基于POI 点数据的武汉汉阳区绿道线路选择∗

戴 菲 杨 超 徐亚如 陈 明 裴子懿

1 华中科技大学建筑与城市规划学院 武汉 430074

2 武汉市园林建筑规划设计研究院有限公司 武汉 430014

随着城市化发展， 城市内部环境污染问题与交通拥堵状况日益显著， 人们对于建设宜居环境、促进健康生活的呼声越来越高。 研究表明， 城市绿道在一定程度上可以缓解城市拥堵、 提高城市交通效率、 促进资源集约利用[1－3]。

国内绿道选线经历了从定性研究到定量研究的过程， 早期主要考虑人文资源评价、 服务设施分布等[4]， 辅以串联城市中其他的斑块绿地。 之后结合土地适宜性分析的选线方法应用逐渐广泛[5]， 例如通过GIS 空间分析工具建立引力模型[6]、 成本费用模型[7]、 可达性评价[8]等。 受技术条件的限制， 传统规划往往采用统计、 调研、测绘等方式获取数据， 这些数据获取成本较大、及时性弱， 数据来源与类别也有限[9]。 互联网技术发展以及数据的公开， 使城市大数据越来越多地应用于绿道选线研究中， 已有学者使用空间位置数据(热力图[10]、 POI (Point Of Interest)[11]等) 以及行为轨迹数据(手机定位[12]、 交通刷卡[13]等) 进行绿道选线研究。 POI 即“兴趣点”，是具有经纬度信息的城市设施的点状数据， 具有数据量大、 易获取等特征。 POI 点可以反应城市基础设施分布的宏观特征[14]， 精确定位城市居民的活动目的地， 反应居民对于基础设施的使用潜在需求[15]。 目前将POI 数据应用于绿道选线中的研究尚少， 且大多采用样方核密度分析法， 该方法没有考虑城市中的道路网络结构， 这种基于欧氏距离的核密度分析法忽略了点数据在网络结构中所受的约束条件[16]， 在街区尺度的城市空间研究中缺乏准确性。

本文以武汉市汉阳区为研究对象， 汉阳区文化资源丰富， 是除东湖绿道建设[17]之外， 市内投入力度较大的绿道建设示范区， 同时也是城市更新的重点区域， 具有研究典型性[18]。 本文基于POI 数据分析服务范围得到现状道路的绿道化需求强度， 结合视觉敏感度评价进行绿道的分类，最后依据分类结果筛选合适绿道。

1 研究地概况及研究方法

1.1 研究地概况

汉阳区是武汉主城区之一， 地处两江交汇之处， 也是武汉的起源之地， 总面积111.54 km2，常驻人口65.27 万人， 道路框架成熟， 建设历史悠久， 亟待进行城市更新。 汉阳区是著名的文化旅游聚集地， 风景资源丰富， 代表了高密度建成环境对绿道建设的需求。

1.2 数据源

本研究所需路网数据采集于Open Street Map网站， 结合百度影像图进行人工校准。 本研究所需POI 数据分类依据《城市居住区规划设计标准》 GB50180－2018 (下称《新国标》 )， 并结合既往研究[19]将POI 分为5 类， 即商业服务类、 公共设施类、 交通类、 生活服务类、 绿地广场类。数据下载于网络电子地图， 采集2018 年上述5 类汉阳区POI 点数据作为研究数据， 通过坐标纠偏将坐标转换为WGS1984 坐标进行GIS 网络分析。

1.3 研究方法

本文通过POI 服务范围分析潜在步行节点的分布情况， 确定绿道建设的需求价值， 结合客观测量的视觉敏感度指标， 两者共同决定城市绿道的使用成效， 通过评估绿道建设潜力价值完成选线研究。 研究步骤分为网络分析、 视觉敏感度评价、 双因素组合。 首先， 通过GIS 的网络分析工具得出POI 点的不同级别服务范围， 加权叠加得出综合评价值， 依据综合评价值将道路分为高需求、 低需求强度绿道； 其次， 结合城市意象要素，以视觉敏感度评价结果表示客观的环境影响， 并按评价值将研究区分为高敏感、 低敏感区； 最后，使用双因素制图将两类要素组合， 依据分类结果得出最终的选线。

1) 网络分析法。 网络分析法是一种基于道路网络的费用加权距离法， 计算按照某种交通方式(步行等) 在某一阻力值下的覆盖范围[20]。 与缓冲区分析法、 最小邻近距离法等其他评估城市基础设施服务范围的方法相比， 网络分析法能够更加客观地显现人们的出行机动能力， 从而模拟得到更加贴近现状的影响程度。 网络由 “节点”“连接” 构成， 在本研究中， 绿道即为“连接”，基础设施POI 即为“节点”， 将以人步行的时间阈值作为“阻力”， 通过GIS 网络分析工具(Network Analyst) 得出服务范围以衡量绿道建设的需求强度值。

2) 视觉敏感度评价。 景观视觉是评判城市绿道资源质量高低的重要标准[21]。 视觉敏感度是衡量人对景观的感知程度， 与景观本身的空间位置与物理属性有关[22]。 视觉敏感区是易被观察者察觉的地方， 即便受到轻微的干扰， 对观察者的视觉体验也会造成较大的冲击[23]。 林本岳[24]提出景观视觉在城市规划建设中应作为一个重要的因素， 需将城市绿道的视觉转化为可量化的参数指标。 城市意象是重要的视觉特征， 田春[25]认为绿道的意象主要为设施、 感官激活、 风格以及目的地。 因此， 本文选取POI 点出现率、 POI 点距观察者距离、 重要景观醒目程度(山体、 公园、 水体) 3 个因子作为指标进行绿道的视觉敏感度评价。

3) 双因素制图。 双因素制图可以直观地表现两个要素的组合关系， 并将结果可视化。 针对两种不同影响因素， 可以形成2×2 种组合方式， 即4 种配色方案， 不同组合间具有区分度。 将服务范围评价结果与视觉敏感度结果进行两两组合得出高需求－高敏感、 高需求－低敏感、 低需求－高敏感、 低需求－低敏感4 类关系， 基于此提出相关选线策略。

2 基于POI 点的武汉汉阳区绿道选线

2.1 POI 点服务范围

《新国标》 中对居住区生活圈的圈层划分为5 min自足生活圈、 10 min 邻里生活圈和15 min 共享生活圈， 其对应的步行距离分别为300 m、 500 m和1 000 m。 由于设施点规模较小， 为客观反映居民使用绿道的需求强度， 以各POI 点出发步行5 min、 5～10 min、 10～15 min、 15 min 以上所能达到的范围称为步行服务范围， 通过GIS 的网络分析得出各类POI 点的服务范围图(图1)。

图1、 表1 显示， 除绿地广场类之外， 其余POI 在5 min 内的服务范围均为30%以上， 且北部的覆盖程度高， 15 min 内服务范围覆盖了约70%的规模。 除去绿地广场本身的面积因素， 该类型POI 在15 min 以上的服务区域达56.40%，表明这类基础设施难以满足全区的使用需求。 研究区北侧路网较南侧更密集， 说明路网密集程度也会影响设施的服务区域。

图1 各POI 点服务范围图

表1 各POI 点步行服务范围占比表

2.2 绿道选线需求强度值评价

不同级别服务范围内的绿道建设价值不一。为了更直观地表现绿道建设的需求强度值， 本文首先将上述服务范围指标采取7 分制处理， 各级别分值分别为1、 3、 5、 7， 其中5 min 服务范围分值最高为7， 分值越高越适合建设绿道。 由于不同类型POI 所占权重不同， 采用AHP 层次分析与专家打分法(基于城市规划相关专业高校师生的咨询建议) 处理后得到各因子权重(表2)。 经检验， 权重一致性为0.078 9， 符合标准。 将上述计算结果进行加权叠加后， 以点要素的综合评价值对范围内的道路进行赋值表征绿道需求强度值，并对最终结果用几何间隔法[26]分为高、 低需求强度值两级。 分析结果显示， 低需求强度绿道总长487 km， 高需求强度为246 km。 高需求强度绿道主要分布在月湖、 龟山景区、 墨水湖周围， 公园、景点往往会吸引更多城市基础设施的进驻， 绿道的需求值更高。 低需求绿道位于研究区外围， 如樱花岛路、 陶家岭路， 大都位于北侧区域， 具有较多的居民区。

表2 各POI 点服务需求评价权重表

2.3 视觉敏感度评价

本文选择POI 点出现率、 POI 点距观察者距离以及重要景观醒目程度3 个因子作为指标进行敏感度等级评价， 通过AHP 层次分析确立权重(表3)， 其次通过加权叠加得出视觉敏感度综合评价值， 最后将结果依据几何间隔法分为高、 低敏感两级。 分析结果显示， 视觉高敏感区主要位于研究区中部， 高敏感区所占面积为29%， 低敏感区为71%。 高敏感区具有较多的景观资源， 具有观赏性， 视觉敏感度值越高， 景观遭到破坏带来的视觉影响越大。 对于步行绿道而言， 可以理解为视觉敏感度高的路段， 要更多地关注人群的视觉效果， 对于该类型路段， 在绿道建设的过程中， 可以根据道路的现状宽度情况与可实施条件，适当增加开敞空间、 休闲绿地等措施。

表3 视觉敏感度指标表

2.4 绿道潜力分析

将上述结果进行两两组合形成4 种方案， 即，高需求强度－高敏感道路总长为172 km、 高需求强度－低敏感道路为75 km、 低需求强度－高敏感为85 km、 低需求强度－低敏感为401 km (图2)。高需求－高敏感道路主要位于沿湖位置， 月湖与龟山景区周围主要有琴台大道、 汉阳大道、 龟山北路、 鹦鹉大道以及一些分支道路； 墨水湖周围主要有江堤路、 百灵路、 芳草路、 龙珠路以及一些分之道路； 龙阳湖主要是周围的一些住区道路。高需求－低敏感道路零散分布于景区周围， 包含杨林洲附近的四新路、 总港路、 归元寺南路、 墨水湖东部的龙江路等。 低需求－高敏感道路主要分布在北部， 主要包含百合路、 陶家岭路、 玫瑰街、 江欣苑路、 芳草路等住区道路。 低需求－低敏感道路主要为研究区西、 南部的厂区路， 处于设施服务不易到达且离景观要素较远的位置。 针对这4 种组合关系， 提出以下分类建设建议:

1) 高需求－高敏感组合。 该类道路周围具有较多的城市设施， 服务面更广， 且周围多景观，适合作为一级绿道， 绿化宽度应不小于3 m， 绿道一侧的步行空间应保证两人并行要求， 可以适当压缩机动车道以拓宽绿道。 选线尽量串联周围文化景点， 在功能上满足居民运动、 休闲、 观景，适当设置制高点， 增加景观开阔面。

2) 低需求－高敏感组合。 该类道路靠近居民小区， 且对景观敏感， 出行需求强度不大， 但周围景点吸引力强， 适合作为居民前往景点的二级绿道。 注重对现状道路两侧的绿化维护以形成林荫道， 适当增加居民的临时休憩设施。

3) 高需求－低敏感组合。 该类道路对景观观赏要求不高， 但居民出行需求强度大， 适合作为三级绿道， 主要满足居民步行需求， 步行空间满足两人并行要求， 保证双向通行不小于2 m。

4) 低需求－低敏感组合。 这是居民对于出行需求强度不大且景观敏感不高的道路， 满足日常步行要求即可， 结合现状绿化适当整修， 优先考虑建设一、 二、 三级绿道。

图2 绿道建设需求关系图

2.5 绿道选线结果

通过对POI 的服务范围分析、 研究区的视觉敏感度评价， 完成现状道路的“绿道化潜力” 的分类评价， 结合人工修正， 使绿道连续、 串联景点， 最终确定研究区绿道走向(图3)。

图3 绿道选线图

1) 一级绿道总长26.6 km， 共有4 条路径，构成中部绿道骨架。 从莲花湖南路出发沿汉阳大道到达龙阳湖东路， 路径长度7.3 km； 从汉水公园南部金龙路出发经龙阳湖东路再向东经龙兴西街， 沿墨水湖北路进入汉阳大道， 路径长度9.8 km； 从墨水湖东的马沧湖路出发经过马鹦路到达国博大道， 向北最终到达汉阳大道， 路径长度5.0 km； 从墨水湖西龙阳大道与龙兴东街交叉口出发经四新北路、 芳草路绕环。

2) 二级绿道总长32.06 km， 串联重要景点。从墨水湖东的国博大道出发向东到达鹦鹉大道，经锦绣三路， 到达晴川大道， 向北沿龟山北路、鹦鹉大道、 知音大道最终到达琴台大道； 龙阳湖北部主要包含玫瑰街、 仙女山路、 龙阳湖北路。

3) 三级绿道总长16.4 km， 主要服务研究区南部。 从杨林洲南部四新大道出发经芳草路、 四新南路向北到达墨水湖南路， 最终并入国博大道。

3 结语

本文通过GIS 网络分析得出城市设施的服务范围， 用以表征绿道建设的需求强度， 结合视觉敏感度评价指标将道路分为4 种类型， 形成一个针对城市居民使用情况的绿道选线方法。 基于分类结果， 最终得到一、 二、 三级绿道位置， 绿道主要位于研究区中部， 一级绿道更多位于环墨水湖位置， 二级绿道位于北部区域， 串联龟山景区、月湖等景点， 三级绿道位于南部杨林洲附近， 以服务南部区域居民。

大数据选线将城市人群的使用需求通过统计的方式展现出来， 是新型选线模式的一种， 具有巨大的发展需求强度， 结合GIS 的分析工具， 以城市居民的需求为主要原则， 确定分类选线模式，为城市选线提供新的思路。 但是本文的研究仍有不足: 由于数据的获取程度不一， 难以得到全面的数据， 仍需研究者实地取样； 获取的数据只适用于已建部分， 对于待建部分本文缺少分析；POI 点数据反映的是现状数据， 随着绿道的建设，兴趣点、 视觉敏感度等会发生变化， 数值也会随之改变， 如何进行动态选择也是今后的研究重点、难点。