南方城市综合公园避雨设施可达性研究——以赣州中央公园为例

戴忠炜,姜禹,曾真,樊宵雷,李霄鹤,兰思仁*



南方城市综合公园避雨设施可达性研究——以赣州中央公园为例

戴忠炜1,2,姜禹1,2,曾真1,樊宵雷1,李霄鹤1,2,兰思仁1,2*

1. 福建农林大学, 福建 福州 350002 2. 国家林业与草原局森林公园工程技术研究中心, 福建 福州 350002

南方城市雨季频繁，城市综合公园作为高密度人群区域，构建避雨设施可以缓解突发降雨和台风等气象对游客造成的威胁，为游客提供避雨停留的重要功能。以赣州中央公园为例，基于GIS的费用加权距离法，结合游人的行进时间成本，分析了公园避雨设施的可达性与服务情况。结果表明：（1）基于费用加权距离法来分析公园避雨设施的可达性，可以真实模拟游人的避雨过程，此方法较为真实准确；（2）赣州中央公园的避雨设施可达性有待优化，行人在0~30 s、0~60 s内能到达避雨设施的区域分别占公园可通行路面的比例为42.42%和65.43%；（3）赣州中央公园可以同时承载1894人进行避雨，占公园最大游人容量的26.12%，需进一步加强。

公园避雨设施; 费用加权距离法; GIS

城市综合公园是城市的绿肺，是市民休闲娱乐的城市绿色会客厅，它对保障城市环境的可持续性，维护居民的身心健康起着至关重要的作用，也是人们精神文明生活的重要载体[1]。公园避雨设施如公园内的亭、台、楼、阁、廊、榭等具有承载避雨功能的构筑物，是能够为游客在公园内游憩时提供避雨功能的基础设施。应对南方城市时常突发的大暴雨和台风等天气[2]，在高密度人群聚集区域的城市综合公园内构建避雨设施，此意义重大。用可达性来评价公园避雨设施的服务能力，可以科学客观地反映它的空间分布格局与服务公平性。

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(Space resistance)大小，常用距离、时间和费用等指标来衡量[3]。目前可达性的研究方法主要有缓冲区法、最小邻近距离法、网络分析法、费用加权距离法等。这些方法从不同的原理和算法来分析服务设施的空间可达性，但是缓冲区法和最小邻近距离法忽略了障碍物对到达目的地过程的影响，得出的结果高估了服务设施的可达性[4]；而费用加权距离法，以对研究区域分类的栅格数据为基础，通过对不同用地类型设置不同的阻力值（距离、时间、费用）来分析其服务设施的可达性，此方法较为科学客观。例如俞孔坚等基于GIS的费用加权距离法，对中山市的不同土地利用类型设 置阻力值，来分析其城市绿地系统总体可达性[3]；宋秀华等以泰安城区QuickBird数据资料为基础，在地理信息系统(GIS)技术支持下，采用成本加权距离法，对城市公园绿地现状和规划进行了可达性分析[5]；王振波等基于中国空间全覆盖的矩阵形式栅格数据，运用GIS的费用加权距离法，定量评价了渤海海峡跨海通道的修建对我国交通可达性的改进程度[6]；尹伟海等基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下，运用景观可达性的概念与原理，采用费用加权距离法，对济南市整体绿地系统和公园与广场绿地可达性的时空动态变化及其原因进行了分析[7]。以上显示了费用加权距离法在诸多领域可达性分析的应用，具有较优的普遍性和科学性。

该方法在市域空间为尺度的可达性分析得到了广泛的应用，但是以单位公园为尺度的相关研究，国内还未见报道。本次研究对公园内部每个不可通行的障碍物、植被群落、湖区用地、通行路面等区域进行精准识别，并赋予相应的时间成本，模拟游人寻求最近避雨设施的真实路径，较传统的缓冲分析法更为科学精确。本文基于GIS的费用加权距离法对赣州中央公园避雨设施的可达性进行定量分析与评价，以期为今后城市综合公园内部避雨设施的空间布局提供决策与支持。

1 研究区域概况

赣州中央公园位于赣州市章江新区中央金脊中部，是集休闲、景观、生态、湿地、蓄洪、排涝于一体的功能型主题公园,公园占地435164 m2，其中湖区占地174756 m2。公园的设计以园内中心湖区为景观核心，以乡土文脉为线索，以水绿风光为基质，以各具主题的休闲活动为特色。中央公园的建设，优化了城市的生态功能，助力激发章江新区的活力。

研究区域的所在地－赣州，属典型的亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。赣州春季阴雨连绵，3~5月全市的平均雨日为55 d，大风、冰雹、暴雨等灾害性天气为40站次左右；6月全市平均雨量为254.3 mm，该月平均暴雨17站次，是全市最易发生洪涝灾害的主汛期[8]。赣州中央公园位于章江新区的商业中心地带，属于高密度人群聚集地，游人数量众多。积极应对城市突发降雨等天气，为游客构建避雨设施，对整个公园的服务体系具有重要的意义。

2 研究方法

2.1 数据来源

研究所需的数据来源于2017年7月5日的Google earth卫星影像，利用Arc GIS 10.2结合实地踏查提取赣州中央公园的各个用地的信息，对其进行配准、数字化，建立相应的数据库。数据库包括赣州中央公园内部的用地类型和用地面积，如通行路面、湖区用地等。

表 1 赣州中央公园公园用地类型概况表

2.2 时间成本的确定

在做计算之前，首先考虑赣州中央公园的面积，将栅格网的大小设置为1 m×1 m。参考相关研究，设定游人在通行路面快速行走的速度为2 m/s，这样可以得到游人在通行路面上行进每1 m所需要的时间成本为0.5 s。对于植被群落、湖区用地设置1000 s，即表示不能通过。对每个用地类型的栅格网络设置相对应的时间成本，避雨设施用地为我们研究的目的“源”，所以对其设置为空值。最后，将矢量数据转换为栅格数据，使用Arc GIS中的Distance/Cost Weighted工具，进行公园避雨设施可达性的计算，生成研究区避雨设施可达性结果图。

图 1 赣州中央公园用地平面图

表 2 行人在公园不同用地上的时间成本

2.3 可达性分析方法及过程

费用加权距离法是计算每个单元到距离最近、成本最低源的最少累加成本或最短加权距离。它不是计算到另一点的直线距离，而是根据每个单元到源的距离和穿越沿途的成本，来计算每一个单元到其最近源的累加通行成本。本文采用基于GIS的费用加权距离法，通过赋予公园不同用地的时间成本，从而模拟游人真实的避雨过程。此方法通过把研究区域栅格化，计算每个栅格单元到“源”的最小累计成本，公式为[9]：

式中，C表示第个单元的成本值，C+1是指沿运动方向上的第+1个单元的成本值；为栅格单元的总数。式（1）中的上分式表示通过成本栅格表面垂直或平行的方向上的费用加权计算进；下分式表示通过成本栅格对角线方向的费用加权计算。

本次研究，基于费用加权距离法的城市综合公园避雨设施可达性的主要计算过程为：

（1）确定费用加权距离法的源。从赣州中央公园土地类型利用图上提取出避雨设施有效区域确定为可达性分析的源，将其转换成1 m×1 m的栅格数据；

（2）费用加权距离法的时间成本设定。将研究区域栅格化，每个栅格单元大小为1 m×1 m，分别对公园不同路面材质的栅格单元上赋予行进1 m所需要的时间成本；

（3）费用加权距离法的可达性计算。基于Arc GIS软件平台，使用Arc GIS中的Spatial Analyst 工具模块中的Distance/Cost Weighted工具，进行公园避雨设施可达性的计算，生成研究区公园避雨设施可达性结果图，并将可达性结果转换为时间等级。

3 结果分析

3.1 避雨设施服务评价

赣州市中央公园的建设注重“虽由人作，宛自天开”，可分为五大功能区：广场娱乐活动区、溪林探幽游憩区、生态运动休闲区、湿地风光游览区、中央湖区[10]。其中避雨设施面积为2842 m2，占整个公园面积的0.65%。以市区级公园人均占有面积60 m2来计算，赣州中央公园的最大游人容量为7252人。通过统计公园各个避雨设施的可承载人数，可以得出公园避雨设施的总承载人数为1894人，仅为最大游人容量的26.12%，可见赣州中央公园的避雨设施承载力较弱。在避雨设施服务能力上，生态运动休闲区的避雨设施面积仅为90 m2，只可以承载60人进行避雨，严重不足；广场娱乐活动区和溪林探幽游憩区的避雨设施在数量上不少，但都为体量较小的避雨设施，所以导致可承载人数较为一般；由于湿地风光游览区有体量较大的亭廊等避雨设施，且数量较多，所以可承载游人的数量最大，服务能力是所有功能区中最优。

表 3 赣州中央公园的避雨设施服务情况

注：可承载人数（人）等于避雨设施面积（m2）除以1.5 m2/人。

Note: Persons for using rain shelters = area/ 1.5 m2/person.

3.2 公园避雨设施可达性评价

据上述方法，计算出每个网格的可达性指数，将结果分为16个等级，最后得出赣州市中央公园避雨设施可达性空间分布情况(图2)。

图 2 赣州中央公园避雨设施可达性

赣州中央公园避雨设施可达性一般，从图2可以看出公园大部分的区域的避雨设施可达性指数在100 s之内，且有些区域的可达性指数大于120 s。湿地观光游览区有体量较大的亭廊等避雨设施，且数量达到5个，所以此区域的可达性较好；生态运动休闲区的路网密度大，蜿蜒曲折，但此区域的避雨设施空间布局上过于集中，许多通行路面距离避雨设施太远，导致可达性指数大于100 s的通行路面较多；广场娱乐活动区避雨设施的空间布局较为均衡，但在数量上不足，导致2个入口广场区域的可达性较差，无法全覆盖；溪林探幽游憩区的避雨设施数量达到6个，但在人群密集的一级环路上缺少避雨设施的布局，导致此通行路面的可达性大于120 s。进一步分析得赣州中央公园避雨设施空间可达性分布面积和频率见（表4）。

表 4 赣州中央公园避雨设施空间可达性分布面积和频率

图 3 赣州中央公园避雨设施可达性时间等级分布趋势图

通过（表4）可以看出，游人在0~10 s内能到达避雨设施的区域占公园可行走面积比例为23.26%，在0~30 s内能到达避雨设施的区域占公园可行走面积比例为42.42%；在30~60 s到达避雨设施的区域占公园可行走面积的23%，而在0~60 s到达避雨设施的区域的比例为65.43%，占据公园可行走面积的较大比例。当公园突发暴雨的时间，游人在30 s内能到达就近的避雨设施，可以减轻被大雨淋湿的伤害，达到较优的避雨体验。游人到达就近避雨设施的时间若大于60 s，则被雨水淋湿的伤害较大，体验较为不佳。赣州中央公园最弱的避雨设施可达性指数为150~160 s，仅占公园可行走面积比例的0.33%，且可达性指数在120~160 s的比例为3.49%，此比例较小。总之，赣州中央公园需要进一步提高可达性指数在0~30 s和0~60 s的可通行路面的比例，只要这样才能提升整个公园的避雨服务能力。

在各个时间等级空间上的分布频率中，0~10 s这个时间段的面积分布最广，在150~160 s这个时间段的分布面积最小。时间等级在90 s内的面积分布占据了可通行面积的88.26%，这占据了公园可通行面积的绝大部分。从分布面积的走势来看，等级1到等级3之间，呈现急剧骤降的趋势；在等级3到等级12呈现波动状态地缓慢下降的趋势；在等级12到16之间，呈现缓慢下降趋势（图3）。这是由于避雨设施周围较多是空旷大面积的硬质通行路面，游人在此范围内可以快速穿梭，所以有很大面积通行路面的可达性指数很高；而距离避雨设施较远区域的通行路面几乎都是曲径蜿蜒的道路，它的面积较小，所以导致时间等级越大的区域，所占公园可通行路面的比例越小。

4 结论

（1）实践证明,基于GIS的费用加权距离法可以实现空间可达性概念从定性描述转向定量计算的精确转换。尤其此方法可以精准识别公园内不可通行的障碍区域和可通行的真实路径，从而模拟游人快速行走到距离最近的避雨点,得出的结果较为科学准确。

（2）避雨设施的可达性是衡量城市公园服务能力的重要的指标，快速到达就近的避雨设施，可以给游人及时提供避雨,减轻被大雨淋湿的风险。赣州中央公园的避雨设施可达性有待提高，行人在0~30 s、0~60 s内能到达避雨设施的区域占公园可通行路面的比例分别为42.42%和65.43%。因此，赣州中央公园需要进一步加强避雨设施的建设与布局，对避雨设施可达性较弱的区域增加布置避雨设施，让可达性服务更加均衡。

（3）赣州中央公园避雨设施的总承载人数为1894人，为最大游人容量的26.12%，在承载力上需要进一步加强。在公园避雨设施营建与布局优化上，要依据公园最大游人容量和不同区域的人群密集程度。在公园人群密集区，放置承载力较强的避雨设施，且整个公园避雨设施的布局需要均衡，避免盲点的存在。

5 结语

避雨设施作为城市公园内部重要的基础设施，对公园服务体系的构建与提升具有重要的意义。本文论及的公园避雨设施空间可达性研究，提出了公园避雨设施的可达性服务指标与布局优化建议，但仍存在一定欠缺。第一，没有讨论栅格划分的精度对结果的影响；第二，由于游人在寻求就近避雨设施的过程会有盲动性和随机性，本研究没有考虑地势起伏、视线遮挡等因素对游人选择就近避雨点的影响，导致分析结果存在一定不足，后续研究将继续深入探讨。

[1] 徐欢,朴永吉,付晖.关于城市综合性公园地域特色塑造的研究[J].山东农业大学学报:自然科学版,2009,40(1):162-165

[2] 车伍,唐宁远,张炜,等.我国城市降雨特点与雨水利用[J].给水排水,2007(6):45-48

[3] 俞孔坚,段铁武,李迪华,等.景观可达性作为衡量城市绿地系统功能指标的评价方法与案例[J].城市规划,1999,23(8):8-11,43

[4] Nicholls S. Measuring the accessibility and equity of public parks: a case study using GIS.[J]. Managing Leisure, 2001,6(4):201-219

[5] 宋秀华,郎小霞,朴永吉,等.基于GIS的城市公园绿地可达性分析[J].山东农业大学学报:自然科学版,2012,43(3):400-406

[6] 王振波,徐建刚,孙东琪.渤海海峡跨海通道对中国东部和东北地区交通可达性影响[J].上海交通大学学报,2010,44(6):807-811

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[8] 中国天气.赣州气候概况[EB/OL]. http://www.weather.com.cn/jiangxi/jxqh/jxcsqhtd/11/1182618.shtml,2011-11-3/2018-5-20

[9] 靳诚,陆玉麒,范黎丽.基于公路网络的长江三角洲旅游景点可达性格局研究[J].自然资源学报,2010(2):258-269

[10] 陈鸿宾.城市建设新成就--江西赣州“城市中央公园”[J].城市建设理论研究:电子版,2011. http://www.wanfangdata.com.cn

Study on the Accessibility of Rain Shelter Facilities in Urban Parks—A case of Ganzhou Central Park

DAI Zhong-wei1,2, JIAN-Yu1,2, ZENG Zhen1, FAN Xiao-lei1, LI Xiao-he1,2, LAN Si-ren1,2*

1.350002,2.350002,

The rainy season is frequent in Chinese southern cities. As a high-density population area place，urban park can cope with sudden rainfall and typhoon for visitors by constructing rain-shelter facilities in its interior and provide security for visitors. Based on GIS cost-weighted distance method and the travel time cost of visitors, we can simulate the accessibility and service of rain shelter facilities in Ganzhou Central Park. The results show that: 1) Based on GIS cost-weighted distance method, we can assign to simulate the rain shelter process of visitors, which is more realistic and accurate. 2)The accessibility of rain-shelter facilities in Ganzhou Central Park needs to be optimized. The areas where pedestrians can reach the rain-shelter facilities within 0-30 s and 0-60 s accounted for 42.42% and 65.43% respectively. 3) The rain-shelter facilities in the park could accommodate 1894 people, accounting for 26.12% of the park's largest tourist capacity, which needs to be further strengthened.

Park rain shelter facilities; cost-weighted distance method; GIS

TU986.5+1

A

1000-2324(2019)01-0133-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.030

2018-06-08

2018-09-13

国家林业与草原局森林公园工程技术研究中心资助项目(PTJH15002)

戴忠炜(1994-),男,硕士研究生,主要从事城市林业与管理研究. E-mail:2326068789@qq.com

Author for correspondence. E-mail:lsr9636@163.com