GIS网络分析的公园绿地可达性例析

GIS网络分析的公园绿地可达性例析
1背景及意义
随着生活水平的提高，人们对城市公园的要求越来越高，不仅关心城市公园的数量与质量，更加关注能否方便快捷地到达公园，距离成为影响人们有效利用公园以及衡量城市公园布局合理性的重要因素。

然而传统的服务半径评价体系以直线衡量市民与公园间的距离，过于笼统、机械，不能真实有效的评价城市公园绿地系统的游憩服务能力。

基于GIS网络分析法以矢量数据——道路网络为基础，能更为真实地评价服务设施的可达性。

可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难以程度。

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[2]，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，是评判城市开敞空间设计合理性的重要方面[1]；而网络分析是通过研究网络，如交通道路网、供水网、供电网、排水管网、水系网等的状态并分析资源在网络上的流动和分配情况，将与网络有关的实际问题抽象化、模型化，通过利用网络元素的拓扑关系来考察网络元素的空间属性，从而对网络结构及其资源配置等进行优化的一种空间分析方法，其理论基础是图论和运筹学。

由于公园开口设计、小区出入口、河流水系山体等空间障碍物等导致直线距离不能反映其实际的行进路径，网络分析法则能够较好地实现行进路径与现实路径的拟合，能反映路网对空间可达性的影响。

本文依据网络分析原理，以现状城市道路网络的矢量数据、城市人口数据与分布状况为基础，借助GIS技术平台在信息采集、数据处理和分析管理以及数据与图形交互显示等方面的强大功能，对深圳市公园绿地的空间可达性进行了分析评价，旨在为深圳市公园绿地规划以及城市公园空间分布格局的优化提供依据。

2 深圳市公园建设现状概况
截止至2012 年2月，根据各区城管局、各街道办相关部门反馈的公园名称、空间位置等信息，结合公园相关审批信息，通过业内核查航拍图、地形图、建筑普查等基础数据和抽样现状踏勘调查的方法，将各区、各街道办反馈公园信息落实在空间范围。

据统计，全市公园面积在500m2 以上的公园数量共791个，公园总面积40267 公顷。

其中，自然公园23个，面积约33584 公顷；城市公园110个，面积约5774 公顷；社区公园658个，面积约910 公顷。

全市现状
城市公园及社区公园总面积为6684 公顷，按2011 年底人口统计数据，现状人口为1046 万，全市现状人均城市公园面积（不含自然公园）为6.39m2/人。

3 研究方法
可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难易程度，能够客观地反映城市公园绿地的空间分布格局和服务公平性，是评价城市居民能否方便和平等地享用城市公园绿地的重要评价指标。

目前可达性研究的主要方法有缓冲区法、最小邻近举例法、引力模型法、费用加权距离法等。

这些方法从不同角度反映了服务设施的空间可达性。

但缓冲区法和最小邻近距离法忽略了达到目的地过程中的障碍，易高估服务设施的可达性。

网络分析法以真实的道路为基础，由于建筑物、围墙等人工景观河流、峭壁等自然障碍的存在，使得进入公园的实际路径一般大于直线距离。

引力模型法和费用加权距离法也未曾考虑到达目的地的真实路径。

多采用对分类景观赋以相对阻力为基础，但是景观类型的区分和相对阻力的赋值大小具有不确定性、主观性较大。

3.1 网络分析原理
网络关系普遍存在于自然界和人类社会之中，如：水系网络、绿化网络、道路网络、通讯网络、地下管网等。

网络是由一组边和结点按照一定的拓扑关系彼此连接而成的，边是具有一定长度和物流的网络元素，结点是两条或两条以上边的交汇处，它可以实现两条边之间的物流的转换，边与结点是网络的两类基本组成元素。

在地里研究中，很多领域都会遇到与网络有关的问题。

网络分析是指对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如电力网络、给排水管网等）进行地里分析和模型化处理，其根本目标就是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好。

它是通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及资源等的优化问题进行研究的一种空间分析方法。

网络分析的理论基础是图论和运筹学。

3.2 网络模型的构成
网絡模型是指现实世界中存在的各种网络系统（如交通物流网、通信网、暖气管网等）的抽象表示。

按照空间实体的几何形态，可被抽象为点、线、面3种类型。

一个基本的网络由中心（center）、链（link）、节点（node）和阻力（impedance）4部分组成[3] ，中心，即源地的源点，为具有一个容量能够接受或分配资源的节点所在的位置，本研究中代表城市公园的出入口，以点的形式表达；链是构成网络的骨架，是现实各种线路的抽象，具有方向性，在本文中代表道路；节点是
网络中网线的汇合点，本研究中代表道路的交点，考虑到数据获取的有线性，本研究对路网进行简单处理，不考虑高快速公路，其他等级道路凡是平面交叉路网在交叉口均打断，且不考虑交通管制因素，均认为四个方向可通行。

；阻力通常指从中心到链或通过一条链时所需要花费的时间或者费用等。

本研究借鉴经验，一般人行速度为80米/分钟，考虑红绿灯因素及不同等级道路步行便利程度不同，分析采用内部道路、支路、次干路步行速度为80 米/分钟，主干道70 米/分钟，快速路40 米/分钟。

3.3 数据库建立与数据处理
本研究所需城市公园数据根据各区城管局、各街道办相关部门反馈的公园名称、空间位置等信息，结合规划一张图系统中公园相关审批信息，通过核查航拍图、地形图、建筑普查等基础数据和抽样现状踏勘调查的方法，将各区、各街道办反馈公园信息落实在空间范围。

公园入口数据结合现状公园出入口数据和公园设计方案，对其矢量化后得到。

道路数据来自我委2010年现状路网数据（GIS格式）。

（1）公园数据库：包括公园名称、公园类型、公园面积、建设状态、绿化覆盖面积、公园地点、管理单位、定位与特色等。

（2）公园入口数据库：包括公园名称、公园类型、公园面积等。

在公园可达性分析时，认为到达公园绿地入口即为进入公园绿地，并以此为依据建立代表公园的公园入口点文件。

（3）道路数据库：主要由现状道路网数据和现状公交数据构成。

现状道路网数据主要用来评估公园绿地步行可达性，由道路红线和道路中心线构成。

道路中心线数据有道路长度、道路名称、道路等级、步行速度等属性信息。

以道路中心线为基础建立城市道路拓扑网络。

由于数据获取渠道有限，没有获得人行天桥、地下通道等人行设施数据，因此在步行可达性分析中，不考虑人行天桥、地下通道，认为在任何道路等级的数据交叉口人的步行都可以四个方向通行的，但考虑到不同等级道路步行便捷程度不同，分析采用内部道路、支路、次干道步行速度为80米/分钟，主干道70米/分钟，快速路40米/分钟、高速路20米/分钟。

现状公交数据主要用来评估公园绿地公交可达性，由公交线路和公交站点数据构成，在进行公交可达性分析时，不考虑交通管制问题（如单行线、红绿灯、禁止左拐等），认为在任何道路等级的交叉口车都可以在四个方向通行。

（4）人口数据库：以2010年人口普查数据为基础，结合现状建筑普查数据、现状居住用地数据，生成全市百米网格人口空间分布图。

3.4 公园服务范围确定
针对深圳市城市道路状况、人的出行方式、公园服务功能等特点，结合人们到达不同公园心理期望花费的时间等因素考虑，在评估公园绿地步行可达性分析时，本文选取面积大于500m2的社区公园和市区级城市公园，社区公园步行耗时10分钟可达，市区级城市公园25分钟可达；在评估公园绿地公交可达性分析时，本文选择综合公园和自然公园，耗时25分钟公交可达。

利用GIS软件的Network Analyst分析工具，生成源点沿道路网络和公交线网络行进相应服务时间所围合形成的范围图，此范围即为一定时间成本的可达性范围。

3.5 搭建规划公园工作平台，构建模型提高方案评估效率
利用ArcGIS桌面软件，将规划公园工作相关数据按照专题分类整理，借助共享网络，搭建规划公园工作平台，项目组成员均可在线使用，实现同一基础数据、同一平台工作，提高工作效率。

与此同时，利用地理设计方法，将规划公园工作涉及到需要反复操作的功能進行集成（包含步行可达性分析和公交可达性分析），定制成模型，建立工具集，高效率评估论证规划方案，展现不同规划方案下，不同的预期实施效果，可在方案编制过程中组织多部门参与的项目研讨会时候，利用评估工具集，在线动态评估调整效果，高效率评估完善规划方案。

3.6 评价指标
将GIS模拟得到的公园服务区范围图、城市行政区划图、城市人口分布图、城市居住用地分布图进行叠加分析，通过服务居住用地面积比和服务人口比，可衡量现状公园步行范围服务居住用地和服务人口，同时也可以看出现状公园步行范围服务不到的居住用地即服务盲区，这些地区是规划公园方案优化重点需要考虑的区域。

服务居住用地面积比=服务居住用地面积/研究区总居住用地面积*100%
服务人口比=服务人口/研究区总人口*100%
4 结果与分析
4.1 现状公园绿地空间可达性分析
4.1.1 步行
从下图可以看出，全市步行可达公园范围覆盖居住用地12583公顷，占全市居住用地的64.03%，其中，原特区内整体比原特区外覆盖率高，福田区覆盖率最高（88.38%），龙华新区覆盖率最低（39.20%）；覆盖人口709.63 万人，占总人口的68.43%。

其中，龙华新区中部地区、布吉周边地区、坪山、西乡等局部地区存在步行覆盖盲区。

这些地方需要在本轮公园规划中重点加强。

4.1.2公交
考虑公交出行的普遍性，结合现状公交线路及站点信息，对现状公园的公交可达性进行评估，若考虑公交换乘，全市25 分钟公交可达服务范围可覆盖98.61%的现状居住用地（图2-6）；若不考虑公交换乘，全市25 分钟公交可达服务范围可覆盖77.43%的现状居住用地。

4.2 规划公园绿地空间可达性分析
为有效公平地提供宜人的休息空间，在规划公园选址和优化时，重点考虑现状公园可达范围覆盖不到的区域和现状超负荷运行公园周边区域。

通过多方案论证，最终形成公园规划方案。

全市规划公园步行25分钟可达公园范围覆盖居住用地17616公顷，居住用地覆盖率由现状的64.03%提高89.64%，其中，现状居住用地覆盖率较低的龙华新区由现状的39.20%提高到85.82%。

5 小结与讨论
本文基于网络分析法原理和GIS技术平台，将道路抽象为线建立城市道路拓扑网络，以公园入口作为网络分析的源点，研究了深圳市公园绿地步行和公交的空间可达性和服务状况，解决了公园作为公共服务设施提供公平性服务的问题，与此同时，为城市公园规划研究提供了一种新思路与新方法。

但可达性不仅包括物理的距离和时间，也包含社会、文化和性别的因素以及公园本身“吸引度”，国外许多研究表明，尽管公园的可达性很高，但居民却不愿意使用这些公园。

研究时没有考虑居民对公园绿地的实际需要和游憩行为，有待进一步研究。

参考文献
[1] 高骆秋.基于空间可达性的山地城市公园绿地布局探讨[D].重庆：西南大学，2010；
[2] 张广亮.基于GIS网络分析的城市公园绿地可达性研究——以郑州市为例[D].郑州：河南农业大学，2012.
[3] 秦华，高骆秋.基于GIS网络分析的城市公园绿地可达性研究——以郑州市为例[D].郑州：河南农业大学，2012.。