基于GIS網(wǎng)絡(luò)分析的城市公園綠地布局研究

邢曉娟，李翅，董明，劉藝，甄一男，婁維思

(1.北京市測繪設(shè)計研究院，北京 100038； 2.城市空間信息工程北京市重點實驗室，北京 100038；3.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

1 引 言

隨著城市建設(shè)的不斷擴大，城市的生態(tài)環(huán)境逐漸遭到破壞，對于城市綠地的侵占現(xiàn)象日益嚴重。如何判斷一個城市的公園綠地布局是否合理，能否滿足居民日?；顒拥男枨螅浅鞘泄珗@綠地布局的重要指標(biāo)。20世紀80年代初期，隨著計算機技術(shù)的快速普及以及GIS技術(shù)的迅速發(fā)展，基于GIS的空間網(wǎng)絡(luò)分析對于設(shè)施服務(wù)區(qū)的分析已經(jīng)在商業(yè)規(guī)劃、城市規(guī)劃等多個方面有了應(yīng)用。如程林就基于GIS進行了長春市中心城區(qū)大型超市服務(wù)區(qū)分析；楊俊等進行了網(wǎng)絡(luò)可達性與服務(wù)范圍綠地空間分異研究；王琳等基于GIS進行了地鐵站步行可達性的研究。

GIS空間網(wǎng)絡(luò)分析目前主要應(yīng)用在對于現(xiàn)狀的各類服務(wù)設(shè)施的布局評價，而對于城市公園綠地系統(tǒng)規(guī)劃布局的分析應(yīng)用較少。依據(jù)公園綠地的定義，公園綠地主要服務(wù)本地區(qū)的居民，服務(wù)范圍以服務(wù)居住區(qū)為主，所以在規(guī)劃中一般以服務(wù)范圍覆蓋居住區(qū)用地為標(biāo)準。以往對于城市公園綠地的布局評價多利用緩沖區(qū)分析來進行公園服務(wù)半徑分析，單純以劃分緩沖區(qū)作為公園綠地的服務(wù)面積忽略了交通這一重要因素，在分析結(jié)果上并不十分全面。利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析為城市公園綠地布局優(yōu)化提供了一個很好的分析途徑，可以彌補傳統(tǒng)方法中緩沖區(qū)分析對于服務(wù)半徑分析的不足，也可以為城市規(guī)劃中“城市體檢”及城市規(guī)劃評估提供可行的分析途徑。

本文利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析法，來分析城市公園綠地系統(tǒng)規(guī)劃布局的合理性，以此來優(yōu)化城市公園綠地系統(tǒng)的布局。

2 研究方法及技術(shù)路線

2.1 研究方法

本文的主要研究方法為GIS的緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析。技術(shù)路線圖如圖1所示。

(1)緩沖區(qū)分析

本文的緩沖區(qū)分析以各類公園綠地用地為基礎(chǔ)，以其對應(yīng)的服務(wù)半徑為寬度，建立緩沖區(qū)多邊形，從而得到公園綠地的服務(wù)區(qū)范圍。

(2)網(wǎng)絡(luò)分析

本文的網(wǎng)絡(luò)分析是指構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)模型后，利用Network Analyst模塊的新建服務(wù)區(qū)功能來計算公園綠地在服務(wù)半徑內(nèi)能覆蓋的區(qū)域。

2.2 技術(shù)路線

(1)數(shù)據(jù)準備

根據(jù)《城市綠地分類標(biāo)準》CJJ/T 85-2002對各類綠地服務(wù)半徑的規(guī)定，綜合公園G11(包括全市性公園G111和區(qū)域性公園G112的公園服務(wù)半徑為 2 000 m～3 000 m，社區(qū)公園G12中的居住區(qū)公園G121的服務(wù)半徑為 500 m～1 000 m，社區(qū)公園G12中的小區(qū)游園、專類公園G13、帶狀公園G14、街旁綠地G15的服務(wù)半徑為 300 m～500 m。如表1所示。

圖1 技術(shù)路線圖 《城市綠地分類標(biāo)準》CJJ/T 85-2002對各類綠地服務(wù)半徑 表1

根據(jù)各類公園服務(wù)半徑的不同將規(guī)劃公園綠地分為三類，分別存儲為3個單獨dwg文件，導(dǎo)入ArcGIS軟件，轉(zhuǎn)化格式為shp文件。

針對道路中心線圖層，利用編輯工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，將道路中心線交匯點打斷。對Catalog中的道路中心線新建Network Dataset，設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，即得到矢量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型。

(2)數(shù)據(jù)分析

①緩沖區(qū)分析

對已經(jīng)分類規(guī)劃公園綠地的3個shp文件進行緩沖區(qū)buffer分析，得到緩沖區(qū)分析結(jié)果，可以看到傳統(tǒng)緩沖區(qū)綠地服務(wù)半徑分析得到的服務(wù)范圍。

②網(wǎng)絡(luò)分析

將分類規(guī)劃公園綠地的3個shp文件利用【Feature To Point】工具進行轉(zhuǎn)化，將每個公園綠地轉(zhuǎn)變?yōu)榫G地中心點作為網(wǎng)絡(luò)分析的起點。

通過【Network Analysis】中的【New Service Area】工具建立新的服務(wù)區(qū)，將上一步中的網(wǎng)絡(luò)分析起點作為設(shè)施點導(dǎo)入Facilities，在屬性的分析設(shè)置中設(shè)置中斷距離，即生成相應(yīng)的距離服務(wù)區(qū)。

(3)分析結(jié)論

①出圖：設(shè)置圖紙整飾內(nèi)容，分別出圖。

②針對傳統(tǒng)的緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析進行城市公園綠地分布布局的評價，從而得到城市公園綠地布局優(yōu)化建議。

3 研究區(qū)域概況及分析結(jié)果

3.1 研究區(qū)域概況

北部新城，是常德中心城區(qū)“一城三片”之一的江北老城區(qū)向北拓展的區(qū)域，具有獨特的山水交融的自然條件。規(guī)劃區(qū)范圍地勢平坦，高程(黃海高程)多為 30 m～33.5 m；片區(qū)內(nèi)魚塘、堰、渠較多，現(xiàn)狀用地主要為耕地和水域以及部分居住、公共設(shè)施用地、工業(yè)、倉儲、道路廣場用地、市政設(shè)施、綠地、村民住宅用地。規(guī)劃建設(shè)用地面積為 23.40 km2(如圖2所示)。

圖2 常德市北部新城區(qū)位圖

3.2 研究區(qū)域規(guī)劃綠地指標(biāo)情況

根據(jù)《常德市北部新城城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃2013-2030年》中的規(guī)劃指標(biāo)，遠期至2030年，北部新城的規(guī)劃建設(shè)用地面積為 23.40 km2，人口26萬人，綠地總面積達15.79平方公里，綠地率53.74%。其中，公園綠地面積達 5.27 km2，人均公園綠地 20.29 m2/人。通過和《國家園林城市標(biāo)準》的基本指標(biāo)對比，可以看出，北部新城的綠地系統(tǒng)規(guī)劃的指標(biāo)水平已經(jīng)達到了全國領(lǐng)先的水平。但對于綠地的可達性并沒有具體的定性指標(biāo)，所以本次研究以綠地系統(tǒng)規(guī)劃中規(guī)劃公園綠地為研究對象，分析北部新城公園綠地的分布情況(如表2所示)。

《國家園林城市標(biāo)準》與北部新城綠地系統(tǒng)規(guī)劃指標(biāo)對比 表2

3.3 分析結(jié)果

(1)緩沖區(qū)分析

①公園綠地分類

依據(jù)《城市綠地分類標(biāo)準》對城市各類公園綠地服務(wù)半徑的規(guī)定，在《常德市北部新城城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃2013-2030年》中規(guī)定，各類公園綠地的服務(wù)半徑如表3所示：

北部新城各類公園綠地規(guī)劃服務(wù)半徑 表3

針對各類綠地的服務(wù)半徑將公園綠地分為三類，分別是 500 m服務(wù)半徑公園綠地，包括小區(qū)游園(G122)、專類公園(G13)、帶狀公園(G14)、街旁綠地(G15)；1 000 m服務(wù)半徑公園綠地，包括居住區(qū)公園(G121)；2 000 m服務(wù)半徑公園綠地，包括全市性公園(G111)、區(qū)域性公園(G112)。如圖3所示：

圖3北部新城公園綠地分類

②緩沖區(qū)分析

針對500 m服務(wù)半徑公園綠地、1000 m服務(wù)半徑公園綠地、2 000 m服務(wù)半徑公園綠地分別進行 500 m緩沖區(qū)分析、1 000 m緩沖區(qū)分析、2 000 m緩沖區(qū)分析。

500 m緩沖區(qū)分析：以500 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行500 m緩沖區(qū)分析。分析結(jié)果如圖4，可以看出500 m服務(wù)半徑綠地已經(jīng)覆蓋約85%的居住區(qū)用地，只有南部和東南部部分居住用地未被覆蓋。

圖4 北部新城500 m服務(wù)半徑公園綠地緩沖區(qū)分析

1 000 m緩沖區(qū)分析：以1 000 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行 1 000 m緩沖區(qū)分析。分析結(jié)果如圖5，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn) 1 000 m服務(wù)半徑綠地覆蓋62%的居住用地，位于規(guī)劃區(qū)中部、西部、東南部有大部分居住用地未被覆蓋。

2 000 m緩沖區(qū)分析：以2 000 m公園綠地的Polygon圖層為要素，利用Analysis Tool的buffer工具進行 2 000 m緩沖區(qū)分析。分析結(jié)果如圖6，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn) 2 000 m服務(wù)半徑綠地覆蓋86%的居住用地，位于規(guī)劃區(qū)東南部有大部分居住用地未被覆蓋。

圖6 北部新城2 000 m服務(wù)半徑公園綠地緩沖區(qū)分析

通過將500 m緩沖區(qū)、1 000 m緩沖區(qū)、2 000 m緩沖區(qū)疊加分析發(fā)現(xiàn)(如圖7所示)，北部新城的公園綠地服務(wù)面積已經(jīng)能夠全部覆蓋居住用地，在傳統(tǒng)意義緩沖區(qū)服務(wù)半徑分析中，規(guī)劃的公園綠地已經(jīng)能夠滿足服務(wù)所有居住用地的需求。因此在傳統(tǒng)意義上已經(jīng)達到了城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃標(biāo)準的指標(biāo)要求。

圖7 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服務(wù)半徑公園綠地緩沖區(qū)分析

(2)網(wǎng)絡(luò)分析

①構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型

將北部新城的道路中心線圖層單獨儲存為道路中心線dwg文件導(dǎo)入ArcGIS軟件，轉(zhuǎn)為道路中心線shp文件。針對道路中心線shp文件，利用編輯工具【Advanced Editing】的【Planarize Lines】工具，將道路中心線交匯點打斷。若要建立合理正確的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型必須確保每一個道路中心線交匯點都已經(jīng)被打斷，因為在計算網(wǎng)絡(luò)分析的時候，默認可以在道路中心線的打斷點進行轉(zhuǎn)彎。確認每一個交匯點都已經(jīng)斷開之后，對Catalog中的道路中心線shp新建Network Dataset，設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，即得到矢量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建完畢后將參與到道路中心線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的所有要素添加到地圖后，可以發(fā)現(xiàn)ArcGIS軟件中新增了兩個要素，分別是【道路中心線_ND】代表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集和【道路中心線_ND_Junctions】代表道路中心線交匯點，如圖8所示。

圖8 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型

②設(shè)置設(shè)施點

默認為每一塊公園綠地為一個設(shè)施點，由于規(guī)劃圖內(nèi)并沒有公園綠地的出入口，所以設(shè)置每塊公園綠地的幾何中心點為設(shè)施點，即網(wǎng)絡(luò)分析的起點。

③服務(wù)區(qū)分析

500 m服務(wù)區(qū)分析：利用【Network Analysis】中的新建服務(wù)區(qū)功能，將服務(wù)半徑為 500 m的公園綠地幾何中心設(shè)置為設(shè)施點，在屬性設(shè)置中斷距離為 500 m，點擊【slove】求解即得到公園綠地的 500 m服務(wù)區(qū)范圍，這個服務(wù)區(qū)范圍就是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網(wǎng)行走 500 m所能到達的范圍。如圖9所示?？梢钥闯?，按照網(wǎng)絡(luò)分析后，不僅僅是東南部有大部分居住用地沒有被綠地服務(wù)范圍覆蓋，在西南部、中部也有大部分沒有服務(wù)到的居住用地，可見 500 m服務(wù)半徑的綠地服務(wù)能力還有很大的不足。通過統(tǒng)計，僅能夠為73%的居住用地提供服務(wù)。

1 000 m服務(wù)區(qū)分析：如圖10所示。同500 m服務(wù)區(qū)分析方法，利用【Network Analysis】中的新建服務(wù)區(qū)功能，將服務(wù)半徑為 1 000 m的公園綠地幾何中心設(shè)置為設(shè)施點，在屬性設(shè)置中斷距離為 1 000 m，通過求解即得到公園綠地的 1 000 m服務(wù)區(qū)范圍，這個服務(wù)區(qū)范圍就是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網(wǎng)行走 1 000 m所能到達的范圍，僅占居住用地的35%。

2 000 m服務(wù)區(qū)分析：同樣用上述方法，可以得到以公園綠地的 2 000 m的服務(wù)區(qū)范圍，這個服務(wù)區(qū)范圍是以公園綠地的幾何中心為起點，沿著路網(wǎng)行走 2 000 m所能到達的范圍，約占居住用地78%，如圖11所示。

圖9 北部新城公園綠地500 m服務(wù)區(qū)分析

圖10 北部新城1 000 m服務(wù)半徑公園綠地服務(wù)區(qū)分析

圖11 北部新城2 000 m服務(wù)半徑公園綠地服務(wù)區(qū)分析

通過將500 m網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)、1 000 m網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)、2 000 m網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)疊加分析發(fā)現(xiàn)(如圖12所示)，北部新城的公園綠地服務(wù)區(qū)并沒有能夠覆蓋所有的居住用地，如在規(guī)劃建成區(qū)的東南部，仍有12%的居住用地沒有任何綠地服務(wù)區(qū)覆蓋，這導(dǎo)致這部分的居住用地并不能夠有便捷到達的公園綠地。

圖12 北部新城500 m、1 000 m、2 000 m服務(wù)半徑公園綠地服務(wù)區(qū)分析

(3)對比分析結(jié)果

通過分析緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果，兩者有很大的差異，通過表4的統(tǒng)計對比可以看出，傳統(tǒng)的綠地服務(wù)面積分析和網(wǎng)絡(luò)分析是有很大差別的。而根據(jù)現(xiàn)實情況，人們由居住區(qū)前往綠地，都是以道路作為自己的行走路徑，因此，從現(xiàn)實角度看基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)的分析相對比較客觀。

兩種分析方法指標(biāo)對比 表4

4 結(jié)論與展望

通過對北部新城的公園綠地進行緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析，我們可以看出，同樣對于公園綠地進行 500 m、 1 000 m、 2 000 m的服務(wù)范圍分析，不同的方法得到的結(jié)論并不相同，結(jié)論如下：

首先，對于公園服務(wù)范圍的分析，網(wǎng)絡(luò)分析更符合客觀事實。傳統(tǒng)意義上的緩沖區(qū)分析只能夠以公園綠地為基準向外劃出一定的服務(wù)范圍，而這個服務(wù)范圍只能夠在圖上表示，而放到現(xiàn)實生活中，人們真正到達公園綠地，是借由道路路徑到達的，這是人們生活的客觀事實，所以在考慮公園服務(wù)范圍時必須將人的路徑考慮進來，因此基于網(wǎng)絡(luò)分析的服務(wù)區(qū)分析更符合客觀事實，得到的結(jié)論也相對更加符合現(xiàn)實。

其次，部分公園綠地服務(wù)范圍未能覆蓋的居住用地，應(yīng)適當(dāng)增加公園綠地，以確保公園綠地服務(wù)全覆蓋。按照網(wǎng)絡(luò)分析，傳統(tǒng)分析中已經(jīng)有公園綠地服務(wù)范圍覆蓋的居住用地可能在現(xiàn)實情況中不能夠有公園綠地服務(wù)覆蓋，因此這種方法在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃過程中具有很強的指導(dǎo)作用，能夠優(yōu)化城市公園綠地布局，使公園綠地分布更加合理。

最后，由此可以延伸出，還可以利用網(wǎng)絡(luò)分析方法來進行城市規(guī)劃其他方面的研究。本研究是將公園綠地作為設(shè)施點進行服務(wù)區(qū)分析，同理可以利用本方法進行商業(yè)設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施等分析，來分析設(shè)施現(xiàn)狀和規(guī)劃的布局是否合理。

目前，GIS作為一種有效的分析方法，已經(jīng)在城市規(guī)劃的各個方面進行了有效應(yīng)用，隨著“大數(shù)據(jù)”時代的到來，GIS強大的分析功能能夠為城市規(guī)劃中的各項研究提供服務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)分析作為GIS網(wǎng)絡(luò)分析中一個重要的功能，能夠為“城市體檢”和城市總體規(guī)劃評估提供更加客觀真實的分析功能。