基于GIS的公園綠地可達(dá)性分析
——以南臺(tái)島為例

李倩，陳玥忻，劉興詔,2，黃燕玲，李圣嵐

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)美麗鄉(xiāng)村人居環(huán)境研究院，福建福州350002）

公園綠地指具有一定的游憩設(shè)施和服務(wù)設(shè)施，向公眾開放，以游憩功能為主，同時(shí)兼具生態(tài)美化、教育避險(xiǎn)等功能的綜合綠化用地[1]?？焖俚某鞘谢茐牧顺鞘猩鷳B(tài)環(huán)境，帶來了環(huán)境惡化、交通擁堵等城市病，世界衛(wèi)生組織將其視為“21世紀(jì)的主要公共健康挑戰(zhàn)”[2]，而2020年新冠肺炎的爆發(fā)再次警醒我們建立以公共健康為導(dǎo)向的城市公園體系是亟待解決的問題。公園綠地在改善城市生態(tài)和營造宜居環(huán)境以及促進(jìn)城市公共健康有著不可替代的作用[3]，其空間布局的合理性很大程度上影響城市居民的生活品質(zhì)，對(duì)改善居民健康和提高城市可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義，且隨著居民生活水平的提高對(duì)公園綠地服務(wù)的公平性關(guān)注程度也越來越高，而可達(dá)性是空間資源合理性與服務(wù)公平性的重要指標(biāo)之一[4]，對(duì)公園綠地可達(dá)性進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

可達(dá)性的概念最早由Hansen[5]提出，公園可達(dá)性是指居民克服空間阻力的相對(duì)難易程度[6]，其表征方法有網(wǎng)絡(luò)分析法、緩沖區(qū)模型法、最小距離法、引力勢(shì)能模型等[7]。國外對(duì)公園可達(dá)性的研究起步較早，Nicholls是較早將GIS空間分析法應(yīng)用于城市公園綠地可達(dá)性的學(xué)者之一[8]；Dony等從不同的交通方式的角度，對(duì)美國北卡羅來納州梅克倫堡縣的公園綠地可達(dá)性進(jìn)行了研究[9]；Fasihi等人利用緩沖區(qū)分析法對(duì)伊朗伊蘭市公園綠地可達(dá)性及公平性進(jìn)行了定量評(píng)估[10]。國內(nèi)俞孔堅(jiān)等在中山市城市公園綠地的功能評(píng)價(jià)中首次應(yīng)用了景觀可達(dá)性[11]；施拓等基于緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)比分析沈陽市三環(huán)內(nèi)城市公園綠地可達(dá)性[12]；莊霆堅(jiān)等運(yùn)用高斯兩步移動(dòng)搜索法對(duì)福州市鼓樓區(qū)公園應(yīng)急避險(xiǎn)綠地可達(dá)性進(jìn)行分析[13]；楊文奇等依據(jù)人口與公園綠地空間匹配程度對(duì)江蘇省東臺(tái)市市區(qū)公園可達(dá)性進(jìn)行研究[14]。國內(nèi)研究內(nèi)容多從空間布局角度對(duì)公園綠地可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，較少同時(shí)從空間布局和居民使用角度展開研究，忽略了綠地與周圍居民的關(guān)系[15]。此外，已有研究大多以行政區(qū)或者建成區(qū)為研究對(duì)象，行政邊界附近的可達(dá)性有可能被低估或者高估，而自然邊界的景觀單元?jiǎng)t可以較好的避免這樣的誤差。

本研究以相對(duì)獨(dú)立的城市島嶼為研究范圍，以居民和公園綠地相互關(guān)系為切入點(diǎn)，針對(duì)福州市南臺(tái)島公園綠地可達(dá)性進(jìn)行研究，并進(jìn)一步考慮老年人、兒童社會(huì)群體對(duì)公園綠地的使用，研究結(jié)果可為提高公園利用率和南臺(tái)島公園綠地合理化布局建設(shè)提供指導(dǎo)與科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南臺(tái)島東西長27.3 km，南北寬10.3 km，地處福州城區(qū)南部（25°15′—26°39′N，118°08′—120°31′E），區(qū)域面積142 km2，為閩江中第一大島。南臺(tái)島地域與福州市倉山區(qū)行政區(qū)基本吻合，下轄金山、上渡、對(duì)湖、倉前、三叉街、下渡、臨江、東升8個(gè)街道及建新、倉山、蓋山、螺洲、城門5個(gè)鎮(zhèn)。2018年，全島常住人口83.6萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率100.0%。2018年地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）為623.1億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值75 022元。倉山區(qū)入選2019年度全國綠色發(fā)展百強(qiáng)區(qū)、2019年度全國科技創(chuàng)新百強(qiáng)區(qū)。研究以公園綠地為研究對(duì)象，劃定研究區(qū)域總面積為168 km2（圖1），公園綠地總面積6.63 km2，占研究區(qū)域面積的3.95%。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Study Area Map

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

首先，通過Google Earth和Open Street Map（簡稱OSM）分別下載南臺(tái)島的衛(wèi)星影像圖和osm地圖數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)通過ArcGIS中Open Street Map Toolbox模塊下的Load OSM File工具進(jìn)行解析處理,并提取出研究相關(guān)的數(shù)據(jù)要素，處理成shapefile文件。

其次，在ArcMap中繪制出南臺(tái)島的范圍紅線，并將紅線外數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，保留紅線內(nèi)數(shù)據(jù)，參考南臺(tái)島的百度地圖、衛(wèi)星影像圖及福州園林局發(fā)布的《福州市城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃》（2016－2020），修正有差異的部分得到精準(zhǔn)的城市道路、城市居住區(qū)、城市公園等相關(guān)數(shù)據(jù)。

最后，結(jié)合2010年第6次全國人口普查的人口數(shù)據(jù)以各行政區(qū)域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元生成總常住人口、老年人人口（65歲以上）、兒童人口（14歲以下）的人口數(shù)據(jù)庫。

2.2 網(wǎng)絡(luò)分析法

一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)由源、鏈、節(jié)點(diǎn)和阻力4部分組成，本文以公園主要出入口為源；以雙向行駛的城市道路為鏈；以道路交叉點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，且設(shè)置30 s的等待時(shí)間；以花費(fèi)的時(shí)間為阻力。首先，通過道路長度與相應(yīng)的速度計(jì)算出時(shí)間阻力值，其中依據(jù)不同的年齡結(jié)構(gòu)和騎行速度，步行取平均速度1.2 m·s-1，騎行取平均速度2.5 m·s-1。機(jī)動(dòng)車出行方式下，根據(jù)《城市綜合交通體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51328-2018）確定快速路為80 km·h-1，主、次干路為45 km·h-1，支路為25 km·h-1。其次，根據(jù)步行、騎行以及機(jī)動(dòng)車的適宜時(shí)間15 min[16-18]進(jìn)行等級(jí)劃分，將居民出行時(shí)間劃分為四個(gè)等級(jí)：0～5 min，5～10 min，10～15 min，＞15 min，對(duì)應(yīng)的可達(dá)性為好、良好、一般和差。最后，通過Network Analyst模塊下的分析設(shè)置選取相應(yīng)的阻抗，建立相應(yīng)的服務(wù)區(qū)分析圖層。

2.3 指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

本文將服務(wù)區(qū)面積與南臺(tái)島居住區(qū)面積疊加裁剪得到服務(wù)區(qū)覆蓋的居住面積，結(jié)合人口數(shù)據(jù)，通過公式（1）至（3）計(jì)算可達(dá)面積比和服務(wù)人口比。

其中，式中Ra為公園綠地的可達(dá)面積比，S為研究區(qū)內(nèi)的公園綠地的可達(dá)面積,T為研究區(qū)總面積；DP為人口密度，P為研究區(qū)內(nèi)的人口數(shù)量，A為研究區(qū)內(nèi)的居住建筑面積；RP為公園綠地服務(wù)人口比，ARC為服務(wù)區(qū)覆蓋的居住建筑面積，PD為研究區(qū)內(nèi)總?cè)丝凇?/p>

借鑒服務(wù)人口比的方法，本文選取對(duì)公園綠地游憩使用的健康性、舒適性等最敏感需求最強(qiáng)烈的老年人、兒童群體作為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象[19]，運(yùn)用公式（2）計(jì)算研究區(qū)內(nèi)的老年人和兒童的人口密度帶入RP中，計(jì)算得出老年人服務(wù)人口比指標(biāo)和兒童服務(wù)人口指標(biāo)，分析其對(duì)公園綠地的可達(dá)性情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同出行方式公園綠地整體可達(dá)性分析

通過網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)不同出行方式下的南臺(tái)島公園綠地可達(dá)性進(jìn)行分析（圖2和表1），首先，可知公園綠地的空間可達(dá)性分布不平衡，島西部可達(dá)性明顯好于島東部，可達(dá)性呈現(xiàn)出由西向東逐漸減弱的趨勢(shì)。其次，公園綠地可達(dá)性較好的區(qū)域多圍繞島靠江呈帶狀分布，帶狀公園具有跨度面積大和入口數(shù)量多的特點(diǎn)，是形成較好可達(dá)性的原因之一。最后，通過表中數(shù)據(jù)可見可達(dá)面積比與服務(wù)人口比成正比，且隨著出行速度的提高可達(dá)區(qū)域面積逐漸增加。

圖不同出行方式的網(wǎng)絡(luò)分析可達(dá)性2Fig.2 Network analysis accessibility in different modes of travel

表1 不同出行方式的可達(dá)面積比、服務(wù)人口比Tab.1 Accessible area ratio and service population ratio of different travel modes

3.2 不同出行方式公園綠地分區(qū)可達(dá)性分析

整體上看來，南臺(tái)島公園可達(dá)性水平一般，13個(gè)行政區(qū)的公園綠地可達(dá)性水平不盡相同（圖3和表2）。在步行出行的可達(dá)性適宜的時(shí)段中，倉前街道、臨江街道、金山街道、對(duì)湖街道及建新鎮(zhèn)可達(dá)區(qū)域可達(dá)面積比和服務(wù)人口比相對(duì)較高，其中0～5 min時(shí)段，金山街道可達(dá)面積比最高（13.80%），臨江街道服務(wù)人口比最高（17.42%）；步行5～10 min，臨江街道可達(dá)面積比和服務(wù)人口比最高分別為31.65%和42.77%；步行10～15 min，對(duì)湖街道可達(dá)面積比最高（41.24%），服務(wù)人口比最高（44.62%）?？蛇_(dá)面積比及服務(wù)人口比相對(duì)較低的區(qū)域是三叉街街道、東升街道、蓋山鎮(zhèn)、螺洲鎮(zhèn)以及城門鎮(zhèn)，0～5 min和5～10 min時(shí)段，三叉街街道的數(shù)值最低且兩個(gè)數(shù)值皆為0.00%；10～15 min時(shí)段，可達(dá)性覆蓋人口最少的是城門鎮(zhèn)。＞15 min時(shí)段，三叉街街道、東升街道、蓋山鎮(zhèn)、螺洲鎮(zhèn)和城門鎮(zhèn)的可達(dá)面積比和服務(wù)人口比皆高于80%，進(jìn)一步說明這些區(qū)域步行可達(dá)性差。

在騎行的交通方式下，各個(gè)行政區(qū)在0～5 min與5～10 min的可達(dá)性可達(dá)面積比和服務(wù)人口比的趨勢(shì)與步行情況基本相同，只是各比值有所增加。變化較明顯的是騎行10～15 min可達(dá)面積比及服務(wù)人口比較高的區(qū)域由臨江街道和金山街道轉(zhuǎn)向三叉街街道、東升街道和倉山鎮(zhèn)。騎行＞15 min，三叉街街道、東升街道、對(duì)湖街道、倉前街道和倉山鎮(zhèn)服務(wù)人口比都為0.00%，說明居民騎行15 min可以到達(dá)公園綠地，而城門鎮(zhèn)、螺洲鎮(zhèn)及蓋山鎮(zhèn)與步行情況相同可達(dá)性較差。

機(jī)動(dòng)車出行的可達(dá)性適宜的區(qū)域可達(dá)面積比和服務(wù)人口比皆在50%左右且與步行和騎行下相同在15 min內(nèi)居民可到達(dá)公園綠地，而相對(duì)較差的區(qū)域也可在10 min內(nèi)到達(dá)公園綠地，例如：三叉街街道、東升街道，但城門鎮(zhèn)較之同時(shí)間等級(jí)的可達(dá)性一直較低且在可達(dá)性差的時(shí)間段內(nèi)其可達(dá)面積比和服務(wù)人口比最高。

圖3 不同交通方式下的公園綠地可達(dá)面積比Fig.3 Accessible area ratio of park green space under different modes of transportation

3.3 基于老年人、兒童的服務(wù)人口比分析

步行是老年人和兒童的主要出行方式[20]，本文對(duì)步行出行方式下的老年人、兒童的服務(wù)人口比進(jìn)行進(jìn)一步的分析。整體上，適宜時(shí)間內(nèi)老年人服務(wù)人口比總計(jì)2.25%，兒童服務(wù)人口比總計(jì)5.20%，只服務(wù)到了37.72%的老年人和41.65%的兒童，服務(wù)人口比較低。分區(qū)上（圖4），兒童服務(wù)人口比較老年人服務(wù)人口比數(shù)值明顯有所增加，但趨勢(shì)與老年人服務(wù)人口比情況基本相同。

在0～5 min時(shí)段行政區(qū)老年人、兒童服務(wù)人口比基本都低于平均值0.35%和0.64%，老年人、兒童服務(wù)人口相對(duì)較好和較差的區(qū)域與總服務(wù)人口比相同，其中金山街道老年人、兒童人口密度相對(duì)較低，卻有比較高的老年人、兒童服務(wù)人口比，原因在于金山街道內(nèi)有金山公園、烏龍江濕地公園、榕城廣場(chǎng)公園和零零散散分布的游園，公園綠地?cái)?shù)量高分布均衡，可達(dá)性服務(wù)范圍廣。而三叉街街道老年人、兒童人口密度最高，其服務(wù)人口比相對(duì)較低，究其原因在于街道內(nèi)及周邊街道分布的公園綠地面積小且少，應(yīng)合理布局公園綠地使其更好的服務(wù)于老人兒童。

5～10 min時(shí)段，各個(gè)行政區(qū)老年人服務(wù)人口比數(shù)值有所增加但趨勢(shì)與0～5 min時(shí)段內(nèi)情況基本相同。10～15 min時(shí)段，服務(wù)人口比相對(duì)較好的街道增加了對(duì)湖街道、下渡街道、上渡街道和建新鎮(zhèn)，其中對(duì)湖街道老年人服務(wù)人口比最高（3.09%），金山街道兒童服務(wù)人口比最高（4.22%）。＞15 min時(shí)段，總體上可以看出臨江街道、金山街道、對(duì)湖街道和建新鎮(zhèn)老年人和兒童基本可以在15 min內(nèi)到達(dá)公園綠地，而東升街道、三叉街街道、城門鎮(zhèn)及螺洲鎮(zhèn)的適宜時(shí)間內(nèi)老年人和兒童到達(dá)公園的可達(dá)性較低。

圖4 步行方式下老年人、兒童分區(qū)服務(wù)人口比Fig.4 Population ratio of the elderly and children under the walking mode

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

公園綠地可達(dá)性分析可以很好地反應(yīng)公園布局所存在的問題，本研究采用GIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊對(duì)南臺(tái)島公園綠地可達(dá)性進(jìn)行分析，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）南臺(tái)島公園綠地可達(dá)性整體水平一般且布局不合理，島西部公園綠地?cái)?shù)量、面積以及交通路網(wǎng)的完善程度明顯高于東部，可達(dá)性水平也呈現(xiàn)出島西部向島東部逐漸減弱的趨勢(shì)。

2）通過對(duì)比不同出行方式下的公園綠地可達(dá)性發(fā)現(xiàn)服務(wù)范圍隨著出行速度的提高越來越大，可達(dá)性的優(yōu)劣出行情況為：機(jī)動(dòng)＞騎行＞步行，這與趙英杰等[21]、盧寧等[22]、郭松等[23]研究結(jié)果一致。

3）各個(gè)行政區(qū)之間公園綠地可達(dá)性水平各不相同，可達(dá)面積比和服務(wù)人口比不協(xié)調(diào)，且存在不同程度的服務(wù)盲區(qū)，其中三叉街街道、東升街道較為嚴(yán)重，究其原因在于其人口密度高但街道及街道附近分布的綠地面積小且少。

4）南臺(tái)島公園綠地只服務(wù)到了37.72%的老年人和41.65%的兒童，其中三叉街街道老年人、兒童人口密度最高，但其服務(wù)人口比相對(duì)較低，公園利用率較低。

4.2 建議

鑒于南臺(tái)島居民能夠更好的利用公園綠地，針對(duì)以上結(jié)論所發(fā)現(xiàn)的問題給出以下優(yōu)化建議：

1）著力解決好南臺(tái)島公園綠地布局不均衡的問題，保護(hù)好現(xiàn)有的綠地，并增加三叉街街道、東升街道、蓋山鎮(zhèn)、螺洲鎮(zhèn)和城門鎮(zhèn)的公園綠地?cái)?shù)量并進(jìn)行統(tǒng)一科學(xué)化的管理，優(yōu)先考慮老人兒童的需求，增加面積小而功能全的游園分布于居住區(qū)附近，方便老人兒童對(duì)公園綠地的利用。

2）完善南臺(tái)島的道路交通網(wǎng)絡(luò)，將各公園綠地串聯(lián)起來，優(yōu)先考慮步行空間，結(jié)合居民需求，制定不同交通方式下的出行機(jī)制。

3）提高公園綠地的開放性，適當(dāng)增加公園綠地的出入口，加強(qiáng)出入口的導(dǎo)向功能，提高居民進(jìn)入公園綠地的便攜性，已達(dá)到擴(kuò)充服務(wù)半徑的目的。

本研究存在的不足之處在于只考慮了單一出行方式下的時(shí)間成本，未考慮公交換乘和空間阻力的影響，公園綠地可達(dá)性評(píng)價(jià)具有一定的局限性。此外，綠地與居民的關(guān)系是“供”與“需”兩方面的問題，可達(dá)性的評(píng)價(jià)不單單只考慮交通因素，還應(yīng)考慮居民的年齡、收入、偏好以及公園自身的吸引力等因素，本研究雖在年齡組成方面有所考慮，但未能很好地與本研究相融合，有待進(jìn)一步深入研究。