基于GIS 技术的济南市公园绿地空间可达性研究

2011-07-26鲁敏刘国恒刘振芳

山东建筑大学学报 2011年6期

鲁敏，刘国恒，刘振芳

(1.山东建筑大学艺术学院，山东济南250101;2.山东建筑大学齐鲁建筑文化与景观艺术研究基地，山东济南250101;3.山东世联怡高物业顾问有限公司，山东济南250014)

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市化加骤导致城市环境生态问题日益严重，大量以自然为基底的景观迅速被建筑和硬质铺装的城市景观所替代，生物多样性锐减，景观破碎化加剧，区域生态安全面临严重威胁，生态问题正逐渐成为全球化的问题［1－2］。“生态城市”、“森林城市”的提出与建设对改善生态环境和提高人民生活质量意义深远而重大［3］。城市绿地是城市中唯一执行自然“纳污吐新”负反馈机制的子系统，对改善城市生态环境、维持城市生态平衡起着无可替代的重要作用［4］。公园绿地是城市绿地的主体及核心，公园绿地的服务效率是评价城市影响力和衡量市民生活水平的重要指标，而空间可达性是公园绿地服务效率指标的核心内容［5］。许多学者进行了相关研究，有利用景观可达性方法分析城市公共绿地的可达性［6］;有基于网格分析方法研究城市公共绿地可达性的空间分布特点［7］。但以往的公园绿地可达性研究存在着一定的局限性，有的只是考虑距离公园的直线距离，没有涉及市民到公园的实际路线;有的考虑到了实际路线，但没有考虑到公园绿地周围的实际情况，如使用者的数量和分布、土地使用类型以及开发密度等，这难以在空间上描述城市公园绿地的布局，也很难真正反映公园绿地对城市居民服务的有效性［8－10］。鉴于以往可达性研究存在的局限性，本研究应用景观生态学的理论，以RS和GIS技术为支撑，通过对济南市中心城区的城市公园绿地现状资源的调查和公园绿地景观空间布局上的分析，建立了济南市中心城区的土地利用数据库，采用成本加权距离方法，综合考虑人口密度，对济南中心城区公园绿地的可达性进行分析研究，提出相应的公园绿地建设方案，从而为济南城市绿地系统规划及森林城市的建设提供依据。

1 研究区域概况

济南，南依泰山，北跨黄河，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地势南高北低。地形复杂多样，大体可分为三带;北部临黄带，中部山前平原带，南部丘陵山区带。

本文研究对象为济南市中心城区，即二环以内的区域，是济南市文化、政治、经济和教育发展的心脏，其中包括槐荫区、历下区、市中区、天桥区、历城区，而二环以内，作为济南市的老城区，又是五个区的主要政治文化中心。济南市市级公园大部分在此范围内，再加上部分区域性公园，共同为人们提供休闲娱乐的场所。济南市目前正在创建国家森林城市，要达到标准尚且需要进一步的努力完善。其中绿地建设中最主要的问题就是公园绿地分布不均衡［11］。

2 研究方法

2.1 数据库的建立

通过对济南市SPOT影像图解译得到研究所需数据。利用ERDAS8.7对图像进行几何校正等处理并创建墨卡托投影坐标系统;在ArcGIS中，参考地形图结合实地踏查提取济南市公园和道路信息以及用地性质分类，建立济南中心城区土地利用数据库。用地性质按照国家标准可分为:居住用地(R)、公共设施用地(C)、工业用地(M)、对外交通用地(T)、道路广场用地(S)、市政公用设施用地(U)、绿地(G)、仓储用地(W)、特殊用地(D)、水域和其他用地(E)这十大类，结合实际的相对阻力将其细分，不同用地性质有不同的相对阻力如表1。

表1 不同土地利用类型的空间阻力相对值

2.2 分析方法

本文对于公园绿地的可达性计算采用的是基于栅格的成本加权距离方法。

基于栅格的成本加权距离方法计算时，首先需要得到研究区域的成本栅格图(cost raster)，每个栅格的属性值表示他们不同的成本(cost)，即表示通过它所需要的时间或费用的消耗程度;由于栅格图像的特殊性，如图1所示:每个非边缘网格的周围有8个其他的网格与之相邻，以图中每个网格的中心作为节点(node)，将相邻的8个网格抽象为8条边(side);各个网格的相邻情况有两种［12］:(1)垂直或水平相邻:将两个网格值的加起来再得到的平均值表示该边的长度，如图1中，中间结点到其上边节点的边的长度为:(2+4)∕2=3;(2)斜相邻:两个网格值的平均值乘以表示该边的长度，如图2中，中间结点到右下节点的边的长度为

图1 成本栅格图

图2 成本加权和最短路径选择

将每个“源”设定为一个单独的节点，在计算的时候，节点栅格的成本值定为0，每个源周围的若干个栅格与该“源”形成若干条边。以图3为例，假定右下角网格作为一个“源”，通过成本加权距离的计算可以得到:其他每个不同的节点到该源的累积总成本值和每个节点到最短路径上前一个节点的路径方向。

本研究以公园绿地为“源”，成本计算值为到达公园绿地的空间阻力值，然后将其转化为时间成本进行分级量化，得出公园绿地的可达性的空间分布。

3 结果与分析

3.1 计算过程分析

按照成本加权距离方法，结合建立的土地利用数据库，在 ArcMap9.3中对研究区域进行30m×30m的栅格，并根据不同的土地利用类型对各个栅格赋予不同的属性值，即空间相对阻力值(表1)。使用空间分析模块中的成本加权距离工具，计算研究区域内各栅格的成本加权距离和选择到达“源”的最优路径，以公园绿地分布栅格图像作为源，仅以不同用地的相对阻力值(即步行穿越不同用地类型的阻力值)为权重，对土地利用类型的栅格图像做成本距离加权分析，计算出最优路径的距离。

图3 时间分级图

利用Raster Calculator工具，以在道路上步行80m/min为计算系数，用距离除以速度，将计算结果转化为时间等级，得到时间分级图(图3)分为小于5min、5 ～15min、15 ～30min、30 ～60min、大于 60min五级，分别计算出公园绿地各时间等级的面积占总面积的百分比，得到基于相对阻力的可达性级别分布比率(表2)。综合土地利用类型将人口密度作为属性值添加到土地利用类型图中，并以人口密度属性值作为矢转栅的依据值，形成人口分布密度的栅格图象，提取出人口分布数据。

对人口分布数据和步行阻力值(基于不同用地的相对阻力)按各占50%的权重做叠加计算，得到综合阻力值。在ArcGIS9.3中，利用空间分析模块的成本距离加权的方法，以绿地分布栅格图象作为源，对带有综合阻力值的栅格图像做权重距离计算，从而形成公园绿地可达性分布图(图4)，并计算得到基于综合阻力值的可达性级别分布比率(表3)。

图4 可达性分级图

表2 基于相对阻力的可达性级别分布比率

表3 基于综合阻力值的可达性级别分布比率

3.2 结果分析

通过基于相对阻力的可达性级别分布比率(表2)可以看出:84.31%的区域到达最近公园绿地的步行时间不超过30min，通过与土地利用类型图进行比较可以发现30min以内区域涵盖绝大部分居住区，步行超过60min的区域主要为市区内的的空地、工业用地、风景林地以及靠近近郊的相关区域。因此在单纯考虑出行时间的情况下，济南市中心城区的公园绿地可达性较为合理。

综合人口分布因素，公园绿地空间可达性发生了以下变化:(1)人口密度较高的居住区可达性的级别明显提高;(2)部分人口密度较低的非居住区的可达性级别下降。通过基于综合阻力值的可达性级别分布比率(表3)可以发现:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级区域面积达到88.74%，但是Ⅰ、Ⅱ级区域仅有51.43%，说明济南市中心城区公园绿地可达性不合理。可达性不够理想的区域主要集中在人口密度较大的城区中心地段和出行不太方便的非居住区域，从可达性分布图上可以看出中心城区西部、北部地区缺少综合性公园，不能满足市民需求，可达性不足或不合理的地带，一般都在综合公园数量及面积上欠缺的区域。

4 结论

对济南市公园绿地的空间可达性进行分析研究表明:

(1)只考虑步行阻力，基于相对阻力的可达性级别分布比率表明:84.31%的区域到达最近公园绿地的步行时间不超过30min，按出行时间来计算，济南市中心城区的公园绿地可达性较为合理。

(2)综合人口分布因素，基于综合阻力值的可达性级别分布比率表明:济南市公园绿地虽然Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级区域面积达到88.74%，但是Ⅰ、Ⅱ级区域仅有51.43%，说明济南市中心城区公园绿地的可达性不合理。

(3)可达性不足或不合理的地带，一般都在综合公园数量及面积上欠缺的区域;中心城区西部、北部地区缺少综合性公园，可达性不合理。

5 基于可达性的济南市公园绿地规划建设方案

图5 基于可达性的公园绿地建设方案图

济南市公园绿地规划建设方案见图5。具体建设方案为:

(1)历城区范围内的百花公园已扩建完成，针对中心城区的东北方向范围内的可达性欠缺区域，应新建一全市性综合公园，为周边及二环东路以东的居民提供服务，如华山及其周边建设一个综合公园约300hm2，既可以弥补东北部公园面积的不足，又能充分利用现有山体资源发挥一定的保护生态环境的作用。

(2)市中区以及历下区范围内的公园分布基本均衡，只需要对现有公园稍加扩建。大明湖公园、环城公园、泉城公园、英雄山公园扩建约30hm2;中山公园、七里山公园、六里山公园、郎茂山公园需改扩建约40hm2。

(3)天桥区范围内的公园可达性大部分为Ⅲ级区域，要提高其Ⅱ级的比例同样要对现有公园进行扩建，动物园、药山公园扩建3hm2，并结合北部的黄河区域发展黄河森林公园的作用，使其为更多的北部居民提供服务。

(4)槐荫区范围内已有济南森林公园、匡山公园，森林公园的扩建工作正在进行，在二环以北建立腊山公园约70hm2，再结合二环以北的其他区域性公园的扩建提高西部城区居民的生活质量。

各区建设方案再结合小清河周边以及南部山体林地的开发，使济南的公园绿地分布更加均衡，使可达性在Ⅲ级的区域更多的提高到Ⅱ级区域，在提高整体游憩可达性的同时也提高人们生活的质量，为绿地系统规划提供科学的理论依据。

目前济南市通过西部的森林公园建设工程、东部百花公园提升工程、东护城河通航工程等市级重点工程对公园绿地分布不均现状已经有了一定的改善作用。根据以上建议对济南市公园绿地进行合理扩建和布局，改善可达性，同时提高公园绿地的服务效率，构建人工植物群落，保护植物的多样性［13－14］。相信不久的将来，一个环境优美、生态良好的“森林泉城”就会展示在世人的面前。

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