基于GIS的莆田市城市公园可达性研究

颜逸静，金博闻，林 斌，潘 辉，2

(1.福建农林大学 风景园林与艺术学院，福建 福州，350007；2.闽江学院 经济与管理学院，福建 福州，350108)

一、引言

城市绿地具有改善生态环境、释氧固碳、调节微气候、涵养水资源、维护生物多样性的生态功能和防灾避险等功能[1]，是城市居民日常休憩和接触自然的最佳场所。在后疫情时代和健康城市的背景下，构建合理的城市公园绿地系统，对缓解城市环境问题和居民健康问题具有重要意义。已有研究表明城市公园对人类生理心理健康都起着正面影响作用[2]。目前我国对城市绿地评价指标还停留在“城市绿地覆盖率”“城市绿化率”“人均公园绿地面积”等基础衡量方法。但随着城市经济水平和绿地系统的发展，人们对公园绿地可达性的关注和需求，已经超过公园绿地的数量、质量和规模[3]，城市公园绿地的可达性和公平性关联研究在国际社会已经引起学者们的广泛关注，也将成为我国城市绿地系统规划的基础指标。为了满足后疫情时代城市居民对游憩活动日益增长的需求，同时充分发挥公园绿地的公共空间效益，以莆田城市公园为研究对象，对其绿地公平性进行探讨，以期为莆田市城市公园绿地格局优化、解决社会绿地供需矛盾，提供一定的理论和实践指导。

近年来莆田城市开发速度跃进，现阶段正经历大拆迁大改造时代，政府加快建设以绶溪公园为代表的城市公园绿地升级改造项目。根据《2021年莆田市国民经济和社会发展统计公报》，截至2021年莆田市新增绿地面积413.61hm2，全市森林覆盖率达60.2%，曾获得“国家森林城市”和“全国绿化模范城市”荣誉，2021年绿地率达到40.7%，表明莆田市绿地改造工程建设初见成效。而城市绿地建设过程中公园地理位置、规模功能、出入口等设置是否合理仍需探讨。因此，本文运用网络分析法和高斯两步移动搜索法研究步行、骑行和车行3种方式下的莆田城市公园可达性，以期得到莆田公园可达性和服务人口可达性，丰富城市公园规划的理论基础，并为莆田市城市绿地规划的合理布局提供参考。

二、数据来源与研究方法

(一)研究区域概述

莆田市位于118°07′-119°40′E，24°59′-25°46′N，东西长122.4km，南北宽80.5km，总面积为4 119km2；位于福建中部沿海，东南部为台湾海峡，东北部与福州市的福清市相邻，西南部连接泉州；属福建沿海低山丘陵区，地势为西北高东南低，海拔为500～1 800m；位于北回归线以北，属于中国东南沿海城市，属典型的亚热带海洋性季风气候，阳光和雨量较为充足，气温宜人，气候湿润。根据第七次人口普查数据，截至2020年莆田市常住人口为321.071 4万人，四区一县人口分布相对分散。根据莆田统计年鉴数据显示，2020年莆田市公园绿地面积为1 674.27hm2，公园面积为805.83hm2。涵江区、秀屿区、仙游县公园数量较少，故选取城市化水平较高、人口较密集的城厢区和荔城区作为研究区域。其范围西起凤凰山脚，东至荔园中路，北至荔城北大道，南至木兰溪流域。

(二)数据来源

研究区公园绿地边界及城市道路数据来源于2021年谷歌影像地图并结合实地调查情况，利用ArcGIS进行提取，绘制成矢量数据。以公园休闲游憩功能为主，选取百度评分和知名度高，且研究范围内面积超过2hm2的城市公园作为研究对象，共选择了6个莆田市城市公园，包括①绶溪公园(37.11 hm2)、②东岩山公园(3.16 hm2)、③玉湖公园(6.68 hm2)、④龙脊山公园(4.84 hm2)、⑤南门荔枝公园(6.65 hm2)和⑥南湖公园(8.48 hm2)。研究区交通道路和公园位置分布如图1所示。街道人口数据来自第六次全国人口普查数据(见图2)。

图1 研究区公园与道路数据分布Fig.1 Data distribution of parks and roads in the study area

图2 研究区居民人口点分布Fig.2 Population distribution in the study area

(三)研究方法

可达性概念最早由Hansen为解决交通领域问题而提出，现广泛应用于公共交通、城市公共绿地、防灾设施、公共服务设施、医疗设施等领域。常用研究方法主要包括出行成本法、缓冲区分析法、费用加权距离法、最小相邻距离分析法、网络分析法、两步移动搜索法等[4]。其中，缓冲区分析方法忽略了城市自然环境的阻力和人为景观障碍的影响，没有将公园出入口位置和道路交通情况纳入考虑，往往导致可达性结果过于理想。引力模型综合考虑了公园服务能力和潜力因素，但参数定义过于主观[5]。网络分析法根据实际路网和不同的交通方式，给出各级道路的不同通行能力，具有更紧密、更真实地反映可达性的优点[6]。两步移动搜索法是以居民点和设施点为中心移动搜寻两次，计算可达性；其是基于引力模型的基础上引入“空间阈值”的概念，获取可达性是通过公共空间获得的机会的累计值来衡量，其可达性的高低值区域表达更为直观[7]。本文选取目前应用较为成熟的网络分析法和高斯两步移动搜索法，综合探讨莆田市城市绿地的可达性水平。

1.网络分析法

网络分析法中的基本网络主要包括中心、连接、节点和电阻[8]。利用地理网络如交通给水网、道路网、电力网、水系网等城市基础设施网络的状态进行数字模型化研究[9]，并分析资源在网络上的流动和分配情况。该方法广泛应用于城市公园的空间可达性和服务公平性评价，是较为成熟的评价体系，其优点是能反映居民的真实出行方式，综合考虑红绿灯、十字路口等对可达性阻抗影响因素。基于真实道路状况的网络分析方法更真实地反映了居民入园的过程，对公园可达性的分析结果更准确、客观。

首先根据ArcGIS网络分析模块(network analyst)的要求构建包括公园数据和道路网络数据的网络数据集，网络模块由中心(centers)、线(links)、节点(nodes)和阻力(impedance)等数据信息构成，数据处理结果可反映城市绿地沿交通路网在某一阻抗值(时间、路程、费用等)的影响范围[10]69。在本文中，中心代表城市公园的实际入口和出口，以节点元素的形式表示中断道路的交叉点，线元素代表连接城市公园和居民活动范围的道路，出行道路中的阻力用时间成本表示。首先，使用ArcGIS中的“新建网络数据集”功能构建网络分析的空间阻力模型，然后建立服务区域分析层。通过设置道路时间阻力值(不同行驶模式的道路长度/速度)，生成源点沿道路网络包围的可访问区域[10]69，并获得公园的服务区域。

其次，建立公园绿地数据库，包括公园名称、范围、出入口等要素，其中公园出入口信息经过实地调研，每个公园具体出入口数量以实际获取为准。研究表明公园绿地的面积越大，其服务设施越完善，对居民的吸引力越大，居民也就更愿意选择除步行外的高成本出行方式到达公园绿地[11]。

路网数据库包括路网、路网等级、交通速度、交通时间等要素。借助ArcGIS软件，建立基于道路中心线的道路网络线，模拟了城市道路、交叉口、立交桥等，阻力设定为通过道路网络的时间。将公园出入口数据转换为点数据，并连接到最近的道路交叉口。根据道路交叉点断开所有道路，并执行拓扑处理。选择公园绿地的实际出入口作为设施点，使用ArcGIS网络分析模块设置时间阻抗和断点，最后基于网络分析生成服务区。

根据欧洲环境局建议，城市居民最适宜的公园游憩时间是15min[12]；因此，本文结合实际情况将15min作为公园服务时间标准，模拟计算城市公园的最佳服务面积，并分别对0～5min、5～10min和10～15min三个时间区间进行分析，从而分别得出每个公园的服务面积。交通速度标准参照中华人民共和国交通部发布的《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)，并结合莆田市实际情况，时速分别设置为主干路50km/h、次干路40km/h、主支路30km/h、次支路20km/h。骑行(自行车骑行，下同)速度为15km/h，步行时间为1m/s。

2.高斯两步移动搜索法

两步移动搜索法(2SFCA)最早由Radke等人提出，由Luo等人进一步改进，并命名为两步移动搜寻法。2SFCA的基本思想是：对于每个供给点j，搜索j半径(d0)范围内的所有需求点k，计算供需比Rj；对于每个需求点k，搜索在k搜寻半径(d0)范围内的所有供给点(j)，将所有的供需比Rj求和计算得到Ai。

高斯型2SFCA(Gaussian 2SFCA, Ga2SFCA)由Dai[13]提出，高斯型两步移动搜索法运用于医疗设施和城市绿地的可达性价研究。引入高斯函数用作2SFCA搜索半径内的距离衰减函数。目前已有国内学者利用高斯型两步移动搜索法来评估沈阳[14]479和深圳[15]等城市绿地的可达性。

第一步，提取计算公园绿地的质心为供给点j，居民点编号为k，Rj为公园绿地j在搜索阈值内的供需比：

(1)

其中Sj为公园绿地j的供给能力(取公园面积)；分母为计算公园绿地j在搜索阈值内的总需求；Pk为居民点k的居民人口数量；dkj是需求点k与公园绿地j的空间距离；d0为居民点到k公园绿地j的搜索阈值；G(dkj,d0)是考虑到距离空间阻抗的高斯衰减函数，公式为：

(2)

第二步，计算需求点i的空间可达性指数Ai：

Ai=∑j∈{dij≤d0}G(dij,d0)×Rj

(3)

其中Ai为人口需求点i的可达性求和，以人们到达公园的路网极限距离d0为搜索阈值，一般来说步行者的出行最大心理承受时间不会超过30min[14]482，因此基于1 m/s的步行速度，可设定居民以步行30min方式到达计算得出空间搜索距离d0为1 800m。然后设定d0为半径，在搜索域i内查找所有公园绿地j，得出总可达性结果Ai。

如果使用行政区总人口作为可达性评估的基础，会低估公园绿地的真实服务水平，因此选择研究区域内每个居民区的人口来计算服务面积比率。高斯两步移动搜索法计算的公园绿地可达性结果具有广义人均绿地面积的含义，计算出的Ai值越大可达性程度越高[16]。将可达性结果基于几何间隔法分级为低可达地区(0～0.009)、中低可达地区(0.009～0.01)、中可达地区(0.01～0.02)、中高可达地区(0.02～0.14)、高可达地区(0.14～1.75)。

三、结果与分析

(一)城市公园与路网特征

从图2可得，城市公园分布较零散，公园交通条件存在差异。城市道路分布总体不平衡。其中城中心道路网络比其他地区较为完善，这是因为中心城区发展时间长，交通网络相对发达，公园交通便捷度较高；东部和北部地区缺少完善的道路网络，其原因是城市发展起步晚，交通网络与中心城区连接滞后；西部山地地带和南部城市边缘区道路连通性较差，存在“断头路”现象。

(二)基于网络分析的公园总体可达性分析

根据表1计算结果，在出行时间为15min情况下可达性效果排序为步行、骑行和车行，三种出行方式的可达性面积比分别为24.02%、44.86%和50.75%。根据15min的公园服务时间标准，莆田市城市公园的总体可达性并不理想，近50%的城市居民无法在15min内到达城市公园，城市公园的空间布局仍需进一步优化。其中，骑行的15min可达区域远高于步行，与车行的15min可达区域大致相同，这表明骑自行车是短距离内最方便的方式。

表1 三种出行方式下城市公园可达面积比Tab.1 The area ratio of urban parks reached under three travel modes

以步行出行为例，根据各公园步行可达性服务区分布图3(a)可知，各个公园的步行可达性整体较低，基本没有服务区交叉重合区域。通过对比分析发现，南湖公园出入口数量合理，公园可达性相比于其他公园较强；东岩山公园位于城市中部，与城市主干道相连，道路网络结构合理，方便城市居民出行，可达性水平较高；绶溪公园面积最大，但地理位置位于城郊边缘区，与周边路网的连接度较差，且公园仍在建设二期工程，入口设置数量仅有7个，可达性不佳；龙脊山公园和南门荔枝公园出入口设置较少，辐射程度一般；玉湖公园位于城市建设新区，周边道路多为乡道，故可达性覆盖面积较小。综合以上分析，莆田城市公园可达性主要受到地理位置、出入口数量、道路情况等因素影响。

图3 步行(a)、骑行(b)、车行(c)可达性分析Fig.3 Accessibility analysis of walking (a), cycling (b) and motoring (c)

(三)基于高斯两步移动搜索的可达性分析

根据高斯两步搜索法计算结果可得，低可达地区占比最高约35%，主要分布在研究区东部和西南部；中低可达地区仅占2%；中可达地区占25%，分布在研究区北部和东南部；中高可达地区占32%，分布于研究区西部和西南部；高可达地区仅占5%，主要集中在城市中心地区。研究结果表明研究区总体人口可达性不理想，受人口与公园分布供给关系影响。

如图4所示，居民服务人口可达性整体呈现分异性规律，西北高、中部低。可达性结果受距离衰减规律作用和服务需求比影响。城市中心地区由于人口密度较大，人均绿地服务需求大，而公园数量无法满足居民需求，仅在公园周边地区达到“饱和状态”；城市东南地区，人口密度大且公园服务能力不足辐射能力较弱，供需严重不匹配，导致人口可达性小；西南部公园与居民点距离较远，可搜索地区范围有限，导致公园可达性整体较低；南部由于受公园地理位置和居民人口数量影响，供给与需求达到平衡状态，可达性较高；北部的绶溪公园地区，可达性大面积低下，究其原因是该区域发展较滞后，仍处于城乡结合状态，公园规模大但路网不发达，可提供给步行30min内使用的人数不多。总体而言，莆田市区整体公园绿地与居民的供需比较低，城市公园服务水平未能与城市经济发展速度同步。

图4 公园服务可达性分析Fig.4 Analysis of accessibility to park services

四、结论与建议

基于交通路网数据和街道人口数据，以莆田市中心城区为例，从公园绿地的数量及不同交通方式，运用网络分析法和高斯两步移动搜索法，分析城市公园分布、可达性和人口可达性需求比三个维度的空间分异规律。研究发现：(1)从公园整体分布来看，研究区域内总体公园数量少、分布零散，未成形绿色廊道。公园绿地可达性呈现中间高四周低，体量较大的高质量公园绿地附近可达性较高，如绶溪公园。城市边缘地区由于绿地较少或路网密度较低，大部分居民点处于无公园服务状态。(2)由网络分析法分析可得，在出行时间为15min条件下居民享有公园绿地可达性水平结果排序为步行、骑行和车行。骑行方式下，区域北部和南部出现可达性高值区域连片分布，表明骑行是居民到达城市公园最好的出行方式。(3)由高斯两步移动搜索法分析可知，莆田市内的各区域公园绿地空间配置存在明显差异，公园绿地资源与人口分布之间在空间上有严重的失配现象，仅出现局部饱和；人口密集的中心老城区出现供给不足的情况。

受交通条件和城市经济发展水平的限制，莆田公园在布局规划、数量和规模上都没有达到理想状态，公园可达性服务仍有提升空间。近年来，莆田市政府高度重视生态环境建设。比如，全市建成了绶溪公园绿道、思华绿道、北区绿道、长寿绿道、凤凰山运河景观绿道、木兰河左岸绿道和仙游兰溪绿道，但未形成系统的景观廊道和高质量的城市公园绿地项目。基于此，提出具体的城市绿地布局优化策略：(1)构建绿色生态网络。在未来的城市规划中践行绿色廊道生态理念，利用莆田市内河水系发达的特点，将现有的河流生态廊道、公园绿地和零散荒地资源整合，创造出连续循环的城市绿地生态系统。如整合南门荔枝公园与其周边河流资源，构建生态网络系统。充分利用城市边缘土地和闲置空间来构建生态斑块，重视口袋公园和街头绿地的营造，在城市内部形成连续生态空间。(2)科学增设新公园。践行社会公平性理论，有效发挥城市公园绿地的社会效益。在新公园的选址、土地资源的合理配置方面要充分考虑服务人口可达性，以步行30min公园可达性分布为依据，实现莆田市城市30min内公园步行全覆盖。在城市中心区人口密集的公园服务薄弱地区新建公园，以增加区域边缘的公园服务覆盖面积，科学有效地消除服务盲区。将中部人口密集且交通便利地区作为重点建设区域，同时改善街道路网体系以提升城市绿地可通达面积，有效提高城市绿地的覆盖率。(3)提升公园服务质量。从莆田市公园类型的角度来看，6个公园仅有1个综合性公园(绶溪公园)，由于综合性公园的受众面更广，配套服务设施更加完善，能更好地满足市民的游憩需求，因此建议在未来规划中，增加综合性公园的数量，将专类公园(如东岩山公园)升级建设为综合性公园。丰富公园建设类型，打造如江滨公园、花海公园、郊野公园、湿地公园等，以满足市民对不同类型公园的休闲娱乐需求。

本文还存在待改进的地方，如研究假设交通道路畅通无阻，未考虑堵车、红绿灯等复杂的交通路况，导致研究结果准确性下降；评价指标只考虑公园服务面积比，未将城市人口数据的年龄、收入、职业特征和居民的游憩行为纳入研究范围。今后将综合考虑更多因素，收集莆田市最新人口数据和更加精细化的公园数据，并结合城市房价数据，进一步扩展研究。