基于GIS的福州濕地公園、森林公園可達性研究

王夢琪 張陳環(huán) 王利丹 周興文 張春英，＊

（1.福建農(nóng)林大學風景園林與藝術(shù)學院，福建 福州 350108；2.福建省龍巖市秀峰茶花有限公司，福建 龍巖 364400；3.福建理工大學建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學院，福建 福州 350118）

公園作為城市環(huán)境中不可或缺的景觀要素，是指自然植被和人工植被為主要存在形態(tài)的城市用地，對居民生活、生態(tài)環(huán)境、城市景觀等具有積極作用[1-2]。濕地公園、森林公園作為城市公園的重要公園類型，為城市生態(tài)修復(fù)、維系水土、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候和保護生物多樣性等重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面提供了基于自然的解決方案[3]，是人們休閑放松、調(diào)節(jié)心情的重要途徑。濕地公園、森林公園具有重要的生態(tài)效益與社會效益，因此，其空間分布合理性與可達性對人類的生產(chǎn)生活具有重要意義?？蛇_性最早由Hansen[4]提出，指從空間中某一起點通過各種阻力到達終點的難易程度，表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間相互作用機會的大小。目前，可達性已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域[5]。隨著GIS技術(shù)的不斷進步與成熟，運用GIS技術(shù)對可達性的研究也逐漸增多。俞孔堅等[6]首次將景觀可達性作為綠地系統(tǒng)功能指標之一。李小馬等[7]運用GIS中的網(wǎng)絡(luò)分析對沈陽市的公園可達性進行評價。施拓等[8]運用GIS中緩沖區(qū)分析與網(wǎng)絡(luò)分析將沈陽城市綠地公園的可達性進行對比評價。邵琳等[9]運用GIS分析了公園綠地公共服務(wù)的空間格局，并將公眾需求納為綠地規(guī)劃布局的重要參考。目前公園綠地可達性的研究方法較多，與其他方法相比，基于ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析在評估公園可達性方面具有巨大的應(yīng)用潛力[10]。本文以福州市濕地公園、森林公園為研究對象，運用GIS技術(shù)核密度分析與空間網(wǎng)格分析法，探索福州市濕地公園、森林公園空間分布特點[11]，研究福州市六區(qū)五縣內(nèi)任意居民點至任意一個濕地公園、森林公園的平均可達時間。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

福州市位于福建省東部閩江斷裂帶，總面積為11 968.53 km2，全市常住人口842萬人[12]。福州市作為福建省會城市，對其濕地公園、森林公園的空間分布與網(wǎng)絡(luò)可達性進行探尋能夠進一步判斷城市化進程下城市濕地公園、森林公園的分布是否合理，為其他地區(qū)濕地公園、森林公園選址提供參考，并對福州市公園規(guī)劃布局提供建議。本研究區(qū)域選擇鼓樓區(qū)、晉安區(qū)、倉山區(qū)、臺江區(qū)、馬尾區(qū)、長樂區(qū)6個區(qū)與閩侯縣、閩清縣、永泰縣、連江縣、羅源縣5個縣，由于平潭縣大多由島嶼組成，四面臨海，距市區(qū)較遠，故本研究區(qū)域不包含平潭縣。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源為Open Street Map，結(jié)合Google Earth衛(wèi)星影像，對獲得的路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行修正校驗，獲取福州各區(qū)縣的行政區(qū)邊界。濕地公園、森林公園數(shù)據(jù)通過參考《福州市城市更新專項規(guī)劃（2021—2025年）》等，將高德地圖與衛(wèi)星地圖進行人工目視解譯，再與實地調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)合，獲取研究區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園25個。居民點數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件爬取，根據(jù)申請的高德開放key獲取經(jīng)緯度信息，對爬取的所有居民點進行篩選，選取研究六區(qū)五縣內(nèi)的居民點數(shù)據(jù)，對其地理坐標進行空間匹配后，最終篩選得出5 115個居民點。研究區(qū)濕地公園、森林公園信息如表1所示。

表1 研究區(qū)濕地公園、森林公園信息 單位：km2

2 研究方法

2.1 核密度分析法

核密度估計（KDE）是GIS分析中廣泛應(yīng)用的空間分析方法，是離散數(shù)據(jù)在空間中的連續(xù)表達。以研究范圍內(nèi)景點為點要素，使用核函數(shù)計算每單位面積的值并擬合成可以直觀地顯示點要素空間聚集程度的空間分布熱力圖[13-14]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法是以道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，用圖論和運籌學理論對現(xiàn)實進行網(wǎng)狀模擬表示的一種方法[15]。本研究中，完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括以濕地公園、森林公園出入口為中心，居民到公園的道路網(wǎng)絡(luò)為鏈，道路交點為節(jié)點，道路上移動花費的時間為阻力，建立可視化數(shù)字模型，達到真實路徑模擬。空間網(wǎng)絡(luò)分析法如圖1所示。

圖1 空間網(wǎng)絡(luò)分析法

將下載路網(wǎng)數(shù)據(jù)、研究范圍數(shù)據(jù)、濕地公園、森林公園點數(shù)據(jù)以及居民點數(shù)據(jù)，加載到ArcGIS中進行可視化，隨后通過福州市研究區(qū)域?qū)β肪W(wǎng)數(shù)據(jù)進行裁剪，對濕地、森林公園數(shù)據(jù)進行空間位置選擇，篩選出研究范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，建立GIS地理信息數(shù)據(jù)庫。濕地公園、森林公園與居民點分布如圖2所示。

圖2 濕地公園、森林公園與居民點分布

對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行投影處理便于長度和時間計算，使用投影坐標系WGS_1984_UTM_Zone_50N進行投影和轉(zhuǎn)換。對不同類型的道路進行速度賦值填充用于時間計算，進行后續(xù)可達性分析。速度賦值參考《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01—2014）[16]，將機動車速度分別根據(jù)不同等級道路進行取值。高速路100 km/h，國道80 km/h，省道60 km/h，市區(qū)二級道路60 km/h，縣道60 km/h，鄉(xiāng)道40 km/h，通過字段計算器進行計算其阻力時間，設(shè)置路口轉(zhuǎn)彎和網(wǎng)絡(luò)連通性后進一步建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

使用ArcGIS工具箱中網(wǎng)絡(luò)分析，創(chuàng)建OD矩陣。起始點輸入研究范圍內(nèi)的居民點，目的地為研究范圍內(nèi)的濕地公園、森林公園，分析自動計算可達性的最短時間。

3 可達性網(wǎng)絡(luò)分析

3.1 濕地公園、森林公園分布特征

研究區(qū)內(nèi)25個濕地公園、森林公園總面積達到167.2 km2，約占研究區(qū)面積的2%。濕地公園、森林公園核密度分析如圖3所示。

圖3 濕地公園、森林公園核密度分析

由圖3可知，研究區(qū)濕地公園、森林公園總體分布較不均勻，呈現(xiàn)大致沿海河分布的特點。濕地公園、森林公園主要分布在研究區(qū)域東部，中部濕地公園、森林公園密度較高，西北部、西南部存在大量空白。長樂區(qū)與閩侯縣濕地公園、森林公園數(shù)量較多，沿河沿海分布相對均衡；倉山區(qū)、晉安區(qū)濕地公園、森林公園個數(shù)及面積遠低于其他區(qū)縣，面積僅占研究區(qū)濕地公園、森林公園總面積的6%；臺江區(qū)、鼓樓區(qū)與馬尾區(qū)內(nèi)暫無濕地公園、森林公園，其原因是臺江區(qū)與鼓樓區(qū)面積較小，且大都以人工建成區(qū)域為主，暫無濕地公園、森林公園；馬尾區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較低，城鎮(zhèn)化相對滯后，還未進行濕地公園、森林公園選址與建設(shè)。

3.2 可達性整體分析

可達性分析以研究范圍內(nèi)居民點為起始點，濕地公園、森林公園出入口為目的地。濕地公園、森林公園可達性分析如圖4所示。

圖4 濕地公園、森林公園可達性分析

在平均可達時間上，福州市研究區(qū)域住宅區(qū)能夠在理想情況下30 min內(nèi)到達研究區(qū)內(nèi)任何一個濕地公園、森林公園，平均可達理想時間24～73 min。平均可達理想時間由研究區(qū)域中部逐漸向外圍增加，可達性與周邊自然環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展存在較大關(guān)系。晉安區(qū)與鼓樓區(qū)濕地公園、森林公園可達時間較長，可達性較差，原因是鼓山鼓嶺風景區(qū)面積體量巨大，占地18 900 km2，有大量山脈阻擋，使交通可達性受到影響，故增加其時間成本。倉山區(qū)與臺江區(qū)雖位居福州城市中心區(qū)，但其濕地公園、森林公園平均到達時間為55～60 min，參考福州2011—2020年城市規(guī)劃圖可知該區(qū)域主要為商業(yè)區(qū)與居住區(qū)，人口眾多，建筑密集，城市中心交通路網(wǎng)體系稠密，不應(yīng)存在到達濕地公園、森林公園時間成本過高的問題。

根據(jù)福州市區(qū)濕地公園、森林公園分布情況可知，倉山區(qū)僅有兩座濕地公園，而臺江區(qū)并無濕地公園、森林公園，因其公園數(shù)量分布較少，故難以服務(wù)區(qū)域內(nèi)居住區(qū)居民。長樂區(qū)雖有較多濕地公園、森林公園，但南側(cè)有大量山脈，阻擋了與閩侯縣的交通連接，且該區(qū)域濕地公園、森林公園大都根據(jù)自然地形，沿山沿海分布在長樂區(qū)域邊緣，故其濕地公園、森林公園平均可達時間為45～60 min。馬尾區(qū)并無濕地公園、森林公園，且該區(qū)域居民點較少，加之該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展較差，交通通達性有待加強，其道路體系一并制約濕地公園、森林公園的可達性，導致時間成本提高。閩侯縣北部主要為自然山體，鄉(xiāng)村分布雜散，且無濕地公園、森林公園分布，濕地公園、森林公園可達時間在60 min左右；近福州市區(qū)一側(cè)多為西北—東南走向的山脈，極大地阻擋了市區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園的可達性，使其可達時間較長。羅源縣與連江縣的濕地公園、森林公園數(shù)量較多，但居民點數(shù)較少，與其他區(qū)縣交界處存在大量西北—東南走向的山脈阻擋，嚴重影響了交通可達性，導致其時間成本較高。永泰縣以中低山地為主，東北部山勢較緩，濕地公園、森林公園可達時間為35～55 min；西南部因其地形地貌山勢高大雄偉，多數(shù)的道路交通皆受山脈的阻擋，車輛通達性較差，對可達性造成了嚴重影響，可達時間在60 min以上，是時間成本最高的區(qū)域。

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果

本文基于ArcGIS中的網(wǎng)絡(luò)分析法，對福州市六區(qū)五縣25個濕地公園、森林公園的核密度與可達性進行分析。

已有的濕地公園、森林公園在研究區(qū)域內(nèi)分布格局為中東部多，南北部少。其中福州旗山森林公園的面積最大，約為35.87 km2，占研究區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園總面積的21.45%，占研究區(qū)森林公園面積的25.27%；位于永泰縣的福州鳥語林飛禽森林公園面積最小，僅有0.02 km2。臺江區(qū)與鼓樓區(qū)因人口、建筑密度較大，而整體面積較小沒有濕地公園、森林公園分布。馬尾區(qū)受其經(jīng)濟發(fā)展水平的影響，尚未將濕地公園、森林公園納入?yún)^(qū)域規(guī)劃中。

各行政區(qū)縣濕地公園、森林公園可達性差異較大。閩清縣可達性最好，平均可達時間35～55 min；閩侯縣可達性上總體較好，靠近中心城區(qū)邊緣因山脈地形阻擋，平均可達時間增加；中心城區(qū)平均可達時間55～60 min，永泰縣東部地區(qū)可達性較好，而西部區(qū)域可達性最差，可達時間在60 min以上。

4.2 討論

為使福州市居民能夠更好地享受福州市濕地公園、森林公園基于自然的各項服務(wù)，針對上文福州市濕地公園、森林公園可達性存在的問題，提出以下優(yōu)化建議。

4.2.1 優(yōu)化濕地公園、森林公園布局

濕地公園、森林公園的分布影響其可達性與居民享受其服務(wù)的公平性，通過核密度分析，建議福州市增加濕地公園、森林公園數(shù)量，充分利用福州市天然的地理優(yōu)勢與種質(zhì)資源，大力發(fā)展沿河海分布的濕地公園與沿山體分布的森林公園，可達性較差的問題可在一定程度上得到緩解。針對以商業(yè)區(qū)、居住區(qū)為主的建筑密集區(qū)，可以增設(shè)符合口袋公園或社區(qū)公園性質(zhì)較小體量的濕地公園、森林公園，起到改善可達性的作用。

4.2.2 完善城市道路系統(tǒng)

完善城市道路系統(tǒng)是提高可達性的關(guān)鍵。如研究區(qū)內(nèi)馬尾區(qū)，受其經(jīng)濟水平影響，交通路網(wǎng)有待加強，應(yīng)豐富其城市次干路、支路等道路結(jié)構(gòu)；對于路網(wǎng)密度較低的永泰縣，可適當增設(shè)道路，提高路網(wǎng)連接性；對于中心城區(qū)路網(wǎng)密集區(qū)域，除了進一步疏通、改造斷頭路，加強路網(wǎng)連通性外，應(yīng)更合理地安設(shè)紅綠燈，可適當建立立交橋，減少出行等待時間。

4.2.3 均衡濕地公園、森林公園出入口設(shè)置

可達性研究主要以濕地公園、森林公園出入口為目的地，出入口的設(shè)置直接影響居民可達便捷程度。對于面積較大的濕地公園、森林公園，可適當增加其出入口，保證出入口的均衡分布有利于提高居民可達公平性，將公園發(fā)散性地與各個方向的居民區(qū)相連接，增強濕地公園、森林公園可達性。

5 結(jié)語

本研究對福州市六區(qū)五縣濕地公園、森林公園核密度與可達性進行分析，為福州市今后的城市濕地公園、森林公園規(guī)劃建設(shè)提供一定的數(shù)據(jù)補充以及優(yōu)化建議。本研究也存在不足之處，如本研究只根據(jù)道路限速等級進行速度賦值，未考慮不同交通方式、交通擁堵、游客偏好等因素下可達性的差異，后續(xù)有待進一步研究。