GIS技術(shù)在城市綠地可達(dá)性研究中的應(yīng)用

胡魯寧

（萊西市城市化建設(shè)服務(wù)中心，山東 萊西 266600）

1 概念界定

1.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

GIS（Geographic Information System），源于加拿大地理學(xué)家Roger Tomlinson（1966）提出并構(gòu)建的全方位分析和操作地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，英美眾多學(xué)者提出GIS不應(yīng)僅是System（系統(tǒng)），還應(yīng)包括Science（科學(xué)），即地理信息的認(rèn)識(shí)、應(yīng)用研究不僅是一門技術(shù)，更應(yīng)是一門學(xué)科。2010年，GIS之父Roger Tomlinson對(duì)GIS在新視角進(jìn)行詮釋，提出其應(yīng)是人類認(rèn)知世界的一種新思維模式。

1.2 城市綠地可達(dá)性

可達(dá)性最早應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，表示為交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間的相互作用機(jī)會(huì)，可分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種類型。本文所述城市綠地可達(dá)性劃歸為被動(dòng)可達(dá)性類，即不考慮出行人對(duì)目的地的主觀選擇，基于客觀數(shù)據(jù)對(duì)各節(jié)點(diǎn)間交通的便利程度進(jìn)行劃分。

20世紀(jì)70年代末，時(shí)間地理學(xué)家Hagerstrand將可達(dá)性研究引入地理學(xué)領(lǐng)域，即通過時(shí)空約束和時(shí)空棱柱建立可達(dá)性研究框架。在我國綠地可達(dá)性研究中，李博等[1]最早提出將可達(dá)性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)運(yùn)用于城市綠地系統(tǒng)的服務(wù)能力評(píng)價(jià)，并借助GIS構(gòu)建阻力矩陣分布模型，綜合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)類因素（見表1），對(duì)廣州中山市的城市綠地可達(dá)性進(jìn)行研究。

表1 可達(dá)性影響因素

2 近十年GIS技術(shù)在城市綠地空間方面的研究熱點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以中國知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施工程（CNKI）中的“學(xué)術(shù)期刊”“碩博論文”“會(huì)議論文”為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，以“GIS”為第一關(guān)鍵詞，并含“綠地”為第二關(guān)鍵詞，對(duì)2011年1月至2021年1月間發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)于搜集到的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的書訊、論文簡介、實(shí)時(shí)通知進(jìn)行排除，最終獲取文獻(xiàn)共440篇。

2.2 研究結(jié)果分析

論文關(guān)鍵詞作為文章內(nèi)容的概括性詞匯，在一定程度上概括了文章的核心主題，通過對(duì)文章關(guān)鍵詞進(jìn)行梳理統(tǒng)計(jì)，可以得出該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的分布狀況。通過對(duì)近十年297篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，得出近年來出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞為GIS、可達(dá)性分析、城市公園、城市綠地、綠地面積、景觀格局、綠地系統(tǒng)規(guī)劃等。

對(duì)相似關(guān)鍵詞進(jìn)行歸納整理，得出近十年GIS在城市綠地領(lǐng)域的十大研究熱點(diǎn)為可達(dá)性、城市綠地、城市公園綠地、景觀格局、綠地系統(tǒng)、公園綠地、綠地景觀格局、綠地系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、綠地系統(tǒng)規(guī)劃、城市公園等（見圖1），涉及理論研究、指標(biāo)體系構(gòu)建、技術(shù)應(yīng)用、空間布局結(jié)構(gòu)等多個(gè)研究方向。其中，綠地可達(dá)性的相關(guān)研究始終為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此本文對(duì)GIS在城市綠地可達(dá)性研究的文獻(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)研究，歸納總結(jié)其具體研究方法與應(yīng)用結(jié)果。

圖1 2011—2021年GIS在城市綠地領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞

3 GIS技術(shù)在城市綠地可達(dá)性研究方面的應(yīng)用

現(xiàn)階段，國內(nèi)對(duì)城市綠地的可達(dá)性研究主要集中在對(duì)國外理論與方法的概括、可達(dá)性評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用性研究方面，進(jìn)而構(gòu)建適于中國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境現(xiàn)狀的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法。

3.1 研究數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

研究數(shù)據(jù)源的選擇與預(yù)處理手段，直接影響到綠地可達(dá)性評(píng)價(jià)的可信度。

1）研究數(shù)據(jù)源的選擇 城市綠地可達(dá)性研究的土地空間數(shù)據(jù)來源主要有高分辨率遙感影像、自然資源部土地利用數(shù)據(jù)兩種。現(xiàn)階段，學(xué)術(shù)研究數(shù)據(jù)主要源于高分辨率遙感影像（如TIM影像、快鳥影像等）的綠地信息提取，通過ENVI等遙感影響處理平臺(tái)，將影像圖與地形圖進(jìn)行配準(zhǔn)校正，獲取重疊影像，通過目視解譯法或NDVI等指數(shù)提取方法提取所需綠地信息。這種數(shù)據(jù)來源受分辨率等客觀因素影響較大，其綠地面積、相對(duì)位置會(huì)有微量偏差，但并不影響后續(xù)研究的進(jìn)行。社會(huì)、經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)來源主要為各地市的統(tǒng)計(jì)年鑒，道路交通網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)設(shè)施布局類數(shù)據(jù)的主要來源為網(wǎng)絡(luò)地圖或規(guī)劃部門現(xiàn)狀服務(wù)設(shè)施布局圖。

2）研究數(shù)據(jù)預(yù)處理 由于可達(dá)性分析影響因素繁多，因而對(duì)于信息的預(yù)處理過程較為冗雜。①采取離散法對(duì)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取細(xì)粒度的人口分布數(shù)據(jù)；②依據(jù)不同可達(dá)性模型的所需數(shù)據(jù)，賦予所提取的綠地信息以空間屬性，并進(jìn)行分類；③通過現(xiàn)場調(diào)研、網(wǎng)絡(luò)地圖等方法采集城市綠地出入口信息、周邊道路網(wǎng)絡(luò)信息、服務(wù)設(shè)施布局信息；④基于GIS平臺(tái)的空間分析工具，結(jié)合城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)，確定不同等級(jí)城市綠地的服務(wù)半徑，并疊加人口數(shù)據(jù)，得出綠地服務(wù)面積與服務(wù)人口，為后續(xù)城市綠地可達(dá)性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。

3.2 研究方法

2016年，趙星星[2]基于GIS平臺(tái)，依據(jù)不同交通方式構(gòu)建了城市綠地公園可達(dá)性模型。2017年，任曉雙等[3]學(xué)者基于GIS平臺(tái)運(yùn)用空間句法對(duì)青島城市公園的可達(dá)性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。2019年，劉大鵬等[4]學(xué)者從可達(dá)性角度，以包頭市2016年的綠地公園、交通網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助傳統(tǒng)累積耗費(fèi)距離算法和包含阻力系數(shù)的引力累積耗費(fèi)距離算法測(cè)算綠地公園的可達(dá)性阻力，從而對(duì)各綠地公園服務(wù)進(jìn)行分析。2020年，張華艷等[5]以上海市虹口區(qū)的公園為例，結(jié)合公園入口位置數(shù)據(jù)、居住區(qū)位置數(shù)據(jù)，應(yīng)用ArcGIS平臺(tái)，分析公園入口位置與小區(qū)位置之間的關(guān)系，并計(jì)算人們?cè)诓煌煌Ｊ较滤玫牟煌瑫r(shí)間成本，以此提出基于騎行、步行可達(dá)性的公園入口位置分布建議。2021年，李倩等[6]基于ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊對(duì)南臺(tái)島公園綠地進(jìn)行可達(dá)性分析，并計(jì)算公園綠地可達(dá)面積比和服務(wù)人口比，以此反映南臺(tái)島公園綠地可達(dá)性水平，并進(jìn)一步考慮老年人、兒童社會(huì)群體的可達(dá)性情況，提出公園綠地優(yōu)化建議。2021年，浩飛龍等[7]基于百度地圖路徑規(guī)劃API及騰訊宜出行大數(shù)據(jù)，采用步行、公交、駕車等多種交通方式引力模型，結(jié)合雙變量空間自相關(guān)分析法，綜合測(cè)度長春市中心城區(qū)公園綠地的空間可達(dá)性及其供需匹配特征。

基于相關(guān)研究成果的統(tǒng)計(jì)分析，依據(jù)不同原理，現(xiàn)階段基于GIS的城市綠地可達(dá)性研究方法主要有緩沖區(qū)模型法、費(fèi)用阻力模型法、引力模型法、最小鄰近距離法、兩步浮動(dòng)承載區(qū)域模型等。

1）緩沖區(qū)模型法 多用于確定研究對(duì)象后，將不同用地類型在GIS中以點(diǎn)、線、面的方式表現(xiàn)，并依據(jù)不同綠地類型的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)劃定不同范圍，進(jìn)而表示綠地的服務(wù)半徑。該模型操作簡單，但未考慮人口分布、道路網(wǎng)等各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，結(jié)果常與實(shí)際差別較大。

2）費(fèi)用阻力模型法 以城市綠地即各類柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合考慮路網(wǎng)、出行方式以及不同土地類型對(duì)于出行時(shí)間的影響，進(jìn)而評(píng)定城市綠地的可達(dá)性。該模型可以較為真實(shí)地反映出行成本、綠地可達(dá)性，但由于衡量指標(biāo)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)的主觀性，因此該方法往往用于不同地域、不同規(guī)劃間的比較。

3）引力模型法 基于萬有引力理論引申出的理論方法，對(duì)于節(jié)點(diǎn)間的相互引力作用因素考慮全面（人口密度、距離、綠地自身?xiàng)l件等）。但由于不同性質(zhì)節(jié)點(diǎn)的吸引力類型、作用各不相同，模型較為復(fù)雜，且計(jì)算結(jié)果含義有待商榷，因此難以直觀地反映城市綠地的可達(dá)性。

4）最小鄰近距離法 即人們更傾向于使用距離居住地更近的城市綠地，以此原理，通過測(cè)量居住區(qū)到達(dá)最近綠地所需的時(shí)間、距離等要素，衡量該地區(qū)城市綠地可達(dá)性。該方法可直觀地判斷何類區(qū)域的綠地可達(dá)性更為便捷，但在一定程度上忽略了不同綠地的吸引力及服務(wù)能力差異。

3.3 研究結(jié)果的分析與應(yīng)用

城市綠地作為城市重要公共資源之一，其可達(dá)性在一定程度上能夠衡量城市綠地的服務(wù)水平、社會(huì)公平程度。通過對(duì)綠地信息提取、分析以及指標(biāo)計(jì)算，評(píng)價(jià)現(xiàn)狀綠地系統(tǒng)服務(wù)能力，在規(guī)劃前期對(duì)城市綠地進(jìn)行合理配置，有利于解決資源分配不均的問題，從而提高城市綠地利用的公平與效益。針對(duì)綠地可達(dá)性較差的區(qū)域進(jìn)行綠地系統(tǒng)優(yōu)化布局，同時(shí)在可能范圍內(nèi)優(yōu)化周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而提高綠地可達(dá)性，實(shí)現(xiàn)綠地資源的合理分配（見圖2）。

圖2 城市綠地可達(dá)性研究框架示例

4 后續(xù)發(fā)展建議

1）加強(qiáng)學(xué)科間的交流合作 城市綠地可達(dá)性研究作為地理信息科學(xué)、城市規(guī)劃、景觀學(xué)、交通學(xué)、社會(huì)學(xué)的交叉性學(xué)科研究方向，要實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的發(fā)展，需要各學(xué)科間的交融配合。增強(qiáng)學(xué)科交互性，培養(yǎng)多學(xué)科融合性人才，尋求城市綠地可達(dá)性研究的新思路、新方法、新技術(shù)，將其應(yīng)用于實(shí)踐探究，以解決現(xiàn)階段城市綠地分布不均、綠地資源浪費(fèi)與資源短缺并存的城市問題。

2）加強(qiáng)理論研究、實(shí)踐應(yīng)用、實(shí)施評(píng)估、實(shí)施保障4個(gè)環(huán)節(jié)的貫通研究 將GIS技術(shù)應(yīng)用于城市綠地相關(guān)理論、實(shí)踐、評(píng)估、保障等多個(gè)規(guī)劃編制實(shí)施環(huán)節(jié)，能夠使理論模型與相關(guān)成果盡快得以有效實(shí)踐。將可達(dá)性研究成果應(yīng)用于規(guī)劃編制過程中，可依據(jù)分析結(jié)果，增強(qiáng)城市綠地資源的均衡性布局。結(jié)合相關(guān)人口數(shù)據(jù)、道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)綜合分析，得出有效的分析結(jié)論并應(yīng)用于實(shí)踐，有助于提高公園綠地實(shí)際服務(wù)的有效性。結(jié)合實(shí)際情況，利用ArcGIS平臺(tái)，對(duì)各類公園綠地規(guī)劃實(shí)施效果進(jìn)行短期、長期相結(jié)合的評(píng)估，判斷其規(guī)劃方向是否偏離、規(guī)劃實(shí)施效果能否滿足現(xiàn)階段社會(huì)需求，若實(shí)施效果未達(dá)預(yù)期，可及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整，有利于提高規(guī)劃實(shí)施效率，避免造成資源浪費(fèi)。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，通過GIS平臺(tái)對(duì)實(shí)際空間、人口、經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行模型模擬，疊合現(xiàn)狀各類用地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行空間分析及數(shù)學(xué)模型計(jì)算，得到較為客觀的城市綠地可達(dá)性評(píng)價(jià)，可為后續(xù)城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的公平效益類研究提供較為客觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為后續(xù)相關(guān)規(guī)劃編制提供技術(shù)支撐。