基于網(wǎng)絡(luò)分析法的城市公園可達(dá)性優(yōu)化研究
——以石家莊市長安區(qū)為例

高力強(qiáng)， 張 昊， 崔 寧

（石家莊鐵道大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043）

城市公園作為城市重要的景觀要素，與城市居民的日常生活聯(lián)系極為密切，承擔(dān)著重要的公共服務(wù)職能，是改善居民生活質(zhì)量的重要手段。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市居民對生活質(zhì)量的要求也越來越高，各地加大了對城市公園的建設(shè)。傳統(tǒng)的建設(shè)手法常常以人均綠化面積、城市綠地率等指標(biāo)來衡量公園布局[1]，而忽視了城市居民能否便捷地進(jìn)入公園，公平地享受公園服務(wù)。因此，用可達(dá)性來判斷城市公園布局的合理性、服務(wù)的公平性非常符合時(shí)代要求。

可達(dá)性概念由Hansen[2]于1959年首次出，主要是指從某區(qū)域到達(dá)另一指定區(qū)域所要克服相關(guān)阻力的難易度，主要要素為時(shí)間要素、空間位置要素等，隨后被廣泛應(yīng)用于交通、公共服務(wù)設(shè)施等領(lǐng)域。近20年來，國外關(guān)于城市公園的可達(dá)性研究更加注重從人性角度出發(fā)，將可達(dá)性與人口類型、人口數(shù)量等要素結(jié)合，從不同的角度來評價(jià)城市公園布局。Miyake、Maroka、Grady[3]將人口密度考慮進(jìn)可達(dá)性數(shù)據(jù)模型，對紐約的城市公園進(jìn)行研究。Reyes[4]基于兒童視角將吸引力引入數(shù)據(jù)，分析了加拿大蒙特利爾的公園可達(dá)性。

俞孔堅(jiān)[5]率先將可達(dá)性引入國內(nèi)城市公園研究，但目前研究地點(diǎn)多為中心城市，相關(guān)研究提出的具體建議較少[6-7]，且無法為中小城市公園建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。如何利用可達(dá)性理論為優(yōu)化中小型城市公園布局，提升公園服務(wù)公平性提供具體建議，將會成為可達(dá)性理論在公園建設(shè)方面的研究重點(diǎn)。

一、研究對象及范圍

石家莊市長安區(qū)地處石家莊市東北部，是全國綜合實(shí)力百強(qiáng)區(qū)，其人口與建成面積均處石家莊市前列。公園建設(shè)相對滯后城市發(fā)展，相關(guān)建設(shè)與發(fā)展?jié)摿薮?，本次研究范圍以長安區(qū)行政區(qū)為界，總面積約138.31km2，研究對象包括綜合性公園、專類公園等不同類型的14個(gè)城市公園。

二、研究方法與步驟

（一）數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)獲取來源主要包括GE衛(wèi)星影像圖（更新于2016年8月28日）、《石家莊市城市總體規(guī)劃圖（2011—2020）》以及石家莊市地形數(shù)據(jù)測繪圖。通過GE衛(wèi)星影像圖（圖1），以及石家莊市城市總體規(guī)劃中的用地分類圖、地形勘測圖（2016）等綜合對比判讀，利用ArcGIS 10.3對處理后的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，獲取公園和道路等數(shù)據(jù)信息。最后，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研測繪，對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和修正。

（二）網(wǎng)絡(luò)分析模型構(gòu)建

基于Arc GIS10.3平臺，提取石家莊市長安區(qū)的路網(wǎng)（快速路、主干路、次干路、支路以及地鐵線路等各類交通基礎(chǔ)設(shè)施）、城市公園及公園入口位置等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)矢量化并建立新的可編輯圖層，然后將數(shù)字化后的矢量圖與石家莊市城區(qū)內(nèi)地形數(shù)據(jù)測繪圖進(jìn)行對比判讀，修正對比后出現(xiàn)差錯(cuò)的地物，使用ArcGIS10.3中網(wǎng)絡(luò)分析模塊功能，建立分析所用的公園和道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。網(wǎng)絡(luò)分析模塊是根據(jù)數(shù)據(jù)中的中心（centers）、鏈 （links）、節(jié) 點(diǎn) （nodes）和 阻 力（impedance）等數(shù)據(jù)信息計(jì)算出沿已有道路數(shù)據(jù)在面對不同阻力值的狀況下，出行時(shí)所得到的不同結(jié)果。相對其他運(yùn)算方法如緩沖區(qū)分析[8]、費(fèi)用加權(quán)分析[9]等，網(wǎng)絡(luò)分析法更具有科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性[10]。利用Arc GIS10.3中“新建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集”功能構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析的空間阻力模型，然后建立指定的服務(wù)區(qū)分析層，通過設(shè)置道路時(shí)間阻力值（道路長度/通行速度），分析模型可達(dá)性。根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)》中所提出的城市道路等級與速度劃分，分別將長安區(qū)內(nèi)的道路輸入不同的速度數(shù)據(jù)，其中對于機(jī)動車出行方式為快速路80 km/h、一級道路60 km/h、二級道路50 km/h、支路40 km/h[11]，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定每5 min路口等待時(shí)間為1.5 min。對于非機(jī)動車則根據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法》中的規(guī)定，時(shí)速為15 km/h，每5 min路口等待時(shí)間為1 min。人行速度設(shè)置為80 m/min，每5 min路口等待時(shí)間為1 min。因長安區(qū)地鐵設(shè)施還未完善，其余公共交通設(shè)施與非機(jī)動車出行效率相近，故二者沒有納入計(jì)算范圍。生成以公園為分析源點(diǎn)，在固定時(shí)間沿道路網(wǎng)絡(luò)離散所圍合形成的可達(dá)面域，得出公園不同時(shí)間內(nèi)的服務(wù)面積。

（三）計(jì)算公園可達(dá)面積比

基于相關(guān)研究[12-14]，結(jié)合實(shí)際情況確定5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min和55 min共7個(gè)時(shí)間等級，利用ArcGIS10.3網(wǎng)絡(luò)分析工具，分別生成步行、非機(jī)動車、機(jī)動車交通方式下沿道路網(wǎng)絡(luò)在不同時(shí)間等級以公園為離散點(diǎn)所圍合形成的可達(dá)面域，得到公園可達(dá)性等級分布圖，計(jì)算公園可達(dá)面積比（公園可達(dá)面積比=可達(dá)面積/研究區(qū)域總面積），以此作為評價(jià)公園可達(dá)性的量化指標(biāo)。

（四）建立回歸模型

由于研究時(shí)間取值的固定化，無法準(zhǔn)確取得除研究時(shí)間值外的時(shí)間點(diǎn)公園可達(dá)面積比的測算，因此以時(shí)間為自變量，公園可達(dá)面積為因變量，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行回歸分析獲得回歸模型，供3種交通方式下非研究所用時(shí)間區(qū)間內(nèi)的城市公園可達(dá)面積比預(yù)測使用。

三、結(jié)果與分析

（一）公園及路網(wǎng)分布特征

從公園分布來看，長安區(qū)東北部由于村鎮(zhèn)集中，發(fā)展相對于西南部較為落后，公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也有較大的差距，沒有公園分布，長安區(qū)城市公園建設(shè)整體滯后于石家莊市其它區(qū)發(fā)展，因此公園地理分布極不均衡。從公園類型來看，14個(gè)公園中有13個(gè)專類公園，僅有1個(gè)綜合性公園（長安公園），由于綜合性公園有著更豐富的活動內(nèi)容和更完善的服務(wù)設(shè)施，能更好地滿足居民的休閑娛樂需求，因此建議將現(xiàn)有部分專類公園升級改造為綜合性公園。對長安區(qū)路網(wǎng)進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn)道路網(wǎng)絡(luò)分布不均，存在大量斷頭路，東北部地區(qū)明顯落后于其他區(qū)域，甚至東北邊緣存在空白區(qū)，區(qū)域路網(wǎng)急待建設(shè)完善。

（二）公園可達(dá)性評價(jià)

在生成的公園可達(dá)等級分布圖（圖2～圖4）中可知，區(qū)域顏色越淺表示到達(dá)公園所需時(shí)間成本越高，公園的可達(dá)性等級也就越低，顏色越深所需時(shí)間成本越低，公園的可達(dá)性等級也就越高。因此，3種交通方式下綜合對比下長安區(qū)中西部的可達(dá)性較好。在步行55 min時(shí)北部邊緣和東南部出現(xiàn)了大面積服務(wù)盲區(qū)，占總面積的53.63%，這些區(qū)域急需增建新的服務(wù)公園。非機(jī)動車15 min內(nèi)的出行面域基本覆蓋長安區(qū)中西部，但其顯示出的問題同步行方式下基本相像，在55 min時(shí)于長安區(qū)北部與東部仍存在大面積服務(wù)盲區(qū)，占總面積的47.02%。機(jī)動車可達(dá)面域在15 min后基本覆蓋整個(gè)長安區(qū)，成為長安區(qū)前往公園最便捷的出行方式，但最終在北部與東部形成了部分的公園服務(wù)盲區(qū)，占總面積的23.67%，主要是因?yàn)槁肪W(wǎng)缺陷，致使機(jī)動車無法到達(dá)部分區(qū)域，據(jù)此應(yīng)加強(qiáng)可達(dá)面域空白區(qū)和邊緣區(qū)路網(wǎng)建設(shè)（表1）。3種出行方式下的公園可達(dá)性面積比與時(shí)間呈現(xiàn)出不同的相關(guān)性（圖5），其中：步行模式符合一元線性回歸：y=0.899x+0.591（R2=0.947）。非機(jī)動車模式符合對數(shù)回歸：y=21.005lnx-24.458（R2=0.944）。機(jī)動車模式符合對數(shù)回歸：y=18.297lnx+10.659（R2=0.917）（見表2～表4）。公園出入口分布及周邊路網(wǎng)特征決定了不同時(shí)間等級可達(dá)面域擴(kuò)展形態(tài)，如薇波公園出入口多分布于北側(cè)，導(dǎo)致南側(cè)出現(xiàn)了一定面積的服務(wù)盲區(qū)；而長安公園的公園出入口沿周邊路網(wǎng)均勻分布，可達(dá)面域向周邊均勻展開，在公園對比中具有很高的可達(dá)性等級；而處在長安區(qū)邊緣的公園如太平河公園、三角河公園則因地理位置受限，可達(dá)面域無法均勻向四周展開，可達(dá)性等級因此受到一定影響。

圖3 非機(jī)動車方式下的可達(dá)性等級

圖4 機(jī)動車方式下的可達(dá)性等級

圖5 3種出行方式下的數(shù)據(jù)模型

（三）研究區(qū)域公園可達(dá)性優(yōu)化

根據(jù)分析結(jié)果長安區(qū)城市公園可達(dá)性主要受到路網(wǎng)完善性、公園布局、公園出口設(shè)置三個(gè)因素影響，筆者以這三個(gè)因素為出發(fā)點(diǎn)，模擬出了改進(jìn)方案，主要包括：①完善長安區(qū)北部與東部的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減少斷頭路，形成環(huán)路，對于東北角的村落區(qū)域，填補(bǔ)空白路網(wǎng)，提升村落之間的連通性。②經(jīng)三種出行方式的綜合對比，在圖2～圖4中的服務(wù)盲區(qū)部分，新建城市公園，填補(bǔ)公園服務(wù)空白區(qū)，提升周邊居民的生活質(zhì)量與城市公園服務(wù)的公平性?？紤]到長安區(qū)中西部城市發(fā)展水平較高，可用地面積緊張，因此在中西部的公園布局方面沒有改動，而是通過方法三來提升公園可達(dá)性。③優(yōu)化公園出入口，減少居民為進(jìn)入公園多繞路、繞遠(yuǎn)路的情況，使公園服務(wù)可以均勻的向四周展開。

（四）優(yōu)化結(jié)果合理性驗(yàn)證

公園的可達(dá)性等級評價(jià)直接反映了城市公園被使用的合理性與公園服務(wù)的公平性[15]，因此，科學(xué)的公園布局、出入口布置、完善的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)都顯得尤為重要[16]。研究根據(jù)現(xiàn)存情況調(diào)整了部分公園出入口位置（薇波園、月季園等），減少繞遠(yuǎn)路的情況；在公園服務(wù)空白區(qū)擬建新的城市公園（主要在長安區(qū)東北部村莊集中地，根據(jù)實(shí)際村落人口密度，圍繞中塔口村、南村、東莊、西莊等村莊擬建6個(gè)社區(qū)公園，1個(gè)綜合公園，填補(bǔ)公園服務(wù)空白區(qū)域）；修復(fù)了城市中存在的大量斷頭路，形成了完善的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。為檢驗(yàn)優(yōu)化方案的合理性，對優(yōu)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新計(jì)算，見圖6～圖8。經(jīng)優(yōu)化后長安區(qū)公園整體可達(dá)性得到了提升，其中步行方式55 min后達(dá)性面積比達(dá)到83.62%，較之前上升37.25%。非機(jī)動車方式55 min后達(dá)性面積比達(dá)到94.56%，較之前上升41.58%。機(jī)動車方式55 min后達(dá)性面積比達(dá)到94.56%，較之前上升18.22%。在55 min時(shí)機(jī)動車與非機(jī)車可達(dá)面域覆蓋完全相同，除正北部受到滹沱河河流限制外，優(yōu)化方案消除了大部分影響可達(dá)性的不利因素，大幅度提升了長安區(qū)城市公園的可達(dá)性等級。

圖6 步行方式下優(yōu)化后的可達(dá)性等級

圖7 非機(jī)動車方式下優(yōu)化后的可達(dá)性等級

圖8 機(jī)動車方式下優(yōu)化后的可達(dá)性等級

表1 3種交通方式下的公園可達(dá)面積比 單位：%

表2 步行模型統(tǒng)計(jì)及參數(shù)評估

表3 非機(jī)動車模型統(tǒng)計(jì)及參數(shù)評估

表4 機(jī)動車模型統(tǒng)計(jì)及參數(shù)評估

四、結(jié)語

公園的可達(dá)性能更加直接地反映出城市公園的合理性[17]，可以作為城市公園評價(jià)的重要指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)輸入后的模擬計(jì)算所得出的優(yōu)化方案通常更具有科學(xué)性，可以使城市公園更好地為居民服務(wù)[18]。本文通過基于ARCHGIS10.3的網(wǎng)絡(luò)分析法，對石家莊市長安區(qū)公園可達(dá)性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：長安區(qū)內(nèi)交通路網(wǎng)不夠完善、公園分布不均衡、部分園區(qū)出入口設(shè)置不夠便捷，這些因素較大程度地影響了城市公園的可達(dá)性等級，導(dǎo)致長安區(qū)城市公園整體可達(dá)性較差。其中不同的出行模式下，時(shí)間與可達(dá)性面積之間存在相關(guān)性。步行模式出行符合一元線性回歸方程，非機(jī)動車與機(jī)動車出行模式符合對數(shù)回歸方程。針對現(xiàn)狀存在的問題，運(yùn)用定量數(shù)據(jù)分析提出了科學(xué)的優(yōu)化方案：完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，修復(fù)斷頭路、新建專類公園填補(bǔ)服務(wù)空白區(qū)、優(yōu)化公園出入口結(jié)構(gòu)等實(shí)際性的建議。在優(yōu)化方案模擬計(jì)算中，優(yōu)化結(jié)果較現(xiàn)狀大幅度提升了公園可達(dá)性，其中步行可達(dá)性提升37.25%，非機(jī)動車可達(dá)性提升41.58%，機(jī)動車可達(dá)性提升18.22%，為今后的城市公園改建提供參考。