基于GIS的福州濕地公園、森林公園可達(dá)性研究

王夢(mèng)琪 張陳環(huán) 王利丹 周興文 張春英，＊

（1.福建農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108；2.福建省龍巖市秀峰茶花有限公司，福建 龍巖 364400；3.福建理工大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，福建 福州 350118）

公園作為城市環(huán)境中不可或缺的景觀要素，是指自然植被和人工植被為主要存在形態(tài)的城市用地，對(duì)居民生活、生態(tài)環(huán)境、城市景觀等具有積極作用[1-2]。濕地公園、森林公園作為城市公園的重要公園類(lèi)型，為城市生態(tài)修復(fù)、維系水土、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候和保護(hù)生物多樣性等重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面提供了基于自然的解決方案[3]，是人們休閑放松、調(diào)節(jié)心情的重要途徑。濕地公園、森林公園具有重要的生態(tài)效益與社會(huì)效益，因此，其空間分布合理性與可達(dá)性對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活具有重要意義?？蛇_(dá)性最早由Hansen[4]提出，指從空間中某一起點(diǎn)通過(guò)各種阻力到達(dá)終點(diǎn)的難易程度，表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間相互作用機(jī)會(huì)的大小。目前，可達(dá)性已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域[5]。隨著GIS技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟，運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)可達(dá)性的研究也逐漸增多。俞孔堅(jiān)等[6]首次將景觀可達(dá)性作為綠地系統(tǒng)功能指標(biāo)之一。李小馬等[7]運(yùn)用GIS中的網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)沈陽(yáng)市的公園可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。施拓等[8]運(yùn)用GIS中緩沖區(qū)分析與網(wǎng)絡(luò)分析將沈陽(yáng)城市綠地公園的可達(dá)性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。邵琳等[9]運(yùn)用GIS分析了公園綠地公共服務(wù)的空間格局，并將公眾需求納為綠地規(guī)劃布局的重要參考。目前公園綠地可達(dá)性的研究方法較多，與其他方法相比，基于ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析在評(píng)估公園可達(dá)性方面具有巨大的應(yīng)用潛力[10]。本文以福州市濕地公園、森林公園為研究對(duì)象，運(yùn)用GIS技術(shù)核密度分析與空間網(wǎng)格分析法，探索福州市濕地公園、森林公園空間分布特點(diǎn)[11]，研究福州市六區(qū)五縣內(nèi)任意居民點(diǎn)至任意一個(gè)濕地公園、森林公園的平均可達(dá)時(shí)間。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

福州市位于福建省東部閩江斷裂帶，總面積為11 968.53 km2，全市常住人口842萬(wàn)人[12]。福州市作為福建省會(huì)城市，對(duì)其濕地公園、森林公園的空間分布與網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性進(jìn)行探尋能夠進(jìn)一步判斷城市化進(jìn)程下城市濕地公園、森林公園的分布是否合理，為其他地區(qū)濕地公園、森林公園選址提供參考，并對(duì)福州市公園規(guī)劃布局提供建議。本研究區(qū)域選擇鼓樓區(qū)、晉安區(qū)、倉(cāng)山區(qū)、臺(tái)江區(qū)、馬尾區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)區(qū)6個(gè)區(qū)與閩侯縣、閩清縣、永泰縣、連江縣、羅源縣5個(gè)縣，由于平潭縣大多由島嶼組成，四面臨海，距市區(qū)較遠(yuǎn)，故本研究區(qū)域不包含平潭縣。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的路網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源為Open Street Map，結(jié)合Google Earth衛(wèi)星影像，對(duì)獲得的路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正校驗(yàn)，獲取福州各區(qū)縣的行政區(qū)邊界。濕地公園、森林公園數(shù)據(jù)通過(guò)參考《福州市城市更新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃（2021—2025年）》等，將高德地圖與衛(wèi)星地圖進(jìn)行人工目視解譯，再與實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)合，獲取研究區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園25個(gè)。居民點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)軟件爬取，根據(jù)申請(qǐng)的高德開(kāi)放key獲取經(jīng)緯度信息，對(duì)爬取的所有居民點(diǎn)進(jìn)行篩選，選取研究六區(qū)五縣內(nèi)的居民點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)其地理坐標(biāo)進(jìn)行空間匹配后，最終篩選得出5 115個(gè)居民點(diǎn)。研究區(qū)濕地公園、森林公園信息如表1所示。

表1 研究區(qū)濕地公園、森林公園信息 單位：km2

2 研究方法

2.1 核密度分析法

核密度估計(jì)（KDE）是GIS分析中廣泛應(yīng)用的空間分析方法，是離散數(shù)據(jù)在空間中的連續(xù)表達(dá)。以研究范圍內(nèi)景點(diǎn)為點(diǎn)要素，使用核函數(shù)計(jì)算每單位面積的值并擬合成可以直觀地顯示點(diǎn)要素空間聚集程度的空間分布熱力圖[13-14]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)分析法

網(wǎng)絡(luò)分析法是以道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，用圖論和運(yùn)籌學(xué)理論對(duì)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行網(wǎng)狀模擬表示的一種方法[15]。本研究中，完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括以濕地公園、森林公園出入口為中心，居民到公園的道路網(wǎng)絡(luò)為鏈，道路交點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，道路上移動(dòng)花費(fèi)的時(shí)間為阻力，建立可視化數(shù)字模型，達(dá)到真實(shí)路徑模擬?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析法如圖1所示。

圖1 空間網(wǎng)絡(luò)分析法

將下載路網(wǎng)數(shù)據(jù)、研究范圍數(shù)據(jù)、濕地公園、森林公園點(diǎn)數(shù)據(jù)以及居民點(diǎn)數(shù)據(jù)，加載到ArcGIS中進(jìn)行可視化，隨后通過(guò)福州市研究區(qū)域?qū)β肪W(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，對(duì)濕地、森林公園數(shù)據(jù)進(jìn)行空間位置選擇，篩選出研究范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，建立GIS地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。濕地公園、森林公園與居民點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2 濕地公園、森林公園與居民點(diǎn)分布

對(duì)路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影處理便于長(zhǎng)度和時(shí)間計(jì)算，使用投影坐標(biāo)系WGS_1984_UTM_Zone_50N進(jìn)行投影和轉(zhuǎn)換。對(duì)不同類(lèi)型的道路進(jìn)行速度賦值填充用于時(shí)間計(jì)算，進(jìn)行后續(xù)可達(dá)性分析。速度賦值參考《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）[16]，將機(jī)動(dòng)車(chē)速度分別根據(jù)不同等級(jí)道路進(jìn)行取值。高速路100 km/h，國(guó)道80 km/h，省道60 km/h，市區(qū)二級(jí)道路60 km/h，縣道60 km/h，鄉(xiāng)道40 km/h，通過(guò)字段計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算其阻力時(shí)間，設(shè)置路口轉(zhuǎn)彎和網(wǎng)絡(luò)連通性后進(jìn)一步建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

使用ArcGIS工具箱中網(wǎng)絡(luò)分析，創(chuàng)建OD矩陣。起始點(diǎn)輸入研究范圍內(nèi)的居民點(diǎn)，目的地為研究范圍內(nèi)的濕地公園、森林公園，分析自動(dòng)計(jì)算可達(dá)性的最短時(shí)間。

3 可達(dá)性網(wǎng)絡(luò)分析

3.1 濕地公園、森林公園分布特征

研究區(qū)內(nèi)25個(gè)濕地公園、森林公園總面積達(dá)到167.2 km2，約占研究區(qū)面積的2%。濕地公園、森林公園核密度分析如圖3所示。

圖3 濕地公園、森林公園核密度分析

由圖3可知，研究區(qū)濕地公園、森林公園總體分布較不均勻，呈現(xiàn)大致沿海河分布的特點(diǎn)。濕地公園、森林公園主要分布在研究區(qū)域東部，中部濕地公園、森林公園密度較高，西北部、西南部存在大量空白。長(zhǎng)樂(lè)區(qū)與閩侯縣濕地公園、森林公園數(shù)量較多，沿河沿海分布相對(duì)均衡；倉(cāng)山區(qū)、晉安區(qū)濕地公園、森林公園個(gè)數(shù)及面積遠(yuǎn)低于其他區(qū)縣，面積僅占研究區(qū)濕地公園、森林公園總面積的6%；臺(tái)江區(qū)、鼓樓區(qū)與馬尾區(qū)內(nèi)暫無(wú)濕地公園、森林公園，其原因是臺(tái)江區(qū)與鼓樓區(qū)面積較小，且大都以人工建成區(qū)域?yàn)橹鳎瑫簾o(wú)濕地公園、森林公園；馬尾區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較低，城鎮(zhèn)化相對(duì)滯后，還未進(jìn)行濕地公園、森林公園選址與建設(shè)。

3.2 可達(dá)性整體分析

可達(dá)性分析以研究范圍內(nèi)居民點(diǎn)為起始點(diǎn)，濕地公園、森林公園出入口為目的地。濕地公園、森林公園可達(dá)性分析如圖4所示。

圖4 濕地公園、森林公園可達(dá)性分析

在平均可達(dá)時(shí)間上，福州市研究區(qū)域住宅區(qū)能夠在理想情況下30 min內(nèi)到達(dá)研究區(qū)內(nèi)任何一個(gè)濕地公園、森林公園，平均可達(dá)理想時(shí)間24～73 min。平均可達(dá)理想時(shí)間由研究區(qū)域中部逐漸向外圍增加，可達(dá)性與周邊自然環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在較大關(guān)系。晉安區(qū)與鼓樓區(qū)濕地公園、森林公園可達(dá)時(shí)間較長(zhǎng)，可達(dá)性較差，原因是鼓山鼓嶺風(fēng)景區(qū)面積體量巨大，占地18 900 km2，有大量山脈阻擋，使交通可達(dá)性受到影響，故增加其時(shí)間成本。倉(cāng)山區(qū)與臺(tái)江區(qū)雖位居福州城市中心區(qū)，但其濕地公園、森林公園平均到達(dá)時(shí)間為55～60 min，參考福州2011—2020年城市規(guī)劃圖可知該區(qū)域主要為商業(yè)區(qū)與居住區(qū)，人口眾多，建筑密集，城市中心交通路網(wǎng)體系稠密，不應(yīng)存在到達(dá)濕地公園、森林公園時(shí)間成本過(guò)高的問(wèn)題。

根據(jù)福州市區(qū)濕地公園、森林公園分布情況可知，倉(cāng)山區(qū)僅有兩座濕地公園，而臺(tái)江區(qū)并無(wú)濕地公園、森林公園，因其公園數(shù)量分布較少，故難以服務(wù)區(qū)域內(nèi)居住區(qū)居民。長(zhǎng)樂(lè)區(qū)雖有較多濕地公園、森林公園，但南側(cè)有大量山脈，阻擋了與閩侯縣的交通連接，且該區(qū)域濕地公園、森林公園大都根據(jù)自然地形，沿山沿海分布在長(zhǎng)樂(lè)區(qū)域邊緣，故其濕地公園、森林公園平均可達(dá)時(shí)間為45～60 min。馬尾區(qū)并無(wú)濕地公園、森林公園，且該區(qū)域居民點(diǎn)較少，加之該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展較差，交通通達(dá)性有待加強(qiáng)，其道路體系一并制約濕地公園、森林公園的可達(dá)性，導(dǎo)致時(shí)間成本提高。閩侯縣北部主要為自然山體，鄉(xiāng)村分布雜散，且無(wú)濕地公園、森林公園分布，濕地公園、森林公園可達(dá)時(shí)間在60 min左右；近福州市區(qū)一側(cè)多為西北—東南走向的山脈，極大地阻擋了市區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園的可達(dá)性，使其可達(dá)時(shí)間較長(zhǎng)。羅源縣與連江縣的濕地公園、森林公園數(shù)量較多，但居民點(diǎn)數(shù)較少，與其他區(qū)縣交界處存在大量西北—東南走向的山脈阻擋，嚴(yán)重影響了交通可達(dá)性，導(dǎo)致其時(shí)間成本較高。永泰縣以中低山地為主，東北部山勢(shì)較緩，濕地公園、森林公園可達(dá)時(shí)間為35～55 min；西南部因其地形地貌山勢(shì)高大雄偉，多數(shù)的道路交通皆受山脈的阻擋，車(chē)輛通達(dá)性較差，對(duì)可達(dá)性造成了嚴(yán)重影響，可達(dá)時(shí)間在60 min以上，是時(shí)間成本最高的區(qū)域。

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果

本文基于ArcGIS中的網(wǎng)絡(luò)分析法，對(duì)福州市六區(qū)五縣25個(gè)濕地公園、森林公園的核密度與可達(dá)性進(jìn)行分析。

已有的濕地公園、森林公園在研究區(qū)域內(nèi)分布格局為中東部多，南北部少。其中福州旗山森林公園的面積最大，約為35.87 km2，占研究區(qū)內(nèi)濕地公園、森林公園總面積的21.45%，占研究區(qū)森林公園面積的25.27%；位于永泰縣的福州鳥(niǎo)語(yǔ)林飛禽森林公園面積最小，僅有0.02 km2。臺(tái)江區(qū)與鼓樓區(qū)因人口、建筑密度較大，而整體面積較小沒(méi)有濕地公園、森林公園分布。馬尾區(qū)受其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響，尚未將濕地公園、森林公園納入?yún)^(qū)域規(guī)劃中。

各行政區(qū)縣濕地公園、森林公園可達(dá)性差異較大。閩清縣可達(dá)性最好，平均可達(dá)時(shí)間35～55 min；閩侯縣可達(dá)性上總體較好，靠近中心城區(qū)邊緣因山脈地形阻擋，平均可達(dá)時(shí)間增加；中心城區(qū)平均可達(dá)時(shí)間55～60 min，永泰縣東部地區(qū)可達(dá)性較好，而西部區(qū)域可達(dá)性最差，可達(dá)時(shí)間在60 min以上。

4.2 討論

為使福州市居民能夠更好地享受福州市濕地公園、森林公園基于自然的各項(xiàng)服務(wù)，針對(duì)上文福州市濕地公園、森林公園可達(dá)性存在的問(wèn)題，提出以下優(yōu)化建議。

4.2.1 優(yōu)化濕地公園、森林公園布局

濕地公園、森林公園的分布影響其可達(dá)性與居民享受其服務(wù)的公平性，通過(guò)核密度分析，建議福州市增加濕地公園、森林公園數(shù)量，充分利用福州市天然的地理優(yōu)勢(shì)與種質(zhì)資源，大力發(fā)展沿河海分布的濕地公園與沿山體分布的森林公園，可達(dá)性較差的問(wèn)題可在一定程度上得到緩解。針對(duì)以商業(yè)區(qū)、居住區(qū)為主的建筑密集區(qū)，可以增設(shè)符合口袋公園或社區(qū)公園性質(zhì)較小體量的濕地公園、森林公園，起到改善可達(dá)性的作用。

4.2.2 完善城市道路系統(tǒng)

完善城市道路系統(tǒng)是提高可達(dá)性的關(guān)鍵。如研究區(qū)內(nèi)馬尾區(qū)，受其經(jīng)濟(jì)水平影響，交通路網(wǎng)有待加強(qiáng)，應(yīng)豐富其城市次干路、支路等道路結(jié)構(gòu)；對(duì)于路網(wǎng)密度較低的永泰縣，可適當(dāng)增設(shè)道路，提高路網(wǎng)連接性；對(duì)于中心城區(qū)路網(wǎng)密集區(qū)域，除了進(jìn)一步疏通、改造斷頭路，加強(qiáng)路網(wǎng)連通性外，應(yīng)更合理地安設(shè)紅綠燈，可適當(dāng)建立立交橋，減少出行等待時(shí)間。

4.2.3 均衡濕地公園、森林公園出入口設(shè)置

可達(dá)性研究主要以濕地公園、森林公園出入口為目的地，出入口的設(shè)置直接影響居民可達(dá)便捷程度。對(duì)于面積較大的濕地公園、森林公園，可適當(dāng)增加其出入口，保證出入口的均衡分布有利于提高居民可達(dá)公平性，將公園發(fā)散性地與各個(gè)方向的居民區(qū)相連接，增強(qiáng)濕地公園、森林公園可達(dá)性。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)福州市六區(qū)五縣濕地公園、森林公園核密度與可達(dá)性進(jìn)行分析，為福州市今后的城市濕地公園、森林公園規(guī)劃建設(shè)提供一定的數(shù)據(jù)補(bǔ)充以及優(yōu)化建議。本研究也存在不足之處，如本研究只根據(jù)道路限速等級(jí)進(jìn)行速度賦值，未考慮不同交通方式、交通擁堵、游客偏好等因素下可達(dá)性的差異，后續(xù)有待進(jìn)一步研究。