基于可达性的长春市公园绿地格局优化

张 琳，刘兆顺

(吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130000)

公园绿地是城市的绿色基础设施，可以改善经济发展环境、生态环境功能、文化艺术底蕴，是保障城市可持续发展的重要因素。公园绿地不仅为城市居民提供了放松休闲的空间，同时在很大程度上减轻了城市热岛效应[1]。公园绿地可以维护居民的身心健康和维持城市环境水平，因此公园绿地是表征城市发展水平的一项指标。居民能否便捷安全地享受公园绿地服务是环境可持续性的重要标准，生态城市应该保证资源可以公平、公正地利用[2]。

可达性是指从空间中任意一点到达目的地的难易程度，反映了人们到达目的地过程所克服的空间阻力大小，常用距离、时间和费用等指标来衡量。城市服务设施分布的合理性与服务公平性都可以利用可达性进行研究。近年来，可达性在城市公园中也有了初步应用。目前可达性研究的主要方法有费用加权距离法、最小邻近距离法、缓冲区法、引力模型法等[3-4]，而缓冲区分析法是通过计算居民到最近绿地的直线距离来表征可达性水平。计算可达性的简便、最常使用的一种方法是缓冲区法，本文利用缓冲区法研究了长春市公园绿地格局及其优化[5]。

国内外很多学者对城市绿地可达性问题进行了研究，例如俞孔坚等[6]就首次将可达性作为评价指标应用到城市绿地系统评价中，国内其余绿地可达性的研究大多数是针对现有绿地进行可达性评价。国外学者例如E. Dinand Ekkel曾利用可达性作为指标来研究城市绿地与人类健康的问题；Kshama Gupta利用GIS软件对绿地可达性进行分等评价等等。以往国内外对绿地可达性的研究多针对可达性与否进行定性评价，很少有利用可达性来进行绿地景观优化的案例。

本文以长春市为例，利用GIS技术，统计城市居住用地以及人口分布等数据，基于质心分析方法，模拟研究区未来绿地格局，并结合缓冲区分析法，对优化后的结果进行评价，为城市公园绿地研究提供新思路和新方法，并为长春市未来公园绿地空间布局提供参考[7]。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

长春市位于北半球中纬地带(124°18′～127°02′ E、43°05′～45°15′ N)，欧亚大陆东岸的中国东北大平原腹地。气候为大陆性季风气候，气候的大陆性强，气温的年差较大。

长春市是吉林省省会，中国东北地区中心城市之一，是吉林省的政治、经济、科教和交通中心。长春是中国四大园林城市之一，被誉为“北国春城”。长春市作为园林城市，迄今为止城市绿地建设比较出色，但如何在新一轮城市规划中针对绿地可达性进行绿地格局优化是目前亟需解决的问题。

1.2 数据来源

研究数据主要有长春市2010年遥感影像，长春市2010年地籍数据库中地类及人口数据，长春市城市规划资料以及长春市相关统计年鉴。

本文研究区选择长春市中心城区，长春市公园绿地按照《城市绿地分类标准》中的定义与分类进行选取，依据长春市公园名录(第一批)，以长春市2010年市区遥感影像为工作底图，利用GIS软件形成公园绿地面状矢量图层，由于城市居民在进行活动时偏向于选择≥2 hm2的公园绿地，因此在公园绿地矢量图层中选择面积≥2 hm2的公园绿地[8]。

长春市中心城区主要包括南关区、二道区、宽城区、绿园区和朝阳区，总面积为642.07 km2。符合本文要求的绿地面积为4099 hm2，占中心城区面积的6.38%。长春市公园绿地包括净月潭国家级森林公园、南湖公园、动植物公园等，以上公园对于提升城市环境、丰富市民精神文化生活等具有显著影响。

长春市居住用地数据主要是通过长春市2010年地类数据按照土地利用分类进行筛选。人口数据中包含人口密度和人口数量，通过与地类数据的合并，可以得到每块居住用地的人口数据。

2 研究方法

2.1 绿地选择

根据上文所述，本研究中将选择≥2 hm2的公园绿地作为研究对象，利用公园绿地面状矢量图层属性表筛选得到长春市面积≥2 hm2的公园绿地(图1)。

图1 长春市面积≥2 hm2的公园绿地分布图

2.2 优化目标的确定

《国家园林城市标准》中提出500 m见绿的目标，相关研究中也提出，城市绿地系统规划中应该实现500 m服务半径的全覆盖。根据长春市公园绿地的现有情况，最终确定优化目标为提高中心市区公园绿地500 m范围可达的人口数量[9]。

2.3 待优化区域及其人口数量统计

通过缓冲区分析法利用GIS软件可以得到公园绿地的500 m缓冲区，使用叠加分析中的相交工具可以得到缓冲区外的居住用地，这些居住用地没有公园绿地覆盖，是待优化区域。根据可达性优化目标将待优化区域划分为若干个地块单元。为了模拟500 m服务半径，将研究区生成1000 m×1000 m的方格网，划分为若干个面积为1 km2的地块单元，分别统计每个地块单元的人口密度和人口数量(图2)。

图2 待优化区域居住用地空间分布及其人口密度

2.4 绿地格局优化

本文主要通过确定新增绿地的面积和位置来进行绿地格局优化，利用人均公园绿地指标及每个地块的人口数量可以确定面积，通过人口重心计算确定位置。

按照现有指标和标准，人均公园绿地的标准是6 m2，统计出每个地块对应的人口数量。绿地面积采用如下计算公式：

Agl=Np×Aglm

(1)

式(1)中，Agl：公园绿地面积(m2)；Aglm：人均绿地面积(m2)；Np：人口数量(人)。

按照经济性原则，人口数量较少的区域暂时不建设新的公园绿地。根据人均公园绿地面积6 m2的标准[10]，按公园面积为2、5、10 hm2共3个级别，分别统计每个地块服务人口数量(表1)。

表1 根据公园绿地面积进行人口数量计算

分别提取人口数量在3333～8333、8333～16667、>16667人的地块，作为待优化增加绿地面积为2、5、10 hm2的地块(图3～图6)。现实中公园绿地均有一定的半径，所以实际服务面积可能会超过地块面积，因此，公园面积确定中选择公园绿地面积下限，即人口数量3333～8333人则确定新增公园面积为2 hm2，人口数量8333～16667人则确定新增公园面积为5 hm2，人口数量大于16667人则确定新增公园面积为10 hm2。模拟公园为圆形，按照新增公园面积分别为2、5、10 hm2，可以计算公园半径分别为80、126、178 m。

图3 新增绿地面积及所在位置示意图

美国学者沃尔克(F. Walker)于1874年首先使用人口重心概念，它可表明地区人口分布的总趋势或中心区位。基于每个1000 m×1000 m的地块计算人口重心，即为优化绿地的中心位置[11]。人口重心按照重力的分解与合成法则进行计算，运用公式(2)计算：

(2)

式(2)中，xi和yi为第i个地块几何中心的坐标值，wi是第i个地块的权重值。此处采用的就是第i个地块的人口数。

新增绿地位置通过人口重心计算实现。基于质心分析分别生成每个居住用地地块的质心，对质心进行权重，权重数据为每个地块的人口数量，对应生成每个地块单元(面积1 km2)的人口重心，这个人口重心也就是优化新增绿地的中心位置。GIS分析功能(mean center)可以实现该部分操作。以基于人口重心生成的绿地中心位置为中心，基于缓冲区分析法分别按半径为80、126、178 m生成优化新增绿地空间分布图(图4)。

图4 新增公园绿地空间分布图

基于GIS的空间叠加分析功能将新增公园绿地与长春市行政区图进行空间叠加，通过属性表可以计算得到每个城区新增公园绿地的个数以及面积(图5)。

基于GIS的空间叠加分析功能将新增公园绿地与现状公园绿地进行空间叠加，生成绿地格局优化图(图5)，这个步骤通过GIS里分析工具中的叠加分析来完成。

2.5 绿地格局优化结果

利用缓冲区分析方法对新增绿地进行500 m缓冲区分析，将居住用地与生成的缓冲区进行叠加分析，提取500 m范围内的居住用地。利用属性表进行统计和查询，可以得到公园绿地优化后500 m内居住用地面积和500 m内人口数量。

图5 绿地格局优化图

3 结果与分析

3.1 优化绿地空间分析

新增绿地在长春市各行政区的位置如图6所示，通过图2和图6的观察分析可以看出：优化新增绿地主要集中在人口密度较大的区域，除了净月潭国家级森林公园外，其他面积较大的公园也主要分布在此区域。此区域属于长春市中心部位，人口密度最大，相对于其他地区，需要建设更多的公园绿地，绿地环境一般，城市用地紧张，如何处理城市发展中的问题是现在以及未来亟需解决的问题[12]。

绿园区：长春市绿园区主要位于长春市西部，其前身为长春市郊区。绿园区人口分布很分散。绿园区现有长春公园、四间水库、国际汽车公园等公园绿地，绿园区新增公园绿地主要分布在东北方向。

朝阳区：位于长春市西南部，是长春市科技、文化与商贸中心城区。朝阳区现有南湖公园等绿地，区内很多是一些老旧建筑，在进行旧城改造时，应该着重绿地的建设问题，新增公园绿地主要分布在朝阳区东北方向。

宽城区：长春市宽城区由两块区域组成，长春市火车站位于宽城区内，现有森林公园、伊通河沿岸场地以及胜利公园等绿地。宽城区人口密度较为分散，因此新增绿地公园相较其他区域，更为分散，人口数量没有其他区域那么集中，因此在此区域新增公园绿地多为分散的公园绿地。

南关区：南关区有长春市最大的净月潭国家级森林公园，伊通河也会经过南关区。现有八一水库、动植物公园等公园绿地，南关区是长春市公园现有绿地比较满足需求的区域，区域面积较大，人口分散，新增绿地主要分布在与其余几个行政区交汇的北部区域。

二道区：二道区内现有公园绿地较少，且公园面积大部分较小。未来二道区应该着力建设大中型可以满足需求的公园。新增公园绿地主要分布在二道区的西南方向。

图6 优化绿地在长春市各行政区的空间分布

南关区和绿园区内绿地基本可以满足需求，朝阳区、二道区绿地资源较少，难以满足需求，宽城区人口分散，绿地不能满足全部人的需求。近年来，日益增长的房地产项目导致一定范围的居民数量急剧增长，暴露了公园绿地严重缺乏的问题。朝阳区主要是老城区，在旧城改造过程中应着力解决此矛盾。二道区的总体绿化状况较差，人口密度大，公园绿地缺乏较严重，应在城市建设中重点在该区域增设绿地。宽城区人口比较分散，新增绿地应该根据人口数量相对集中的区域来建设。

3.2 优化绿地面积分析

从新增绿地的总体情况来看，累计新增面积为2、5、10 hm2的公园绿地分别为45、23、2个(表2)。

表2 新增绿地面积和数量

统计新增绿地在各行政区的面积如表3所示，可以看出，新增绿地在5个区的面积相差不大，在朝阳区新增绿地面积最大为54 hm2，占所有新增绿地比重最大为24%。在宽城区新增绿地面积最小为39 hm2，占所有新增绿地比重最小为17.33%。说明未来长春市每个区都对应需要新增绿地，其中宽城区新增绿地占其区域面积比重最大为0.607%，但总体而言，长春市公园绿地发展现状一般偏好。

表3 新增绿地在各行政区中的分布

3.3 优化绿地效果分析

通过计算新增绿地优化方案与2010年现状进行比较，可以看出优化后绿地可达性得到明显提高(表4)。优化后公园绿地面积为4324 hm2，相较2010年的4099 hm2公园绿地，新增绿地225 hm2，提高了5.5%。绿地可达性显著提高，主要体现在可达人口和可达面积上，其中优化后500 m可达人口为89.5万人，相较于2010年的35.9万人，提高了53.6万人，提高了50.3个百分点。优化后500 m可达面积达到31104 hm2，远超过2010年的17418 hm2，共计增长13686 hm2，增长了22.5个百分点。人均绿地面积也有一定的提高由2010年的5.3 m2/人增长到6.1 m2/人。上述数据说明，通过优化新增绿地方案长春市公园绿地可达性得到了显著提高。

表4 新增绿地优化方案与2010年现状相比

4 结论与讨论

长春的绿化居于亚洲大城市之冠，其公园绿地分布本身比较合理，但还有一定的改进空间[13]。本文在2010年数据的基础上，通过模拟未来新建绿地的空间分布，将新增绿地与现有绿地进行空间叠加，生成优化城市公园布局，可以为城市绿地格局规划提供参考价值。

本文采用人口重心模型确定新增绿地的中心位置，通过缓冲区分析法得到新增绿地的空间分布。将新增绿地与现有绿地进行叠加分析，最后得到优化绿地的空间分布图。通过上述一系列比较可以看出，在增加公园绿地面积5.5%的情况下，公园绿地的可达性人口增加了50.3个百分点，可达性面积增加了22.5个百分点，简而言之，通过合理分配公园绿地的布局，可以做到通过增加较少面积的公园绿地，实现可达性较大的提高。

本文中对城市绿地格局的优化仅基于可达性一个因素，并未考虑城市中人口流动以及土地利用性质，也未考虑随着时间的增长人口数量的变化以及公园绿地自身的变化，是一种理论上的优化模式。在实际工作中，还需要结合城市绿地的功能，城市土地利用类型以及建设绿地成本因素等方面综合考虑[14-15]。

公园绿地可达性评价中未考虑居民游憩对城市公园绿地的压力，只考虑距离因素。在公园绿地格局优化中没有考虑满足距离可达条件的居住用地及其上居住的人口。实际生活中可能出现公园人满为患的状况，影响居民的使用，导致部分居民即使距离公园很近，短时间内能够到达，但并不愿意前往的状况。因此，在以后研究中应该全面考虑各方面因素，综合确定城市公园绿地的格局优化布局情况。

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