徐彥秒,曹 娓,2,何瑞珍
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.河南科技學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000)
結(jié)合建筑人口容量的南陽市公園可達(dá)性分析
徐彥秒1,曹 娓1,2,何瑞珍1
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,河南 鄭州 450002;2.河南科技學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000)
隨著環(huán)保意識的提高,市民越來越注重城市環(huán)境品質(zhì)的提升,在公園規(guī)劃中公園的可達(dá)性日益受到關(guān)注。文章以南陽市主城區(qū)為例,首先通過網(wǎng)絡(luò)分析的方法研究公園可達(dá)性,將公園可達(dá)性劃分為4個等級;然后通過衛(wèi)星影像反演獲得建筑人口容量,將可達(dá)性數(shù)據(jù)與建筑人口容量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析。結(jié)果表明:南陽市5~15 min步行區(qū)域占總用地面積比例最高,該區(qū)域建筑人口容量最大,人均公園綠地面積較少;30~60 min步行區(qū)域占總用地面積比例最低,主要分布在白河北岸老城區(qū)。
南陽;公園可達(dá)性;建筑人口容量
作為城市中的綠色景觀,公園越來越多的承擔(dān)著生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會等功能[1],如降低噪音、減少環(huán)境污染、減輕城市熱島效應(yīng)、減災(zāi)避災(zāi)、緩解居民工作生活壓力和提供休憩場所等[2-8]。然而,城市公園綠地設(shè)置不合理,就會導(dǎo)致某些區(qū)域成為“服務(wù)盲區(qū)”;而公園建設(shè)速度慢于建筑建設(shè)速度,就會導(dǎo)致公園 “超載”。因此,結(jié)合地表建筑物人口容量研究城市公園綠地可達(dá)性,可以有效的了解公園綠地的服務(wù)能力,為提高城市人居環(huán)境和居民生活質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。近年來,應(yīng)用GIS技術(shù)對城市公園綠地空間進(jìn)行可達(dá)性分析的研究越來越多,如俞孔堅(jiān)等基于費(fèi)用距離原理研究景觀可達(dá)性[9],周廷剛和郭達(dá)志采用景觀引力場的方法[10],尹海偉等根據(jù)公平性原理計(jì)算服務(wù)半徑[11],郭微等使用城市綠地人口承載力對服務(wù)半徑進(jìn)行分級[12],同麗嘎通過實(shí)地調(diào)研對比分析了緩沖區(qū)分析法、引力模型法和費(fèi)用加權(quán)距離法的科學(xué)性[13]。
人口數(shù)據(jù)的選擇和獲取是可達(dá)性研究中的一個瓶頸。城市是一個人口大量聚集并且活動極具頻繁的地區(qū),城市人口隨時間變化顯著,不僅白天、晚上城市人口分布差異大,一天24 h中城市人口分布差異都很大[14]。因此,本研究以建筑人口容量數(shù)據(jù)替代傳統(tǒng)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 (1)城市建筑的人口容量數(shù)據(jù)和公園的數(shù)據(jù)更新周期具有一致性,人口數(shù)據(jù) “動態(tài)性”大,公園數(shù)據(jù)更新較慢,無法快速回應(yīng)人口的聚集分散來滿足市民的需求。(2)不單居住建筑周邊需要公園綠地,工業(yè)、商業(yè)等不同性質(zhì)的建筑群區(qū)域?qū)珗@綠地都有一定的需求。以往的人口數(shù)據(jù)多針對居住區(qū),這就導(dǎo)致城市中其他區(qū)域缺乏綠地。 (3)城市新區(qū)的人口數(shù)據(jù)隨建筑的建設(shè)穩(wěn)步增加。根據(jù)新城區(qū)的建筑人口容量分析公園可達(dá)性,可避免公園建設(shè)滯后建筑建設(shè),為城市后期人口聚集和發(fā)展做準(zhǔn)備。
以河南省南陽市城市建成區(qū)為研究區(qū),采用Google earth影像圖人工識別,提取城市建筑基層面積與建筑高度,通過抽樣調(diào)查法測算不同高度的建筑人口容量。利用網(wǎng)絡(luò)分析的方法分別計(jì)算出市民5,15,30和60 m in步行區(qū)域。最終將建筑人口容量數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果進(jìn)行疊加,分析探討南陽市現(xiàn)有城市公園綠地分布合理性以及公園面積是否滿足市民需求,以期為南陽市的可持續(xù)發(fā)展和未來城市規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 城市公園服務(wù)半徑研究方法
以往文獻(xiàn)中城市公園的服務(wù)半徑分析,多根據(jù)公園的級別劃分相應(yīng)的圓形服務(wù)半徑,這樣的公園服務(wù)半徑分析忽略了城市路網(wǎng)因素,得出的服務(wù)半徑與公園的真實(shí)服務(wù)能力相差懸殊,因此,只能抽象定性地表征城市公園服務(wù)范圍。利用網(wǎng)絡(luò)分析的方法研究公園的服務(wù)半徑則可以減少這一誤差,該方法用市民步行速度模擬人進(jìn)入公園這一過程,依賴完善的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)[15],通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)建立網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)模型是指現(xiàn)實(shí)世界中存在的各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) (如交通物流網(wǎng)、通信網(wǎng)、暖氣管網(wǎng)、給排水管網(wǎng)等)的抽象表示,構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)模型的最基本元素是線性實(shí)體及這些實(shí)體的連接交匯點(diǎn),前者稱為網(wǎng)線或鏈,后者稱為節(jié)點(diǎn)。一個基本的網(wǎng)絡(luò)主要包括中心、鏈、節(jié)點(diǎn)和阻力[16],如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)分析法的原理可以用圖2形象地表示,假設(shè)在圖中所示的范圍內(nèi),道路呈方格網(wǎng)狀 (40 m×40 m)布置,人行走的速度為1 m·s-1,且在路網(wǎng)中心有一個源點(diǎn),各個道路段的相應(yīng)阻力值為40 s,服務(wù)半徑依次設(shè)置為50,100和150 s。系統(tǒng)會自動捕捉離源點(diǎn)距離最近的一條路徑,計(jì)算機(jī)通過路徑的疊加運(yùn)算形成服務(wù)半徑的面,最終形成50,100和150 s服務(wù)范圍。
圖1 網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)成的基本元素
圖2 網(wǎng)絡(luò)分析法原理
1.2 城市建筑人口容量研究方法
城市人口分布與一個城市的自然條件、社會習(xí)俗、城市規(guī)劃等因素相關(guān)。在我國,綜合性的人口普查至少每10年能進(jìn)行一次,并且調(diào)查的人口數(shù)據(jù)都是在某一行政區(qū)范圍內(nèi),不能準(zhǔn)確反映某一特定區(qū)域人口的確切情況[14]。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法是利用GIS來表現(xiàn)人口分布的:首先為統(tǒng)計(jì)單元建立多邊形界數(shù)據(jù)庫,然后把人口作為這些多邊形的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,各種分析和操作均基于這一系列統(tǒng)計(jì)單元[17]。這種方法在進(jìn)行人口、資源環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀研究時比較方便,但是當(dāng)進(jìn)行微觀尺度的空間分析時就會出現(xiàn)問題[18]。由于研究所需的建筑人口容量為城市建成區(qū)尺度下的數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的人口統(tǒng)計(jì)方法很難借鑒。文章通過高分辨率的衛(wèi)星影像,采用人工目視解譯的方法在A rcgis 9.2平臺繪制南陽建成區(qū)建筑分布圖繼而統(tǒng)計(jì)建筑人口容量。人工目視法提取信息,是通過地物的形狀、大小、色調(diào)、位置、紋理等特征進(jìn)行對照分析,從遙感影像上識別各類目標(biāo),定性、定量地提取目標(biāo)的分布、結(jié)構(gòu)、功能等有關(guān)信息[19]。隨著一些高分辨率商用衛(wèi)星的發(fā)射,利用衛(wèi)星圖像進(jìn)行建筑物高度估算的研究越來越成熟。建筑物在遙感圖像上不僅有本身影像,同時還有陰影的影像,陰影在圖像中表現(xiàn)為低亮度值,因而容易識別。陰影也有形狀、大小、色調(diào)和方向性等特點(diǎn)[20]。理論上,只要得到衛(wèi)星數(shù)據(jù)的參數(shù)信息和建筑物陰影長度,就可以計(jì)算出建筑物的高度。特殊情況下,無法獲得衛(wèi)星成像時的參數(shù)信息時,可以通過當(dāng)?shù)啬辰ㄖ锏膶?shí)際高度與陰影長度的比值,推算其他建筑物的高度信息。
通過實(shí)地調(diào)研隨機(jī)選取20個100 m×100 m的樣方點(diǎn),統(tǒng)計(jì)樣方點(diǎn)內(nèi)的建筑人口容量。樣方內(nèi)的建筑功能多樣,有商業(yè)建筑和居住建筑,還有企事業(yè)單位建筑。由于通過衛(wèi)星影像很難區(qū)分建筑的功能,而且南陽市最新的用地性質(zhì)圖還無法獲得,導(dǎo)致嚴(yán)格按照建筑功能區(qū)分一些商用民用混合建筑的成本過高,因此本研究不具體區(qū)分建筑的功能。
為直觀方便的了解南陽市建筑信息,首先對建筑進(jìn)行3D模擬,然后結(jié)合調(diào)研信息推算建筑人口容量。建筑3D模擬是在Arcscan平臺上對衛(wèi)星影像提取的建筑垂直投影面積和建筑高度2個數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模。
1.3 資料收集
該研究所涉及的資料主要包括:2005-2010年南陽市綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖和2013年Google earth高清影像 (分辨率0.5 m2)。
網(wǎng)絡(luò)分析所用交通數(shù)據(jù)是南陽市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的道路數(shù)據(jù)。截止目前南陽市仍然存在大量規(guī)劃公園未建設(shè)完成,所以無法從Google earth影像中獲取這些公園入口的數(shù)據(jù),此部分公園入口被假定在公園臨近道路交叉口的位置。
2.1 建筑物的層高與人口容量的空間分布特點(diǎn)
通過建筑模擬,得出南陽市3D建筑布局圖,如圖3所示。調(diào)研發(fā)現(xiàn)南陽市3層及3層以下的建筑多為村民自建的城中村和一些臨街商鋪,以及部分廠房。而4~6層的建筑多為舊的居住小區(qū)和企事業(yè)單位。7~11層的建筑以居住小區(qū)和寫字樓為主,含有部分企事業(yè)單位。12~18層建筑以居住建筑居多,并且臨街建筑的底層多為商鋪或者商鋪與居住混用。19層以上建筑多為新建小區(qū),以及部分高端寫字樓。通過對20個樣方綜合分析得出,建筑人口容量與建筑層數(shù)呈正比關(guān)系。小于等于3層建筑每百平方米3人口,4到6層建筑每百平方米15人口,7到11層建筑每百平方米35人口,12到18層建筑每百平方米50人口,19層以上建筑每百平方米70人口。
圖3 南陽市3D建筑布局圖
2.2 公園服務(wù)半徑分類
分析以往調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),步行到城市公園綠地的居民約占90%,其中80%是為游憩、觀賞、娛樂和鍛煉而來的,并且93%的公園使用者都來自步行半小時的范圍內(nèi),所以大多的研究都只考慮步行方式的交通成本。研究表明,人一般希望步行3~5 min即可到一處公園綠地,人正常的步行速度為5~7 km·h-1,十字路口平均等待時間為30 s。因此在公園的服務(wù)半徑分析中,以30 m in為公園可達(dá)性的臨界點(diǎn),具體分為4類,分別為0~5 min步行可達(dá)公園區(qū)、5~15 min步行可達(dá)公園區(qū)、15~30 min步行可達(dá)公園區(qū),30~60 min步行可達(dá)公園區(qū) (表1)。
表1 公園服務(wù)范圍與人口數(shù)據(jù)值
2.3 基于建筑物人口容量的公園可達(dá)性分析
如表1所示,4類地塊總面積為13 173 hm2,公園總面積為1 057 hm2,總建筑人口容量為980萬人。其中占城市總用地面積最多的是5~15 min步行區(qū)域,為4 687 hm2,占研究區(qū)域總面積的35.6%,約422萬人,同時也是人均土地面積最小的區(qū)域,為11.1 m2·人-1,為人口密度最大區(qū)域。占城市總用地面積最少的是30~60 min步行區(qū)域,為1 868 hm2,僅占研究區(qū)域總面積的14.2%。由此可知,南陽市建筑的布局特點(diǎn)即建筑人口容量的分布特點(diǎn):以公園入口為中心,步行5~15 min區(qū)域建筑密度最高,建筑人口容量最大;距離公園最近區(qū)域和最遠(yuǎn)區(qū)域建筑密度相對較小,建筑人口容量相對較小。
圖4 網(wǎng)絡(luò)法分析公園服務(wù)半徑圖
將公園圖層與這4類地塊疊加分析,可以得到公園面積在這4類地塊中所占比重,結(jié)果如圖4所示。公園面積由0~5 min步行區(qū)的746 hm2快速衰減到30~60 min步行區(qū)的0 hm2,表明在15~30 min區(qū)域內(nèi)雖然有26 hm2的公園綠地,但市民進(jìn)入公園依然需要耗費(fèi)至少15 m in的步行時間,這也印證了現(xiàn)實(shí)生活中居住在公園周邊的居民,由于圍墻的阻隔,無法快速便捷地進(jìn)入公園的事實(shí)。為驗(yàn)證路網(wǎng)因素對可達(dá)性的影響,采用刪除路網(wǎng)因素的緩沖區(qū)法進(jìn)行對比驗(yàn)證,結(jié)果表明,刪除城市路網(wǎng)因素后公園圖層全部落入0~5 m in步行區(qū)域,即不存在緊鄰公園卻無法進(jìn)入公園的現(xiàn)象 (圖5)。
圖5 緩沖區(qū)法分析公園服務(wù)半徑
以城市公園綠地為研究對象,通過網(wǎng)絡(luò)分析的方法結(jié)合建筑人口容量數(shù)據(jù),得出南陽市5~15 min步行區(qū)域占城市總用地面積比例最高,此區(qū)域建筑人口容量最大,人均公園綠地面積較少,建議增加此區(qū)域公園面積。南陽市30~60 m in步行區(qū)域占城市總用地面積比例最低,主要分布在白河北岸老城區(qū),建議多在此區(qū)域建設(shè)小型街頭公園。
由于人口基數(shù)過小,在傳統(tǒng)的城市 “三綠”指標(biāo)中,人均公園綠地面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果往往低于市民感受值。由Google earth高清影像模擬得出的建筑人口容量數(shù)據(jù),可以很好地彌補(bǔ)統(tǒng)計(jì)人口數(shù)據(jù)偏小的問題。由表1可知,以南陽市的建筑人口容量為人口基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得出南陽市人均公園綠地面積為1.08 m2·人-1,此數(shù)值與市民感受值較為符合。由此可知,南陽市公園綠地面積嚴(yán)重不足,無法滿足城市需求。
基于建筑人口容量的可達(dá)性分析方法簡單易行,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人均公園指標(biāo)的缺陷,能夠優(yōu)化公園空間布局。人均公園指標(biāo)的缺陷如下:首先,人口數(shù)據(jù)與公園綠地?cái)?shù)據(jù)不在同一時期。在以往綠地系統(tǒng)規(guī)劃中人口數(shù)據(jù)多采用人口普查數(shù)據(jù),具有一定的滯后性,同時也忽略了流動人口。第二,人均公園指標(biāo)不能夠限定公園的空間位置,無法規(guī)范公園布局。采用建筑人口容量數(shù)據(jù)替代傳統(tǒng)的人口普查數(shù)據(jù),能夠提高城市綠地面積,更好地滿足居民需求??蛇_(dá)性分析則能夠優(yōu)化公園的空間布局,然而在公園可達(dá)性方面仍然存在很多不足之處,例如怎樣將公園吸引力因素融入進(jìn)去,以及交通方式的不同對可達(dá)性的影響。以建筑人口容量數(shù)據(jù)分析評價(jià)公園綠地的面積,雖然可以平衡建筑與綠地發(fā)展的關(guān)系,但依然沒有一個統(tǒng)一的定量指標(biāo)來有力證明其合理性。對于不同尺度的城市,劃定的指標(biāo)是否適用,以及如何將指標(biāo)劃分等級以使不同城市逐步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)等問題依然有待研究。
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(責(zé)任編輯:侯春曉)
TU986;P901
A
0528-9017(2015)04-0492-04
10.16178/j.issn.0528-9017.20150418
2015-01-19
徐彥秒 (1987-),男,碩士研究生,主要從事3S技術(shù)在綠地規(guī)劃中的應(yīng)用等方面的研究工作。E-mail:xuyanmiao8888 @126.com。
何瑞珍(1970-),女,副教授,博士,主要從事3S技術(shù)在綠地規(guī)劃中的應(yīng)用等方面的研究工作。E-mail:hrzzjd@163.com。
文獻(xiàn)著錄格式:徐彥秒,曹娓,何瑞珍.結(jié)合建筑人口容量的南陽市公園可達(dá)性分析 [J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(4):492-496.