基于GIS网络分析的城市公园绿地布局研究

邢晓娟，李翅，董明，刘艺，甄一男，娄维思

(1.北京市测绘设计研究院，北京 100038； 2.城市空间信息工程北京市重点实验室，北京 100038；3.北京林业大学，北京 100083)

1 引 言

随着城市建设的不断扩大，城市的生态环境逐渐遭到破坏，对于城市绿地的侵占现象日益严重。如何判断一个城市的公园绿地布局是否合理，能否满足居民日常活动的需求，是城市公园绿地布局的重要指标。20世纪80年代初期，随着计算机技术的快速普及以及GIS技术的迅速发展，基于GIS的空间网络分析对于设施服务区的分析已经在商业规划、城市规划等多个方面有了应用。如程林就基于GIS进行了长春市中心城区大型超市服务区分析；杨俊等进行了网络可达性与服务范围绿地空间分异研究；王琳等基于GIS进行了地铁站步行可达性的研究。

GIS空间网络分析目前主要应用在对于现状的各类服务设施的布局评价，而对于城市公园绿地系统规划布局的分析应用较少。依据公园绿地的定义，公园绿地主要服务本地区的居民，服务范围以服务居住区为主，所以在规划中一般以服务范围覆盖居住区用地为标准。以往对于城市公园绿地的布局评价多利用缓冲区分析来进行公园服务半径分析，单纯以划分缓冲区作为公园绿地的服务面积忽略了交通这一重要因素，在分析结果上并不十分全面。利用GIS的网络分析为城市公园绿地布局优化提供了一个很好的分析途径，可以弥补传统方法中缓冲区分析对于服务半径分析的不足，也可以为城市规划中“城市体检”及城市规划评估提供可行的分析途径。

本文利用GIS的网络分析法，来分析城市公园绿地系统规划布局的合理性，以此来优化城市公园绿地系统的布局。

2 研究方法及技术路线

2.1 研究方法

本文的主要研究方法为GIS的缓冲区分析和网络分析。技术路线图如图1所示。

(1)缓冲区分析

本文的缓冲区分析以各类公园绿地用地为基础，以其对应的服务半径为宽度，建立缓冲区多边形，从而得到公园绿地的服务区范围。

(2)网络分析

本文的网络分析是指构建交通网络模型后，利用Network Analyst模块的新建服务区功能来计算公园绿地在服务半径内能覆盖的区域。

2.2 技术路线

(1)数据准备

根据《城市绿地分类标准》CJJ/T 85-2002对各类绿地服务半径的规定，综合公园G11(包括全市性公园G111和区域性公园G112的公园服务半径为 2 000 m～3 000 m，社区公园G12中的居住区公园G121的服务半径为 500 m～1 000 m，社区公园G12中的小区游园、专类公园G13、带状公园G14、街旁绿地G15的服务半径为 300 m～500 m。如表1所示。

图1 技术路线图 《城市绿地分类标准》CJJ/T 85-2002对各类绿地服务半径 表1

根据各类公园服务半径的不同将规划公园绿地分为三类，分别存储为3个单独dwg文件，导入ArcGIS软件，转化格式为shp文件。

针对道路中心线图层，利用编辑工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，将道路中心线交汇点打断。对Catalog中的道路中心线新建Network Dataset，设置相关数据指标，即得到矢量网络数据模型。

(2)数据分析

①缓冲区分析

对已经分类规划公园绿地的3个shp文件进行缓冲区buffer分析，得到缓冲区分析结果，可以看到传统缓冲区绿地服务半径分析得到的服务范围。

②网络分析

将分类规划公园绿地的3个shp文件利用【Feature To Point】工具进行转化，将每个公园绿地转变为绿地中心点作为网络分析的起点。

通过【Network Analysis】中的【New Service Area】工具建立新的服务区，将上一步中的网络分析起点作为设施点导入Facilities，在属性的分析设置中设置中断距离，即生成相应的距离服务区。

(3)分析结论

①出图：设置图纸整饰内容，分别出图。

②针对传统的缓冲区分析和网络分析进行城市公园绿地分布布局的评价，从而得到城市公园绿地布局优化建议。

3 研究区域概况及分析结果

3.1 研究区域概况

北部新城，是常德中心城区“一城三片”之一的江北老城区向北拓展的区域，具有独特的山水交融的自然条件。规划区范围地势平坦，高程(黄海高程)多为 30 m～33.5 m；片区内鱼塘、堰、渠较多，现状用地主要为耕地和水域以及部分居住、公共设施用地、工业、仓储、道路广场用地、市政设施、绿地、村民住宅用地。规划建设用地面积为 23.40 km2(如图2所示)。

图2 常德市北部新城区位图

3.2 研究区域规划绿地指标情况

根据《常德市北部新城城市绿地系统规划2013-2030年》中的规划指标，远期至2030年，北部新城的规划建设用地面积为 23.40 km2，人口26万人，绿地总面积达15.79平方公里，绿地率53.74%。其中，公园绿地面积达 5.27 km2，人均公园绿地 20.29 m2/人。通过和《国家园林城市标准》的基本指标对比，可以看出，北部新城的绿地系统规划的指标水平已经达到了全国领先的水平。但对于绿地的可达性并没有具体的定性指标，所以本次研究以绿地系统规划中规划公园绿地为研究对象，分析北部新城公园绿地的分布情况(如表2所示)。

《国家园林城市标准》与北部新城绿地系统规划指标对比 表2

3.3 分析结果

(1)缓冲区分析

①公园绿地分类

依据《城市绿地分类标准》对城市各类公园绿地服务半径的规定，在《常德市北部新城城市绿地系统规划2013-2030年》中规定，各类公园绿地的服务半径如表3所示：

北部新城各类公园绿地规划服务半径 表3

针对各类绿地的服务半径将公园绿地分为三类，分别是 500 m服务半径公园绿地，包括小区游园(G122)、专类公园(G13)、带状公园(G14)、街旁绿地(G15)；1 000 m服务半径公园绿地，包括居住区公园(G121)；2 000 m服务半径公园绿地，包括全市性公园(G111)、区域性公园(G112)。如图3所示：

图3北部新城公园绿地分类

②缓冲区分析

针对500 m服务半径公园绿地、1000 m服务半径公园绿地、2 000 m服务半径公园绿地分别进行 500 m缓冲区分析、1 000 m缓冲区分析、2 000 m缓冲区分析。

500 m缓冲区分析：以500 m公园绿地的Polygon图层为要素，利用Analysis Tool的buffer工具进行500 m缓冲区分析。分析结果如图4，可以看出500 m服务半径绿地已经覆盖约85%的居住区用地，只有南部和东南部部分居住用地未被覆盖。

图4 北部新城500 m服务半径公园绿地缓冲区分析

1 000 m缓冲区分析：以1 000 m公园绿地的Polygon图层为要素，利用Analysis Tool的buffer工具进行 1 000 m缓冲区分析。分析结果如图5，通过统计发现 1 000 m服务半径绿地覆盖62%的居住用地，位于规划区中部、西部、东南部有大部分居住用地未被覆盖。

2 000 m缓冲区分析：以2 000 m公园绿地的Polygon图层为要素，利用Analysis Tool的buffer工具进行 2 000 m缓冲区分析。分析结果如图6，通过统计发现 2 000 m服务半径绿地覆盖86%的居住用地，位于规划区东南部有大部分居住用地未被覆盖。

图6 北部新城2 000 m服务半径公园绿地缓冲区分析

通过将500 m缓冲区、1 000 m缓冲区、2 000 m缓冲区叠加分析发现(如图7所示)，北部新城的公园绿地服务面积已经能够全部覆盖居住用地，在传统意义缓冲区服务半径分析中，规划的公园绿地已经能够满足服务所有居住用地的需求。因此在传统意义上已经达到了城市绿地系统规划标准的指标要求。

图7 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服务半径公园绿地缓冲区分析

(2)网络分析

①构建网络数据模型

将北部新城的道路中心线图层单独储存为道路中心线dwg文件导入ArcGIS软件，转为道路中心线shp文件。针对道路中心线shp文件，利用编辑工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，将道路中心线交汇点打断。若要建立合理正确的网络数据模型必须确保每一个道路中心线交汇点都已经被打断，因为在计算网络分析的时候，默认可以在道路中心线的打断点进行转弯。确认每一个交汇点都已经断开之后，对Catalog中的道路中心线shp新建Network Dataset，设置相关数据指标，即得到矢量网络数据模型。网络数据模型构建完毕后将参与到道路中心线网络数据的所有要素添加到地图后，可以发现ArcGIS软件中新增了两个要素，分别是【道路中心线_ND】代表网络数据集和【道路中心线_ND_Junctions】代表道路中心线交汇点，如图8所示。

图8 构建网络数据模型

②设置设施点

默认为每一块公园绿地为一个设施点，由于规划图内并没有公园绿地的出入口，所以设置每块公园绿地的几何中心点为设施点，即网络分析的起点。

③服务区分析

500 m服务区分析：利用【Network Analysis】中的新建服务区功能，将服务半径为 500 m的公园绿地几何中心设置为设施点，在属性设置中断距离为 500 m，点击【slove】求解即得到公园绿地的 500 m服务区范围，这个服务区范围就是以公园绿地的几何中心为起点，沿着路网行走 500 m所能到达的范围。如图9所示。可以看出，按照网络分析后，不仅仅是东南部有大部分居住用地没有被绿地服务范围覆盖，在西南部、中部也有大部分没有服务到的居住用地，可见 500 m服务半径的绿地服务能力还有很大的不足。通过统计，仅能够为73%的居住用地提供服务。

1 000 m服务区分析：如图10所示。同500 m服务区分析方法，利用【Network Analysis】中的新建服务区功能，将服务半径为 1 000 m的公园绿地几何中心设置为设施点，在属性设置中断距离为 1 000 m，通过求解即得到公园绿地的 1 000 m服务区范围，这个服务区范围就是以公园绿地的几何中心为起点，沿着路网行走 1 000 m所能到达的范围，仅占居住用地的35%。

2 000 m服务区分析：同样用上述方法，可以得到以公园绿地的 2 000 m的服务区范围，这个服务区范围是以公园绿地的几何中心为起点，沿着路网行走 2 000 m所能到达的范围，约占居住用地78%，如图11所示。

图9 北部新城公园绿地500 m服务区分析

图10 北部新城1 000 m服务半径公园绿地服务区分析

图11 北部新城2 000 m服务半径公园绿地服务区分析

通过将500 m网络服务区、1 000 m网络服务区、2 000 m网络服务区叠加分析发现(如图12所示)，北部新城的公园绿地服务区并没有能够覆盖所有的居住用地，如在规划建成区的东南部，仍有12%的居住用地没有任何绿地服务区覆盖，这导致这部分的居住用地并不能够有便捷到达的公园绿地。

图12 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服务半径公园绿地服务区分析

(3)对比分析结果

通过分析缓冲区分析和网络分析结果，两者有很大的差异，通过表4的统计对比可以看出，传统的绿地服务面积分析和网络分析是有很大差别的。而根据现实情况，人们由居住区前往绿地，都是以道路作为自己的行走路径，因此，从现实角度看基于网络服务区的分析相对比较客观。

两种分析方法指标对比 表4

4 结论与展望

通过对北部新城的公园绿地进行缓冲区分析和网络分析，我们可以看出，同样对于公园绿地进行 500 m、 1 000 m、 2 000 m的服务范围分析，不同的方法得到的结论并不相同，结论如下：

首先，对于公园服务范围的分析，网络分析更符合客观事实。传统意义上的缓冲区分析只能够以公园绿地为基准向外划出一定的服务范围，而这个服务范围只能够在图上表示，而放到现实生活中，人们真正到达公园绿地，是借由道路路径到达的，这是人们生活的客观事实，所以在考虑公园服务范围时必须将人的路径考虑进来，因此基于网络分析的服务区分析更符合客观事实，得到的结论也相对更加符合现实。

其次，部分公园绿地服务范围未能覆盖的居住用地，应适当增加公园绿地，以确保公园绿地服务全覆盖。按照网络分析，传统分析中已经有公园绿地服务范围覆盖的居住用地可能在现实情况中不能够有公园绿地服务覆盖，因此这种方法在城市绿地系统规划过程中具有很强的指导作用，能够优化城市公园绿地布局，使公园绿地分布更加合理。

最后，由此可以延伸出，还可以利用网络分析方法来进行城市规划其他方面的研究。本研究是将公园绿地作为设施点进行服务区分析，同理可以利用本方法进行商业设施、公共服务设施等分析，来分析设施现状和规划的布局是否合理。

目前，GIS作为一种有效的分析方法，已经在城市规划的各个方面进行了有效应用，随着“大数据”时代的到来，GIS强大的分析功能能够为城市规划中的各项研究提供服务，而网络分析作为GIS网络分析中一个重要的功能，能够为“城市体检”和城市总体规划评估提供更加客观真实的分析功能。