基于地塊尺度的公園綠地供需測度與優化
——以上海市楊浦區為例

王忙忙 王云才

快速城鎮化和高強度人類活動為城市帶來了嚴峻的環境壓力，作為城市綠地最重要的類型之一，公園綠地難以滿足日益增長的社會需求。城市公園綠地面臨著人民日益增長的休閑游憩需要與城市公園綠地不平衡不充分的發展之間的矛盾，特別是在一些存量發展模式下的老城區公園綠地用地增長極其困難。面對這個困境，對公園綠地層面的供需平衡關系的量化研究對提升公園公平性和市民福祉至關重要[1]。城市生態系統服務的供給和需求研究包括數量上的供需關系和空間關聯格局，能夠為城市公園綠地的管理、資源的合理有效配置提供指導作用[2-4]。公園綠地供需研究的最終目標是使得供需系統相互匹配并達到生態系統服務整體效應的最優化。

目前，關于公園綠地的供需評價研究主要集中在行政區劃、街道或單個公園尺度上，缺少更為精細尺度上的研究，難以揭示城市街道內部地塊尺度上的供需關系和供需差異性并提出相關優化措施。國外關于對公園綠地的研究多通過環境正義和社會公平的視角研究綠地獲取和空間分布的差異；目前國內多聚焦在對公園綠地的供需匹配和空間優化方面，取得了較多成果。例如，Wen等[5]以德國漢諾威市不同地區為例研究了老年人獲得城市綠色和藍色基礎設施（urban green and blue infrastructure, UGBI）的機會；Xu等[6]以縣（德語：Landkreise）為單位分析了德國南部慕尼黑地區不同城市綠地公平的空間變化及其與社會經濟變量的關系；桂昆鵬等[7]基于片區的尺度對南京市城市綠地空間進行供需分析和布局優化研究；劉艷艷等[8]基于街道尺度對廣州中心城區的城市公園供需進行分析；邢忠等[9]將社區作為研究單元對城市綠地空間分布的公平展開績效評價；王敏等[10]選取上海蘇州河濱水空間的4個公園作為研究單元進行文化服務供需關系分析。在精細地塊尺度上的研究較少，例如Xiao等[11]基于地塊尺度對濟南新區的綠地文化服務進行了供需匹配分析并提出了針對性的優化策略。研究顯示，城市綠地供需空間分異性與研究單元尺度關系密切，城市、城區等大尺度下研究結果通常較為均衡，而街道、地塊等較小尺度研究單元更能體現其供需空間分異性[12]。其中，街道是由街道辦來進行劃分的；地塊則是根據城市道路來進行劃分，可以精確到城市支路。一般來說一個街道可以包含數十個地塊。在地塊單元尺度上進行公園綠地供需評估與空間表達更為精細，能夠反映出街道內部各個地塊的公園綠地供需評價的差異性。因此，本研究以上海市楊浦區為例引入地塊尺度的公園綠地供需匹配研究，為城市綠地空間布局優化提供重要依據。

1 研究方法與路徑

1.1 研究對象與數據采集

上海市作為高度城鎮化地區，高密度的建設活動和高強度的人類需求對公園綠地的發展造成巨大的環境壓力；同時，上海市還面臨著人口增長過快和老齡化等問題。因此，本研究以上海市楊浦區作為研究范圍，具有一定的代表性。楊浦區位于上海中心城區東北部。截至2018年，全區共有常住人口131.27萬人。包含定海路街道、五角場街道和新江灣城街道等12個街道和五角場鎮。本研究以“地塊”為基本分析單元，這里的地塊是由道路網劃分出來的，精確到城市支路。以2010年的行政區劃為準，楊浦區共劃分成520個地塊（圖1）。楊浦區內共有16個公園，包括共青森林公園、復興島公園、波陽公園和黃興公園等。

1 上海市楊浦區公園現狀分布The distribution of park green space in Yangpu District,Shanghai

本研究的數據分為2個方面：1）土地利用遙感數據解譯，包括公園綠地數據、街道路網數據和建筑數據，均為矢量數據，來源于上海市綠化管理局的上海城市綠地現狀數據庫（數據更新截至2016年）、上海市綠化市容電子地圖、航空遙感影像圖和Open Street Map上的地理數據和百度地圖；2）社會經濟發展數據，包括人口數據和興趣點（point of interest, POI）數據，來源于《上海市統計年鑒（2004—2018）》《上海楊浦區統計年鑒2018》和高德地圖上海市2018年POI數據。

1.2 研究路徑

在地塊尺度上對公園綠地進行供給與需求能力的供需匹配分析，分4步進行：1）甄別影響公園綠地需求能力的核心指標并完成需求能力的空間制圖；2）識別影響公園綠地供給能力的核心指標并完成相應的空間制圖；3）通過耦合協調度模型對楊浦區公園綠地進行供需匹配分析，得出公園綠地供需在數量上和空間上的匹配程度以及供需系統之間的互相作用程度；4）討論城市公園綠地供需匹配的優化策略。

1.2.1 需求指標識別與計算

本研究將公園綠地的需求定義為城市居民對城市公園綠地的需求量和偏好，在一定程度上代表了土地開發的強度或人類活動的干擾程度[13]。公園綠地系統是一個復雜的、綜合性的社會－生態系統，需求是由個人和群體的社會經濟活動決定的，會隨著個人和群體的社會背景、收入、偏好、認知水平等差異產生變化。本研究將公園綠地需求系統劃分為物質需求和社會需求2個子系統。物質需求往往代表需求數量和規模，由POI密度和容積率2個指標構成[13-15]；社會需求則反映了需求的質量和公平正義方面信息，包含了總人口密度、60歲以上人口密度、0～18歲人口密度、失業人口密度和外地人口密度等指標[16-20]。POI密度和容積率的計算方法比較常規，不再贅述。其中，由于人口的數據只統計到街道層面，為了獲取各個地塊內的人口數，筆者參考淳錦等[21]的研究，利用與人口分布相關性較高的POI密度來有效引導人口在格網尺度下的重分配。通過計算與街道人口數相關性高的POI密度，將研究范圍內的總人口、60歲以上人口、0～18歲人口、失業人口、外來人口數量細化到各個地塊上。

1.2.2 供給核心指標識別與計算

長期以來，關于公園綠地的評價指標主要集中在數量方面，忽視了空間分布的異質性和合理性。中國一直以綠地率、人均綠地面積和人均公園綠地面積等面積比率指標為核心來指導城市綠地系統建設[15]。目前，關于公園綠地的相關評價多聚焦在生態功能維度或社會功能維度方面。本研究綜合考慮公園綠地生態維度和社會維度的評價，選取冷島效應和歸一化植被指數（normalized difference vegetation index, NDVI）等[22-23]生態維度的指標和公園服務半徑覆蓋率、公園服務重疊率、人均公園面積和游憩機會指數等[8,24]代表社會維度的指標來進行表征。此外，鑒于可達性對公園綠地服務的效率保障方面的重要作用，本研究提出通過交通設施便捷度和路網密度2個指標來表征可達性。綜合生態維度、社會維度、可達性3類供給指標進行綜合評價和空間可視化制圖，能夠較準確地評價公園綠地生態系統服務供給方面的基本能力。

1.2.3 供需匹配指標評價體系及供需匹配模型構建

選好公園綠地的供給指標和需求指標后，下一步就是建立公園綠地供需評價指標體系來進行測度計算（表1）。公園綠地的供給指標體系和需求指標體系共同構成公園綠地的供需評價指標體系，每個評價指標體系是由目標層、約束層和指標層構成的。最后通過采用主成分分析法（Principal Component Analysis, PCA） 與層次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）相結合的方法來解決指標權重問題，有利于主觀與客觀相結合。其中，主成分分析揭示哪些供給指標對供給系統的貢獻度比較高以及哪些需求指標對需求系統的貢獻度比較高，為指標權重確定提供依據；層次分析法是通過專家調查問卷的設計收集，并通過yaahp V10軟件計算和主成分分析的指標貢獻度結果共同完成指標權重的確定，最終描述公園綠地服務的供需情況并進行空間可視化制圖，形成公園綠地生態系統服務供需評價指標體系。

表1 公園綠地供需指標權重Tab.1 Weight of supply and demand index of park green space

關于公園綠地供需匹配測度主要通過ArcGIS軟件平臺上的空間制圖和耦合協調度模型來進行操作。1）基于ArcGIS平臺空間制圖。首先，完成了公園綠地的各個單項供給指標和需求指標的空間可視化制圖。然后，經過供需指標的加權疊加并通過ArcGIS軟件平臺得出供需匹配類型的空間制圖，并在此基礎上采用ArcGIS自然斷裂點分類法，將供給系統和需求系統分別劃分層級，通過計算極差得出供需之間是否存在盈余或缺口。2）耦合協調度模型。為進一步揭示公園綠地供需系統之間的作用關系，本研究選取了耦合協調度模型來分析供需系統之間相互匹配、協調發展的復雜作用關系。其中，耦合協調度模型包括2個部分，即耦合度模型與協調度模型[9]。對供需匹配進行測度既能反映公園綠地供給的空間布局是否合理以及空間分配是否公平公正，也能夠反映供需系統之間的互相作用的強弱程度，能夠為進一步揭示供需系統之間的動力機制提供基礎。

其中，耦合度采用如下模型[8]：

式中，CI表示耦合度，ρ為調節系數，取值為2；xi、yi分別表示公園綠地的供給水平和需求水平，i={1，2，3，…}。一般來說，供需耦合度CI的取值范圍在0～1.00之間，數值越高代表耦合程度越高，根據ArcGIS自然斷裂點分類法，當CI=0時，公園綠地供給與需求之間處于無關狀態，供需系統將走向無序發展；當0＜CI≤0.48時，供需系統處于拮抗階段；當0.48＜CI≤0.80時，供需系統進入磨合階段，處于勉強協調階段；當0.80＜CI≤0.93時，系統處于中級協調階段；當0.93＜CI≤0.98時，系統處于良好協調階段；當0.98＜CI≤1時，系統處于優質協調階段。

結合綜合評價指數進一步分析供需雙方的協調關系：失調階段；當0.50＜CDI≤0.60時，系統處于勉強協調階段；當0.60＜CDI≤0.70時，系統處于初級協調階段；當0.70＜CDI≤0.80時，系統處于中級協調階段；當0.80＜CDI≤0.90時，系統處于良好協調階段；當0.90＜CDI≤1.00時，系統處于優質協調階段。

式中，DI代表公園綠地供需水平的綜合評價指數；α、β是待定系數，且α+β=1，由于公園綠地供給與需求同等重要，因此α與β同時取值為0.5。由此可通過上述的計算得出協調發展度（CDI）的數值。參考劉艷艷等[8]采用的模糊數學思想分類方法，將協調發展度CDI分為七級，CDI的取值在0～1.00之間，數值越高代表協調程度越高。當0＜CDI≤0.40時，供需系統處于瀕臨失調階段；當0.40＜CDI≤0.50時，系統進入磨合階段，處于瀕臨失調階段；當0.50＜CDI≤0.60時，系統處于勉強協調階段；當0.60＜CDI≤0.70時，系統處于初級協調階段；當0.70＜CDI≤0.80時，系統處于中級協調階段；當0.80＜CDI≤0.90時，系統處于良好協調階段；當0.90＜CDI≤1.00時，系統處于優質協調階段。

2 基于地塊尺度的楊浦區公園綠地供需匹配測度

2.1 供需水平的空間分布

根據上述研究路徑，將城市公園綠地的各個單項供給指標按照各自的計算方法在ArcGIS軟件平臺進行空間可視化制圖，得出冷島效應、NDVI、公園服務半徑覆蓋率、公園服務重疊率、人均公園面積、游憩機會指數、路網密度和交通設施便捷度8個單項供給空間分布（圖2）。同樣地，得出POI密度、容積率、總人口密度、60歲以上人口密度、0～18歲人口密度、失業人口密度和外來人口密度7個單項需求空間分布（圖3）。然后通過ArcGIS對供給和需求指標的加權空間疊加，得出楊浦區公園綠地的綜合供給水平空間分布和綜合需求水平空間分布（圖4）。

2 公園綠地單項供給指標空間分布Spatial distribution of individual supply index of park green space

3 公園綠地單項需求指標空間分布Spatial distribution of individual demand index of park green space

4 公園綠地綜合供給和需求空間分布Spatial distribution of comprehensive supply and demand of park green space

2.2 供需匹配分析

基于上述分析結果，通過ArcGIS和耦合協調度模型計算楊浦區公園綠地供需匹配以及供需耦合協調發展空間分布。楊浦區公園綠地供需匹配的結果呈現空間分異明顯，南高北低的特征（圖5）。其中，供給赤字的地塊數量接近一半，面積占比35.00%；供需匹配的地塊面積占比28.77%；供給盈余的地塊面積占比36.23%（表2）。因此，可以說楊浦區公園綠地供給水平偏低，面臨嚴重的供不應求問題。具體來說，區內供給服務水平最高的是北面的新江灣城街道以及南面的江浦路街道等。這是由于北面的人均公園面積和公園服務半徑覆蓋率等指標相對較高，而南面部分街道的路網密度和交通設施便捷度指標較好。區內綜合需求水平空間分布呈南高北低狀態，其中南端的四平路街道和江浦路街道等街道的大部分地塊需求水平較高。這是由于南面這些地塊發展較早，建設程度更高，容積率和POI密度也較高，加上總人口密度和60歲以上人口密度較高，對公園的使用需求更高，因此對公園綠地的需求程度更高。

參考耦合度計算模型公式（1）可得出楊浦區公園綠地耦合度分布（圖5），楊浦區公園綠地供需評價耦合度處于優質、良好和中級協調階段的地塊面積共有44.11%，多分布于殷行街道、四平路街道和定海路街道等；處于磨合階段的地塊面積占比28.43%。耦合度最低的街道為新江灣城街道，占比27.46%（表2）。綜上所述，楊浦區內大部分地塊的公園綠地供需評價耦合度數值較高，說明供給和需求2個系統間相互影響和依賴的程度比較高，相互作用較強。除了北部新江灣城地塊由于人口密度低和居民需求較低而公園綠地面積超額供給的情況，區內大部分地塊的供給指標和需求指標呈現不同程度的協同一致發展狀態。

5 公園綠地供需匹配結果Supply and demand matching result of park green space

表2 公園綠地供需匹配結果統計Tab.2 Statistics on the matching of park green space supply and demand

參考協調發展度的計算公式（2）和公式（3）可得出楊浦區公園綠地協調發展度分布（圖5），楊浦區內供需協調發展度的等級較低，最高處于中級協調階段，地塊面積占比僅0.50%；初級協調和勉強協調的地塊數量也較少，面積共占比30.85%，多位于南面的平涼路和江浦路街道等局部地塊內；瀕臨失調和失調的地塊數量最多，且分布較廣，地塊面積占比達到68.65%（表2）。綜上所述，楊浦區公園綠地供需協調發展情況較差，公園綠地整體上呈現供需不平衡，且失衡程度高的特征。主要原因是北面和東面的大部分地塊內的供給能力較強，人均公園綠地面積等供給指標較高而人口密度和容積率等需求指標較低，供給水平和需求水平差異明顯。因此，楊浦區整體上呈現供需不協調的地塊比重較大，整體協調水平較低。

綜上所述，楊浦區公園綠地整體上呈現供需不匹配不協調，整體失配程度高且存在空間分布失衡的基本特征。具體體現在3個方面：1）整體供給水平偏低，人均公園綠地面積過低，大部分地塊面臨嚴重的供不應求問題；2）供需空間分布不平衡，空間分異明顯，呈現“供給南低北高，需求南高北低”的基本特征；3）供需空間分布不協調，整體協調水平較低。

3 基于地塊尺度的楊浦區城市公園綠地供需匹配提升策略

根據楊浦區城市公園綠地供需匹配結果，采用適應性規劃策略來進行優化提升，最終實現供需匹配的目標。這里按照供需匹配類型將地塊分為3類：1）供給赤字地塊，包括供給極赤字和供給赤字地塊；2）供需匹配地塊；3）供給盈余地塊，包括供給較盈余和供給盈余地塊。針對3組不同類型的地塊進行分析，提出相應的適應性規劃優化方案和實施策略，為楊浦區城市公園綠地空間布局優化提供參考，從地塊尺度上解決公園綠地供給不足、供需失配和空間分異等問題。

3.1 針對供給赤字地塊應建立適應性規劃方案及供給策略

建議將供給赤字地塊納入中遠期優化的范圍，通過提出空間適應性規劃方案和指引性的供給優化策略來進行優化調控。具體思路如下：1）適度增加中部和南面地塊的公園綠地供給總量。對于建設程度較高的楊浦老城區南面地塊來講，面臨著用地開發強度高、增綠困難和人均公園面積不足等問題，難以直接進行增綠工作，因此需要結合南面的城市舊區改造規劃以及城市微更新項目等方式來適當增加微小綠地儲備[25]。2）提升整體可達性，強化公園生態系統服務效率?？梢酝ㄟ^合理布置交通服務設施和構建城市“慢速”通道網絡來提升城市公園綠地的可達性和交通便捷度，進而改善城市公園綠地的供給效率。3）加強城市公園綠地的監督管理以避免被蠶食。例如采取一些獎勵措施來增加城市公園綠地的儲備，采取容積率獎勵、捆綁建設等相關激勵手段[26]。

3.2 針對供給匹配地塊應致力于實施空間優化策略

楊浦區內的地塊大多屬于供給水平一般并且需求程度一般的狀態，呈現出“弱勢供需匹配”狀態。這些地塊雖然在整體層面處于供需匹配狀態，但是難以滿足特定群體的使用需求，且需要隨著城市人口經濟的發展變化進行優化發展。因此，筆者建議將這些地塊納入遠期優化提升的范圍，提出指引性的優化思路和管理策略：1）均衡布局，優化城市公園綠地網絡結構，提升公園綠地的生態效益；2）在南面地塊要充分考慮特定人群的使用需求，增加適合老年人和兒童的休閑空間及服務設施。

3.3 針對供給盈余地塊應結合城市更新建立優化發展策略

楊浦區供給較盈余的地塊大多集中在北部的新江灣城街道、殷行街道和五角場街道內，主要是由于人口密度較低和建設發展程度不足造成的公園綠地盈余狀態，地塊內人均公園面積約2.89 m2，整體供給程度較低，需求程度也較低，并不是優質的供給盈余狀態。因此，這些地塊暫時不存在增加綠量的問題，但是為了避免資源的浪費應在后續的城市發展中注重引導城市經濟和人口等發展方向，使得公園綠地資源得到合理的利用并實現均衡化發展?？赏ㄟ^下述優化策略來實現：1）優化城市空間布局，引導未來城市空間發展方向，適當提高北部地塊的人口密度和建設發展水平；2）“北面新城”與“南面老城”進行資源優勢互補，實現城市公園綠地均衡化布局。

4 結語與展望

由于城市發展各方面因素的不均衡和城市居民需求差異性，導致了公園綠地的供給和需求之間存在不匹配的現象。具體來說，在不同地塊上存在不同程度供需匹配的問題，目前這些地塊之間的差異性很少被識別出來。本研究基于地塊尺度構建公園綠地供需指標評價體系和供需匹配模型對楊浦區公園綠地進行研究，能夠揭示城市各個地塊尺度上的供給和需求問題和供需匹配結果，能夠在地塊層面上識別出各個地塊的供需差異性，為今后的規劃管理提供更精細、更準確的指導和依據。

本研究的實證研究中依然存在諸多不足：缺少更加翔實的數據支撐；“邊界效應”會影響公園綠地供需結果的準確性；對耦合協調發展的等級劃分、各因子權重和調節系數的劃定具有一定的主觀性；公園綠地的供需關系并非處于靜態，會隨著社會經濟發展不斷調整變化。因此，在今后的研究中應根據城市具體發展水平和居民真實滿意度等要素確定更加合理的指標權重和評判標準。同時，公園綠地空間資源配置與服務供給優化需要結合需求和供給的特點和發展變化來適應和調整。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～5均由作者繪制，所有底圖來自上海市綠化管理局上海城市綠地現狀數據庫。表1、2均由作者繪制。