GIS技术在城市绿地可达性研究中的应用

胡鲁宁

（莱西市城市化建设服务中心，山东 莱西 266600）

1 概念界定

1.1 地理信息系统（GIS）

GIS（Geographic Information System），源于加拿大地理学家Roger Tomlinson（1966）提出并构建的全方位分析和操作地理空间数据的数字系统。20世纪90年代，英美众多学者提出GIS不应仅是System（系统），还应包括Science（科学），即地理信息的认识、应用研究不仅是一门技术，更应是一门学科。2010年，GIS之父Roger Tomlinson对GIS在新视角进行诠释，提出其应是人类认知世界的一种新思维模式。

1.2 城市绿地可达性

可达性最早应用于交通运输领域，表示为交通网络内各节点间的相互作用机会，可分为主动和被动两种类型。本文所述城市绿地可达性划归为被动可达性类，即不考虑出行人对目的地的主观选择，基于客观数据对各节点间交通的便利程度进行划分。

20世纪70年代末，时间地理学家Hagerstrand将可达性研究引入地理学领域，即通过时空约束和时空棱柱建立可达性研究框架。在我国绿地可达性研究中，李博等[1]最早提出将可达性作为评价指标运用于城市绿地系统的服务能力评价，并借助GIS构建阻力矩阵分布模型，综合社会、经济类因素（见表1），对广州中山市的城市绿地可达性进行研究。

表1 可达性影响因素

2 近十年GIS技术在城市绿地空间方面的研究热点

2.1 数据来源

本文以中国知识基础设施工程（CNKI）中的“学术期刊”“硕博论文”“会议论文”为基础数据库，以“GIS”为第一关键词，并含“绿地”为第二关键词，对2011年1月至2021年1月间发表的文献进行统计。对于搜集到的文献数据中的书讯、论文简介、实时通知进行排除，最终获取文献共440篇。

2.2 研究结果分析

论文关键词作为文章内容的概括性词汇，在一定程度上概括了文章的核心主题，通过对文章关键词进行梳理统计，可以得出该领域研究热点的分布状况。通过对近十年297篇文献的关键词共现网络进行分析，得出近年来出现频率较高的关键词为GIS、可达性分析、城市公园、城市绿地、绿地面积、景观格局、绿地系统规划等。

对相似关键词进行归纳整理，得出近十年GIS在城市绿地领域的十大研究热点为可达性、城市绿地、城市公园绿地、景观格局、绿地系统、公园绿地、绿地景观格局、绿地系统、地理信息系统、绿地系统规划、城市公园等（见图1），涉及理论研究、指标体系构建、技术应用、空间布局结构等多个研究方向。其中，绿地可达性的相关研究始终为该领域的研究热点，因此本文对GIS在城市绿地可达性研究的文献进行详细研究，归纳总结其具体研究方法与应用结果。

图1 2011—2021年GIS在城市绿地领域高频关键词

3 GIS技术在城市绿地可达性研究方面的应用

现阶段，国内对城市绿地的可达性研究主要集中在对国外理论与方法的概括、可达性评价方法的应用性研究方面，进而构建适于中国社会、经济、环境现状的可达性评价方法。

3.1 研究数据基础

研究数据源的选择与预处理手段，直接影响到绿地可达性评价的可信度。

1）研究数据源的选择 城市绿地可达性研究的土地空间数据来源主要有高分辨率遥感影像、自然资源部土地利用数据两种。现阶段，学术研究数据主要源于高分辨率遥感影像（如TIM影像、快鸟影像等）的绿地信息提取，通过ENVI等遥感影响处理平台，将影像图与地形图进行配准校正，获取重叠影像，通过目视解译法或NDVI等指数提取方法提取所需绿地信息。这种数据来源受分辨率等客观因素影响较大，其绿地面积、相对位置会有微量偏差，但并不影响后续研究的进行。社会、经济类数据来源主要为各地市的统计年鉴，道路交通网络、服务设施布局类数据的主要来源为网络地图或规划部门现状服务设施布局图。

2）研究数据预处理 由于可达性分析影响因素繁多，因而对于信息的预处理过程较为冗杂。①采取离散法对人口统计数据进行处理，获取细粒度的人口分布数据；②依据不同可达性模型的所需数据，赋予所提取的绿地信息以空间属性，并进行分类；③通过现场调研、网络地图等方法采集城市绿地出入口信息、周边道路网络信息、服务设施布局信息；④基于GIS平台的空间分析工具，结合城市绿地分类标准，确定不同等级城市绿地的服务半径，并叠加人口数据，得出绿地服务面积与服务人口，为后续城市绿地可达性分析提供基础数据平台。

3.2 研究方法

2016年，赵星星[2]基于GIS平台，依据不同交通方式构建了城市绿地公园可达性模型。2017年，任晓双等[3]学者基于GIS平台运用空间句法对青岛城市公园的可达性进行分析评价。2019年，刘大鹏等[4]学者从可达性角度，以包头市2016年的绿地公园、交通网络等数据为基础，借助传统累积耗费距离算法和包含阻力系数的引力累积耗费距离算法测算绿地公园的可达性阻力，从而对各绿地公园服务进行分析。2020年，张华艳等[5]以上海市虹口区的公园为例，结合公园入口位置数据、居住区位置数据，应用ArcGIS平台，分析公园入口位置与小区位置之间的关系，并计算人们在不同交通模式下所用的不同时间成本，以此提出基于骑行、步行可达性的公园入口位置分布建议。2021年，李倩等[6]基于ArcGIS网络分析模块对南台岛公园绿地进行可达性分析，并计算公园绿地可达面积比和服务人口比，以此反映南台岛公园绿地可达性水平，并进一步考虑老年人、儿童社会群体的可达性情况，提出公园绿地优化建议。2021年，浩飞龙等[7]基于百度地图路径规划API及腾讯宜出行大数据，采用步行、公交、驾车等多种交通方式引力模型，结合双变量空间自相关分析法，综合测度长春市中心城区公园绿地的空间可达性及其供需匹配特征。

基于相关研究成果的统计分析，依据不同原理，现阶段基于GIS的城市绿地可达性研究方法主要有缓冲区模型法、费用阻力模型法、引力模型法、最小邻近距离法、两步浮动承载区域模型等。

1）缓冲区模型法 多用于确定研究对象后，将不同用地类型在GIS中以点、线、面的方式表现，并依据不同绿地类型的服务标准划定不同范围，进而表示绿地的服务半径。该模型操作简单，但未考虑人口分布、道路网等各类社会经济要素，结果常与实际差别较大。

2）费用阻力模型法 以城市绿地即各类栅格数据为基础，综合考虑路网、出行方式以及不同土地类型对于出行时间的影响，进而评定城市绿地的可达性。该模型可以较为真实地反映出行成本、绿地可达性，但由于衡量指标没有统一标准，具有较强的主观性，因此该方法往往用于不同地域、不同规划间的比较。

3）引力模型法 基于万有引力理论引申出的理论方法，对于节点间的相互引力作用因素考虑全面（人口密度、距离、绿地自身条件等）。但由于不同性质节点的吸引力类型、作用各不相同，模型较为复杂，且计算结果含义有待商榷，因此难以直观地反映城市绿地的可达性。

4）最小邻近距离法 即人们更倾向于使用距离居住地更近的城市绿地，以此原理，通过测量居住区到达最近绿地所需的时间、距离等要素，衡量该地区城市绿地可达性。该方法可直观地判断何类区域的绿地可达性更为便捷，但在一定程度上忽略了不同绿地的吸引力及服务能力差异。

3.3 研究结果的分析与应用

城市绿地作为城市重要公共资源之一，其可达性在一定程度上能够衡量城市绿地的服务水平、社会公平程度。通过对绿地信息提取、分析以及指标计算，评价现状绿地系统服务能力，在规划前期对城市绿地进行合理配置，有利于解决资源分配不均的问题，从而提高城市绿地利用的公平与效益。针对绿地可达性较差的区域进行绿地系统优化布局，同时在可能范围内优化周边路网结构，从而提高绿地可达性，实现绿地资源的合理分配（见图2）。

图2 城市绿地可达性研究框架示例

4 后续发展建议

1）加强学科间的交流合作 城市绿地可达性研究作为地理信息科学、城市规划、景观学、交通学、社会学的交叉性学科研究方向，要实现持续性的发展，需要各学科间的交融配合。增强学科交互性，培养多学科融合性人才，寻求城市绿地可达性研究的新思路、新方法、新技术，将其应用于实践探究，以解决现阶段城市绿地分布不均、绿地资源浪费与资源短缺并存的城市问题。

2）加强理论研究、实践应用、实施评估、实施保障4个环节的贯通研究 将GIS技术应用于城市绿地相关理论、实践、评估、保障等多个规划编制实施环节，能够使理论模型与相关成果尽快得以有效实践。将可达性研究成果应用于规划编制过程中，可依据分析结果，增强城市绿地资源的均衡性布局。结合相关人口数据、道路网络数据综合分析，得出有效的分析结论并应用于实践，有助于提高公园绿地实际服务的有效性。结合实际情况，利用ArcGIS平台，对各类公园绿地规划实施效果进行短期、长期相结合的评估，判断其规划方向是否偏离、规划实施效果能否满足现阶段社会需求，若实施效果未达预期，可及时采取相应措施进行调整，有利于提高规划实施效率，避免造成资源浪费。

5 结语

现阶段，通过GIS平台对实际空间、人口、经济成本进行模型模拟，叠合现状各类用地数据进行空间分析及数学模型计算，得到较为客观的城市绿地可达性评价，可为后续城市绿地系统规划的公平效益类研究提供较为客观的数据基础，为后续相关规划编制提供技术支撑。