基于可達性的長春市公園綠地格局優(yōu)化

張 琳，劉兆順

(吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130000)

公園綠地是城市的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，可以改善經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境、生態(tài)環(huán)境功能、文化藝術(shù)底蘊，是保障城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。公園綠地不僅為城市居民提供了放松休閑的空間，同時在很大程度上減輕了城市熱島效應[1]。公園綠地可以維護居民的身心健康和維持城市環(huán)境水平，因此公園綠地是表征城市發(fā)展水平的一項指標。居民能否便捷安全地享受公園綠地服務是環(huán)境可持續(xù)性的重要標準，生態(tài)城市應該保證資源可以公平、公正地利用[2]。

可達性是指從空間中任意一點到達目的地的難易程度，反映了人們到達目的地過程所克服的空間阻力大小，常用距離、時間和費用等指標來衡量。城市服務設(shè)施分布的合理性與服務公平性都可以利用可達性進行研究。近年來，可達性在城市公園中也有了初步應用。目前可達性研究的主要方法有費用加權(quán)距離法、最小鄰近距離法、緩沖區(qū)法、引力模型法等[3-4]，而緩沖區(qū)分析法是通過計算居民到最近綠地的直線距離來表征可達性水平。計算可達性的簡便、最常使用的一種方法是緩沖區(qū)法，本文利用緩沖區(qū)法研究了長春市公園綠地格局及其優(yōu)化[5]。

國內(nèi)外很多學者對城市綠地可達性問題進行了研究，例如俞孔堅等[6]就首次將可達性作為評價指標應用到城市綠地系統(tǒng)評價中，國內(nèi)其余綠地可達性的研究大多數(shù)是針對現(xiàn)有綠地進行可達性評價。國外學者例如E. Dinand Ekkel曾利用可達性作為指標來研究城市綠地與人類健康的問題；Kshama Gupta利用GIS軟件對綠地可達性進行分等評價等等。以往國內(nèi)外對綠地可達性的研究多針對可達性與否進行定性評價，很少有利用可達性來進行綠地景觀優(yōu)化的案例。

本文以長春市為例，利用GIS技術(shù)，統(tǒng)計城市居住用地以及人口分布等數(shù)據(jù)，基于質(zhì)心分析方法，模擬研究區(qū)未來綠地格局，并結(jié)合緩沖區(qū)分析法，對優(yōu)化后的結(jié)果進行評價，為城市公園綠地研究提供新思路和新方法，并為長春市未來公園綠地空間布局提供參考[7]。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

長春市位于北半球中緯地帶(124°18′～127°02′ E、43°05′～45°15′ N)，歐亞大陸東岸的中國東北大平原腹地。氣候為大陸性季風氣候，氣候的大陸性強，氣溫的年差較大。

長春市是吉林省省會，中國東北地區(qū)中心城市之一，是吉林省的政治、經(jīng)濟、科教和交通中心。長春是中國四大園林城市之一，被譽為“北國春城”。長春市作為園林城市，迄今為止城市綠地建設(shè)比較出色，但如何在新一輪城市規(guī)劃中針對綠地可達性進行綠地格局優(yōu)化是目前亟需解決的問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要有長春市2010年遙感影像，長春市2010年地籍數(shù)據(jù)庫中地類及人口數(shù)據(jù)，長春市城市規(guī)劃資料以及長春市相關(guān)統(tǒng)計年鑒。

本文研究區(qū)選擇長春市中心城區(qū)，長春市公園綠地按照《城市綠地分類標準》中的定義與分類進行選取，依據(jù)長春市公園名錄(第一批)，以長春市2010年市區(qū)遙感影像為工作底圖，利用GIS軟件形成公園綠地面狀矢量圖層，由于城市居民在進行活動時偏向于選擇≥2 hm2的公園綠地，因此在公園綠地矢量圖層中選擇面積≥2 hm2的公園綠地[8]。

長春市中心城區(qū)主要包括南關(guān)區(qū)、二道區(qū)、寬城區(qū)、綠園區(qū)和朝陽區(qū)，總面積為642.07 km2。符合本文要求的綠地面積為4099 hm2，占中心城區(qū)面積的6.38%。長春市公園綠地包括凈月潭國家級森林公園、南湖公園、動植物公園等，以上公園對于提升城市環(huán)境、豐富市民精神文化生活等具有顯著影響。

長春市居住用地數(shù)據(jù)主要是通過長春市2010年地類數(shù)據(jù)按照土地利用分類進行篩選。人口數(shù)據(jù)中包含人口密度和人口數(shù)量，通過與地類數(shù)據(jù)的合并，可以得到每塊居住用地的人口數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 綠地選擇

根據(jù)上文所述，本研究中將選擇≥2 hm2的公園綠地作為研究對象，利用公園綠地面狀矢量圖層屬性表篩選得到長春市面積≥2 hm2的公園綠地(圖1)。

圖1 長春市面積≥2 hm2的公園綠地分布圖

2.2 優(yōu)化目標的確定

《國家園林城市標準》中提出500 m見綠的目標，相關(guān)研究中也提出，城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中應該實現(xiàn)500 m服務半徑的全覆蓋。根據(jù)長春市公園綠地的現(xiàn)有情況，最終確定優(yōu)化目標為提高中心市區(qū)公園綠地500 m范圍可達的人口數(shù)量[9]。

2.3 待優(yōu)化區(qū)域及其人口數(shù)量統(tǒng)計

通過緩沖區(qū)分析法利用GIS軟件可以得到公園綠地的500 m緩沖區(qū)，使用疊加分析中的相交工具可以得到緩沖區(qū)外的居住用地，這些居住用地沒有公園綠地覆蓋，是待優(yōu)化區(qū)域。根據(jù)可達性優(yōu)化目標將待優(yōu)化區(qū)域劃分為若干個地塊單元。為了模擬500 m服務半徑，將研究區(qū)生成1000 m×1000 m的方格網(wǎng)，劃分為若干個面積為1 km2的地塊單元，分別統(tǒng)計每個地塊單元的人口密度和人口數(shù)量(圖2)。

圖2 待優(yōu)化區(qū)域居住用地空間分布及其人口密度

2.4 綠地格局優(yōu)化

本文主要通過確定新增綠地的面積和位置來進行綠地格局優(yōu)化，利用人均公園綠地指標及每個地塊的人口數(shù)量可以確定面積，通過人口重心計算確定位置。

按照現(xiàn)有指標和標準，人均公園綠地的標準是6 m2，統(tǒng)計出每個地塊對應的人口數(shù)量。綠地面積采用如下計算公式：

Agl=Np×Aglm

(1)

式(1)中，Agl：公園綠地面積(m2)；Aglm：人均綠地面積(m2)；Np：人口數(shù)量(人)。

按照經(jīng)濟性原則，人口數(shù)量較少的區(qū)域暫時不建設(shè)新的公園綠地。根據(jù)人均公園綠地面積6 m2的標準[10]，按公園面積為2、5、10 hm2共3個級別，分別統(tǒng)計每個地塊服務人口數(shù)量(表1)。

表1 根據(jù)公園綠地面積進行人口數(shù)量計算

分別提取人口數(shù)量在3333～8333、8333～16667、>16667人的地塊，作為待優(yōu)化增加綠地面積為2、5、10 hm2的地塊(圖3～圖6)?，F(xiàn)實中公園綠地均有一定的半徑，所以實際服務面積可能會超過地塊面積，因此，公園面積確定中選擇公園綠地面積下限，即人口數(shù)量3333～8333人則確定新增公園面積為2 hm2，人口數(shù)量8333～16667人則確定新增公園面積為5 hm2，人口數(shù)量大于16667人則確定新增公園面積為10 hm2。模擬公園為圓形，按照新增公園面積分別為2、5、10 hm2，可以計算公園半徑分別為80、126、178 m。

圖3 新增綠地面積及所在位置示意圖

美國學者沃爾克(F. Walker)于1874年首先使用人口重心概念，它可表明地區(qū)人口分布的總趨勢或中心區(qū)位?；诿總€1000 m×1000 m的地塊計算人口重心，即為優(yōu)化綠地的中心位置[11]。人口重心按照重力的分解與合成法則進行計算，運用公式(2)計算：

(2)

式(2)中，xi和yi為第i個地塊幾何中心的坐標值，wi是第i個地塊的權(quán)重值。此處采用的就是第i個地塊的人口數(shù)。

新增綠地位置通過人口重心計算實現(xiàn)?；谫|(zhì)心分析分別生成每個居住用地地塊的質(zhì)心，對質(zhì)心進行權(quán)重，權(quán)重數(shù)據(jù)為每個地塊的人口數(shù)量，對應生成每個地塊單元(面積1 km2)的人口重心，這個人口重心也就是優(yōu)化新增綠地的中心位置。GIS分析功能(mean center)可以實現(xiàn)該部分操作。以基于人口重心生成的綠地中心位置為中心，基于緩沖區(qū)分析法分別按半徑為80、126、178 m生成優(yōu)化新增綠地空間分布圖(圖4)。

圖4 新增公園綠地空間分布圖

基于GIS的空間疊加分析功能將新增公園綠地與長春市行政區(qū)圖進行空間疊加，通過屬性表可以計算得到每個城區(qū)新增公園綠地的個數(shù)以及面積(圖5)。

基于GIS的空間疊加分析功能將新增公園綠地與現(xiàn)狀公園綠地進行空間疊加，生成綠地格局優(yōu)化圖(圖5)，這個步驟通過GIS里分析工具中的疊加分析來完成。

2.5 綠地格局優(yōu)化結(jié)果

利用緩沖區(qū)分析方法對新增綠地進行500 m緩沖區(qū)分析，將居住用地與生成的緩沖區(qū)進行疊加分析，提取500 m范圍內(nèi)的居住用地。利用屬性表進行統(tǒng)計和查詢，可以得到公園綠地優(yōu)化后500 m內(nèi)居住用地面積和500 m內(nèi)人口數(shù)量。

圖5 綠地格局優(yōu)化圖

3 結(jié)果與分析

3.1 優(yōu)化綠地空間分析

新增綠地在長春市各行政區(qū)的位置如圖6所示，通過圖2和圖6的觀察分析可以看出：優(yōu)化新增綠地主要集中在人口密度較大的區(qū)域，除了凈月潭國家級森林公園外，其他面積較大的公園也主要分布在此區(qū)域。此區(qū)域?qū)儆陂L春市中心部位，人口密度最大，相對于其他地區(qū)，需要建設(shè)更多的公園綠地，綠地環(huán)境一般，城市用地緊張，如何處理城市發(fā)展中的問題是現(xiàn)在以及未來亟需解決的問題[12]。

綠園區(qū)：長春市綠園區(qū)主要位于長春市西部，其前身為長春市郊區(qū)。綠園區(qū)人口分布很分散。綠園區(qū)現(xiàn)有長春公園、四間水庫、國際汽車公園等公園綠地，綠園區(qū)新增公園綠地主要分布在東北方向。

朝陽區(qū)：位于長春市西南部，是長春市科技、文化與商貿(mào)中心城區(qū)。朝陽區(qū)現(xiàn)有南湖公園等綠地，區(qū)內(nèi)很多是一些老舊建筑，在進行舊城改造時，應該著重綠地的建設(shè)問題，新增公園綠地主要分布在朝陽區(qū)東北方向。

寬城區(qū)：長春市寬城區(qū)由兩塊區(qū)域組成，長春市火車站位于寬城區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有森林公園、伊通河沿岸場地以及勝利公園等綠地。寬城區(qū)人口密度較為分散，因此新增綠地公園相較其他區(qū)域，更為分散，人口數(shù)量沒有其他區(qū)域那么集中，因此在此區(qū)域新增公園綠地多為分散的公園綠地。

南關(guān)區(qū)：南關(guān)區(qū)有長春市最大的凈月潭國家級森林公園，伊通河也會經(jīng)過南關(guān)區(qū)?，F(xiàn)有八一水庫、動植物公園等公園綠地，南關(guān)區(qū)是長春市公園現(xiàn)有綠地比較滿足需求的區(qū)域，區(qū)域面積較大，人口分散，新增綠地主要分布在與其余幾個行政區(qū)交匯的北部區(qū)域。

二道區(qū)：二道區(qū)內(nèi)現(xiàn)有公園綠地較少，且公園面積大部分較小。未來二道區(qū)應該著力建設(shè)大中型可以滿足需求的公園。新增公園綠地主要分布在二道區(qū)的西南方向。

圖6 優(yōu)化綠地在長春市各行政區(qū)的空間分布

南關(guān)區(qū)和綠園區(qū)內(nèi)綠地基本可以滿足需求，朝陽區(qū)、二道區(qū)綠地資源較少，難以滿足需求，寬城區(qū)人口分散，綠地不能滿足全部人的需求。近年來，日益增長的房地產(chǎn)項目導致一定范圍的居民數(shù)量急劇增長，暴露了公園綠地嚴重缺乏的問題。朝陽區(qū)主要是老城區(qū)，在舊城改造過程中應著力解決此矛盾。二道區(qū)的總體綠化狀況較差，人口密度大，公園綠地缺乏較嚴重，應在城市建設(shè)中重點在該區(qū)域增設(shè)綠地。寬城區(qū)人口比較分散，新增綠地應該根據(jù)人口數(shù)量相對集中的區(qū)域來建設(shè)。

3.2 優(yōu)化綠地面積分析

從新增綠地的總體情況來看，累計新增面積為2、5、10 hm2的公園綠地分別為45、23、2個(表2)。

表2 新增綠地面積和數(shù)量

統(tǒng)計新增綠地在各行政區(qū)的面積如表3所示，可以看出，新增綠地在5個區(qū)的面積相差不大，在朝陽區(qū)新增綠地面積最大為54 hm2，占所有新增綠地比重最大為24%。在寬城區(qū)新增綠地面積最小為39 hm2，占所有新增綠地比重最小為17.33%。說明未來長春市每個區(qū)都對應需要新增綠地，其中寬城區(qū)新增綠地占其區(qū)域面積比重最大為0.607%，但總體而言，長春市公園綠地發(fā)展現(xiàn)狀一般偏好。

表3 新增綠地在各行政區(qū)中的分布

3.3 優(yōu)化綠地效果分析

通過計算新增綠地優(yōu)化方案與2010年現(xiàn)狀進行比較，可以看出優(yōu)化后綠地可達性得到明顯提高(表4)。優(yōu)化后公園綠地面積為4324 hm2，相較2010年的4099 hm2公園綠地，新增綠地225 hm2，提高了5.5%。綠地可達性顯著提高，主要體現(xiàn)在可達人口和可達面積上，其中優(yōu)化后500 m可達人口為89.5萬人，相較于2010年的35.9萬人，提高了53.6萬人，提高了50.3個百分點。優(yōu)化后500 m可達面積達到31104 hm2，遠超過2010年的17418 hm2，共計增長13686 hm2，增長了22.5個百分點。人均綠地面積也有一定的提高由2010年的5.3 m2/人增長到6.1 m2/人。上述數(shù)據(jù)說明，通過優(yōu)化新增綠地方案長春市公園綠地可達性得到了顯著提高。

表4 新增綠地優(yōu)化方案與2010年現(xiàn)狀相比

4 結(jié)論與討論

長春的綠化居于亞洲大城市之冠，其公園綠地分布本身比較合理，但還有一定的改進空間[13]。本文在2010年數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過模擬未來新建綠地的空間分布，將新增綠地與現(xiàn)有綠地進行空間疊加，生成優(yōu)化城市公園布局，可以為城市綠地格局規(guī)劃提供參考價值。

本文采用人口重心模型確定新增綠地的中心位置，通過緩沖區(qū)分析法得到新增綠地的空間分布。將新增綠地與現(xiàn)有綠地進行疊加分析，最后得到優(yōu)化綠地的空間分布圖。通過上述一系列比較可以看出，在增加公園綠地面積5.5%的情況下，公園綠地的可達性人口增加了50.3個百分點，可達性面積增加了22.5個百分點，簡而言之，通過合理分配公園綠地的布局，可以做到通過增加較少面積的公園綠地，實現(xiàn)可達性較大的提高。

本文中對城市綠地格局的優(yōu)化僅基于可達性一個因素，并未考慮城市中人口流動以及土地利用性質(zhì)，也未考慮隨著時間的增長人口數(shù)量的變化以及公園綠地自身的變化，是一種理論上的優(yōu)化模式。在實際工作中，還需要結(jié)合城市綠地的功能，城市土地利用類型以及建設(shè)綠地成本因素等方面綜合考慮[14-15]。

公園綠地可達性評價中未考慮居民游憩對城市公園綠地的壓力，只考慮距離因素。在公園綠地格局優(yōu)化中沒有考慮滿足距離可達條件的居住用地及其上居住的人口。實際生活中可能出現(xiàn)公園人滿為患的狀況，影響居民的使用，導致部分居民即使距離公園很近，短時間內(nèi)能夠到達，但并不愿意前往的狀況。因此，在以后研究中應該全面考慮各方面因素，綜合確定城市公園綠地的格局優(yōu)化布局情況。

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