基于gis的城市公园绿地空间可达性研究

基于gis的城市公园绿地空间可达性研究

城市公园绿地是绿地系统的重要组成部分，具有休闲、生态、文化等功能价值。城市公园绿地系统的布局是通过量化、量化和定位来形成合理的空间结构，充分发挥其最大的综合效应。由于土地利用、植被覆盖和山地城市独特地形的影响，山地城市的景观规划和配置存在许多困难。采用传统的绿色评价方法，如简单的绿地和人均公园区域，不能在公园建设中公平和平等使用。1964年,美国学者Huff以大型零售店作为研究对象,讨论了消费者对多个零售店购物的实际选择情况,基于城市现状的道路交通网络系统,测算特定地点的某个消费者到某个零售店购物的可能性.Huff模型的优势在于能测算出居民对周围某一目标设施的访问率,通过可量化的影响因子,客观分析居民对目标设施的访问量,同时也反映出该设施的潜在服务力.可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难易程度,反映了人们到达目的地过程所克服空间阻力大小,常用时间、距离、费用等指标来衡量,已被广泛用于城市公共服务设施分布合理性与服务公平性研究,也是评判城市开敞空间设计合理性的重要方面;可达性在评价尺度上,受主观因素和客观因素的制约;主观因素受居民的意愿影响,而客观因素则是绿地面积、绿地类型和人口分布等能够量化的成分.通过实证调查研究引入主观因素,统计居民的心理距离等引入量化指标,逐步完善城市绿地可达性研究的内容.本文通过引入Huff模型,结合基于现状路网的居民步行至城市公园绿地的可达性分析,以期为公园绿地系统规划布局和建设提供依据.1现状绿地建设忠县县城(108°1′E,30°17′N),位于重庆市东部,县城设在忠州镇;2010年,城区规划建设面积12.75km2,县城人口13.3万人.现状绿地总面积327.7hm2,其中公园绿地86.53hm2,城市建成区绿地率25.70%,人均公园绿地面积6.5m2/人.城区海拔高程在150~280m之间;城市建设条件较差,用地坡度22%左右,部分可达35%,属典型的丘陵地貌.2忠县城市绿地系统建设及现状研究数据采用忠县2009年高分辨率航片数据、忠县城市生活电子地图(2011版)、忠县统计局和各街道的人口统计数据及忠县城市绿地系统规划(2010—2020)文本资料.2.1调研对象的确定于2010年12月19~24日,编制忠县城市绿地系统规划(2010—2020)期间,对忠县现状各类公园绿地进行实地调研,对照忠县城乡建委和县规划局提供的数据资料,对现状公园绿地进行核实;同时对其它各类绿地进行了实地调研.于2011年9月3~15日,在论文写作期间,通过问卷调查的方式,针对综合性公园(香山公园)、社区公园(中博新城社区游园、人民医院住宅区游园)、专类公园(白公祠历史名园)、带状绿地(州屏滨江路)、街头绿地(忠州广场),结合在不同的λ取值计算得出的服务范围内居民对以上各公园绿地的需求调研;然后对比计算值与实地搜集到的统计数据,不断校正摩擦系数λ使得模型更加符合研究区特征,寻找λ的最佳取值,使用“斯彼尔曼排名相关系数”(Spearmanrankordercorrelationcoefficient)来检验,最后论证得出λ的取值.2.2道路网络时间成本基于地理信息系统的网络分析模块数据要求,需要分别提取“源”、“目标”和“连接”数据层.本文研究的“源”数据为城市城市居民点的质心,“目标”数据为城市公园绿地斑块与城市道路网络连接,且方便进入的出入口点,“连接”数据为城市现状的道路网络系统,结合基础资料建立与实际路网相近的道路网络数据层.提取研究区内普通道路、十字路口、人行横道、过街天桥和地下过街通道组成,分别记录其名称、长度,将道路抽象为线建立拓扑关系,以道路中心线为基础建立城市道路拓扑网络.道路线段实际长度,按以下公式计算确定:L′=LcosαL′=Lcosα式中,L′—道路线段实际长度,L—平面道路交通图上的道路长度,α—道路长度L范围内的坡度.本研究中运用居民步行所需要花费的时间成本作为量化标准,在山地城市的实地观测统计发现,人以步行方式到达公园绿地,步行平均速度上坡为67m/min,下坡为83m/min,通过建立的拓朴网络关系,以步行时间成本赋予道路网络时间距离作为绿地服务设施功能服务范围的计算依据.道路坡向由道路网数据矢量性确定,分别赋予不同的时间距离值,即同一条道路,按照行走方向的不同,行进成本是不一样的.按以下公式计算确定:ΤF_Μinutes=道路实际长度67m/minFΤ_Μinutes=道路实际长度83m/minTF_Minutes=道路实际长度67m/minFT_Minutes=道路实际长度83m/min式中,TF_Minutes指行走方向为上坡所花费的距离成本值,FT_Minutes指行走方向为下坡所花费的距离成本值;按照计算结果给实际步行道路网络赋值.2.3公园绿地的服务力和服务范围的确定在多因素作用下的Huff模型说明:吸引居民来公园游憩的因素除了公园规模以外,还包括公园绿地的景观空间布局和自身的性质等;而阻碍居民到某公园绿地的因子则主要包括交通时间、成本等.在以上影响因子中选取可定量化的因子有:公园面积、道路网络、交通阻力、地形坡度、人口分布情况等.根据可以量化的因子体系,从空间尺度和人口需求的角度建立Huff模型计算公园绿地的服务力和服务范围.模型的数据整理和计算方法为:(1)公园绿地的服务力EjEj=m∑i=1(SjCiDλijn∑j=1SjDλij)Ej=∑i=1m(SjCiDλij∑j=1nSjDλij)其中Sj为公园绿地j的面积;Dijλ为居民点i到公园绿地j的时间或距离阻力,Ci居民点i处的人口数目,m为居民点总数,n为公园绿地斑块的总数;λ的取值与以下因素有关——即反映该居民点i到达公园绿地j的阻碍系数,与公园性质、公园面积、公园位置、公园绿地类型等相关联,通过实地调研的方法进行测算,综合评估计算λ的值,再通过评价验证得以确定.Ej为公园j的服务力,即城市居民对公园j的访问量.(2)公园绿地的服务范围RjRj=m∑i=1(CiΡijDij)m∑i=1(CiΡij)Rj=∑i=1m(CiPijDij)∑i=1m(CiPij)其中Rj为公园j的服务范围;Dij是距离,即居民点i到设施j的最少时间耗费.2.4地的服务范围由于研究区内各个公园绿地的面积不同,并且居民分布的密度也不同,很难在单一的时间尺度和距离尺度上评价公园绿地服务设施对于城市居民的服务情况.在建立公园绿地可达性的评价指标时,选择了公园绿地的服务范围,即在一定时间内,基于城市道路网络,该公园绿地覆盖的研究区域范围;同时在不同人口分布密度的情况下,评价分析公园绿地服务能力时,运用该公园绿地斑块的面积与该公园绿地斑块在一定距离内服务的人口数量之比,来衡量城市公园设施服务能力.用Excel软件统计研究区各公园绿地一定步行距离内的服务范围和服务指数情况,具体指标与计算方法如下:(1)城市公园绿地的功能服务范围:服务范围=某公园绿地设施基于Huff模型计算得到的服务时间距离成本(2)城市公园绿地的服务指数:服务指数=该公园绿地设施服务的面积该公园绿地设施在一定距离内服务的人口数量×100%3结果与分析3.1城市绿地分布忠县公园绿地格局非常明朗,主要分为3个层次:第一个层次由中部的香山公园、忠州广场和乐天公园形成了主城区核心休闲绿地,服务承载力较大,形成城市中心的“绿地基底”;城市外围由西山滨江路、州屏滨江路和红星滨江路形成了山水城市的“绿地廊道”;为了方便城市居民对公园的利用,由数量多、面积小的街头绿地和社区公园散布在城市中心各个节点,使城市绿地逐渐形成为一个完整的“绿道网络”.且现状绿地主要集中在州屏组团,其中包括2个综合性公园:香山公园和乐天公园,1个专类公园:白公祠历史名园,3个带状公园:西山滨江路、州屏滨江路和红星路滨江路等,忠州广场、行政广场和华怡广场等9个街头绿地,以及红星社区公园等16个社区公园,共计31块绿地,分布位置如图1所示.城市人口的空间分布直接影响城市绿地服务力的大小.本研究的人口统计资料是以街道为区域的人口分布数据,这种区域单位的人口资料,能够大致反应城市人口的分布状况.然而,在这一区域范围内,人口的分布也不是均匀分布.对每个街道办事处范围的人口进行重新分配,选择合适的居民点,共计37个居民点,居民区按照集约化程度进行划分,具体分布情况如图1所示.3.2基于huff模型的公园绿地服务能力经过Huff模型计算的结果得到各公园绿地的实际服务范围,分别得到基于居民需求的忠县各公园绿地的服务供应能力.通过对研究区公园绿地服务力的计算,综合性公园和专类公园与其它公园相比,服务力明显要大,符合城市综合性公园绿地建设的要求;而带状公园绿地和部分社区公园、街头绿地的服务力过大,是由于人口分布密度大和该区域内没有大型的公园绿地进行互补,如绿地7、11、22、25、30,服务力明显过大,超出了该公园绿地的承载力,相应的居民点则需要花费更多的费用和时间成本去选择较远的公园绿地服务设施(表1).从表1可以看出,大型公园绿地(1、17、21、27)的服务范围在25min步行距离以上,而公园绿地1、17、21的服务指数远小于公园绿地27,是由于绿地1、21周边的人口密度相对较大,使得其服务居民基数较大,公园绿地17、21的可达性也较好;小型公园绿地(10、11、14、16、20、23、30)的服务范围相比同类公园绿地的服务指数较大,且其服务范围相对较大,而服务人口数量较少;公园绿地18的面积较小,而基于Huff模型测算的服务范围较大,是由于周边人口密度小,其服务指数相对也较大,可达性差;公园绿地(5、6、8、9、12)服务范围小,服务居民数量多,其可达性相对也较高.可以认为城市公园绿地的服务指数变化,与街道居民人口的密度和自身面积有关,同时还与公园绿地斑块类型和所处的位置相关.服务指数作为衡量城市公园绿地可达性高低的标准,能在公园绿地设施规划布局评价中作为主要的衡量指标.3.3绿地设施可达性分析基于城市现状道路网络系统,计算从每个居民点到最近公园绿地设施的最低时间成本(以步行时间为标准),通过测度居民点到绿地设施的最近距离来评价公园绿地的可达性(表2).从图2中可以看出,距离是影响居民对公园绿地设施可达性的重要因素,即城市道路网系统的分布对居民的出行路线方案选择影响很大.如居民点17、18、19、37,附近没有合适选择的公园绿地设施,导致这些居民点必须选择更高成本的绿地设施.不同类型和大小的公园绿地与附近居民点组成结构也是影响绿地设施可达性的因素之一,如街头绿地12、14、20,对于附近居民点有更高的可达性,使综合性公园——香山公园的实际服务能力无法彻底显现出来.公园绿地拥有更多的进入点可以有效提高其可达性,大大提高其供应能力.如公园绿地1——白公祠历史名园,尽管面积较大,但因其位于城市西南部,且为封闭式公园绿地,附近路网稀疏,加大了居民的游憩成本,制约了该公园绿地设施的可达性.公园的形状、面积及出入口的设置等都影响了公园绿地的可达性;绿地设施可达点的分布也决定了其吸引力的大小,且公园绿地设施与道路网络的优化构成关系都能提高设施的可达性及其对附近居民的服务能力.3.4公园绿地的可达性问题通过实地调研和验证,居民点28、29所处位置是新城区的居民聚居高密集区,没有大面积的闲置用地作为绿化建设用地.州屏组团沿江区域是城市早期移民聚居地,由高密度的居民区组成,建筑密度较大,可以采取对现状绿地的改造来提高各类公共绿地的质量,改善生活居住环境,提高满足居民对公共绿地的需求的能力.对老城区的绿化建设给我们一定的启示,即在城市规划设计与建设过程中,要充分考虑城市在发展过程中可能出现的各种问题,给城市进一步发展留有足够的生长空间.结合分析结果,为了改善公园绿地的服务供应状况,降低居民对绿地需求的时间成本,提出以下建设措施:1)为绿地添加进入点以提高公园绿地供应能力.开放式公园与设置入口公园在可达性上有明显的差异,如公园绿地17、27添加进入点,能大大提高对周围居民的服务能力.这个措施主要针对较大型的综合性公园绿地和专类公园等.2)居民点17、18、19、20缺乏公园绿地设施,在进行城市绿地系统规划编制的过程中应考虑该居民点对于城市公园绿地的可达性,利用服务指数等指标综合评价规划成果,对整个城市公园绿地系统的布局提供定量依据.3)在居民聚居点密集的区域通过用地置换,将闲置用地改建为公园绿地,可以较好地满足城市居民对绿地设施的需求.如用改建闲置用地的方法对居民点9、10进行处理,居民点自身的需求也能得到较大程度的改善.4基于需求分析的分析框架基于城市道路网络的城市居民对公园绿地需求的可达性分析,引用Huff模型,采取定量计算的方法,得到量化后的公园绿地服务力(服务人口数量)和服务范围(长度或时间成本),然后通过实地调研的方法,验证山地城市公园绿地的可达性.研究证明,从需求的角度分析城市公园绿地的可达性,在公园绿地和城市人口的空间布局和人为需求上,具有