上官莎逸, 劉 健, 余坤勇, 賴壯杰, 范華棟, 趙秋月, 艾婧文, 張今朝(1.福建農(nóng)林大學園林學院；2.福建農(nóng)林大學林學院；3.3S技術與資源優(yōu)化利用福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002)

城市公園綠地是城市綠色基礎設施的重要組成部分和生態(tài)環(huán)境的重要構成要素，也是城市生態(tài)系統(tǒng)及景觀規(guī)劃的核心內(nèi)容.作為城市發(fā)展的重要空間保證，城市公園綠地具有保護生物多樣性，美化城市環(huán)境，調(diào)節(jié)城市微氣候，降低城市熱島效應等功能[1-2].它不僅是自然生態(tài)的環(huán)境空間，更是居民休閑娛樂的主要活動場所，承擔著重要的生態(tài)、文化和社會功能[3-4].因此，在推動城市公園綠地建設過程中，不僅要確保綠地質(zhì)量優(yōu)良、完善各類服務設施及滿足娛樂休閑功能等，還需要考慮綠地居民到達綠地的難易程度，如是否能在短時間內(nèi)方便到達，出行的交通方式是否復雜等因素[5-8].

目前我國城市公園綠地建設已取得了較大的成就，并已逐漸達到穩(wěn)定階段，但相比國外先進綠地規(guī)劃技術與優(yōu)秀綠化城市，仍存在很多不足之處.在城市綠地規(guī)劃中，不少公園綠地的規(guī)劃定位、景觀布局、規(guī)模、結構等方面存在盲從現(xiàn)象，并未從人性化的角度考慮居民到達綠地的方便與否，綠地布局是否與周邊環(huán)境相適應，是否有機地融合于城市的整體設計規(guī)劃中.因此，如何打造更高質(zhì)量、更便民、更具特色的公園綠地成為城市公園綠地建設的主要內(nèi)容之一[9-11].

近年來，福州市加大城市綠化建設工作的力度，公園綠地成為建設的主要整治對象.在城市綠地建設過程中，主要存在以下幾點問題：一是城市規(guī)劃與現(xiàn)行建設的滯后關系，且規(guī)劃范圍覆蓋面不完全；二是土地利用的供需關系，建設用地與拆遷用地成為主要的矛盾問題，無論在征地還是拆遷方面都使得建設工作變得更為艱難；三是公眾對綠地建設的整體參與度不高，各類規(guī)劃審批文件往往只是流于形式，設計并未深入到居民意愿層面，導致失去實施規(guī)劃的公眾基礎；四是城市生態(tài)環(huán)境遭到較為嚴重的破壞，城市內(nèi)河及飲用水源存在安全隱患，極大程度上破壞了河道景觀與附近居民的生活質(zhì)量，城市的整體綠地指標偏低，雖達到全國宜居城市的指標要求，但均處于臨界值[12-15].針對福州城市公園綠地存在的問題，以福州市為例，基于GIS平臺研究公園綠地面積、人口密度、路網(wǎng)密度及形狀指數(shù)與其可達性的相關關系，分析各因子與公園綠地服務面積和公園綠地服務效率的變化規(guī)律，構建公園綠地可達性模型，旨在為城市公園后續(xù)布局規(guī)劃提供參考.

1 研究區(qū)概況

福州又稱榕城，位于福建省東部，是福建省省會城市.福州地處閩江下游及沿海地區(qū)，介于北緯25°15′—26°15′，東經(jīng)118°15′—120°15′，地勢自西北向東南傾斜，南鄰莆田市，西鄰三明、南平，北鄰寧德市，東臨東海，與臺灣島隔海相望.市內(nèi)氣溫適宜，長年濕潤，雨水充沛，陽光充足，海拔多為600～1 000 m，屬于典型的亞熱帶季風氣候與河口盆地地貌；其年平均氣溫約為20～25 ℃，年平均日照數(shù)約為1 700～1 980 h，年平均降水量約為900～2 100 mm，冬季一般無雪，常出現(xiàn)熱島效應，7至9月為臺風活動的集中期.福州全市陸地面積約11 968 km2，共設臺江區(qū)、晉安區(qū)、鼓樓區(qū)、倉山區(qū)、馬尾區(qū)、長樂區(qū)六個行政區(qū)，其中市區(qū)面積約1 786 km2.以福州市主城區(qū)為研究區(qū)域，主要包括鼓樓區(qū)、臺江區(qū)、晉安區(qū)及倉山區(qū)，總面積257.75 km2，研究區(qū)詳見圖1.

圖1 研究區(qū)遙感影像圖Fig.1 Research area remote sensing image

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

研究基礎影像下載自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)2017年1月3日的福州市衛(wèi)星影像，傳感器為OLI，條帶號119，行編號42，平均云量7.76%，研究區(qū)域基本無云，影像質(zhì)量佳，滿足研究需要.結合Google Earth、福州市高清綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖、福州市地形圖、福州市人口數(shù)據(jù)及相關城市公園綠地資料等，利用GIS建立城市公園綠地polygon多邊形數(shù)據(jù)文件和shp圖層文件，獲取公園綠地幾何面積、公園名稱、公園類型、綠地周長等基本信息，公園綠地的實際出入口點通過建立point點狀數(shù)據(jù)文件來表示，依次構建福州城市公園綠地、福州市人口以及福州城市道路數(shù)據(jù)庫.

本研究基于完善的道路網(wǎng)絡系統(tǒng)數(shù)據(jù)和運算法則，依托GIS網(wǎng)絡分析模塊(Network Analyst)，以城市公園綠地的實際出入口點為目標源，實現(xiàn)可達性區(qū)域的劃分，計算在不同等級的道路條件下居民到達城市公園綠地的服務覆蓋范圍.選擇公園綠地面積、人口密度、道路密度及形狀指數(shù)四個因素，利用SPSS進行城市公園綠地可達性相關性分析，進而構建城市公園綠地服務模型，其中包括城市公園綠地服務面積模型與城市公園綠地服務效率模型.

2.2 可達性指標選擇

城市公園綠地的可達性一般通過公園綠地服務面積與公園綠地服務效率來體現(xiàn)，服務指標包括服務面積比與服務人口比兩項指標，各計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

研究選取公園綠地面積、人口密度、道路密度、形狀指數(shù)4個指標，分別構建公園綠地服務面積與公園綠地服務效率模型，計算城市公園綠地可達性.其中路網(wǎng)密度指公園綠地服務面積內(nèi)道路總長度與該服務區(qū)總面積之比，服務半徑為步行10 min的距離，計算式如下：

(4)

人口密度是指公園綠地服務面積內(nèi)人口數(shù)與該服務區(qū)總面積之比，其計算公式如下：

(5)

景觀形狀指數(shù)是景觀空間結構度量的一個重要指標，用來反映公園綠地的形狀特征，其計算公式如下：

(6)

式中P表示公園綠地周長，A表示公園綠地面積，S表示形狀指數(shù)，其值表示公園綠地的形狀與圓形相差的程度，最小值為1.形狀指數(shù)越大，表示綠地形狀復雜程度越大、越不規(guī)則.

2.3 網(wǎng)絡分析法

因?qū)蛇_性的定義和理解有所不同，有關公園綠地可達性的研究方法亦多種多樣.常見的研究方法有：費用阻力模型法、最小鄰近距離法、統(tǒng)計指標法、緩沖區(qū)分析法、引力勢能模型法、網(wǎng)絡分析法、行進成本法等[16-18].不同的計算方法因其原理和研究的側(cè)重點不同，各有優(yōu)缺點，其中網(wǎng)絡分析法基于公園綠地的實際出入口與城市道路網(wǎng)絡，在GIS平臺上構建網(wǎng)絡化模型，能夠較為真實地反映出居民到訪公園的可達性[19-21].網(wǎng)絡分析法又稱矢量化的基于城市道路網(wǎng)絡的成本加權距離法，或是考慮居民到達公園過程中所遇障礙的緩沖區(qū)分析法[22].構成網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本組成要素包括中心點(Center)、鏈接(Link)、節(jié)點(Node)和阻力值(Impedance)，便于對目標對象進行空間分析[23].對于城市公園綠地可達性的計算中，將各個城市公園綠地的實際出入口點抽象成中心點，城市道路網(wǎng)絡抽象成鏈接，道路網(wǎng)絡的交叉點抽象為節(jié)點，阻力值則代表居民到達公園綠地行進過程中所花費的時間[24].

3 結果與分析

3.1 福州城市公園分布情況

通過構建數(shù)據(jù)庫，提取福州城市公園綠地(圖2)，依據(jù)福州市園林局公布的城市公園綠地相關信息，統(tǒng)計各行政區(qū)城市公園的分布情況(表1)，結果顯示，福州市城市公園總計43個，其中全市性綜合公園10個，區(qū)域性綜合公園4個，社區(qū)公園7個，專類公園13個，街頭綠地3個，帶狀公園6個；鼓樓區(qū)、倉山區(qū)和臺江區(qū)的城市公園分布較多.通過計算，福州城市公園綠地的服務面積比為33.74%，服務人口比為43.18%，公園綠地整體服務情況較好.

圖2 福州城市公園綠地分布圖Fig.2 Distribution map of urban park green space in Fuzhou

表1 各行政區(qū)城市公園分布情況Table 1 Distribution of urban parks in various administrative areas

3.2 各因子對城市公園綠地可達性的影響

3.2.1 公園綠地面積對公園綠地可達性的影響 通過構建城市公園綠地數(shù)據(jù)庫，獲取公園綠地相關信息，進而分析公園綠地面積對公園綠地可達性的影響.隨著城市公園綠地面積的增大，公園綠地服務面積有逐漸增大的趨勢，其擬合曲線R2值為0.207 5，說明公園綠地面積與公園綠地服務面積存在一定的相關性.當公園面積在1～20 hm2之間，隨著公園面積的增大其服務面積緩慢增大；當公園面積大于20 hm2時，隨著公園面積的增大其服務面積呈現(xiàn)迅速增大的趨勢.公園綠地面積與其服務效率的擬合曲線R2值為0.519 8，屬于較高的擬合度，說明公園綠地面積與其服務效率具有顯著的負相關性.當公園面積大于50 hm2時，隨著公園面積的增大其服務效率劇烈地下降；當公園面積在20～50 hm2之間時，隨著公園面積的增大其服務效率緩慢下降；當公園面積在1～20 hm2之間時，隨著公園面積的增大其服務效率的下降并不明顯(圖3).

圖3 公園綠地面積與公園綠地可達性的關系Fig.3 The relationship between the area of ubrn park and the accessibility of urban park

3.2.2 人口密度對公園綠地可達性的影響 利用GIS計算各城市公園綠地服務范圍內(nèi)的人口密度，各公園人口密度存在較大差異.隨著人口密度的增大，城市公園綠地服務面積整體呈逐漸減小的趨勢，其擬合曲線線R2值為0.517 8，擬合度較高，說明人口密度與城市公園綠地服務面積具有顯著的正相關性.當人口密度大于1 500人·hm-2，隨著人口密度的增大，公園綠地服務面積有劇烈減小的趨勢；當人口密度在200～1 500人·hm-2之間時，隨著人口密度的增大，公園綠地服務面積逐漸減小，減小趨勢緩慢.而人口密度與公園綠地服務效率擬合曲線R2值為0.007，說明人口密度與城市公園綠地服務效率呈弱相關，人口密度對公園綠地服務效率影響較小(圖4).

圖4 人口密度與公園綠地可達性的關系Fig.4 The relationship between population density and the accessibility of urban park

3.2.3 路網(wǎng)密度對公園綠地可達性的影響 因研究區(qū)內(nèi)地勢獨特、水系復雜等自然條件的影響，其城市道路網(wǎng)絡體系受限且形態(tài)較為混亂.隨著路網(wǎng)密度的增大，公園綠地服務面積呈現(xiàn)先緩慢增大后逐漸趨于穩(wěn)定再逐漸減小的趨勢，通過其擬合曲線變化可知，兩者呈弱相關.當路網(wǎng)密度2～10 km·km-2之間時，公園服務面積隨其增大而緩慢增大；當路網(wǎng)密度大于10 km·km-2時，隨著其值的增大，公園綠地服務面積漸漸趨于穩(wěn)定甚至有所減少.路網(wǎng)密度與公園綠地服務效率的擬合曲線R2值為0.166 8，當路網(wǎng)密度在2～10 km·km-2之間時，隨著路網(wǎng)密度的增大，公園綠地服務效率隨之升高；當路網(wǎng)密度大于10 km·km-2時，隨著路網(wǎng)密度的增大，公園綠地服務效率逐漸趨于穩(wěn)定甚至不變(圖5).

圖5 路網(wǎng)密度與公園綠地可達性的關系Fig.5 The relationship between the road network density and the accessibility of urban park

3.2.4 形狀指數(shù)對公園綠地可達性的影響 形狀指數(shù)作為景觀格局評價中重要的因子，可以較好地反映出公園綠地的形狀特征和空間結構.隨著形狀指數(shù)的增大，公園綠地服務面積也隨之增大，其擬合曲線R2值為0.204 6，說明形狀指數(shù)與城市公園綠地呈正相關.當公園綠地形狀指數(shù)在1～1.6之間時，隨著形狀指數(shù)的增大，公園綠地服務面積緩慢增大；當公園綠地形狀指數(shù)大于1.6時，隨著形狀指數(shù)的增大，公園綠地服務面積較為急劇的增大.反觀形狀指數(shù)與公園綠地服務效率間的關系，其擬合曲線整體接近于一條水平線，有緩慢下降的趨勢，擬合度R2值較小，為0.041 4，表明形狀指數(shù)與公園綠地服務效率呈弱相關.當公園綠地形狀指數(shù)大于1.6時，隨著其值的增大，公園綠地服務效率較為明顯地下降；當公園綠地形狀指數(shù)在1～1.6之間時，隨著其值的增大，公園綠地服務效率有逐漸下降的趨勢但變化不明顯(圖6).

圖6 形狀指數(shù)與公園綠地可達性的關系Fig.6 The relationship between shape index density and the accessibility of urban park

3.3 福州城市公園綠地服務模型的構建

通過分析可得，公園綠地服務面積與公園綠地面積、形狀指數(shù)兩個因子呈正相關，且影響程度有所差異，與人口密度呈負相關，與路網(wǎng)密度呈弱相關；公園綠地服務效率與公園綠地服務面積呈負相關關系，與人口密度、路網(wǎng)密度及形狀指數(shù)均呈弱相關(表2).

經(jīng)SPSS擬合分析后構建出城市公園綠地可達性模型，其中公園綠地服務面積模型與公園綠地服務效率模型分別為：

Y1=-12.255+0.688X1-0.14X2+1 429.871X3+43.939X4(R2=0.421)

(7)

Y2=30.157-0.149X2-0.01X2+59.084X3-3.368X4(R2=0.163)

(8)

模型中：Y1表示公園綠地服務面積，Y2表示公園綠地服務效率模型，X1表示公園綠地面積，X2表示人口密度，X3表示路網(wǎng)密度，X4表示形狀指數(shù)；其中公園綠地服務面積模型的擬合度為0.649，公園綠地服務效率模型的擬合度為0.403，說明兩者對公園綠地面積、人口密度、路網(wǎng)密度及形狀指數(shù)的擬合程度存在差異且前者擬合效果優(yōu)于后者.

表2 公園綠地可達性與各影響因子相關性分析1)Table 2 Correlation analysis of accessibility and influence factors of urban park green space

1)*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關,**表示0.01水平(雙側(cè))上顯著相關.

由上述可知，在公園綠地服務面積模型中，形狀指數(shù)對公園綠地服務面積影響最大且具有正相關性，可以認為，形狀指數(shù)越大，公園綠地服務面積越大，公園綠地面積對公園綠地服務面積的影響亦然；人口密度與公園綠地服務面積具有負相關性，人口密度越大，公園綠地服務面積越小，而路網(wǎng)密度對其影響較小且呈弱相關，各因子與公園綠地服務面積的相關性大小依次為：形狀指數(shù)>人口密度>公園綠地面積>路網(wǎng)密度.在公園綠地服務效率模型中，公園綠地面積對公園綠地服務效率影響最大且具有負相關性，公園綠地面積越大，公園綠地服務效率越低，而人口密度、路網(wǎng)密度與形狀指數(shù)對其影響較小，三者均與公園綠地服務效率呈弱相關，各因子與公園綠地服務效率的相關性大小依次為：公園綠地面積>路網(wǎng)密度>形狀指數(shù)>人口密度.

3.4 福州城市公園綠地可達性結果分析

通過上述研究，計算得出福州城市公園綠地可達性結果.研究表明，福州城市公園整體分布較為合理，公園綠地服務面積能夠覆蓋城區(qū)大部分地區(qū)，但局部區(qū)域內(nèi)仍存在服務空白區(qū)，如主城區(qū)東南角位于倉山區(qū)范圍內(nèi)，公園數(shù)量稀少，公園綠地服務范圍幾乎無法覆蓋，東部及東北角晉安區(qū)內(nèi)，也存在相同的問題.

在不同公園性質(zhì)條件下(表3)，全市性綜合公園的服務面積比與服務人口比在六類公園中均最大，因其面積一般較大，服務功能定位于全市，因此服務范圍與服務人群數(shù)量高出其他公園；街頭綠地服務效率在六類公園中最高，因其面積通常較小，公園位置也多屬“見縫插綠”型，面向的服務人群及服務區(qū)域有限，但通常便于居民到達和利用，因此服務效率相比其他公園較高.針對全市性綜合公園與區(qū)域性綜合公園的布局規(guī)劃，建議主要以公園的后期維護管理為主，加強對園區(qū)內(nèi)植被和設施的保護力度，提高服務能力；社區(qū)公園與專類公園的設計，主要側(cè)重于規(guī)范使用人群的行為，突出特定使用功能的特色，發(fā)揮區(qū)域性服務功能；帶狀綠地和街頭綠地作為城市綠地系統(tǒng)的補充或點綴空間，建議用點狀或帶狀的綠地有機融合破碎化綠塊，有效整合城市公園綠地系統(tǒng).

表3 不同性質(zhì)城市公園綠地可達性對比分析Table 3 Comparison and analysis of accessibility of urban park green space with different properties

在不同行政區(qū)條件下(表4)，鼓樓區(qū)公園綠地服務人口比在四區(qū)中最大，其公園綠地面積及其服務面積處于四區(qū)中較高水平，這是因為鼓樓區(qū)公園數(shù)量較多且整體分布較為均衡，但由于鼓樓區(qū)人口數(shù)最多，人口密度大，因而公園綠地服務效率水平相對不高.臺江區(qū)公園綠地服務面積比與服務效率均為最大，其服務人口比與服務面積相對較高，這是因為臺江區(qū)公園數(shù)量較多且人口數(shù)在四區(qū)中屬最小值，因而整體區(qū)域內(nèi)公園綠地服務水平較好.晉安區(qū)公園綠地各項指標均屬較低水平，其公園綠地面積、服務面積、服務面積比及服務人口比在四區(qū)中最低，這是由于晉安區(qū)內(nèi)公園數(shù)量最少，公園綠地面積與服務面積均最小，整體公園綠地的可達性仍較低，由此也可驗證前面結論，公園綠地服務效率模型中各因子相關性大小為公園綠地面積大于人口密度.而倉山區(qū)雖然公園數(shù)量較多，綠地總面積較大，但人口數(shù)量多，導致整體公園服務水平較低(圖7).建議后期城市公園建設著力于主城區(qū)的東部與東南角，增加公園數(shù)量，合理布局選址.

表4 不同行政區(qū)城市公園綠地可達性對比分析Table 4 Comparison and analysis of accessibility of urban park green space in different administrative regions

圖7 不同行政區(qū)城市公園綠地可達性對比分析Fig.7 Comparison and analysis of accessibility of urban park green space in different administrative regions

4 結論與討論

目前城市公園綠地的可達性研究主要集中在空間分布、公園現(xiàn)狀與規(guī)劃方案的評價等，結合可達性思想應用于城市公園規(guī)劃管理中已成為城市公園研究的熱點內(nèi)容[25].本研究表明，公園綠地面積越大，公園綠地服務面積越大，公園綠地服務效率越低，這是因為公園綠地的大小會影響居民對公園綠地的實際需求與使用情況，一般而言，公園綠地面積越大，居民達到公園的可能性增大，其服務范圍也隨之增大，這與Clercq et al[26]針對城市森林覆蓋情況的可達性研究結果一致.人口密度與公園綠地服務面積呈反比關系，但與公園綠地服務效率無明顯關系，這是因為公園綠地的實際可達性人口數(shù)量受人口密度的影響具有差異性，這在施拓[27]對沈陽市三環(huán)內(nèi)城市公園綠地的可達性分析中有提到.因此研究認為，城市公園綠地的空間布局與人口密度的差異性是影響城市公園綠地可達性的重要因素，這與黃翌等人[28]關于公園綠地可達性的研究結果一致.路網(wǎng)密度對公園綠地服務面積具有一定的影響，但暫未發(fā)現(xiàn)較為顯著的關系，與公園綠地服務效率有正相關趨勢，這與尹紅巖[29]在城市公園綠地可達性的客觀影響因素研究結果有所出入，原因可能是研究區(qū)實際路網(wǎng)情況的差異與樣本數(shù)有限導致的.公園綠地形狀指數(shù)的大小同樣影響著公園綠地的可達性，形狀越復雜的公園綠地，其服務面積也隨之增大，這同鄒暉[30]以南昌市為例所做公園綠地形態(tài)與服務效率的研究保持一定的一致性，但受研究區(qū)實際情況的影響，服務效率與形狀指數(shù)的相關性不夠明顯，仍需進一步研究.

公園綠地作為城市景觀與生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，提高居民到訪公園綠地的可達性有利于充分發(fā)揮城市公園的多重效益，我們對福州城市公園綠地的四個影響因素進行可達性研究，通過以上結果分析，建議后續(xù)城市公園規(guī)劃中應有效結合各因子對可達性的影響關系，在公園面積大小、形狀規(guī)模、布局選址等問題上找到平衡點，為公園綠地布局規(guī)劃提供理論指導.