結(jié)合建筑人口容量的南陽市公園可達(dá)性分析

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 研究方法與資料收集

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 數(shù)據(jù)分析

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

3 小結(jié)和討論

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。

［1］ 張利華，鄒波，黃寶榮.城市綠地生態(tài)功能綜合評價(jià)體系研究的新視角 ［J］.中國人口資源與環(huán)境，2012，22（4）：67-71.

［2］ Attwell K.Urban land resources and urban planing-case stud ies from Denmark［J］.Landscape and Urban Planning，2000，52（2/3）：145-163.

［3］ Jim C Y，Chen S S.Comprehensive greenspace planning based on landscape ecology principles in compact Nanjing city，China［J］.Landscape and Urban Planing，2003，65（3）：95-116.

［4］ 徐波，郭竹梅.城市綠地的避災(zāi)功能及其規(guī)劃設(shè)計(jì)研究［J］.中國園林，2008，24（12）：56-59.

［5］ 葛偉強(qiáng)，周紅妹，楊引明，等.基于遙感和GIS的城市綠地緩解熱島效應(yīng)作用研究 ［J］.遙感技術(shù)與應(yīng)用，2006，21（5）：432-435.

［6］ Fang C F，Ling D L.Investigation of the noise reduction provided by tree belts［J］.Landscape and Urban Planing，2003，63（4）：187-195.

［7］ 喬青，高吉喜，韓永偉，等.基于生態(tài)需求的城市綠地系統(tǒng)生態(tài)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用：以遼寧省海城市為例 ［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（9）：10-14.

［8］ 任啟文，王成，楊穎，等.城市綠地空氣微生物濃度研究：以北京元大都公園為例 ［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（4）：80-83.

［9］ 俞孔堅(jiān)，段鐵武，李迪華，等.景觀可達(dá)性作為衡量城市綠地系統(tǒng)功能指標(biāo)的評價(jià)方法與案例 ［J］.城市規(guī)劃，1999，23（8）：7-10.

［10］ 周廷剛，郭達(dá)志.基于GIS的城市綠地景觀引力場研究：以寧波市為例 ［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（6）：1157-1163.

［11］ 尹海偉，孔繁花，宗躍光.城市綠地可達(dá)性與公平性評價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（7）：3375-3383.

［12］ 郭微，陳平，唐潔，等.基于景觀可達(dá)性的城市綠地系統(tǒng)承載力估算 ［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2012，31（1）：165-171.

［13］ 同麗嘎，寧小莉，張靖.基RS與 GIS的包頭市城市公園綠地休閑游憩服務(wù)半徑研究 ［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（3）：202-208.

［14］ 張露，田永中，楊海.高時間分辨率城市人口日動態(tài)模擬［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，29（4）：60-65.

［15］ 劉常富，李小馬，韓東.城市公園可達(dá)性研究：方法與關(guān)鍵問題 ［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（19）：5381-5390.

［16］ 李小馬，劉常富.基于網(wǎng)絡(luò)分析的沈陽城市公園可達(dá)性和服務(wù) ［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（3）：1554-1562.

［17］ 廖順寶，孫九林.基于GIS的青藏高原人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化 ［J］.地理學(xué)報(bào)，2003，58（1）：25-33.

［18］ 楊小喚，劉業(yè)森，江東，等.一種改進(jìn)人口數(shù)據(jù)空間化的方法：農(nóng)村居住地重分類 ［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2006，25（3）：62-69.

［19］ 余洋，甄峰.基于Google earth的城市人口密度研究：以廣東清遠(yuǎn)為例 ［J］.熱帶地理，2009，29（6）：561-566.

［20］ 趙宏，張志華，胡新宇，等.基于北京一號衛(wèi)星影像的建筑陰影測量建筑高度的應(yīng)用研究 ［J］.北京測繪，2010（2）：38-40.

（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.