絡分析

本文的網絡分析是指構建交通網絡模型后，利用Network Analyst模塊的新建服務區功能來計算公園綠地在服務半徑內能覆蓋的區域。

2.2 技術路線

(1)數據準備

根據《城市綠地分類標準》CJJ/T 85-2002對各類綠地服務半徑的規定，綜合公園G11(包括全市性公園G111和區域性公園G112的公園服務半徑為 2 000 m～3 000 m，社區公園G12中的居住區公園G121的服務半徑為 500 m～1 000 m，社區公園G12中的小區游園、專類公園G13、帶狀公園G14、街旁綠地G15的服務半徑為 300 m～500 m。如表1所示。

圖1 技術路線圖 《城市綠地分類標準》CJJ/T 85-2002對各類綠地服務半徑 表1

根據各類公園服務半徑的不同將規劃公園綠地分為三類，分別存儲為3個單獨dwg文件，導入ArcGIS軟件，轉化格式為shp文件。

針對道路中心線圖層，利用編輯工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，將道路中心線交匯點打斷。對Catalog中的道路中心線新建Network Dataset，設置相關數據指標，即得到矢量網絡數據模型。

(2)數據分析

①緩沖區分析

對已經分類規劃公園綠地的3個shp文件進行緩沖區buffer分析，得到緩沖區分析結果，可以看到傳統緩沖區綠地服務半徑分析得到的服務范圍。

②網絡分析

將分類規劃公園綠地的3個shp文件利用【Feature To Point】工具進行轉化，將每個公園綠地轉變為綠地中心點作為網絡分析的起點。

通過【Network Analysis】中的【New Service Area】工具建立新的服務區，將上一步中的網絡分析起點作為設施點導入Facilities，在屬性的分析設置中設置中斷距離，即生成相應的距離服務區。

(3)分析結論

①出圖：設置圖紙整飾內容，分別出圖。

②針對傳統的緩沖區分析和網絡分析進行城市公園綠地分布布局的評價，從而得到城市公園綠地布局優化建議。

3 研究區域概況及分析結果

3.1 研究區域概況

北部新城，是常德中心城區“一城三片”之一的江北老城區向北拓展的區域，具有獨特的山水交融的自然條件。規劃區范圍地勢平坦，高程(黃海高程)多為 30 m～33.5 m；片區內魚塘、堰、渠較多，現狀用地主要為耕地和水域以及部分居住、公共設施用地、工業、倉儲、道路廣場用地、市政設施、綠地、村民住宅用地。規劃建設用地面積為 23.40 km2(如圖2所示)。

圖2 常德市北部新城區位圖

3.2 研究區域規劃綠地指標情況

根據《常德市北部新城城市綠地系統規劃2013-2030年》中的規劃指標，遠期至2030年，北部新城的規劃建設用地面積為 23.40 km2，人口26萬人，綠地總面積達15.79平方公里，綠地率53.74%。其中，公園綠地面積達 5.27 km2，人均公園綠地 20.29 m2/人。通過和《國家園林城市標準》的基本指標對比，可以看出，北部新城的綠地系統規劃的指標水平已經達到了全國領先的水平。但對于綠地的可達性并沒有具體的定性指標，所以本次研究以綠地系統規劃中規劃公園綠地為研究對象，分析北部新城公園綠地的分布情況(如表2所示)。

《國家園林城市標準》與北部新城綠地系統規劃指標對比 表2

3.3 分析結果

(1)緩沖區分析

①公園綠地分類

依據《城市綠地分類標準》對城市各類公園綠地服務半徑的規定，在《常德市北部新城城市綠地系統規劃2013-2030年》中規定，各類公園綠地的服務半徑如表3所示：

北部新城各類公園綠地規劃服務半徑 表3

針對各類綠地的服務半徑將公園綠地分為三類，分別是 500 m服務半徑公園綠地，包括小區游園(G122)、專類公園(G13)、帶狀公園(G14)、街旁綠地(G15)；1 000 m服務半徑公園綠地，包括居住區公園(G121)；2 000 m服務半徑公園綠地，包括全市性公園(G111)、區域性公園(G112)。如圖3所示：

圖3北部新城公園綠地分類

②緩沖區分析

針對500 m服務半徑公園綠地、1000 m服務半徑公園綠地、2 000 m服務半徑公園綠地分別進行 500 m緩沖區分析、1 000 m緩沖區分析、2 000 m緩沖區分析。

500 m緩沖區分析：以500 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行500 m緩沖區分析。分析結果如圖4，可以看出500 m服務半徑綠地已經覆蓋約85%的居住區用地，只有南部和東南部部分居住用地未被覆蓋。

圖4 北部新城500 m服務半徑公園綠地緩沖區分析

1 000 m緩沖區分析：以1 000 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行 1 000 m緩沖區分析。分析結果如圖5，通過統計發現 1 000 m服務半徑綠地覆蓋62%的居住用地，位于規劃區中部、西部、東南部有大部分居住用地未被覆蓋。

2 000 m緩沖區分析：以2 000 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行 2 000 m緩沖區分析。分析結果如圖6，通過統計發現 2 000 m服務半徑綠地覆蓋86%的居住用地，位于規劃區東南部有大部分居住用地未被覆蓋。

圖6 北部新城2 000 m服務半徑公園綠地緩沖區分析

通過將500 m緩沖區、1 000 m緩沖區、2 000 m緩沖區疊加分析發現(如圖7所示)，北部新城的公園綠地服務面積已經能夠全部覆蓋居住用地，在傳統意義緩沖區服務半徑分析中，規劃的公園綠地已經能夠滿足服務所有居住用地的需求。因此在傳統意義上已經達到了城市綠地系統規劃標準的指標要求。

圖7 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服務半徑公園綠地緩沖區分析

(2)網絡分析

①構建網絡數據模型

將北部新城的道路中心線圖層單獨儲存為道路中心線dwg文件導入ArcGIS軟件，轉為道路中心線shp文件。針對道路中心線shp文件，利用編輯工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，將道路中心線交匯點打斷。若要建立合理正確的網絡數據模型必須確保每一個道路中心線交匯點都已經被打斷，因為在計算網絡分析的時候，默認可以在道路中心線的打斷點進行轉彎。確認每一個交匯點都已經斷開之后，對Catalog中的道路中心線shp新建Network Dataset，設置相關數據指標，即得到矢量網絡數據模型。網絡數據模型構建完畢后將參與到道路中心線網絡數據的所有要素添加到地圖后，可以發現ArcGIS軟件中新增了兩個要素，分別是【道路中心線_ND】代表網絡數據集和【道路中心線_ND_Junctions】代表道路中心線交匯點，如圖8所示。

圖8 構建網絡數據模型

②設置設施點

默認為每一塊公園綠地為一個設施點，由于規劃圖內并沒有公園綠地的出入口，所以設置每塊公園綠地的幾何中心點為設施點，即網絡分析的起點。

③服務區分析

500 m服務區分析：利用【Network Analysis】中的新建服務區功能，將服務半徑為 500 m的公園綠地幾何中心設置為設施點，在屬性設置中斷距離為 500 m，點擊【slove】求解即得到公園綠地的 500 m服務區范圍，這個服務區范圍就是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網行走 500 m所能到達的范圍。如圖9所示。可以看出，按照網絡分析后，不僅僅是東南部有大部分居住用地沒有被綠地服務范圍覆蓋，在西南部、中部也有大部分沒有服務到的居住用地，可見 500 m服務半徑的綠地服務能力還有很大的不足。通過統計，僅能夠為73%的居住用地提供服務。

1 000 m服務區分析：如圖10所示。同500 m服務區分析方法，利用【Network Analysis】中的新建服務區功能，將服務半徑為 1 000 m的公園綠地幾何中心設置為設施點，在屬性設置中斷距離為 1 000 m，通過求解即得到公園綠地的 1 000 m服務區范圍，這個服務區范圍就是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網行走 1 000 m所能到達的范圍，僅占居住用地的35%。

2 000 m服務區分析：同樣用上述方法，可以得到以公園綠地的 2 000 m的服務區范圍，這個服務區范圍是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網行走 2 000 m所能到達的范圍，約占居住用地78%，如圖11所示。

圖9 北部新城公園綠地500 m服務區分析

圖10 北部新城1 000 m服務半徑公園綠地服務區分析

圖11 北部新城2 000 m服務半徑公園綠地服務區分析

通過將500 m網絡服務區、1 000 m網絡服務區、2 000 m網絡服務區疊加分析發現(如圖12所示)，北部新城的公園綠地服務區并沒有能夠覆蓋所有的居住用地，如在規劃建成區的東南部，仍有12%的居住用地沒有任何綠地服務區覆蓋，這導致這部分的居住用地并不能夠有便捷到達的公園綠地。

圖12 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服務半徑公園綠地服務區分析

(3)對比分析結果

通過分析緩沖區分析和網絡分析結果，兩者有很大的差異，通過表4的統計對比可以看出，傳統的綠地服務面積分析和網絡分析是有很大差別的。而根據現實情況，人們由居住區前往綠地，都是以道路作為自己的行走路徑，因此，從現實角度看基于網絡服務區的分析相對比較客觀。

兩種分析方法指標對比 表4

4 結論與展望

通過對北部新城的公園綠地進行緩沖區分析和網絡分析，我們可以看出，同樣對于公園綠地進行 500 m、 1 000 m、 2 000 m的服務范圍分析，不同的方法得到的結論并不相同，結論如下：

首先，對于公園服務范圍的分析，網絡分析更符合客觀事實。傳統意義上的緩沖區分析只能夠以公園綠地為基準向外劃出一定的服務范圍，而這個服務范圍只能夠在圖上表示，而放到現實生活中，人們真正到達公園綠地，是借由道路路徑到達的，這是人們生活的客觀事實，所以在考慮公園服務范圍時必須將人的路徑考慮進來，因此基于網絡分析的服務區分析更符合客觀事實，得到的結論也相對更加符合現實。

其次，部分公園綠地服務范圍未能覆蓋的居住用地，應適當增加公園綠地，以確保公園綠地服務全覆蓋。按照網絡分析，傳統分析中已經有公園綠地服務范圍覆蓋的居住用地可能在現實情況中不能夠有公園綠地服務覆蓋，因此這種方法在城市綠地系統規劃過程中具有很強的指導作用，能夠優化城市公園綠地布局，使公園綠地分布更加合理。

最后，由此可以延伸出，還可以利用網絡分析方法來進行城市規劃其他方面的研究。本研究是將公園綠地作為設施點進行服務區分析，同理可以利用本方法進行商業設施、公共服務設施等分析，來分析設施現狀和規劃的布局是否合理。

目前，GIS作為一種有效的分析方法，已經在城市規劃的各個方面進行了有效應用，隨著“大數據”時代的到來，GIS強大的分析功能能夠為城市規劃中的各項研究提供服務，而網絡分析作為GIS網絡分析中一個重要的功能，能夠為“城市體檢”和城市總體規劃評估提供更加客觀真實的分析功能。