基于空间句法与GIS的城市公园体育运动空间可达性分析

罗胡阳

前言

城市公园是居民在行政区范围内进行休憩运动、文化教育、放松身心等活动的重要开放性公共空间，在居民生活中必不可少，对于美化环境、构建生态文明城市、提高城市居民幸福度、革新生活方式发挥着越来越重要的作用。公园自古以来与运动休闲密不可分，多项国家政策指出要将 “ 自然环境与体育锻炼 ” 结合，2019年《深圳市加快建设公园文体设施提升文体功能工作方案》中提到深圳市将以现有公园为载体，在保障绿地功能的基础上，对标国际、合理布局、因地制宜建设公园体育设施。目前，城市公园兴建体育设施是公园、社区、体育场地三地整合的最高效途径。

在整合实践中，受城市社会经济发展与建设历史的影响，人口分布不均导致了公园布局失衡。从城市公园内部体育设施布置来看，并非每个公园都设立了运动分区，城市公园运动空间质量和体育场地数量差异很大，社区公园设施单一简陋、专类公园和郊野公园独立体育场地甚少，资源浪费和不足的现象同时存在，不能满足居民各运动强度和体育组织活动的需求。

城市公园可达性是度量居民可达公园的难易程度，易受空间、时间、社会经济等因素的影响，可通过主观、客观两个角度进行分析，包括：城市交通网络、居民意愿等空间心理可达性。主要研究集中于城市规划、园林设计等学科，一般用于评判公园布局合理性、使用公平性，为构建现代化城市与合理的公园评价体系提供有效指导。城市公园体育场地可达性是着眼于公园内特定的范围——体育运动区，评估居民到达公园进行体育锻炼的便捷性、公平性，属于公共体育设施类研究，对于合理构建公园体育场地可达性模型、健全 “ 体育生活圈 ” 量化方法、公园运动空间优化及新建公园运动分区布局有着重要意义。

综上，本文利用GIS，结合空间句法理论，基于居民选择公园进行体育锻炼 “ 就近原则 ” 的需求，从公园体育运动点出发，对居民克服空间距离到达公园的便携、公平程度进行定量描述，旨在揭示居民体育生活与公园运动场地的互动关联程度，为今后公园体育场地规划、体育资源合理配置、体育生活圈的构建提供参考。

1 理论分析

1.1 体育设施可达性的评价方法

2019年9月《体育强国建设纲要》与《关于促进全民健身和体育消费推动体育产业高质量发展的意见》都指出要努力打造百姓身边的健身组织和 “ 15分钟健身圈 ” ，随后兴建体育场地设施，提高人均体育场地面积，探究居民参与体育活动与体育空间可达性之间的关系成为研究的热点，而体育设施可达性的研究是以量化的方式最快评估并指导建设的方式之一。

可达性量化评价方法主要包括距离法、等值线法、平衡系数法、空间句法等，学者们将其广泛运用于分析各类公共服务空间之中，其中主流方法有：两步移动搜寻法、网络分析法、最小邻近距离法、缓冲区分析法以及基于时间地理学的方法等。

Hansen（1959）最先运用重力方法研究城市土地利用时首次提出了可达性的概念，Tomizawa（1971）在公共体育服务设施区位配置模型中采用最短路径计算法取得良好的效果。在我国研究中，吴文龙（2015）用GIS的网络分析功能，结合地理学潜能模型计算可达度量值，以路长为标准计算路网阻抗、分析密集居民点和周围的人口密度得到深圳市福田区公共体育设施的服务能力。郑春宇（2018）结合哈尔滨冬季寒冷的气候特点研究老年人健身活动，运用OD成本矩阵测算距离，通过两步移动搜寻法对健身场地可达性进行评价。蔚芳（2019）利用GIS空间分析手段及两步移动搜索法来研究杭州市公共体育活力空间，综合考虑出行阻力、人口与空间匹配度，以各等级体育活动空间服务半径对应的空间得分来计算其可达性值。姚烨（2019）通过GIS邻近性分析功能生成泰森多边形，只考虑通行距离，量化上海市静安区社区体育设施的空间服务能力，再通过两步移动搜索法分别以体育设施点、供给点和居民需求点为中心进行可达性分析。张玉洋（2019）选取空间句法中的整合度、选择度、深度值和可理解度四个参数变量对哈尔滨体育中心布局进行定量分析研究，探讨最佳的体育中心交通系统、空间分布、功能配置格局。

综上，传统评价公共体育设施可达性的方法如前文所述，大多借助GIS软件以距离、人口密度、体育设施供应点为变量。虽然最近距离、成本计算、两步移动搜索等方法运用较为成熟，但考虑的距离、时间因素过于单一，没有涉及自身规模和整体空间布局的影响；单从物理、地理出发的计算模型没有涉及可达区域内外部差异和拥挤程度的分析，使得服务覆盖率评价片面；网络分析法基于某种具体交通方式，使用矢量化道路数据也考虑到了阻力问题，但是对矢量数据精度要求高，不易操作。然而，空间句法在分析相对复杂的自由空间系统时表现突出，目前在城市规划服务区布局研究中运用广泛，针对体育领域使用甚少，它具有探讨建筑空间与人们行为模式间关系的理论优势，对于城市系统中休憩性建筑及体育运动空间的布局分析有较大潜力。

1.2 空间句法及其主要变量

空间句法（Space syntax）是20世纪70年代由Hillier等学者提出对空间描述和分析的一种数学方法，它以图论思想和拓扑结构理论为基础，对城市整体结构和内部组织形式进行解析、每个空间节点赋值，以表现节点在整体中的状态，揭示社会发展和隐形经济相互的关联性。该理论认为，城市系统由空间物体（建筑物）和自由空间（人自由活动的空间）两部分组成，可从任何一点到达空间的任何其他地点，常用方法包括视域分析法、凸空间分析法、轴线分析法、线段分析法等，其中轴线分析是表示空间环境中人们的运动轨迹，通过最少、最长原则来绘制城市路网，经过拓扑运算得出相关变量，常用的轴线模型定量参数如表1。

表1 常用轴线模型定量参数表

1.3 公园体育运动空间可达性评价的主要句法参数

空间句法理论在应用时会按照相关指标测量空间关系（表1）并可在Depth map软件中进行自动计算。翟宇佳（2019）在运用空间句法理论的凸边形分析方法时，选取整合度指标测量公园在城市系统内的可达性，用整合度高低来衡量到达其他空间的便捷度，用控制度来评价人流量的大小。安海娜（2019）基于空间句法研究哈尔滨公园体育空间时，针对居民选择主观的心理可达性——效率值的测量来量化健身空间对市民吸引力即公园体育设施心理可达性水平。张萍萍（2018）在利用空间句法对开封市公园绿地游憩区可达性进行实证研究时，采用可理解度——感知可达性进行评价，以此来反映局部空间与全局的关系并感知整体空间通达能力。

综上，本研究根据实际需要，采用全局和局部集成度与可理解度作为评价公园体育运动空间可达性的主要句法参数。其中，全局集成度，以公园整体布局为基础，观察路网节点紧密程度，评价在全局范围内到达体育设施节点的难易程度，包括居民与公园体育空间之间的距离及路程间障碍物情况；局部整合度，衡量一定区域范围内到达公园运动空间难易水平和集聚性强弱；可理解度测试其感知可达性。

2 研究对象概况

2.1 研究区基本情况

深圳是中国南部海滨城市，截止到2019年9月，深圳市已经建成各类公园1090个，全市公园总面积39319.399公顷，公园绿地500米的服务半径覆盖率达到90.87%。受深圳市建设历史的影响，城市用地趋于饱和，公园建设往往 “ 见缝插针 ” ，各地区由于经济水平和人口数量因素，公园分布差异较大，如图一，表2。

表2 深圳各地区公园个数

图一 深圳市公园分布图

从三级公园体系来看，目前建成自然公园33个；城市公园152个；社区公园905个。从数量上深圳市公园基本实现了居民500米到达社区公园，2公里可达城市综合公园，5公里可达自然公园的目标；从质量上看，社区公园约为660个，占全市公园总数比为83.2%，专类公园40个，占比5.0%，但社区公园面积太小，质量差异大，良好综合服务能力的综合公园数量较少；从功能上来看，现有公园主要发挥生态功能、文化教育功能，只通过健身路径来体现休憩功能，体育场地建设比重不足，2／3的公园只象征性的布置了健身器械或以空地作为运动广场，没有达到公园体育锻炼功能的要求。

2.2 研究对象的选取

本研究在深圳市1090个公园中，选取有体育运动空间的公园进行GIS近邻分析、缓冲区分析、核密度分析，此类公园必须满足的条件为：免费开放、有运动分区并且包括三类以上不同体育场地设施（常规体育场地类、健身步道广场类、儿童休憩类、智能／极限运动类）每类体育设施含有1个以上场地并且具备管理条例和规章制度。

因不计较公园运动空间大小，只以内在设施作为选取条件，符合该条件的公园超过总公园数量的1／3，适合宏观上的空间分析，但由于大多数空间处于社区公园内，辐射范围小、服务力度有限，因此还需要从152个城市公园中选取9个行政区内面积较大、有群众基础和代表性的公园，定位其运动空间位置进行相关可达性指数的计算，案例详情如表3。

表3 选取案例基本信息

3 研究方法与数据处理

3.1 研究方法

1.公园体育运动空间的整体可达性与局部可达性

集成度是指空间句法中的轴线与研究空间内其他道路集聚或离散的程度，集成度值能体现空间的可达性与渗透性，可以衡量空间吸引交通到达内部的潜力，空间集聚程度好，则可进入性好。本研究选取9个公园体育运动空间，分别计算其全局与局部集成度，以测度公园体育运动空间的整体可达性和局部可达性。

2.公园体育运动空间的感知可达性

可理解度能反映局部空间与整体空间的相互关系，表达在1个节点上理解整个空间的能力，并且能通过局部空间连通性来感知整体的通达能力。本研究通过城市公园运动空间代表，运用可理解度的计算来测度其感知可达性。

3.GIS近邻分析与核密度分析

密度分析主要用于计算要素在其周围邻域中的密度，本研究提取深圳市公园体育运动空间位置，利用Arc GIS绘制整体集成度密度图以分析整个深圳市公园运动空间密度状况，近邻分析以确定公园运动空间的可达性空间格局。

3.2 数据处理

1.栅格底图和要素的生成

选取深圳行政区地图进行几何校正，选取适当比例尺大小，获得栅格底图。利用python爬取高德地图中深圳市公园的位置点，将深圳市城市管理和综合执法局官方网站中有体育设施的公园筛选出来，结合实地调研情况，确定符合要求的公园体育运动空间位置点，生成公园体育运动空间要素文件。道路要素来源于深圳市交通运输局官网，并将其地理信息通过ArcGIS10.0软件添加到栅格底图中，形成路网文件，如图二。

图二 公园体育运动空间与路网图

2.轴线地图与变量数值的生成

在ArcGIS10.0中加载Axwoman6.0软件，采用轴线空间分割方法进行数字化，获得深圳市道路网轴线地图数据，本研究根据构成的轴线图和句法变量进行数量统计与分析，并绘制了整体集成度核密度图进行分析（图三）与近邻分析图（图四），并将选取的9个案例分别做800m、2000m的集成度值分析，并计算可理解度值。

图三 整体集成度核密度图

图四 公园体育运动空间近邻分析图

4 公园体育运动空间可达性分析与评价

4.1 公园体育运动空间的体育运动空间分布特征

受深圳市公园布局地域特征的影响，公园由罗湖旧城区向福田区、南山区发散，呈现 “ 小公园量多密集功能少，大公园量少偏远功能多 ” 的特征。为满足《深圳市全民健身实施计划（2016－2020年）》中深圳体育场地面积2590万平方米的要求，实现 “ 健身场地实用便捷 ” 的目标，推动了公园体育设施配置 “ 增量 ” 。由此，如近邻分析图四所示，深圳市公园体育运动空间整体数量多，辐射范围密集，近邻1500米以内范围基本包括深圳市核心区域，并呈现西多东少、南多北少的现状。

图三中集成度和密度图可以看出，深圳市公园体育运动空间的分布不均衡。由于建设因素，深圳北站中心公园、观澜体育公园和人才绿道示范段的建成使龙华区逐渐成为整体集成度核密度高的新兴地区，受人口集聚影响，福田区大部、罗湖区西部和南山区中部人口集聚，社区公园小而密集，公园体育设施集中，而相比龙华区、盐田区、大鹏区等地，核密度值较低，公园体育运动空间几乎是离散状态，没有形成 “ 集团 ” 。

4.2 公园体育运动空间整体可达性

公园体育运动空间整体可达性是指居民从研究区域内的任意一个地方到达某个公园体育运动空间的难易程度，由于深圳市公园体育运动空间较多，本文选取每个区各一个公园体育运动空间，并采用空间句法中全局集成度值来评价，根据国务院印发的《关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》中 “ 15分钟体育健身圈 ” 定义，公共健身设施等基本公共服务需要建设在城市社区居民从居住地步行15分钟左右的范围内。因此，将缓冲区设置为800m和1500米，其可达性评价效果见表4。

表4 深圳市9个公园体育运动空间全局集成度值表

据研究显示，9个公园体育运动空间代表在缓冲区800m范围内全局集成度均值为5.93，2000m范围内全局集成度均值13.1，研究范围内宝安公园、坪山中心公园、龙潭公园、大梅沙海滨公园全局集成度值低于全部轴线的全局集成度均值，显示其空间可进入性欠佳。而且排名后5名的公园体育运动空间与前4名指数相差较大，结合图二、三，从9个案例所代表的区域来看，与区域整密度图示相对一致，值得注意的是光明区红花山公园体育运动空间受新建路网的影响而排名较前。并且，与1500m内的全局集成度均值相比，800m服务半径内的公园体育运动空间全局集成度更小，说明服务半径增大，整体可达性在不断增强。

从深圳市整体角度来看，结合图一可知，研究区域内路网集成度东部少向西南部逐渐密集，西北部与南山区北部、宝安区西部相对较少，而图二显示，全局集成度核密度高值区公园体育运动空间分布密集，而东部大部分地区、光明区龙华区北部、宝安区东部、南山区与龙华区接壤的大部分地区整体集成度核密度均呈现空白，即公园体育运动空间与深圳市道路整体可达性存在空间一致性。

4.3 公园体育运动空间局部可达性

本研究采用的局部集成度是针对系统中某一空间与其他3步拓扑距离之内空间的集成度，来衡量公园体育运动空间的可达性，9区代表公园体育运动空间局部可达性效果见表5。

表5 深圳市9个公园体育运动空间局部集成度值表

在局部集成度值中，800m范围内平均值达到29.6，1500m范围内达到了61.7。其中，局部可达性最好的为深圳中心公园体育运动空间，最差的为大梅沙海滨公园运动空间，且两者局部集成度值差分别约为60（800m内）、36（1500m内），9个空间对比表现出纵向比较差异巨大，横向比较差距缩小的现象，在与各空间的全局可达性进行比较分析可知，局部集成度值比全局更高，在800m与1500m半径范围内局部与整体集成度值排名前三名一致，但从第四名开始便有了变化，坪山新区中心公园体育运动空间在局部集成度值中上升至第四名，罗湖区的东湖公园体育运动空间掉至第六，而大梅沙海滨公园体育运动空间则仍然排在最末。

各项数值显示，出行距离越大，各个公园体育运动空间可达性机会越多、可达性的差距越来越小，全局可达性与局部可达性之间存在一致性，但不绝对，可达性的高低与出行距离有直接关系。

4.4 公园体育运动空间的感知可达性

感知可达性通过可理解度值来体现，目的是为了衡量局部空间结构对整个空间系统理解的程度及局部空间与整体是否存在关联。可理解度值高表示局部更能融入整体，则空间系统功能更复杂。根据计算，9个代表公园体育运动空间可理解度值如表6。

表6 深圳市9个公园体育运动空间局部可理解度值表

总体上来看，在800m和1500m缓冲区下均值分别为0.21、0.27，均低于0.5，表现出9个公园体育运动空间代表的感知可达性较差，其中大梅沙海滨公园800m范围可理解度值为0，且有5个案例均未达到0.1，报表明居民不易通过局部路网结构来感知整个路网，在路程中容易出现迷路现象，但随着服务半径的增加，2000m内公园体育运动空间可理解度值微增，各公园体育运动空间的感知可达性增强，显示出当居民身处更大空间范围内，却能更好感知路网结构，找到目标运动空间。

5 结论与建议

5.1 结论

本研究基于空间句法，对深圳市公园体育体育运动空间进行可达性研究，结果表明：1）由于公园基数大，深圳市公园体育运动空间数量多，但分布不均，以福田南山罗湖区为中心发散。2）公园体育运动空间整体可达性较好，东部整体较差，但随出行距离增大，东部公园体育运动空间可达性机会增多。3）研究区内局部可达性总体良好，800m范围内各区可达性差距很大，但随着服务半径的增大，可达性差距不断缩小。4）公园体育运动空间的感知可达性较弱，不利于引导居民在公园参与体育活动，未来发展存在局限。

5.2 建议

1.根据现有公园空间区位，完善体育运动空间布局优化模式。

公园高密度区要充分挖掘体育运动空间存量，城市新发展区需重视高质量多功能建设，为公园体育运动空间增量；低密度区可以加强外部可达性以提升体育运动空间容量；老城区旧公园应当充分挖掘周围潜在运动资源，弥补缺失的公园运动空间。

2.构建公园体育运动空间网格式园路结构与开放性公园边界，增加其空间可达性

完善城市路网延伸进公园，形成总体布局结构基本骨架，增加公园全局与局部可达性；新增城市公园运动分区出入口，与城市空间相融合；在内部运用网格平行组合的组织形式来建构公园路网，联通公园各个功能分区空间；增量各类体育运动设施，以增加公园体育运动空间的感知可达性。

3.公园体育运动空间布局的静态现状评价需与动态演进分析相结合，坚持 “ 15分钟体育生活圈 ” 的规划理念。

应充分调研不同区域社会形态和空间结构的变迁过程，根据居民需求和城市动态发展，对标国际，因地制宜。800m半径范围内公园体育运动空间应避免单一，运动分区优势互补，1500m范围内需在原公园基础上改造、扩大运动场地设施，保障 “ 15分钟体育生活圈 ” 。