基于地块尺度的公园绿地供需测度与优化——以上海市杨浦区为例

王忙忙 王云才

快速城镇化和高强度人类活动为城市带来了严峻的环境压力，作为城市绿地最重要的类型之一，公园绿地难以满足日益增长的社会需求。城市公园绿地面临着人民日益增长的休闲游憩需要与城市公园绿地不平衡不充分的发展之间的矛盾，特别是在一些存量发展模式下的老城区公园绿地用地增长极其困难。面对这个困境，对公园绿地层面的供需平衡关系的量化研究对提升公园公平性和市民福祉至关重要[1]。城市生态系统服务的供给和需求研究包括数量上的供需关系和空间关联格局，能够为城市公园绿地的管理、资源的合理有效配置提供指导作用[2-4]。公园绿地供需研究的最终目标是使得供需系统相互匹配并达到生态系统服务整体效应的最优化。

目前，关于公园绿地的供需评价研究主要集中在行政区划、街道或单个公园尺度上，缺少更为精细尺度上的研究，难以揭示城市街道内部地块尺度上的供需关系和供需差异性并提出相关优化措施。国外关于对公园绿地的研究多通过环境正义和社会公平的视角研究绿地获取和空间分布的差异；目前国内多聚焦在对公园绿地的供需匹配和空间优化方面，取得了较多成果。例如，Wen等[5]以德国汉诺威市不同地区为例研究了老年人获得城市绿色和蓝色基础设施（urban green and blue infrastructure, UGBI）的机会；Xu等[6]以县（德语：Landkreise）为单位分析了德国南部慕尼黑地区不同城市绿地公平的空间变化及其与社会经济变量的关系；桂昆鹏等[7]基于片区的尺度对南京市城市绿地空间进行供需分析和布局优化研究；刘艳艳等[8]基于街道尺度对广州中心城区的城市公园供需进行分析；邢忠等[9]将社区作为研究单元对城市绿地空间分布的公平展开绩效评价；王敏等[10]选取上海苏州河滨水空间的4个公园作为研究单元进行文化服务供需关系分析。在精细地块尺度上的研究较少，例如Xiao等[11]基于地块尺度对济南新区的绿地文化服务进行了供需匹配分析并提出了针对性的优化策略。研究显示，城市绿地供需空间分异性与研究单元尺度关系密切，城市、城区等大尺度下研究结果通常较为均衡，而街道、地块等较小尺度研究单元更能体现其供需空间分异性[12]。其中，街道是由街道办来进行划分的；地块则是根据城市道路来进行划分，可以精确到城市支路。一般来说一个街道可以包含数十个地块。在地块单元尺度上进行公园绿地供需评估与空间表达更为精细，能够反映出街道内部各个地块的公园绿地供需评价的差异性。因此，本研究以上海市杨浦区为例引入地块尺度的公园绿地供需匹配研究，为城市绿地空间布局优化提供重要依据。

1 研究方法与路径

1.1 研究对象与数据采集

上海市作为高度城镇化地区，高密度的建设活动和高强度的人类需求对公园绿地的发展造成巨大的环境压力；同时，上海市还面临着人口增长过快和老龄化等问题。因此，本研究以上海市杨浦区作为研究范围，具有一定的代表性。杨浦区位于上海中心城区东北部。截至2018年，全区共有常住人口131.27万人。包含定海路街道、五角场街道和新江湾城街道等12个街道和五角场镇。本研究以“地块”为基本分析单元，这里的地块是由道路网划分出来的，精确到城市支路。以2010年的行政区划为准，杨浦区共划分成520个地块（图1）。杨浦区内共有16个公园，包括共青森林公园、复兴岛公园、波阳公园和黄兴公园等。

1 上海市杨浦区公园现状分布The distribution of park green space in Yangpu District,Shanghai

本研究的数据分为2个方面：1）土地利用遥感数据解译，包括公园绿地数据、街道路网数据和建筑数据，均为矢量数据，来源于上海市绿化管理局的上海城市绿地现状数据库（数据更新截至2016年）、上海市绿化市容电子地图、航空遥感影像图和Open Street Map上的地理数据和百度地图；2）社会经济发展数据，包括人口数据和兴趣点（point of interest, POI）数据，来源于《上海市统计年鉴（2004—2018）》《上海杨浦区统计年鉴2018》和高德地图上海市2018年POI数据。

1.2 研究路径

在地块尺度上对公园绿地进行供给与需求能力的供需匹配分析，分4步进行：1）甄别影响公园绿地需求能力的核心指标并完成需求能力的空间制图；2）识别影响公园绿地供给能力的核心指标并完成相应的空间制图；3）通过耦合协调度模型对杨浦区公园绿地进行供需匹配分析，得出公园绿地供需在数量上和空间上的匹配程度以及供需系统之间的互相作用程度；4）讨论城市公园绿地供需匹配的优化策略。

1.2.1 需求指标识别与计算

本研究将公园绿地的需求定义为城市居民对城市公园绿地的需求量和偏好，在一定程度上代表了土地开发的强度或人类活动的干扰程度[13]。公园绿地系统是一个复杂的、综合性的社会－生态系统，需求是由个人和群体的社会经济活动决定的，会随着个人和群体的社会背景、收入、偏好、认知水平等差异产生变化。本研究将公园绿地需求系统划分为物质需求和社会需求2个子系统。物质需求往往代表需求数量和规模，由POI密度和容积率2个指标构成[13-15]；社会需求则反映了需求的质量和公平正义方面信息，包含了总人口密度、60岁以上人口密度、0～18岁人口密度、失业人口密度和外地人口密度等指标[16-20]。POI密度和容积率的计算方法比较常规，不再赘述。其中，由于人口的数据只统计到街道层面，为了获取各个地块内的人口数，笔者参考淳锦等[21]的研究，利用与人口分布相关性较高的POI密度来有效引导人口在格网尺度下的重分配。通过计算与街道人口数相关性高的POI密度，将研究范围内的总人口、60岁以上人口、0～18岁人口、失业人口、外来人口数量细化到各个地块上。

1.2.2 供给核心指标识别与计算

长期以来，关于公园绿地的评价指标主要集中在数量方面，忽视了空间分布的异质性和合理性。中国一直以绿地率、人均绿地面积和人均公园绿地面积等面积比率指标为核心来指导城市绿地系统建设[15]。目前，关于公园绿地的相关评价多聚焦在生态功能维度或社会功能维度方面。本研究综合考虑公园绿地生态维度和社会维度的评价，选取冷岛效应和归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）等[22-23]生态维度的指标和公园服务半径覆盖率、公园服务重叠率、人均公园面积和游憩机会指数等[8,24]代表社会维度的指标来进行表征。此外，鉴于可达性对公园绿地服务的效率保障方面的重要作用，本研究提出通过交通设施便捷度和路网密度2个指标来表征可达性。综合生态维度、社会维度、可达性3类供给指标进行综合评价和空间可视化制图，能够较准确地评价公园绿地生态系统服务供给方面的基本能力。

1.2.3 供需匹配指标评价体系及供需匹配模型构建

选好公园绿地的供给指标和需求指标后，下一步就是建立公园绿地供需评价指标体系来进行测度计算（表1）。公园绿地的供给指标体系和需求指标体系共同构成公园绿地的供需评价指标体系，每个评价指标体系是由目标层、约束层和指标层构成的。最后通过采用主成分分析法（Principal Component Analysis, PCA） 与层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）相结合的方法来解决指标权重问题，有利于主观与客观相结合。其中，主成分分析揭示哪些供给指标对供给系统的贡献度比较高以及哪些需求指标对需求系统的贡献度比较高，为指标权重确定提供依据；层次分析法是通过专家调查问卷的设计收集，并通过yaahp V10软件计算和主成分分析的指标贡献度结果共同完成指标权重的确定，最终描述公园绿地服务的供需情况并进行空间可视化制图，形成公园绿地生态系统服务供需评价指标体系。

表1 公园绿地供需指标权重Tab.1 Weight of supply and demand index of park green space

关于公园绿地供需匹配测度主要通过ArcGIS软件平台上的空间制图和耦合协调度模型来进行操作。1）基于ArcGIS平台空间制图。首先，完成了公园绿地的各个单项供给指标和需求指标的空间可视化制图。然后，经过供需指标的加权叠加并通过ArcGIS软件平台得出供需匹配类型的空间制图，并在此基础上采用ArcGIS自然断裂点分类法，将供给系统和需求系统分别划分层级，通过计算极差得出供需之间是否存在盈余或缺口。2）耦合协调度模型。为进一步揭示公园绿地供需系统之间的作用关系，本研究选取了耦合协调度模型来分析供需系统之间相互匹配、协调发展的复杂作用关系。其中，耦合协调度模型包括2个部分，即耦合度模型与协调度模型[9]。对供需匹配进行测度既能反映公园绿地供给的空间布局是否合理以及空间分配是否公平公正，也能够反映供需系统之间的互相作用的强弱程度，能够为进一步揭示供需系统之间的动力机制提供基础。

其中，耦合度采用如下模型[8]：

式中，CI表示耦合度，ρ为调节系数，取值为2；xi、yi分别表示公园绿地的供给水平和需求水平，i={1，2，3，…}。一般来说，供需耦合度CI的取值范围在0～1.00之间，数值越高代表耦合程度越高，根据ArcGIS自然断裂点分类法，当CI=0时，公园绿地供给与需求之间处于无关状态，供需系统将走向无序发展；当0＜CI≤0.48时，供需系统处于拮抗阶段；当0.48＜CI≤0.80时，供需系统进入磨合阶段，处于勉强协调阶段；当0.80＜CI≤0.93时，系统处于中级协调阶段；当0.93＜CI≤0.98时，系统处于良好协调阶段；当0.98＜CI≤1时，系统处于优质协调阶段。

结合综合评价指数进一步分析供需双方的协调关系：失调阶段；当0.50＜CDI≤0.60时，系统处于勉强协调阶段；当0.60＜CDI≤0.70时，系统处于初级协调阶段；当0.70＜CDI≤0.80时，系统处于中级协调阶段；当0.80＜CDI≤0.90时，系统处于良好协调阶段；当0.90＜CDI≤1.00时，系统处于优质协调阶段。

式中，DI代表公园绿地供需水平的综合评价指数；α、β是待定系数，且α+β=1，由于公园绿地供给与需求同等重要，因此α与β同时取值为0.5。由此可通过上述的计算得出协调发展度（CDI）的数值。参考刘艳艳等[8]采用的模糊数学思想分类方法，将协调发展度CDI分为七级，CDI的取值在0～1.00之间，数值越高代表协调程度越高。当0＜CDI≤0.40时，供需系统处于濒临失调阶段；当0.40＜CDI≤0.50时，系统进入磨合阶段，处于濒临失调阶段；当0.50＜CDI≤0.60时，系统处于勉强协调阶段；当0.60＜CDI≤0.70时，系统处于初级协调阶段；当0.70＜CDI≤0.80时，系统处于中级协调阶段；当0.80＜CDI≤0.90时，系统处于良好协调阶段；当0.90＜CDI≤1.00时，系统处于优质协调阶段。

2 基于地块尺度的杨浦区公园绿地供需匹配测度

2.1 供需水平的空间分布

根据上述研究路径，将城市公园绿地的各个单项供给指标按照各自的计算方法在ArcGIS软件平台进行空间可视化制图，得出冷岛效应、NDVI、公园服务半径覆盖率、公园服务重叠率、人均公园面积、游憩机会指数、路网密度和交通设施便捷度8个单项供给空间分布（图2）。同样地，得出POI密度、容积率、总人口密度、60岁以上人口密度、0～18岁人口密度、失业人口密度和外来人口密度7个单项需求空间分布（图3）。然后通过ArcGIS对供给和需求指标的加权空间叠加，得出杨浦区公园绿地的综合供给水平空间分布和综合需求水平空间分布（图4）。

2 公园绿地单项供给指标空间分布Spatial distribution of individual supply index of park green space

3 公园绿地单项需求指标空间分布Spatial distribution of individual demand index of park green space

4 公园绿地综合供给和需求空间分布Spatial distribution of comprehensive supply and demand of park green space

2.2 供需匹配分析

基于上述分析结果，通过ArcGIS和耦合协调度模型计算杨浦区公园绿地供需匹配以及供需耦合协调发展空间分布。杨浦区公园绿地供需匹配的结果呈现空间分异明显，南高北低的特征（图5）。其中，供给赤字的地块数量接近一半，面积占比35.00%；供需匹配的地块面积占比28.77%；供给盈余的地块面积占比36.23%（表2）。因此，可以说杨浦区公园绿地供给水平偏低，面临严重的供不应求问题。具体来说，区内供给服务水平最高的是北面的新江湾城街道以及南面的江浦路街道等。这是由于北面的人均公园面积和公园服务半径覆盖率等指标相对较高，而南面部分街道的路网密度和交通设施便捷度指标较好。区内综合需求水平空间分布呈南高北低状态，其中南端的四平路街道和江浦路街道等街道的大部分地块需求水平较高。这是由于南面这些地块发展较早，建设程度更高，容积率和POI密度也较高，加上总人口密度和60岁以上人口密度较高，对公园的使用需求更高，因此对公园绿地的需求程度更高。

参考耦合度计算模型公式（1）可得出杨浦区公园绿地耦合度分布（图5），杨浦区公园绿地供需评价耦合度处于优质、良好和中级协调阶段的地块面积共有44.11%，多分布于殷行街道、四平路街道和定海路街道等；处于磨合阶段的地块面积占比28.43%。耦合度最低的街道为新江湾城街道，占比27.46%（表2）。综上所述，杨浦区内大部分地块的公园绿地供需评价耦合度数值较高，说明供给和需求2个系统间相互影响和依赖的程度比较高，相互作用较强。除了北部新江湾城地块由于人口密度低和居民需求较低而公园绿地面积超额供给的情况，区内大部分地块的供给指标和需求指标呈现不同程度的协同一致发展状态。

5 公园绿地供需匹配结果Supply and demand matching result of park green space

表2 公园绿地供需匹配结果统计Tab.2 Statistics on the matching of park green space supply and demand

参考协调发展度的计算公式（2）和公式（3）可得出杨浦区公园绿地协调发展度分布（图5），杨浦区内供需协调发展度的等级较低，最高处于中级协调阶段，地块面积占比仅0.50%；初级协调和勉强协调的地块数量也较少，面积共占比30.85%，多位于南面的平凉路和江浦路街道等局部地块内；濒临失调和失调的地块数量最多，且分布较广，地块面积占比达到68.65%（表2）。综上所述，杨浦区公园绿地供需协调发展情况较差，公园绿地整体上呈现供需不平衡，且失衡程度高的特征。主要原因是北面和东面的大部分地块内的供给能力较强，人均公园绿地面积等供给指标较高而人口密度和容积率等需求指标较低，供给水平和需求水平差异明显。因此，杨浦区整体上呈现供需不协调的地块比重较大，整体协调水平较低。

综上所述，杨浦区公园绿地整体上呈现供需不匹配不协调，整体失配程度高且存在空间分布失衡的基本特征。具体体现在3个方面：1）整体供给水平偏低，人均公园绿地面积过低，大部分地块面临严重的供不应求问题；2）供需空间分布不平衡，空间分异明显，呈现“供给南低北高，需求南高北低”的基本特征；3）供需空间分布不协调，整体协调水平较低。

3 基于地块尺度的杨浦区城市公园绿地供需匹配提升策略

根据杨浦区城市公园绿地供需匹配结果，采用适应性规划策略来进行优化提升，最终实现供需匹配的目标。这里按照供需匹配类型将地块分为3类：1）供给赤字地块，包括供给极赤字和供给赤字地块；2）供需匹配地块；3）供给盈余地块，包括供给较盈余和供给盈余地块。针对3组不同类型的地块进行分析，提出相应的适应性规划优化方案和实施策略，为杨浦区城市公园绿地空间布局优化提供参考，从地块尺度上解决公园绿地供给不足、供需失配和空间分异等问题。

3.1 针对供给赤字地块应建立适应性规划方案及供给策略

建议将供给赤字地块纳入中远期优化的范围，通过提出空间适应性规划方案和指引性的供给优化策略来进行优化调控。具体思路如下：1）适度增加中部和南面地块的公园绿地供给总量。对于建设程度较高的杨浦老城区南面地块来讲，面临着用地开发强度高、增绿困难和人均公园面积不足等问题，难以直接进行增绿工作，因此需要结合南面的城市旧区改造规划以及城市微更新项目等方式来适当增加微小绿地储备[25]。2）提升整体可达性，强化公园生态系统服务效率。可以通过合理布置交通服务设施和构建城市“慢速”通道网络来提升城市公园绿地的可达性和交通便捷度，进而改善城市公园绿地的供给效率。3）加强城市公园绿地的监督管理以避免被蚕食。例如采取一些奖励措施来增加城市公园绿地的储备，采取容积率奖励、捆绑建设等相关激励手段[26]。

3.2 针对供给匹配地块应致力于实施空间优化策略

杨浦区内的地块大多属于供给水平一般并且需求程度一般的状态，呈现出“弱势供需匹配”状态。这些地块虽然在整体层面处于供需匹配状态，但是难以满足特定群体的使用需求，且需要随着城市人口经济的发展变化进行优化发展。因此，笔者建议将这些地块纳入远期优化提升的范围，提出指引性的优化思路和管理策略：1）均衡布局，优化城市公园绿地网络结构，提升公园绿地的生态效益；2）在南面地块要充分考虑特定人群的使用需求，增加适合老年人和儿童的休闲空间及服务设施。

3.3 针对供给盈余地块应结合城市更新建立优化发展策略

杨浦区供给较盈余的地块大多集中在北部的新江湾城街道、殷行街道和五角场街道内，主要是由于人口密度较低和建设发展程度不足造成的公园绿地盈余状态，地块内人均公园面积约2.89 m2，整体供给程度较低，需求程度也较低，并不是优质的供给盈余状态。因此，这些地块暂时不存在增加绿量的问题，但是为了避免资源的浪费应在后续的城市发展中注重引导城市经济和人口等发展方向，使得公园绿地资源得到合理的利用并实现均衡化发展。可通过下述优化策略来实现：1）优化城市空间布局，引导未来城市空间发展方向，适当提高北部地块的人口密度和建设发展水平；2）“北面新城”与“南面老城”进行资源优势互补，实现城市公园绿地均衡化布局。

4 结语与展望

由于城市发展各方面因素的不均衡和城市居民需求差异性，导致了公园绿地的供给和需求之间存在不匹配的现象。具体来说，在不同地块上存在不同程度供需匹配的问题，目前这些地块之间的差异性很少被识别出来。本研究基于地块尺度构建公园绿地供需指标评价体系和供需匹配模型对杨浦区公园绿地进行研究，能够揭示城市各个地块尺度上的供给和需求问题和供需匹配结果，能够在地块层面上识别出各个地块的供需差异性，为今后的规划管理提供更精细、更准确的指导和依据。

本研究的实证研究中依然存在诸多不足：缺少更加翔实的数据支撑；“边界效应”会影响公园绿地供需结果的准确性；对耦合协调发展的等级划分、各因子权重和调节系数的划定具有一定的主观性；公园绿地的供需关系并非处于静态，会随着社会经济发展不断调整变化。因此，在今后的研究中应根据城市具体发展水平和居民真实满意度等要素确定更加合理的指标权重和评判标准。同时，公园绿地空间资源配置与服务供给优化需要结合需求和供给的特点和发展变化来适应和调整。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1～5均由作者绘制，所有底图来自上海市绿化管理局上海城市绿地现状数据库。表1、2均由作者绘制。