基于GIS的城市公园绿地可达性分析

宋秀华，郎小霞，朴永吉，王秀峰*

(1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安271018;2.青岛理工大学艺术学院，山东青岛266033)

近年来许多学者结合景观生态学方法，提出了可达性的概念。可达性(accessibility)由Hansen首次提出，将其定义为交通网络中各节点相互作用的机会的大小，并利用重力方法研究了可达性与城市土地利用之间的关系［1］。至今学者们在可达性的精确定义上仍然难以达成一致意见。国内学者普遍认为，可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难易程度，反映了人们到达目的地过程所克服的空间阻力大小，常用距离、时间和费用等指标来衡量［2］。目前可达性研究的主要方法有缓冲区法［3］、最小邻近距离法［4］、引力模型法［5，6］、费用加权距离法［7，8］等。但是各学者的研究方法各异，对于同一城市不同的研究方法对绿地的定量评价也存在差别，对于具体方法的选择上还需要深入研究［9］。本研究利用QuickBird影像数据，采用成本加权距离法(Cost Weighted distance)，以城市公园绿地为源，分析其现状可达性和规划可达性，并采用实地验证方法进行检验，同时探讨了公园绿地可达性提高的因素，以期为城市规划提供理论依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源与处理方法

泰安市位于山东省中部，地处东经 116°02'～117°59'、北纬 35°38'～36°28'之间，东西长约 176.6 km，南北宽约93.5 km，总面积约7762 km2，人口538.6万人，辖泰山区、岱岳区、新泰市、肥城市、宁阳县、东平县6个县市区。本文选取泰安市区的主城区，面积约37 km2。

数据来源:QuickBird遥感数据，影像包括4个分辨率为2.44 m的多光谱波段和1个分辨率为0.6 m的全色波段，获取时间为2009年10月4日;泰安市2008年1∶10000的地形图，以及从泰安市相关行政部门获得的统计数据作为分析的辅助信息。利用Erdas软件对数据进行预处理，然后在Arc/Info平台上通过目视解译并结合实地调研验证获取城市土地利用分类现状图，其影像的分类精度达89.05%。对土地类型图相应的景观类型赋予属性值，并将结果转换为grid文件。

1.2 研究方法

采用成本加权距离法，使用ARCMAP中的Spatial Analyst模块的Distance/Cost Weighted工具进行城市绿地可达性分析。相对时间成本值(Time cost weighted value)采用城市居民通过空间某一像元(1 m×1 m)的相对难易程度来衡量，本文采用的时间成本值为移动10 km所需要的分钟数，并设定步行时速平均为5 km·h－1，以此为参考，进行阻力值的赋值。

(1)资料收集与整理:本论文中所采用的数据为泰安市2009年的数据，有图形数据和属性收据，图形数据主要包括泰安市2009年快鸟影像图、道路交通图、土地使用类型分布图等;属性数据主要包括2010年城市人口分布情况与2009年统计年鉴等。

本文中人口密度以社区为单位，计算公式:D=P/S

D:人口密度(人·hm－2);P:社区居民数量(户口统计数据);S:社区面积(hm2)

(2)方法与步骤:

①城市公园绿地分布图，通过对快鸟遥感影像图的判读，提取城市公园绿地分布图，选择面积在1 hm2以上的公园绿地斑块，作为源，进行计算。

②通过土地利用类型图，分别赋值，得出城市土地类型阻力图，其阻力值设置见表1。

③计算研究区域内的人口密度(以社区为计算单位)，得出人口密度分布图。

④数据处理过程，将人口密度图和土地类型图按照0.5和0.5权重做栅格叠加处理，得到总体景观阻力成本数据集;然后采用Cost Weighted方法，以公园绿地为源计算其可达性，绘制分布图。对于可达性等级划分参考公园绿地服务半径，某些城市如广州［10］、无锡［11］等地绿地系统规划的描述:“居民出家门500 m就可以进入公共绿地，走约1000～2000 m就有一个大型绿地”，将计算结果转化为时间等级，分为＜5 min、5～15 min、15～30 min、30～60 min及 ＞ 60 min。

⑤计算公式:

服务面积比(%)=绿地提供的服务面积/城市总面积×100%;

服务人口比(%)=绿地提供服务的人口/城市总人口×100%

表1 不同土地类型阻力值Table 1 Werghted value of time coit fordiffevert types of land

2 结果与分析

2.1 公园绿地现状可达性分析

由图1、表2可知，步行5 min可到达公园绿地的区域为270.4311 hm2，占整体面积的7.38%，人口数为37720，占总人口的7.43%;步行5～15 min可到达公园绿地的区域为413.60011 hm2，占整体面积的11.28%，人口数为65753，占总人口的12.95%;步行15～30 min可到达公园绿地的区域为661.4017 hm2，占整体面积的18.04%，人口数为111073，占总人口的21.88%;由此可知，步行方式30 min以内，可到达的区域约为37%，人口约占总人口的42%。其他近60%的人口和区域，步行需要30 min以上。尤其在火车站的左侧，呈现“几”字形区域，步行需要60 min以上才能到达最近的城市公园绿地，此处绿地的服务功能最低。与其他城市绿地研究结果相比较，不同城市、不同绿地类型、不同计算模型和方法，15 min内的服务面积比和服务人口比差别较大，泰安市区绿地15 min内的服务功能相比而言较低(表3)。

图1 城市公园绿地现状可达性分析图Fig.1 The accessibility of urban panks status

表2 城市公园绿地现状可达性统计分析Table 2 The statistics results of accessibility of urban park＇status

以火车站为中心，做公园绿地可达性服务区域和服务人群的的象限分布图，计算结果见图2。步行方式的公园绿地可达性在15 min的服务面积和人口远大于5 min的服务面积和人口。服务面积比在5 min和15 min时，均在第1象限达到峰值，其次是第2、3、7、8象限，第4、5、6象限为0。服务人口比变化为均为第1象限达到峰值，其次是第2、3、7象限，第8象限较低，第4(15 min时极低为0.47%)5、6象限为0。服务面积比的变化情况和公园绿地的分布情况相一致，在第1、2、7象限分别有虎山公园、金山公园、岱庙、东湖公园，泰山广场(龙泽公园)，其他象限绿地较少，特别是第4、5、6象限没有大型公园绿地(1hm2以上)存在。人口变化情况与绿地和人口密度两因素有关，第1、2象限居住区密集，人口密度最高;第4、5、6象限多为村庄，人口密度较低。

2.2 公园绿地规划可达性分析

根据泰安市整体规划(2010～2020)，适量发展综合性公园、社区级公园、专类公园、重点建设滨河带状公园和街旁绿地，在研究区域内增设的公园有:中央公园、蒿里山公园和树木园。由图3、表4可知，步行5 min可到达公园广场的区域为446.9607 hm2，占整体面积的12.19%，人口数为49833，占总人口9.82%;步行5～15 min可到达公园广场区域为569.8535 hm2，占整体面积的15.54%，人口数为74910，占总人口的14.75%;步行15～30 min可到达公园广场的区域为830.8101 hm2，占整体面积的22.66%，人口数为120454，占总人口的23.73%;由此可知，步行方式30 min以内，可到达的区域约为50%，人口约为总体的48%。其他约50%的人口和区域，步行需要30 min以上。

表3 本文与其他研究结果比较Table 3 Comparision between this research and other research

图2 公园绿地可达性服务象限图Fig.2 The quadrant maps of the accessibility of urban parks

表4 公园绿地规划可达性统计分析Table 4 The statistics results of accessibility of urban parks＇planning

图4可知，步行方式的可达性，除第1、5象限外，在15 min的服务面积和人口远大于5 min的服务面积和人口。服务面积比的变化情况，5 min时，在第1象限达到峰值，其次是第5、4、2、7、3象限，第8象限较低，第6象限为0;15 min时，第5象限达到峰值，其次是第1、3、4、2、7、8象限，第6象限最低。服务人口比变化情况，5 min时，第1象限达到峰值，其次是第5象限，第4、2、3、7象限居中，第8象限较低，第6象限为0;15 min时，第5象限达到峰值，其次是第3、1、4、2象限，第7、8象限较低，第6象限最低(0.27%)，近乎为0。服务面积比的变化情况和公园绿地的分布情况相一致，除第6象限外，其他象限均有公园绿地分布。服务人口比的变化情况与绿地和人口密度两因素有关，第1、2象限居住区密集，人口密度最高;第4、5、6象限多为村庄，人口密度较低。

2.3 公园绿地现状与规划可达性差异分析

由图5可知，在5 min内和15 min内的公园绿地的服务面积比和服务人口比，规划中数据均高于现状数据，特别是在第4、5象限，其服务人口比分别约为12%、19%和22%、29%，第6象限没有明显改善。但是第6象限中有望岳路整体绿化，将极大改善居民的绿地需求，但这不属于公园绿地范畴。通过对比分析可知，规划后的城市公园绿地分布将极大改善可达性分布格局，但仍存在不均衡现象。

城市公园绿地可达性改善主要与绿地面积斑块数量增加、绿地空间分布格局日趋均衡和道路网络不断完善有关，3个因素共同作用，但在不同象限其作用大小有别，对于服务人口则和人口密度紧密相关。规划中第4、5象限即研究区南部可达性明显改善，主要是由绿地面积和斑块数量增加引起的，新增的绿地斑块主要有中央公园、蒿里山公园等。同时在建的火车站广场、财源街改造，也将改善城市中部火车站周围区域的绿化状况，总体上可达性的格局有了很大的改善，改变了原来北部和东部可达性高而周围低的格局。

图5 公园绿地可达性象限比较:现状与规划Fig.5 Comparision of the accessibility between status and planning

表5 可达性验证分析Table 5 Verification for result from accestibility

2.4 公园绿地可达性步行方式验证分析

采用访谈和实地验证方法对公园绿地步行方式的可达性进行验证，具体方法为:在公园绿地计算的可达性服务5 min内区域的居住区，选择了33个点，5～15 min内区域选择了50个点，然后进行实际验证，误差为2 min，具体情况见表5。验证结果表明，步行5 min内验证率达到90.9%，15 min内验证率达到88.0%，由于居住区出入口设置、公园出入口位置，以及道路的畅通性，导致了实际可达性略偏低。计算可达性时未考虑公园的出入口，即到达公园绿地边界即为到达，十字道路没有详细设置，道路分级阻力值设置较为简单，此外实际出游线路会因人而异，3级道路系统不够完善，上述原因导致了实际可达性比计算要偏低。

3 讨论与结论

可达性计算方法有多种，每种方法均有自己的特点及不足之处。如缓冲区分析法与最小临近距离法计算均简单方便，但采用欧式直线距离与现实中居民的行进路线存在较大差异，且没有考虑绿地特征对可达性的影响;网络分析法，采用居住区到最邻近绿地的距离，与居民的实际行进距离较为接近，但没有考虑绿地特征对可达性的影响;成本加权距离法，采用的是栅格数据，栅格数据固有的粒度也会对计算结果产生影响，因此应根据不同需要来选择较为合适的可达性计算方法。本文根据已有的资料和研究目的，采用了成本加权距离法。

不同研究者在不同城市对不同的土地类型阻力值的设定有所不同，如周廷刚［5］、肖华斌［10］、李师炜［12］、周亮［13］等针对不同研究对象设定的阻力值有所不同，但绿地空间可达性是一个相对的概念，只要不同用地的相对阻力关系正确，并不影响对绿地空间格局的分析。此外，可达性不仅包括物理上的时间、距离，还包括人们的社会、文化等方面的经济特征，本文只是从理论角度采用成本加权距离法分析公园绿地可达性，并没有考虑人们的真实出行意愿、公园的质量、吸引力等问题。这也是今后需要研究的问题。

本文主要结论:公园绿地现状可达性分析，15 min内的服务面积比和服务人口比分别为:18.66%和20.38%;综合服务面积比和服务人口比，服务能力最好的是第1象限，第4、5、6象限为0，其他象限介于之间。公园绿地规划可达性分析，服务面积比和服务人口比在15 min内为27.73%和24.57%，相对于现状分析数据均有所提高，特别是第4、5象限，但第6象限没有明显改善。基于上述研究，认为城市绿地可达性的提高主要与绿地面积和斑块数量、绿地空间分布格局以及道路网有关，但在不同象限其作用大小有别，对于服务人口则和人口密度紧密相关。采用了实地验证的方式对于公园绿地可达性步行方式进行了验证，使分析结果更具有可信度。本文分析结果可以为城市公园绿地规划和建设提供科学依据。

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