趙夢(mèng)蕾,姚正陽(yáng),毛 達(dá)
(河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003)
城市公園綠地是開(kāi)放空間的重要組成部分,是向公眾開(kāi)放,以游憩為主要功能,兼具生態(tài)、美化、防災(zāi)等作用的綠地,是城市公共服務(wù)的重要資源之一[1],如何正確衡量城市居民需求與公園綠地供給的關(guān)系,是當(dāng)前城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中亟需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的綠地量化評(píng)估指標(biāo)有綠地率、人均公園綠地面積、人均綠地面積、綠化覆蓋率、公園綠地服務(wù)半徑覆蓋率等[2],其中公園綠地服務(wù)半徑覆蓋率雖可以反映城市公園綠地供給與需求的比例,但不能體現(xiàn)城市各公園綠地之間實(shí)際供給水平的差異。
可達(dá)性是一個(gè)空間概念,反映了起點(diǎn)與終點(diǎn)之間在空間上克服各種障礙進(jìn)行交流的難易程度[3-4]。通過(guò)可達(dá)性的分析計(jì)算,可以直接反映該設(shè)施的空間分布公平性問(wèn)題,確定應(yīng)該關(guān)注的缺乏公共設(shè)施的區(qū)域??蛇_(dá)性在各種公共設(shè)施的評(píng)價(jià)中應(yīng)用較多,如商業(yè)、醫(yī)療、公園綠地、防災(zāi)避難設(shè)施等[5-6]??蛇_(dá)性分析的方法主要有最小距離法、緩沖區(qū)分析法、網(wǎng)絡(luò)分析法、引力模型法、兩步移動(dòng)搜尋法等[7-12]。最小距離法以歐式距離作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算居民點(diǎn)到最近設(shè)施供應(yīng)點(diǎn)的直線距離,距離越近,可達(dá)性越好,但沒(méi)有考慮城市路網(wǎng)因素。緩沖區(qū)分析法計(jì)算居民點(diǎn)某一半徑范圍內(nèi)公共設(shè)施的數(shù)量和面積或計(jì)算公共設(shè)施某一服務(wù)半徑范圍內(nèi)的居民點(diǎn)數(shù)量、面積,同樣忽略了城市路網(wǎng)因素。網(wǎng)絡(luò)分析法以公共設(shè)施點(diǎn)為中心,計(jì)算沿著道路網(wǎng)絡(luò)的基于某一時(shí)間或距離成本的服務(wù)范圍,增加了對(duì)于城市路網(wǎng)的考慮,但沒(méi)有考慮供需關(guān)系。引力模型法是考慮公共設(shè)施的可達(dá)性與居民點(diǎn)交通潛力、城市公園綠地吸引力成正比,與綠地到居民點(diǎn)之間的出行勢(shì)能和時(shí)間的a次方成反比,但所需數(shù)據(jù)較為復(fù)雜,阻抗系數(shù)較難確定。在引力模型法的基礎(chǔ)上,兩步移動(dòng)搜索法(two-step floating catchment area method, 2SFCA)[13-14]是基于路網(wǎng)分別以設(shè)施供應(yīng)點(diǎn)和居民需求點(diǎn)為中心移動(dòng)搜尋兩次,確定供需之間的便捷度,能夠綜合考慮城市公共設(shè)施的供給規(guī)模、需求規(guī)模和供需之間的距離關(guān)系,解釋更為直觀。但在隨后對(duì)2SFCA的研究中發(fā)現(xiàn),該方法未考慮距離衰減,且同一搜索閾值內(nèi)默認(rèn)居民選擇不同公園綠地的概率是相同的。為解決這些問(wèn)題,出現(xiàn)了以2SFCA為基礎(chǔ)的E2SFCA(enhanced two-step floating catchment area)[15]、V2SFCA(variable 2SFCA)等[16]。E2SFCA在兩次移動(dòng)搜尋中將時(shí)間閾值分為多個(gè)區(qū)間,并利用高斯函數(shù)賦予不同的權(quán)重,從而增加對(duì)于距離衰減的解釋;V2SFCA不斷拓展搜索的范圍從而使得需求量和供需比達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),而后計(jì)算可達(dá)性。但這些方法側(cè)重于搜索閾值的確定,均未考慮因公園綠地的服務(wù)能力不同以及距離遠(yuǎn)近而產(chǎn)生的選擇概率因素,而在實(shí)際的居民出行中是有選擇性的,例如更近的、更大的公園綠地會(huì)更有吸引力。步行是城市交通的重要組成部分[17],2018年城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中首次提出以步行生活圈來(lái)對(duì)居住區(qū)進(jìn)行規(guī)模劃分,隨后,各城市均積極推進(jìn)兼顧合理服務(wù)半徑及人口規(guī)模的城市步行生活圈構(gòu)建。因此,本研究以河南省新鄉(xiāng)市為例,在2SFCA的基礎(chǔ)上,引入Huff模型[18],增加考慮城市公園綠地的服務(wù)能力和距離因素對(duì)居民點(diǎn)可達(dá)性的綜合影響,提出改進(jìn)的兩步移動(dòng)搜索法(improved two-step floating catchment area method,i2SFCA),分別計(jì)算基于2SFCA和i2SFCA的城市公園綠地可達(dá)性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比,主要分析步行條件下的城市公園綠地空間可達(dá)性及其分布的空間格局,以期為未來(lái)城市規(guī)劃發(fā)展與優(yōu)化提供建議和參考。
新鄉(xiāng)市位于河南省北部(113°23′~115°01′E,34°53′~35°50′N)。境內(nèi)有國(guó)家級(jí)文保單位20處,A級(jí)旅游景區(qū)19個(gè),是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)及中原城市群核心區(qū)城市之一。本研究以人口較為密集的新鄉(xiāng)市主城區(qū)環(huán)路以內(nèi)片區(qū)為研究區(qū)域,分屬紅旗區(qū)(HQ)、衛(wèi)濱區(qū)(WB)、牧野區(qū)(MY)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)(簡(jiǎn)稱高新區(qū),GXQ)4個(gè)區(qū)管轄,面積約150 km2,常住人口約91.6萬(wàn)人。
本研究中新鄉(xiāng)市公園綠地?cái)?shù)據(jù)、交通路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于《新鄉(xiāng)市城市總體規(guī)劃(2011—2020)(2017年修訂)》,并結(jié)合2020年Google Earth衛(wèi)星影像進(jìn)行校驗(yàn)修正,而住區(qū)單元?jiǎng)澐忠约熬幼∪丝跀?shù)據(jù)則采集于2019年12月上線的新鄉(xiāng)市區(qū)劃地名服務(wù)平臺(tái)(http://xinxiang.quhuadiming.cn/)最新數(shù)據(jù)。
區(qū)域內(nèi)城市公園綠地含綜合公園、社區(qū)公園、專類公園和沿河綠地等。為了使研究邊界附近區(qū)域的可達(dá)性研究更為準(zhǔn)確,將緊鄰南環(huán)路的夏荷公園,以及一半位于研究區(qū)域外的聯(lián)通苑綠地計(jì)入研究范圍內(nèi)綠地,共50個(gè),公園綠地總面積達(dá)48.3萬(wàn)m2,人均公園綠地面積約為5 m2。研究中采用各公園綠地的入口作為供給點(diǎn),共提取104個(gè)點(diǎn)。
居住人口數(shù)據(jù)主要以街道為基本統(tǒng)計(jì)單元,但對(duì)于市轄區(qū)中各鎮(zhèn),如紅旗區(qū)洪門鎮(zhèn)、衛(wèi)濱區(qū)平原鎮(zhèn)、牧野區(qū)王村鎮(zhèn)和牧野鎮(zhèn)以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū),因其管轄區(qū)域面積較大,涵蓋社區(qū)較多,為避免計(jì)算誤差過(guò)大,研究單元具體到社區(qū)。研究共提取77個(gè)居住單元,并采用各街道社區(qū)的質(zhì)心作為需求點(diǎn),其中紅旗區(qū)、牧野區(qū)、衛(wèi)濱區(qū)以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)各分布有20、31、17、9個(gè)居住單元。
交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)共提取道路194條,分為快速路、主干道、次干道、支路和村莊路。研究中因供給點(diǎn)為城市公園綠地,因此交通方式主要考慮步行。
1)2SFCA。對(duì)每個(gè)公園綠地供給點(diǎn)j,搜索時(shí)間閾值(t0)范圍內(nèi)的住區(qū)質(zhì)心需求點(diǎn)k,計(jì)算供需比(Rj)。
(1)
式中:Sj為公園綠地j的供給規(guī)模,用公園綠地面積表示;Pk為搜尋閾值內(nèi)住區(qū)k(即tkj≤t0)的需求規(guī)模,用住區(qū)人口數(shù)表示;tkj為住區(qū)k到達(dá)綠地j的時(shí)間。一般情況下步行者出行的最大心理承受能力為30 min,因此本次研究中搜索閾值t0采用30 min。
之后,分別對(duì)每個(gè)住區(qū)i,搜索其出行時(shí)間閾值(t0)內(nèi)的所有公園綠地j,將其供需比Rj求和即得到住區(qū)i的可達(dá)性Ai。
Ai=∑j∈{tij≤t0}Rj。
(2)
式中:Ai為住區(qū)需求點(diǎn)i對(duì)公園綠地的空間可達(dá)性,值越大表明住區(qū)的綠地可達(dá)性越好;Rj為住區(qū)i搜索閾值(tij≤t0)內(nèi)公園綠地供給點(diǎn)j的供需比。
2)i2SFCA。Huff模型[19]常用于研究城市商圈的服務(wù)規(guī)模和醫(yī)院等公用設(shè)施的服務(wù)范圍,它的概念化與多選擇邏輯模型有關(guān),消費(fèi)者在位置i面對(duì)同類設(shè)施l(=1,2……n),選擇某一特定設(shè)施j的概率(Pij)為其設(shè)施的吸引力(U)與同類所有設(shè)施吸引力之和的比值,與設(shè)施的面積(S)成正比,與它到消費(fèi)者的距離(d)呈冪函數(shù)反比。
(3)
式中:dij為位置i到達(dá)設(shè)施j的距離;β為距離摩擦系數(shù),且β>0,β值越大,距離越遠(yuǎn),衰減越快,則選擇概率越小,通常的取值范圍為1.0~3.0[20]。
i2SFCA方法以2SFCA為基礎(chǔ),在可達(dá)性計(jì)算時(shí)疊加了公園綠地服務(wù)能力和距離因子,引入Pij,即住區(qū)i面對(duì)不同綠地j的出行概率,對(duì)公園綠地供給點(diǎn)j時(shí)間閾值內(nèi)的需求規(guī)模(Pk)以及住區(qū)i時(shí)間閾值內(nèi)的各綠地供給比(Rj)賦予選擇概率(Pij)權(quán)重,因此,供給比及可達(dá)性(Ai)計(jì)算方法為:
(4)
Ai=∑j∈{tij≤t0}RjPij
。
(5)
對(duì)于城市公園綠地的選擇而言,一些距離遠(yuǎn)但規(guī)模較大的公園綠地也可能會(huì)被居民選擇,因此衰減系數(shù)β不會(huì)過(guò)大,研究中將分別計(jì)算β取值為1.0和2.0時(shí)的可達(dá)性。
研究分別采用2SFCA與i2SFCA方法對(duì)研究區(qū)域內(nèi)步行條件下的城市公園綠地可達(dá)性進(jìn)行分析,得到77個(gè)居住單元的可達(dá)性:以2SFCA法得到可達(dá)性最大數(shù)值為43.80,最小值為0,平均值為7.03;以i2SFCA法得到可達(dá)性最大數(shù)值為38.72(β=1.0)和39.79(β=2.0),平均值分別為7.26和7.58,最小值均為0。i2SFCA方法與2SFCA計(jì)算結(jié)果相比,可達(dá)性最大值減小,平均值增大,最小值均為0,且數(shù)量都共有18個(gè),表明有18個(gè)住區(qū)單元在步行30 min范圍內(nèi)無(wú)法到達(dá)區(qū)域內(nèi)任一處綠地,占比23.4%。
觀察以不同方法得到的可達(dá)性數(shù)值散點(diǎn)圖(圖1)可以看到,可達(dá)性數(shù)值多分布在15以下,可達(dá)性數(shù)值位于25以上的區(qū)域主要為定國(guó)湖公園附近住區(qū),如牧野區(qū)定國(guó)湖社區(qū)、理想社區(qū)等,因綠地服務(wù)面積較大、時(shí)間閾值內(nèi)住區(qū)人口較少而獲得了較高的可達(dá)性。結(jié)合不同計(jì)算方法的可達(dá)性分位數(shù)數(shù)值(表1)進(jìn)行分析,當(dāng)可達(dá)性數(shù)值位于70百分位數(shù)以內(nèi)時(shí),相比i2SFCA方法,以2SFCA方法得到的可達(dá)性被低估了,而隨著距離摩擦系數(shù)β的增大,低值區(qū)間的差距有所減少,高值區(qū)可達(dá)性差距則變大,原因在于幾個(gè)研究區(qū)域邊界的住區(qū)(衛(wèi)濱區(qū)平原鎮(zhèn)八里鋪村等)可達(dá)性在2SFCA計(jì)算中被嚴(yán)重低估了,關(guān)于這點(diǎn)在可達(dá)性分級(jí)分析中會(huì)進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1 公園綠地步行可達(dá)性數(shù)值散點(diǎn)圖
表1 可達(dá)性百分位數(shù)值統(tǒng)計(jì)
采用反距離權(quán)重法(inverse distance weighted)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)77個(gè)居住單元的公園綠地步行可達(dá)性進(jìn)行插值分析,并分級(jí)顯示(圖2)。研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀人均公園綠地面積約為5 m2,《新鄉(xiāng)市城市總體規(guī)劃(2011—2020)(2017年修訂)》中確定規(guī)劃期末的城市人均公園綠地面積為8.98 m2。另外GB/T 50563—2010《城市園林綠化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)于人均建設(shè)用地80~100 m2的城市,規(guī)定人均公園綠地面積指標(biāo)的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別為10、8 m2。根據(jù)以上數(shù)據(jù),在對(duì)可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行分級(jí)時(shí),共分為6個(gè)級(jí)別,分別為:極差(<1.0)、差(≥1.0~3.0)、較差(≥3.0~5.0)、一般(≥5.0~8.0)、好(≥8.0~10.0)、極好(≥10.0)。
圖2 城市公園綠地步行可達(dá)性結(jié)果
對(duì)比圖2a、2b、2c可以看到,以2SFCA和i2SFCA兩種計(jì)算方法得到的住區(qū)可達(dá)性較為相似,從西到東遞增趨勢(shì)明顯,而極差的可達(dá)性住區(qū)主要分布在西側(cè)靠近中心城區(qū)的村莊,如牧野區(qū)王村鎮(zhèn)馬莊、西王村等。分析原因主要是由于西部牧野區(qū)和衛(wèi)濱區(qū)綠地分布較少、服務(wù)水平不高,另外道路的連通性不高,因此綠地的可達(dá)性較低。整體可達(dá)性變化趨勢(shì)與新鄉(xiāng)市向南、向東的發(fā)展方向相吻合。在進(jìn)一步對(duì)兩種計(jì)算方法進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),i2SFCA方法因?yàn)榭紤]了公園服務(wù)能力以及距離衰減因素,更具有合理性。如圖中D區(qū)域(衛(wèi)濱區(qū)平原鎮(zhèn)八里鋪村附近)和E區(qū)域(高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)東抬頭村附近),兩區(qū)域均處于研究區(qū)域邊界,但分別靠近夏荷公園和聯(lián)通苑綠地,在圖2b、2c中展示出更好的可達(dá)性,較為符合實(shí)際,說(shuō)明對(duì)于邊界區(qū)域,i2SFCA計(jì)算方法有更好的適配性;而在H區(qū)域(紅旗區(qū)渠東街道附近),人口數(shù)量較為集中,周邊綠地有人民公園、牧野公園等,但可到達(dá)的時(shí)間均在25 min以上,綜合距離衰減因素后,圖2b、2c中可達(dá)性計(jì)算結(jié)果比圖2a低,更符合實(shí)際。
以研究現(xiàn)狀城市公園綠地服務(wù)水平為參考,將區(qū)域內(nèi)住區(qū)綠地可達(dá)性數(shù)值<5.0的住區(qū)作為綠地資源缺乏區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析區(qū)域整體水平,結(jié)果(表2)可知,以2SFCA計(jì)算方法得到的綠地資源缺乏區(qū)域面積偏大,而綠地資源缺乏區(qū)域人口數(shù)量偏少,以i2SFCA方法計(jì)算得到的綠地資源缺乏區(qū)域面積分別占47%、46%,因此城市公園綠地可達(dá)性整體水平不高,亟待提升。
表2 基于不同計(jì)算方法的綠地資源缺乏情況統(tǒng)計(jì)
以i2SFCA(β=1.0)計(jì)算結(jié)果為例,對(duì)研究區(qū)域各分區(qū)內(nèi)不同級(jí)別步行可達(dá)性的住區(qū)單元數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),綜合比對(duì)(表3)發(fā)現(xiàn):紅旗區(qū)(HQ)中極好可達(dá)性住區(qū)占比最多,較差可達(dá)性住區(qū)占比其次,因此整體綠地可達(dá)性較好,并具有較大的提升潛力;牧野區(qū)(MY)因其區(qū)域內(nèi)西北村落較多,極差可達(dá)性住區(qū)占比最多,因此還有較大的差距;衛(wèi)濱區(qū)(WB)與牧野區(qū)情況相似,但極好可達(dá)性占比更多,因此還需要繼續(xù)建設(shè);而高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)住區(qū)(GXQ)分布相對(duì)數(shù)量較少,又處于發(fā)展中,整體可達(dá)性分布較為均衡,表現(xiàn)良好。
表3 各片區(qū)不同級(jí)別可達(dá)性的住區(qū)單元數(shù)量占比統(tǒng)計(jì)
各住區(qū)單元的公園綠地可達(dá)性可以反映住區(qū)人口數(shù)量與公園綠地面積的供需關(guān)系,但從供需平衡的角度來(lái)看,人口密度高的區(qū)域人口活躍度更高,公園綠地的可達(dá)性對(duì)其影響更大。因此,為了更好地了解城市綠地供給與住區(qū)人口的需求空間關(guān)系,合理分配綠地資源,將可達(dá)性分布與人口密度進(jìn)行疊加分析。首先對(duì)研究區(qū)域住區(qū)單元的相對(duì)人口數(shù)量進(jìn)行 Z-score 標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算,其次疊加i2SFCA(β=1.0)方法下計(jì)算的公園綠地可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行分析,分析結(jié)果分為4類:高人口密度高可達(dá)性、高人口密度低可達(dá)性、低人口密度高可達(dá)性以及低人口密度低可達(dá)性(圖3)。
從圖3可以看到,低人口密度高可達(dá)性區(qū)域占比最多(45.1%),其次為高人口密度低可達(dá)性區(qū)域,而高人口密度高可達(dá)性區(qū)域主要位于中心區(qū),呈帶狀分布,低人口密度低可達(dá)性區(qū)域則多分布于西、北邊界。4種類別中亟須改善的為高人口密度低可達(dá)性區(qū)域,共17個(gè)住區(qū)單元,多為城中發(fā)展老區(qū)。
圖3 城市公園綠地步行可達(dá)性與人口密度疊加分析
以新鄉(xiāng)市主城區(qū)可達(dá)性為例,對(duì)2SFCA和改進(jìn)的i2SFCA兩種方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,并對(duì)新鄉(xiāng)市城市公園綠地步行條件下的空間可達(dá)性進(jìn)行了評(píng)估,研究中對(duì)于部分面積較小的公園綠地未納入計(jì)算范疇,故而可能會(huì)低估了研究區(qū)公園綠地的實(shí)際服務(wù)效果。除此之外,還存在一些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究:首先,公園綠地服務(wù)水平的衡量問(wèn)題,本研究以i2SFCA方法計(jì)算時(shí),對(duì)公園綠地服務(wù)水平采用公園的服務(wù)面積進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算,但一個(gè)公園的管理能力、安全水平、設(shè)施多樣性等同樣也會(huì)影響其服務(wù)水平;其次,計(jì)算中搜索閾值采用的是步行30 min,若不同的公園綠地類型采用不同的閾值,對(duì)城市公園綠地可達(dá)性計(jì)算結(jié)果的影響問(wèn)題;第三,兩種計(jì)算方法中公園綠地的服務(wù)搜索閾值與住區(qū)單元的出行搜索閾值是否可以考慮不同的時(shí)間問(wèn)題,等。對(duì)于城市綜合公園而言,其服務(wù)閾值可能會(huì)偏大,而城市中心區(qū)的住區(qū)單元受城市道路交通影響,其出行閾值可能會(huì)偏小。根據(jù)此次計(jì)算結(jié)果可知:①城市公園綠地步行可達(dá)性的計(jì)算中,i2SFCA方法比2SFCA更具適應(yīng)性和靈活性,尤其是在邊界區(qū)域的可達(dá)性計(jì)算中表現(xiàn)更為明顯。②新鄉(xiāng)市主城區(qū)中城市公園綠地分布不均衡,存在較多可達(dá)性為零的住區(qū)單元,綜合來(lái)看綠地資源缺乏區(qū)域面積較大,綠地可達(dá)性不高,而各片區(qū)之間可達(dá)性分布的差距較大,呈西低東高的格局。③新鄉(xiāng)市主城區(qū)人口與公園綠地可達(dá)性的空間分布不夠協(xié)調(diào),低人口密度高可達(dá)性區(qū)域占比最多,中心區(qū)域的老城區(qū)還有很多高人口密度低的可達(dá)性片區(qū),也是下一步規(guī)劃中亟須改善的重點(diǎn)區(qū)域。
總之,此次研究明確了城市中公園綠地資源缺乏區(qū)域,為提高城市社會(huì)服務(wù)水平提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在未來(lái)的新鄉(xiāng)市城市公園綠地建設(shè)中,應(yīng)協(xié)調(diào)人口分布格局,綜合平衡各區(qū)域的綠地規(guī)劃。首先,對(duì)于受用地限制的老城區(qū)以及邊界區(qū)域,可以增加小型街旁綠地,見(jiàn)縫插綠,重視提升其綠地服務(wù)水平,彌補(bǔ)差距;其次,繼續(xù)完善衛(wèi)河、人民勝利渠、趙定排渠等濱水帶狀綠地,形成綠色廊道,串聯(lián)點(diǎn)狀綠地,提高綠地的連通性,最大限度地服務(wù)周邊住區(qū)居民。最后,對(duì)于城市中的綜合公園如人民公園、牧野公園以及定國(guó)湖公園等,應(yīng)提高其服務(wù)質(zhì)量,擴(kuò)大其服務(wù)閾值,從而為更多人服務(wù)。
南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2022年1期