结合建筑人口容量的南阳市公园可达性分析

徐彦秒，曹 娓，2，何瑞珍

（1.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002；2.河南科技学院，河南 新乡 453000）

结合建筑人口容量的南阳市公园可达性分析

徐彦秒1，曹 娓1，2，何瑞珍1

（1.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002；2.河南科技学院，河南 新乡 453000）

随着环保意识的提高，市民越来越注重城市环境品质的提升，在公园规划中公园的可达性日益受到关注。文章以南阳市主城区为例，首先通过网络分析的方法研究公园可达性，将公园可达性划分为4个等级；然后通过卫星影像反演获得建筑人口容量，将可达性数据与建筑人口容量数据进行叠加分析。结果表明：南阳市5～15 min步行区域占总用地面积比例最高，该区域建筑人口容量最大，人均公园绿地面积较少；30～60 min步行区域占总用地面积比例最低，主要分布在白河北岸老城区。

南阳；公园可达性；建筑人口容量

作为城市中的绿色景观，公园越来越多的承担着生态、经济和社会等功能［1］，如降低噪音、减少环境污染、减轻城市热岛效应、减灾避灾、缓解居民工作生活压力和提供休憩场所等［2-8］。然而，城市公园绿地设置不合理，就会导致某些区域成为“服务盲区”；而公园建设速度慢于建筑建设速度，就会导致公园 “超载”。因此，结合地表建筑物人口容量研究城市公园绿地可达性，可以有效的了解公园绿地的服务能力，为提高城市人居环境和居民生活质量提供科学依据。近年来，应用GIS技术对城市公园绿地空间进行可达性分析的研究越来越多，如俞孔坚等基于费用距离原理研究景观可达性［9］，周廷刚和郭达志采用景观引力场的方法［10］，尹海伟等根据公平性原理计算服务半径［11］，郭微等使用城市绿地人口承载力对服务半径进行分级［12］，同丽嘎通过实地调研对比分析了缓冲区分析法、引力模型法和费用加权距离法的科学性［13］。

人口数据的选择和获取是可达性研究中的一个瓶颈。城市是一个人口大量聚集并且活动极具频繁的地区，城市人口随时间变化显著，不仅白天、晚上城市人口分布差异大，一天24 h中城市人口分布差异都很大［14］。因此，本研究以建筑人口容量数据替代传统人口统计数据。 （1）城市建筑的人口容量数据和公园的数据更新周期具有一致性，人口数据 “动态性”大，公园数据更新较慢，无法快速回应人口的聚集分散来满足市民的需求。（2）不单居住建筑周边需要公园绿地，工业、商业等不同性质的建筑群区域对公园绿地都有一定的需求。以往的人口数据多针对居住区，这就导致城市中其他区域缺乏绿地。 （3）城市新区的人口数据随建筑的建设稳步增加。根据新城区的建筑人口容量分析公园可达性，可避免公园建设滞后建筑建设，为城市后期人口聚集和发展做准备。

以河南省南阳市城市建成区为研究区，采用Google earth影像图人工识别，提取城市建筑基层面积与建筑高度，通过抽样调查法测算不同高度的建筑人口容量。利用网络分析的方法分别计算出市民5，15，30和60 m in步行区域。最终将建筑人口容量数据与网络分析结果进行叠加，分析探讨南阳市现有城市公园绿地分布合理性以及公园面积是否满足市民需求，以期为南阳市的可持续发展和未来城市规划建设提供科学依据。

1 研究方法与资料收集

1.1 城市公园服务半径研究方法

以往文献中城市公园的服务半径分析，多根据公园的级别划分相应的圆形服务半径，这样的公园服务半径分析忽略了城市路网因素，得出的服务半径与公园的真实服务能力相差悬殊，因此，只能抽象定性地表征城市公园服务范围。利用网络分析的方法研究公园的服务半径则可以减少这一误差，该方法用市民步行速度模拟人进入公园这一过程，依赖完善的道路网络数据［15］，通过网络数据建立网络模型。网络模型是指现实世界中存在的各种网络系统 （如交通物流网、通信网、暖气管网、给排水管网等）的抽象表示，构成网络模型的最基本元素是线性实体及这些实体的连接交汇点，前者称为网线或链，后者称为节点。一个基本的网络主要包括中心、链、节点和阻力［16］，如图1所示。网络分析法的原理可以用图2形象地表示，假设在图中所示的范围内，道路呈方格网状 （40 m×40 m）布置，人行走的速度为1 m·s-1，且在路网中心有一个源点，各个道路段的相应阻力值为40 s，服务半径依次设置为50，100和150 s。系统会自动捕捉离源点距离最近的一条路径，计算机通过路径的叠加运算形成服务半径的面，最终形成50，100和150 s服务范围。

图1 网络模型构成的基本元素

图2 网络分析法原理

1.2 城市建筑人口容量研究方法

城市人口分布与一个城市的自然条件、社会习俗、城市规划等因素相关。在我国，综合性的人口普查至少每10年能进行一次，并且调查的人口数据都是在某一行政区范围内，不能准确反映某一特定区域人口的确切情况［14］。传统统计方法是利用GIS来表现人口分布的：首先为统计单元建立多边形界数据库，然后把人口作为这些多边形的属性数据进行存储，各种分析和操作均基于这一系列统计单元［17］。这种方法在进行人口、资源环境、社会经济发展的宏观研究时比较方便，但是当进行微观尺度的空间分析时就会出现问题［18］。由于研究所需的建筑人口容量为城市建成区尺度下的数据，传统的人口统计方法很难借鉴。文章通过高分辨率的卫星影像，采用人工目视解译的方法在A rcgis 9.2平台绘制南阳建成区建筑分布图继而统计建筑人口容量。人工目视法提取信息，是通过地物的形状、大小、色调、位置、纹理等特征进行对照分析，从遥感影像上识别各类目标，定性、定量地提取目标的分布、结构、功能等有关信息［19］。随着一些高分辨率商用卫星的发射，利用卫星图像进行建筑物高度估算的研究越来越成熟。建筑物在遥感图像上不仅有本身影像，同时还有阴影的影像，阴影在图像中表现为低亮度值，因而容易识别。阴影也有形状、大小、色调和方向性等特点［20］。理论上，只要得到卫星数据的参数信息和建筑物阴影长度，就可以计算出建筑物的高度。特殊情况下，无法获得卫星成像时的参数信息时，可以通过当地某建筑物的实际高度与阴影长度的比值，推算其他建筑物的高度信息。

通过实地调研随机选取20个100 m×100 m的样方点，统计样方点内的建筑人口容量。样方内的建筑功能多样，有商业建筑和居住建筑，还有企事业单位建筑。由于通过卫星影像很难区分建筑的功能，而且南阳市最新的用地性质图还无法获得，导致严格按照建筑功能区分一些商用民用混合建筑的成本过高，因此本研究不具体区分建筑的功能。

为直观方便的了解南阳市建筑信息，首先对建筑进行3D模拟，然后结合调研信息推算建筑人口容量。建筑3D模拟是在Arcscan平台上对卫星影像提取的建筑垂直投影面积和建筑高度2个数据进行三维建模。

1.3 资料收集

该研究所涉及的资料主要包括：2005-2010年南阳市绿地系统规划图和2013年Google earth高清影像 （分辨率0.5 m2）。

网络分析所用交通数据是南阳市绿地系统规划中的道路数据。截止目前南阳市仍然存在大量规划公园未建设完成，所以无法从Google earth影像中获取这些公园入口的数据，此部分公园入口被假定在公园临近道路交叉口的位置。

2 数据分析

2.1 建筑物的层高与人口容量的空间分布特点

通过建筑模拟，得出南阳市3D建筑布局图，如图3所示。调研发现南阳市3层及3层以下的建筑多为村民自建的城中村和一些临街商铺，以及部分厂房。而4～6层的建筑多为旧的居住小区和企事业单位。7～11层的建筑以居住小区和写字楼为主，含有部分企事业单位。12～18层建筑以居住建筑居多，并且临街建筑的底层多为商铺或者商铺与居住混用。19层以上建筑多为新建小区，以及部分高端写字楼。通过对20个样方综合分析得出，建筑人口容量与建筑层数呈正比关系。小于等于3层建筑每百平方米3人口，4到6层建筑每百平方米15人口，7到11层建筑每百平方米35人口，12到18层建筑每百平方米50人口，19层以上建筑每百平方米70人口。

图3 南阳市3D建筑布局图

2.2 公园服务半径分类

分析以往调查数据发现，步行到城市公园绿地的居民约占90%，其中80%是为游憩、观赏、娱乐和锻炼而来的，并且93%的公园使用者都来自步行半小时的范围内，所以大多的研究都只考虑步行方式的交通成本。研究表明，人一般希望步行3～5 min即可到一处公园绿地，人正常的步行速度为5～7 km·h-1，十字路口平均等待时间为30 s。因此在公园的服务半径分析中，以30 m in为公园可达性的临界点，具体分为4类，分别为0～5 min步行可达公园区、5～15 min步行可达公园区、15～30 min步行可达公园区，30～60 min步行可达公园区 （表1）。

表1 公园服务范围与人口数据值

2.3 基于建筑物人口容量的公园可达性分析

如表1所示，4类地块总面积为13 173 hm2，公园总面积为1 057 hm2，总建筑人口容量为980万人。其中占城市总用地面积最多的是5～15 min步行区域，为4 687 hm2，占研究区域总面积的35.6%，约422万人，同时也是人均土地面积最小的区域，为11.1 m2·人-1，为人口密度最大区域。占城市总用地面积最少的是30～60 min步行区域，为1 868 hm2，仅占研究区域总面积的14.2%。由此可知，南阳市建筑的布局特点即建筑人口容量的分布特点：以公园入口为中心，步行5～15 min区域建筑密度最高，建筑人口容量最大；距离公园最近区域和最远区域建筑密度相对较小，建筑人口容量相对较小。

图4 网络法分析公园服务半径图

将公园图层与这4类地块叠加分析，可以得到公园面积在这4类地块中所占比重，结果如图4所示。公园面积由0～5 min步行区的746 hm2快速衰减到30～60 min步行区的0 hm2，表明在15～30 min区域内虽然有26 hm2的公园绿地，但市民进入公园依然需要耗费至少15 m in的步行时间，这也印证了现实生活中居住在公园周边的居民，由于围墙的阻隔，无法快速便捷地进入公园的事实。为验证路网因素对可达性的影响，采用删除路网因素的缓冲区法进行对比验证，结果表明，删除城市路网因素后公园图层全部落入0～5 m in步行区域，即不存在紧邻公园却无法进入公园的现象 （图5）。

图5 缓冲区法分析公园服务半径

3 小结和讨论

以城市公园绿地为研究对象，通过网络分析的方法结合建筑人口容量数据，得出南阳市5～15 min步行区域占城市总用地面积比例最高，此区域建筑人口容量最大，人均公园绿地面积较少，建议增加此区域公园面积。南阳市30～60 m in步行区域占城市总用地面积比例最低，主要分布在白河北岸老城区，建议多在此区域建设小型街头公园。

由于人口基数过小，在传统的城市 “三绿”指标中，人均公园绿地面积的统计结果往往低于市民感受值。由Google earth高清影像模拟得出的建筑人口容量数据，可以很好地弥补统计人口数据偏小的问题。由表1可知，以南阳市的建筑人口容量为人口基础数据计算得出南阳市人均公园绿地面积为1.08 m2·人-1，此数值与市民感受值较为符合。由此可知，南阳市公园绿地面积严重不足，无法满足城市需求。

基于建筑人口容量的可达性分析方法简单易行，弥补了传统人均公园指标的缺陷，能够优化公园空间布局。人均公园指标的缺陷如下：首先，人口数据与公园绿地数据不在同一时期。在以往绿地系统规划中人口数据多采用人口普查数据，具有一定的滞后性，同时也忽略了流动人口。第二，人均公园指标不能够限定公园的空间位置，无法规范公园布局。采用建筑人口容量数据替代传统的人口普查数据，能够提高城市绿地面积，更好地满足居民需求。可达性分析则能够优化公园的空间布局，然而在公园可达性方面仍然存在很多不足之处，例如怎样将公园吸引力因素融入进去，以及交通方式的不同对可达性的影响。以建筑人口容量数据分析评价公园绿地的面积，虽然可以平衡建筑与绿地发展的关系，但依然没有一个统一的定量指标来有力证明其合理性。对于不同尺度的城市，划定的指标是否适用，以及如何将指标划分等级以使不同城市逐步实现目标等问题依然有待研究。

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（责任编辑：侯春晓）

TU986；P901

A

0528-9017（2015）04-0492-04

10.16178/j.issn.0528-9017.20150418

2015-01-19

徐彦秒 （1987-），男，硕士研究生，主要从事3S技术在绿地规划中的应用等方面的研究工作。E-mail：xuyanmiao8888 @126.com。

何瑞珍（1970-），女，副教授，博士，主要从事3S技术在绿地规划中的应用等方面的研究工作。E-mail：hrzzjd@163.com。

文献著录格式：徐彦秒，曹娓，何瑞珍.结合建筑人口容量的南阳市公园可达性分析 ［J］.浙江农业科学，2015，56（4）：492-496.