基于空間句法與GIS的開封城市公園綠地可達性分析

張萍萍 賈小焓 徐紀安 吳朋飛

城市公園綠地作為城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施是構(gòu)成城市生態(tài)環(huán)境的重要元素[1—2],同時也是提高城市居民身心健康和實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障[3—4]，其可達性是衡量城市居民的生活質(zhì)量和城市園林化的重要指標，公園綠地的可達性研究具有重要意義?？蛇_性（accessibility）研究最早起源于古典區(qū)位論，旨在對空間上某一要素實體(點、線或區(qū)域)的位置優(yōu)劣程度進行度量[5]。Hansen首先利用引力勢能模型研究了城市的可達性與土地利用之間的關(guān)系[6]。城市的可達性逐漸受到學者的廣泛關(guān)注，如城市設(shè)施對鄰里社區(qū)的可達性影響[7]、通勤可達性對城市結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響[8]、城市居住用地與城市可達性的關(guān)系[9]等。城市綠地與公共空間的可達性也逐漸引起學者的興趣，Herzele、Pasaogullari等學者則對城市綠地空間、城市公共空間的可達性進行了分析與評價[10—11]。國內(nèi)對城市綠地的可達性的研究成果豐富，一般借助于GIS與RS技術(shù)平臺，運用緩沖區(qū)分析[12]、最近鄰近距離分析和行進成本法[13]、兩步移動搜索法[14]、引力模型[5]等方法來研究和評價城市公園綠地的可達性、空間分布格局、利用程度和服務價值等。但這些研究方法存在著一定的局限性，如緩沖區(qū)法和最小鄰近距離法忽略了到達目的地過程中的障礙，易高估服務設(shè)施的空間可達性;引力模型法中的景觀分類賦值是以相對阻力為前提的，但景觀類型的劃分和相對阻力大小的賦值具有不確定性，主觀性較大，缺乏考慮城市道路結(jié)構(gòu)對可達性的影響。

近年來，空間句法在城市路網(wǎng)和空間場所或設(shè)施可達性的分析效果明顯[15—18]，研究過程中，空間句法只考慮道路的空間位置即幾何屬性，數(shù)據(jù)獲取容易，計算結(jié)果穩(wěn)定且可靠性高，彌補了這方面的缺陷[19—20]。因此，本研究借助GIS平臺，結(jié)合空間句法理論，以空間結(jié)構(gòu)為切入點，以道路網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，關(guān)注城市公園綠地空間與全局城市空間關(guān)系，從空間關(guān)系出發(fā)對空間結(jié)構(gòu)進行精確量化描述與分析，揭示人類社會活動與空間形態(tài)的互動關(guān)聯(lián)，為今后開封市城市綠地的規(guī)劃、營建、格局優(yōu)化和管理提供參考。

1 空間句法及其主要變量

20世紀70年代， Hiller等英國學者提出了空間句法理論?？臻g句法理論認為:城市系統(tǒng)由空間物體和自由空間兩部分組成，空間物體主要是指建筑物，自由空間則是由空間物體隔開的，人可以在其中自由活動的空間，且具有連續(xù)性，可從任何一點到達空間的任何其他地點[21]。根據(jù)句法理論，由軸線（或特征點）各自的空間可達性進行拓撲分析，最終導出一系列的空間句法分析變量，見表1。

2 研究區(qū)概況

開封簡稱“汴”，古稱“汴州、”“東京”、“大梁”，擁有2700多年的建城史，是國家歷史文化名城、中國八大古都之一。截至2013年底，開封市區(qū)由龍亭、鼓樓、順河、禹王臺、金明5區(qū)組成，建成區(qū)面積達87km2，東西長22km，南北14km。研究區(qū)范圍僅為圖1中紅色線段圍合區(qū)域。全市有龍亭公園（69.48 hm2）、中國翰園（6.20hm2）、天波楊府（2.6hm2）、清明上河園（26.67hm2）、汴京公園（15.06hm2）、萬歲山森林公園（35.0hm2）、鐵塔公園（36.35hm2）、開封府（4.0hm2）、包公祠（1.0hm2）、金明池遺址公園（60.0hm2）、禹王臺公園（26.33hm2）、繁塔（0.74hm2）、烈士陵園（11.34hm2）共13家公園綠地分布其中。

3 研究方法與數(shù)據(jù)處理

3.1 研究方法

3.1.1 公園綠地的整體可達性與局部可達性

集成度描述的是系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)集聚或離散的程度，集成度值越高，空間結(jié)構(gòu)的集聚程度越大，空間的可進入性越好。換句話說，集成度測度的是距所研究公園綠地最近的道路（即空間句法中所謂的軸線）與研究區(qū)內(nèi)其他全部道路集聚或離散的程度和可達性程度。另外，大量以往研究實例證明，集成度高度關(guān)聯(lián)于人行和車行流量[22]。因此，可通過集成度值的運算對公園綠地所在的軸線的交通組織能力進行定量分析，從而測度公園綠地的可達性。集成度可分為全局集成度和局部集成度，通過它們來測度公園綠地的整體可達性和局部可達性。

表1 空間句法分析變量表

圖1 開封市路網(wǎng)及公園分布圖

圖2 開封市公園綠地緩沖區(qū)圖

3.1.2 公園綠地的感知可達性

可理解度是衡量從一個空間所看到的局部空間結(jié)構(gòu)，是否有助于觀測者建立起整個空間系統(tǒng)的圖景，反映的是局部空間與全局的相互關(guān)系以及觀察者通過局部空間的連通性來感知全局空間通達性的能力。本研究通過公園綠地的可理解度的計算來測度其公園綠地的感知可達性。

3.1.3 GIS空間分析

包括近鄰分析、緩沖區(qū)分析、核密度分析。近鄰分析，確定公園綠地的可達性空間格局;緩沖區(qū)分析，用來展示公園綠地的服務范圍和確定公園綠地的集成度值、可理解度值;核密度分析，展示軸線的集成度空間分布格局。

3.2 數(shù)據(jù)處理

3.2.1 柵格底圖的生成

選取河南地圖院編制的《開封市城區(qū)圖》（2014年中國地圖出版社）進行掃描，然后經(jīng)過地圖投影變換、空間幾何校正等處理，獲得柵格底圖。由于中國翰園、天波楊府、龍亭公園在同一院墻內(nèi)，本研究將中國翰園、天波楊府歸并到龍亭公園作為一個公園處理，因此，研究區(qū)內(nèi)共有11家公園綠地分布。

3.2.2 公園綠地路口的提取

根據(jù)谷歌地圖和實地調(diào)研，確定每一個公園綠地的路口分布和地理位置情況，然后將其地理信息通過ArcGIS10.0軟件添加到柵格底圖中，生成公園綠地路口要素文件。

3.2.3 軸線地圖與變量數(shù)值的生成

在ArcGIS10.0中加載Axwoman6.0軟件，采用軸線空間分割方法對柵格底圖進行柵格數(shù)字化工作，獲得開封市區(qū)道路網(wǎng)的軸線地圖數(shù)據(jù)。然后，通過Axwoman6.0軟件生成由644條軸線構(gòu)成的軸線圖和句法變量，將變量值導入到Excel中，進行數(shù)量統(tǒng)計與分析。

由于在構(gòu)建軸線模型的過程中要求“軸線數(shù)目最少且最長”，但如何實現(xiàn)“最長最少”，時至目前，沒有一個統(tǒng)一的標準和方法，從而使得同一個城市的句法變量值會因人而異。鑒于此，為消除這種影響，本研究將市區(qū)11家公園分別做800m、2000m的緩沖區(qū)分析（圖2），然后將各公園綠地緩沖區(qū)覆蓋的軸線的集成度值加以統(tǒng)計，并取它們的均值代替各公園綠地的集成度值。

3.2.4 可理解度值的計算

本研究根據(jù)各個公園綠地800m、2000m的緩沖區(qū)區(qū)內(nèi)各條道路軸線的連接值、全局集成度值，然后根據(jù)表1中的公式，計算各公園綠地的可理解度值。

圖3 開封市公園綠地服務范圍圖

圖4 開封市道路全局集成度核密度與公園綠地的空間分布關(guān)系圖

4.1 公園綠地的分布特征

利用ArcGIS10.0中的魚網(wǎng)工具將整個研究區(qū)域進行50m×50m的網(wǎng)格化，將其與公園入口做近鄰分析，得出圖3。由于開封市總體規(guī)劃（2008—2020）中心城區(qū)綠地水系規(guī)劃要求，城市公園綠地中組團公園服務半徑不超過800 m ，市級公園服務半徑不宜大于2000m，故圖4中距離的中斷值設(shè)為800m、2000m、3000m、5000m等5級。

圖4中可以看出，開封市公園綠地的分布不均衡。800 m的服務半徑內(nèi)，各公園綠地服務區(qū)的分布總體上較為集中，除萬歲山森林公園、清明上河園、龍亭公園和包公祠。開封府形成2個較大的片區(qū)，其他公園綠地幾乎是離散狀態(tài)，沒有形成“集團”。2000m的服務半徑內(nèi)，各公園綠地的服務區(qū)接連成片，都集中分布在土堤以內(nèi)，汴西新區(qū)沒有完全覆蓋到。2000m—5000m的服務半徑下，公園綠地的服務區(qū)則覆蓋了整個城區(qū)。

4.2 公園綠地的整體可達性

公園綠地的整體可達性是指市民從研究區(qū)域內(nèi)的任意一個地方到達某個公園綠地的難易程度，是對各公園綠地在較大尺度范圍內(nèi)的可達性的測度。本文選取空間句法中的全局集成度值來評價公園綠地整體可達性，其可達性評價效果見表2。

公園綠地整體可達性總體較好，個別公園綠地整體可達性很差;服務半徑越大，公園綠地整體可達性越好。緩沖區(qū)800m范圍內(nèi)11家公園綠地的全局集成度均值為1.059，在2000m的服務范圍內(nèi)市區(qū)內(nèi)全部公園綠地的全局集成度均值1.085，都略高于全部路網(wǎng)軸線的全局集成度均值（0.996），表明各公園綠地的整體可達性總體上較好。個別公園綠地的整體可達性表現(xiàn)很差，空間的可進入性不好。在800 m服務半徑下鐵塔公園、禹王臺、繁塔、萬歲山森林公園、烈士陵園全局集成度值分別低于全部軸線的全局集成度均值（0.996）的1.175%、2.391%、2.510%、3.245%、18.723%，在2000m服務半徑下只剩烈士陵園低于全部軸線全局集成度均值水平?？梢?，鐵塔公園、禹王臺、繁塔、萬歲山森林公園、烈士陵園的整體可達性有待提升。另外，800m服務半徑下的公園綠地的全局集成度均值小于2000m服務半徑下的全局集成度均值，說明隨著服務半徑的增大，公園綠地的整體可達性在增強。

公園綠地與整體可達性存在空間“錯位”。結(jié)合圖4可知，研究區(qū)內(nèi)道路的全局集成度大致呈圈層分布，由市中心向外逐漸降低，且集聚成團分布。公園綠地的空間分布與研究區(qū)道路全局集成度的空間分布存在部分“錯位”現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為:一方面全局集成度核密度高值區(qū)（圖4中黑色區(qū)域）沒有1個公園綠地分布，核密度值較高區(qū)域（深灰色區(qū)域）也只分布著龍亭、開封府、包公祠、汴京公園等4家公園綠地。另外，全局集成度低值區(qū)的舊城區(qū)東南區(qū)域卻分布著3個公園綠地。

4.3 公園綠地的局部可達性

局部集成度是系統(tǒng)中某一空間與其它3步拓撲距離之內(nèi)空間的集成度，局部集成度值越大，其空間的可進入性越好，即可達性越好。本文采用局部集成度來衡量公園綠地的可達性，另一方面，可以和各公園的整體可達性進行比較分析。市區(qū)內(nèi)各公園綠地的局部可達性效果見表3。

公園綠地的局部可達性總體良好，個別公園綠地局部可達性很差;服務半徑越大，局部可達性減弱。800m服務范圍內(nèi)，市區(qū)內(nèi)全部公園綠地的局部集成度均值為2.307;2000m服務范圍內(nèi)，市區(qū)內(nèi)全部公園綠地的局部集成度均值為2.254，分別高出全部軸線的局部集成度均值（1.969）14.74%、17.22%，表明市區(qū)內(nèi)全部公園綠地的局部可達性總體表現(xiàn)良好。個別公園的局部可達性表現(xiàn)很差。800 m服務半徑下，烈士陵園的局部集成度值占全部軸線的局部集成度均值的84.519%。2000m服務半徑下，公園綠地的可達性更差，有禹王臺、繁塔、烈士陵園等3家公園綠地均低于全部軸線的局部集成度均值。另外，800m服務半徑下的公園綠地的局部集成度均值大于2000m服務半徑下的局部集成度均值，說明隨著服務半徑的增大，公園綠地的整體可達性在減弱。

公園綠地與局部可達性同樣存在著空間“錯位”。從圖11中可以看出:研究區(qū)內(nèi)道路局部集成度與全局集成度分布相比，大致相同，呈圈層分布，由市中心向外逐漸降低。但與全局集成度不同的是，局部集成度較好的道路較多，且分布較為分散。公園綠地的空間分布與研究區(qū)道路局部集成度的空間分布同樣存在部分“錯位”現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為一方面局部集成度核密度高值區(qū)（老城東南部，圖5中黑色區(qū)域）沒有1個公園綠地分布。核密度值較高區(qū)（深灰色區(qū)域）龍亭公園、汴京公園、開封府、包公祠4家公園綠地，都在該區(qū)域邊緣分布。此外，局部集成度核密度低值區(qū)（舊城區(qū)東南）卻集中分布了繁塔、禹王臺公園、烈士陵園等3家公園綠地。

表2 開封市公園綠地全局集成度值表

表3 開封市公園綠地局部集成度值表

圖5 開封市道路局部集成度核密度與公園綠地的空間分布關(guān)系圖

表4 開封市公園綠地的可理解度值表

4.4 公園綠地的感知可達性

根據(jù)3.2數(shù)據(jù)處理中可理解度值的計算方法，得出公園綠地的感知可達性情況，見表4。

公園綠地的感知可達性總體較弱，個別感知可達性很差。兩種范圍緩沖區(qū)下的公園綠地的可理解度均值雖均高于全部軸線的可理解度值0.253，但其值均低于0.5，說明公園綠地的感知可達性總體上較弱。但繁塔、禹王臺公園的可理解度值不僅低于全部公園綠地可理解度的均值，更低于全部軸線的可理解度均值，感知可達性很差，不利于市民通過局部空間的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來感知整個路網(wǎng)，容易發(fā)生迷路。

服務半徑增大，公園綠地的總體感知可達性在下降。800m服務半徑下，公園綠地的可理解度均值為0.424，2000m服務半徑下的公園綠地可理解度均值為0.345，可理解度均值在減小，表明，當市民置身于一個更大的空間范圍內(nèi)，要從局部空間的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來感知整個路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的難度在增加，即隨著服務半徑的增大，公園綠地的感知可達性在下降。另外，2000m的服務半徑下，全部公園綠地都高于全部軸線的可理解度值0.253，說明，緩沖區(qū)的變大，各公園綠地的可理解度在增強，特別是禹王臺和繁塔公園綠地的可理解度在增強。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本研究綜合運用空間句法、線密度分析法、緩沖區(qū)分析法，近鄰分析法、核密度分析法，從開封市公園綠地的分布特征、整體可達性、局部可達性、感知可達性4個視角，對開封市公園綠地的分布與可達性進行了定量評價，主要結(jié)論如下:① 公園綠地分布不均衡，總體分布呈聚集狀態(tài)。② 公園綠地的整體可達性總體表現(xiàn)較好，但個別公園綠地整體可達性很差;隨著服務半徑的變大，其總體的整體可達性在增強。③ 研究區(qū)內(nèi)公園綠地局部可達性總體良好，個別公園綠地的局部可達性表現(xiàn)也很差;隨著服務半徑的增大，其局部可達性在減弱。④ 公園綠地的空間分布與道路網(wǎng)絡的整體可達性、局部可達性都存在部分空間“錯位”現(xiàn)象，即可達性較好的區(qū)域如汴西新區(qū)公園綠地分布較少，可達性較差區(qū)域如舊城區(qū)郊區(qū)分布著較多的公園綠地。⑤ 公園綠地的感知可達性總體上較弱、個別表現(xiàn)很差;服務范圍的變大導致公園綠地的感知可達性在下降。

5.2 討論

研究區(qū)內(nèi)公園綠地集中分布在舊城區(qū)，土堤外圍的汴東和汴西區(qū)域沒有公園綠地分布，應該在這些地區(qū)規(guī)劃和建設(shè)公園綠地，以滿足市民休憩和鍛煉的需要。本研究除汴京公園、金明池遺址公園對市民免費開放外，其他公園綠地施行“年卡”或門票收費制度，建議政府加大財政投入，盡可能的讓全部的公園綠地免費對市民開放，使市民能夠享受更多的綠地服務設(shè)施。位于舊城區(qū)火車站附近的繁塔、禹王臺、烈士陵園3家公園綠地整體或局部可達性都較差，這與其所處的位置相對較偏，又屬于舊城郊區(qū)，道路質(zhì)量和等級較低，建筑物相對密集有關(guān)。對此，應加強道路規(guī)劃和修建，拆遷與改造周邊建筑物，增強該區(qū)域道路與城市公交站的無縫對接，從而提高公園綠地的可達性。

本研究基于圖論思想，借助GIS平臺，結(jié)合空間句法理論，以空間結(jié)構(gòu)為切入點，以道路網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，為公園綠地的可達性研究提供了一個新的視角，做了初步的嘗試。公園綠地的可達性受許多主觀和客觀因素影響，本研究忽略了空間句法在軸線建模過程中遵循“軸線最長數(shù)目最少”原則的主觀因素和公園綠地的景觀吸引力、交通路網(wǎng)的銜接情況等客觀因素，在一定程度上可能會影響可達性測度的精確性。因此，今后還需結(jié)合各公園綠地的實際交通情況和改進軸線的建模方法，從而對公園綠地的可達性進行更為精確地測度。