基于網絡分析的南昌市公園綠地可達性?

熊慧錦 沈欽煒 魏凌偉 謝煥景 陸東芳 陳孝云

福建農林大學園林學院 福州 350002

公園綠地的數量、 大小、 空間布局等直接影響城市環境質量和居民生活水平[1]。 在評價城市公園綠地布局合理性方面, 許多專家和學者提出了可達性這一評價指標, 且有關城市公共服務設施的可達性分析越來越成為國內外地理學研究領域的熱點課題之一[2-5], 城市公園綠地作為公共服務設施, 其社會公平性也在綠地規劃系統中成為重要參考因素[6]。

傳統的公園綠地服務半徑是根據公園規模的大小確定的, 通過“畫圓” 的方法確定其服務范圍等, 這種方法忽略了實際的空間阻力以及人口分布不均衡帶來的影響而導致服務半徑偏大, 不能準確地反映綠地服務能力。 隨著3S技術的發展, 針對公園綠地布局合理性的研究方法層出不窮, 例如最小鄰近距離法, 它是基于距離阻力的基礎計算居民點與公園的最短直線距離[7], 但其對于公園綠地空間布局優化處理較難, 評價誤差較大; 還如指標統計法, 其根據研究需要, 選擇特定的指標進行數學統計,指標值越高, 可達性越好[8], 但其受統計范圍的影響較大; 再如緩沖區分析法, 其以公園作為原點, 服務半徑為緩沖距離計算公園服務面積, 但其未考慮路網等實際因素對可達性的影響[9-10]。 本文采用的是網絡分析法, 其基于城市實際道路情況, 利用GIS 構建虛擬道路網絡數據集, 并以公園實際出入口為源點進行矢量化計算, 相比其他方法, 網絡分析法可以考慮城市道路、 公園綠地的實際情況與路徑阻力對可達性的影響, 以及通過不同的出行方式較真實地模擬公園綠地的服務范圍[11]。 近年來, 基于GIS 的網絡分析法在國內已廣泛用于公共設施服務的可達性及公平性評價[12-15]。 本文以南昌市中心城區為例, 利用GIS 網絡分析法, 通過步行、 騎行兩種出行方式的可達性結果并結合人口空間分布圖, 以服務面積和服務人口作為評價指標, 對研究區的公園綠地可達性進行評價, 希望能對未來南昌州市中心城區的公園綠地規劃提供參考和理論依據, 為城市公園綠地布局優化進行有益的探索。

1 研究地概況及研究方法

1.1 研究地概況

南昌市地處江西省中部偏北, 贛江、 撫河下游, 位于東 經115°27′—116°11′, 北緯28°09′—29°11′, 總面積約7 402 km2, 總人口約507 萬。 本文選取南昌市東湖區、 西湖區、 青云譜區作為研究區域, 這3 個城區是南昌市政治、經濟、 文化、 科技以及交通運輸的中心, 城鎮人口約117.3 萬, 總面積達9 628.19 hm2。 研究區內有八一公園、 八大山上梅湖櫻花園、 象湖濕地公園、 相思林公園等眾多公園綠地, 是周邊住宅區居民休閑、 游憩、 娛樂的主要場所,公園綠地面積達375 hm2。

1.2 數據來源

1) 在OpenStreetMap 上下載研究區矢量數據, 并導入QGIS 進行分析后導出為shapefile 文件獲得道路數據, 再利用ArcGIS10.2 的地理配準功能將南昌市行政區劃圖與Locaspace viewer上下載的南昌市2017 年高分辨率遙感圖進行地理配準, 對道路shp 文件進行提取、 剪切等處理補充完善道路系統。

2) 查閱《2018 南昌統計年鑒》, 提取研究區城鎮人口數量, 計算不同行政區的人均建筑面積, 結合研究區住宅區分布圖, 利用Arc-GIS10.2 插值分析工具中的克里金插值法得出人口分布圖。

3) 城市公園綠地及水體數據是根據遙感影像圖結合南昌市土地利用圖自繪得到, 研究中源點是進行網絡分析的一個重要數據, 把公園實際出入口作為源點, 對于開放型公園選擇其與道路的交叉點作為出入口, 并且每個公園出入口不僅只有1 個, 因此需要進行實地考察并結合研究區高清影像圖進行繪制得到(圖1)。

圖1 研究區公園位置及居民點分布圖

4) 為研究南昌市中心城區的公園綠地可達性, 選取研究區內具有休閑、 游憩、 娛樂功能并向公眾開放的17 個面積在2 hm2以上的公園綠地作為研究對象, 研究對象的數據庫屬性主要包括公園名稱、 所屬行政區、 公園地址、 公園類型、 公園面積等。

1.3 研究方法

1.3.1 GIS 網絡分析法

網絡分析是一種對地理網絡、 城市基礎設施網絡進行地理化和模型化的方法, 所運用的理論主要有圖論和運籌學, 主要作用是對資源進行合理分配, 尋找最佳路徑等[16], 鏈接、 節點、 中心、 阻力是構成網絡的4 個最基本元素[17]。 城市公園綠地可達性網絡分析法是通過對實際道路、 河流、 公園綠地、 居住區等矢量數據進行數字化處理, 實現真實路徑的模擬,建立可視化數字模型[18]。 在該研究中, 中心為公園實際出入口, 也稱源點; 鏈接為居民到公園的交通路線; 阻力為不同出行方式在道路上花費的時間; 節點為道路的交點。 利用Arc-GIS10.2 網絡分析模塊即可生成可達區域。

1.3.2 網絡數據集的構建

居民去公園主要是為了休閑娛樂、 游憩、 觀賞和健身等, 使用者大部分是通過步行到達公園[10], 且隨著經濟的發展, 共享單車越來越得到普及, 人們在茶余飯后更注重散步、 騎行等鍛煉方式。 因此, 文章只分析了步行和騎行兩種出行方式下公園綠地的可達性。 借鑒其他文獻, 由于道路等級對步行和騎行的影響不大, 所以不對道路進行分級[19]。 步行速度考慮到不同年齡階段有所差異, 采用平均步行速度為70 m/min; 騎行方式采用平均速度為250 m/min, 并且在每個交叉路口設置平均30 s 的信號燈等待時間。

1.3.3 公園綠地可達性分析

公園綠地服務范圍, 即為一定時間內從公園出發可到達的區域面積, 并在進行分析計算時需考慮不同交通工具、 道路及時間帶來的影響。 參考前人研究結果, 生成以公園入口為原點的5 min、 10 min、 15 min 的城市公園綠地可達范圍圖[7,20-21], 計算服務面積比和服務人口比, 并統計分析結果, 研究區總面積為剔除水域后面積。

服務人口是衡量一個城市公共服務設施水平的重要指標之一, 通常也應作為城市公園綠地服務能力的一個評判標準[22], 且每個城市不同地區的人口分布是不均勻的, 如果只采用服務面積來衡量城市公園可達性可能會產生誤差,故進一步分析了公園綠地服務人口及服務人口比[23]。 本文人口分布圖獲取方法是: 依據住宅區和居住小區建筑尺度的人口數據點模擬人口空間分布。 利用陰影長度法, 并基于建筑陰影高度解譯建筑層數, 得到建筑總面積[24-27]; 再根據統計年鑒中各區的總人口數得到人均居住面積, 從而計算每塊住宅區的人口數量; 最終獲得人口空間分布圖, 將服務范圍與研究區人口分布圖進行疊加計算得到城市公園綠地的服務人口數量。

1.3.4 有關指標的計算方法

2 結果與分析

2.1 南昌城市公園綠地總體特征

查閱2018 年統計年鑒, 南昌市建成區綠化覆蓋率達43.94%, 人均公園綠地面積11.8 m2。 通過GE 衛星影像解譯共提取研究區公園綠地面積375.22 hm2, 占研究區總面積4.56% (表1)。

表1 研究區各行政區相關指標

2.2 不同出行方式下南昌城市公園綠地可達性

2.2.1 步行方式下公園綠地可達性情況

步行方式下的可達性能直接體現城市公園綠地的便捷性與公平性, 研究結果具有較大的參考價值。 通過GIS 多環緩沖區工具生成公園的500 m 和1 000 m 服務半徑, 并與網絡分析法的結果作對比, 結果表明: 研究區公園綠地的服務面積主要集中在公園周圍500 m 的范圍內,其服務面積不大、 服務人口也不多, 可達性較差; 南昌城市公園綠地可達性較好(5 min 內)的服務面積為291.18 hm2, 服務人口僅為4.39萬; 僅有34%的居民能在15 min 內步行到達公園, 且服務區域集中在南昌市舊城中心區。 由此可見, 步行方式下公園綠地可達性情況整體較差(表2、 圖2)。

表2 步行方式下南昌城市公園綠地可達性情況

圖2 步行方式下公園綠地整體可達性分布范圍

2.2.2 騎行方式下公園綠地可達性情況

騎行是當下最受人們喜愛的運動方式之一,對騎行方式下城市公園綠地可達性情況的研究分析可為今后公園綠地可達性及非機動車道完善等提供參考依據。 研究表明: 騎行方式下南昌城市公園綠地服務范圍明顯增大, 但也大部分集中在公園1 000 m 的范圍; 5 min 內能到達公園的居民占總人口的39.64%, 公園的服務面積為1 675.38 hm2, 0 ～10 min 的公園綠地服務面積比為48.24%, 且仍有超過1/5 的居民不能在15 min 內騎行到達公園。 總體來看, 騎行方式下的公園可達性得到很大的提升, 但仍存在大部分服務盲區, 如東湖區北部、 西湖區中西部及青云譜區東部的公園服務面積極少(表3、圖3)。

表3 騎行方式下城市公園綠地可達性情況

圖3 騎行方式下公園綠地整體可達性分布范圍

2.3 南昌市不同行政區城市公園綠地可達性

2.3.1 步行方式下不同行政區可達性比較

結果表明, 步行方式下3 個行政區公園綠地可達性情況均不理想, 15 min 內公園服務面積比均不足30%。 相比之下, 在任何時間段,東湖區的服務面積比均最高, 而西湖區的服務人口比均最高; 3 個行政區中, 公園綠地可達性情況最差的是青云譜區, 15 min 內不能步行到達公園的居民超過80%。 總體來說, 3 個不同行政區居民能在短時間內步行到達公園的數量太少, 公園綠地服務面積及服務人口嚴重不足(圖4、 圖5)。

圖4 步行方式下不同行政區各時段服務面積比

圖5 步行方式下不同行政區各時段服務人口比

2.3.2 騎行方式下不同行政區可達性比較

結果表明, 騎行方式下各區公園綠地無論是服務面積還是服務人口均比步行方式下大很多, 15 min 內各區服務面積比仍不足70%, 但十分接近。 相比之下, 西湖區的服務人口比是最高的, 15 min內能到達公園的居民達93.43%,而東湖區不足70% (圖6、 圖7)。

圖6 騎行方式下不同行政區各時段服務面積比

圖7 騎行方式下不同行政區各時段公園服務人口比

3 討論

文章對南昌市中心城區現有公園綠地可達性作了較準確且系統的研究, 可為后續南昌綠地規劃提供重要的理論基礎, 同時也為其他城市公園綠地布局提供參考依據。 但是, 研究結果也表明, 南昌城市公園綠地數量及面積明顯不足, 布局不合理。 原因及建議如下:

1) 研究區公園綠地較為集中, 主要分布在3 個城區人口密集、 經濟發達地帶, 且3 區公園布局大體一致, 分布不均勻, 數量不多。 在靠近郊區、 新開發區、 高新區等地帶公園分布明顯不足, 現有綠地顯然無法滿足居民需求。 隨著經濟的發展以及開發區、 高新區居民數量的增加, 人們對公園的需求日益增長, 公園綠地不足的問題將愈加突出。 應盡快完善道路系統,對步行、 騎行出行增建道路系統, 嚴格交通管理體系, 保證人們出行的安全與便捷, 并增加中小型公園, 使人們更加方便快速地到達公園。考慮到中心區土地面積少、 不宜增設大型綜合公園的情況, 建議在人口密度低、 用地充足的郊區新建大型綜合公園, 以保證人們在小長假或周末等有戶外運動娛樂的場所, 并合理增設公園出入口, 提高其可達性與便捷性。

2) 3 個行政區中人均綠地面積均不足, 其中青云譜區的公園服務能力最差, 西湖區和東湖區存在大片服務盲區。 青云譜區的公園面積雖最大, 但城鎮人口卻最少, 且公園服務能力最差, 這說明青云譜區道路網絡非常不完善,斷頭路、 道路交叉口多, 路網密度低, 公園綠地出入口布局不合理, 因此青云譜區應成為重點改善區。 西湖區西南部和東湖區北部存在大片服務盲區, 其主要原因是公園綠地不足、 路網密度不高, 建議合理增建公園綠地, 完善道路系統。 再者, 公園綠地服務范圍內的人口密度較高, 整體服務人口比大于服務面積比, 西湖區最為明顯, 導致人均綠地面積不足, 所以要加強社區公園、 街旁綠地的建設。 另外, 利用綠道將公園綠地串聯可以提高其可達性, 在小型荒廢地塊或大型商超等出入口增建一些口袋公園也是可行的。 通過以上途徑可以達到公園綠地服務的公平性。

3) 在一些發展新區, 有部分人群居住但卻沒有公園綠地, 這說明綠色基礎服務設施的落后也是導致老城區和新城區發展脫節的原因之一, 因此加強新建住宅區公園綠地的建設以及完善新城區的道路系統, 合理規劃土地利用是迫在眉睫的問題。

4) 該研究未對其他出行方式如機動車、 公交車、 地鐵等進行調查研究, 這對研究結果有一定的影響。 另外, 選取的研究對象不包括小區內、 學校內面積較小的綠地廣場, 結果可能也會存在一定誤差。