基于空间句法和LBS大数据的杭州市综合公园可达性研究

付益帆 杨凡 包志毅

公园绿地是城市绿色基础设施的重要组成部分之一，除具备改善城市生态环境、维护城市形象、提高空气质量等生态和经济效益外，还提供了重要的休憩娱乐的绿色开放场所。公园的可达性指出发点与公园之间通达性和阻隔力的大小，通达性越强，可达性就越高，对于可达性的评价，在实践和理论研究过程中出现了多种方法，如网络分析法、最小距离法、引力模型法等，用以量化评价空间的可达性潜力[1]。

在传统城市设计中，偏向社会经济意义的宏观空间设计和偏向形态意义的局部空间结构主要依赖于个人经验判断，缺乏定量评价。空间句法则利用对城市空间进行分割量化的技术手段来研究空间组构与人类经济社会的关系[2-3]，该理论自20世纪70年代希列尔（Hiller）教授团队提出后，被广泛用于道路拓扑分析[4-5]、交通流量预测[6]、历史街区改造规划[7]及实际城市规划设计[8]等方面。已有研究在分析轨道交通可达性与实际使用绩效间的相互关系的基础上建立了评价模型[9]。同时，句法模型还需要进行本土化调试以提高普适性[10]，在大数据时代，多源数据为空间句法理论的研究提供了新的视角和方法[11]，盛强和古恒宇等[12-13]均提出结合空间句法模型与大众点评、街景地图、兴趣点（point of interest, POI）数据等多种开放数据源的城市规划设计理论，为空间句法理论的研究提供了新的视角和研究思路。

把传统的空间句法理论与大数据结合是一次有益的探索和尝试，既能发挥理论研究的特长，又能充分应用大数据“海量、实时、准确”的特性[14]。基于此，本研究尝试利用空间句法理论，结合ArcGIS空间分析法对公园可达性进行理论上的定量评价，并综合基于位置服务（location-based services, LBS）①大数据，研究综合公园实际使用强度，以期为相关研究与规划实践提供实证支持。

1 研究方法

1.1 研究区域

杭州地处长江三角洲南翼、杭州湾西端和钱塘江下游，总面积16 596 km²。截至2016年，主城区内建成公园绿地742处，总面积76.24 km²，占城区总绿地面积约39%。

为避免边界效应，研究区边界应具有明显的空间阻隔和景观分隔功能，可形成封闭空间，并在空间体系上占据重要位置，为公园布局和路网形态分析提供较好研究基础。因此，本研究以杭州市绕城高速公路作为研究区边界，形成周长约110 km，面积约784 km²的研究区域。

1.2 空间句法模型

空间句法最根本的模型是关系图解法，即用节点代替空间实体，用弧线代替空间之间的关系[15]。空间句法提出了3种经典的空间分割模型：视域模型、凸状模型、轴线模型[16]，其中，以轴线为基本单元的轴线模型更适用于市域尺度上的研究，尤其针对相对复杂的自组织系统更为有效[17]。在轴线模型基础上充分考虑路网偏转角度和米制距离的线段模型，因其更符合使用者的实际寻路模式、更准确表达系统结构中心、更明确揭示由几何形态变化带来的空间组构变化的优势而成为城市空间研究中的主流模型[18]。线段模型可以利用ArcGIS数据库中的道路中心线构建模型单元，操作性和准确性更强。因此，本研究使用杭州市绕城高速内实际路网的道路中心线建立的线段模型作为基础数据。

1.2.1 模型主要变量

1）连接值（connectivity）。指某空间与其他空间直接连接的线段数目，某线段的连接值越高，表示与该线段连接的道路越多，空间渗透性越好。

2）深度值（depth）。深度值是指研究区内的某条路段（即线段模型中的线段）到其他任意一条路段所经过最短路径上的总路段数，相接的2个路段深度定为1。平均深度值即该路段所有深度值的平均值，平均深度用公式表达为：

3）整合度（integration）。整合度是衡量空间渗透性的重要参数，反映的是系统中某空间与其他空间的集聚或离散程度，计算公式为：

式中，I为线段整合度值，n代表道路线段总数（本研究中为13 771），dθ（x,i）表示空间x和i之间的角度拓扑距离，整合度越高，代表空间越聚集，整合度越低，代表空间越零散。

4）搜索半径。表征计算某路段拓扑参数时所考虑的空间范围，搜索半径越大，纳入计量的路网范围越大。此处依据非连续半径原则，将n视为计算全局尺度下的搜索半径，表示考虑区域内的所有节点；将3 200 m（30 min的步行距离）设为局部尺度的搜索半径，近似化地表达在步行作用下人对局部区域的公路交通路网结构的认知程度。

1.2.2 句法模型建立

本研究截取杭州市较完整的环状道路——绕城高速内部作为研究区域，为避免边界效应，将研究边界以1 600 m半径作为缓冲区，绘制相匹配的路网体系（图1），导入伦敦大学学院开发的Depthmap空间句法软件中，对投影相交但实际不相交的道路进行Unlink处理，用Node Count指标筛查未连接线段后，生成13 771条线段组成的线段模型（图2）。再于ArcGIS中矢量截取综合公园用地范围和服务半径1 200 m内的缓冲区（图3）。

1 杭州市城市道路线段模型Urban road segment model of Hangzhou City

2 半径R=n 下杭州市道路整合度Radius R=n Hangzhou road integration degree

3 杭州市绕城高速内综合公园面积及缓冲区截取The areas of the comprehensive parks and the interception of the buffer zone within the Hangzhou Ring Highway

1.3 LBS大数据

1.3.1 百度热力图

LBS大数据分析已成为当前大数据时代科学研究和城市应用的热点方向[19]，其中应用较成熟的百度热力图是一种在时间维度上表达人的活动趋势与空间关系的网络开放数据，通常用显色明亮程度表达人口聚集情况，颜色越明亮，人口越聚集，颜色越灰暗，人口越分散。百度热力图可以提供连续动态的变化数据，具有全样本性、全实效性。

1.3.2 数据获取及处理

利用百度API接口，获取2020年5月7日—5月13日连续一周的杭州市人口活动百度热力图，取样时间08：00—24：00，以2 h为间隔，共获得热力图63张。将热力图导入ArcGIS中进行矢量处理和地理坐标投影，运用自然间断法将分级色彩分为8类，进行0～7的热力值赋值，数值越高聚集程度越强。为方便分析，将6～7定为高热区，该区域的人口聚集程度最高。

2 杭州市综合公园客观可达性分析

2.1 全局可达性分析

从Depthmap中提取半径R=n下的杭州市道路全局整合度与综合公园布局相叠加（图4），可知公园总体的全局整合度平均值（2 399.99）高于道路的平均值（2 260.94），半数公园的全局整合度值高于公园的平均值（2 399.99），说明公园整体全局可达性较好，大多数公园位于高可达性区域，地理位置优越，但仍有一定的提升空间（表1）。

4 全局整合度与综合公园叠加分析Superposition analysis of overall integration degree and comprehensive parks

表1 杭州市综合公园的全局整合度及其排名Tab.1 The overall integration and ranking of comprehensive parks in Hangzhou

高可达性路网呈网状覆盖全城、局部聚集的特征，其中西湖风景名胜区东部和钱塘江两岸具有非常显著的交通整合优势，该区域包含CBD公园、滨江公园、钱江世纪公园、城东公园、柳浪闻莺公园、学士公园6个综合公园，道路高整合度区域与公园高密度点具有一定重合性。高可达性区域交通流量大，会对公园造成一定的使用压力，适当增加公园数量可以缓解压力，也可为居民提供更多的活动空间和出行选择。西湖风景名胜区内部的综合公园全局可达性较低，表明公园周边的路网结构位序较低，通达能力弱，这与西湖全局尺度下所具备的较强交通发展潜力并不匹配，究其原因与复杂地形的约束及文化遗产保护有关。

以工业用地为主的江南城中心片区无综合公园辐射，即使是距离最近的白马湖公园也无高可达性道路连通。西湖区北部以居住用地和教育用地为主，多为高校内附属绿地和社区公园，缺乏大面积绿地建设。

将全局整合度的计算结果导入ArcGIS中进行核密度分析（图5），将制图结果按自然断裂法分为9类，以系数较大的前3类为“核心”。结果呈现出庆春路为中心的明显高值核心。核密度分析结果与公园空间布局存在部分“错位”现象，体现在全局整合度高值区无综合公园分布，而中低值区却分布有较多的综合公园。

5 道路全局整合度核密度与综合公园布局关系The relationship between kernel density of roads overall integration degree and comprehensive park layout

2.2 局部可达性分析

在Depthmap中计算得到R=3 200 m下的杭州市道路局部整合度，可以看出局部可达性较高的区域多为城市副中心或边缘区，在这些区域中综合公园本身即是等级较高的吸引点，发挥着带动土地升值、提高环境质量、促进产业发展的重要作用。

将局部整合度与综合公园相叠加，发现公园整体的局部整合度平均值（162.55）比道路的平均值（134.95）高出近20%（表2），公园可达性总体处于较高水平。西湖风景名胜区东部及滨江区有若干条高可达性道路，周边居民可便捷到达。杭州城西休闲公园、太子湾公园、江洋畈生态公园等在局部尺度上的可达性和中心性较弱，周边路网密集程度不高，对邻近区域并未呈现很好的吸引力（图6）。

表2 杭州市综合公园局部整合度及排名Tab.2 The local integration and ranking of comprehensive parks in Hangzhou

6 局部整合度与综合公园叠加分析Superposition analysis of local integration degree and comprehensive parks

对局部可达性测度结果进行核密度分析（图7），结果显示局部尺度较全局尺度聚集程度更强，表现出以西湖风景名胜区、萧山中部研发产业片区、新街镇、三墩镇为中心的四大核心区，核心区间联系紧密且边缘地带颜色过渡平缓，说明核心区很好地整合在路网系统中。公园分布与路网布局同样存在一定“错位”现象，表现在大多数公园紧邻高值区分布，少数公园分布在路网稀疏的低值区，体现了公园分布与路网形态的不匹配性。

7 道路局部整合度核密度与综合公园的空间布局关系The relationship between kernel density of roads local integration degree and comprehensive park spatial layout

2.3 全局可达性与局部可达性综合分析

分析游憩行为与全局和局部可达性的关系，游憩行为主要分为以下4类：1）健身活动。这类活动受到的交通制约少，且能吸引这类人群的公园服务范围较广，因此对交通的便利条件要求不高；2）休闲游憩。这类行为的随意性较大，对交通因素的考虑较为全面，一般选择风景优美、距离较近的公园绿地，多步行到达，因此更注重公园周边的道路网络建设；3）旅游观光。这类公园通常会形成较大范围内的吸引力磁场，活动目的性较强，对公园的自身规划设计要求较高，因此更偏向远距离出行，对大尺度下的路网可达性有较高要求。4）交流活动。这类活动受到交通的影响较少，公园可为使用居民提供私密舒适的环境，因此对公园内部的活动空间及植物营造等要求较高。

分别将全局整合度和局部整合度前20%的线段叠加构成前景网络（图8），分析得到三大代表性区域：全局和局部整合度均高的区域，全局整合度高而局部低的区域，局部整合度高而全局低的区域。将三大区域图与综合公园区位相叠加进行综合分析（表3）。

表3 杭州市部分综合公园全局整合度和局部整合度综合分析Tab.3 Synthetic analysis of partial comprehensive parks’ overall integration degree and local integration degree in Hangzhou

全局和局部整合度均高的区域主要位于西湖风景名胜区东部和滨江区（图8-1），这些区域具有较高的可达性和发展潜力，多用做商业经济中心等高价值用地[20]，因此不以盈利为主要目的的综合公园多位于城市副中心或边缘地带，这也更好地解析了前文中公园分布与核密度的“错位”现象。

部分全局整合度高的区域呈现出较低的局部可达性（图8-2），这个现象在江干区东部、杭州南站附近体现尤为明显，包含金沙湖公园、高教西公园、北山公园等；滨江区也有部分体现，如钱江世纪公园等。这些公园周边的路网密度较低，局部尺度下的路网整合能力较弱。

全局整合度低而局部整合度高的公园虽然在整体空间内高可达性路网少（图8-3），但对局部区域的交通有明显的吸引力，如学士公园和柳浪闻莺公园，公园周边路网结构完备，居民可便捷到达，因此呈现出全局可达性低而局部可达性高的趋势。可增强西湖风景名胜区周边路网的结构优化，构建更完善的西湖交通环流圈，同时加强景区内的环湖道路建设。此外，全局整合度高而局部低的三墩镇无综合公园分布，此区域多用作工业用地、教学用地和居住用地，发展模式紧凑，绿地多以“见缝插绿”的形式建设，因此缺乏建设大型综合公园的客观条件。

8-2全局整合度高、局部整合度低区域及综合公园Regions and comprehensive parks of high overall integration degree and low local integration degree

8-3全局整合度低、局部整合度高区域及综合公园Regions and comprehensive parks of low overall integration degree and high local integration degree

3 杭州市综合公园主观可达性分析

主观可达性即使用者通过对公园周边路网的感知来建立对整体路网认知的难易程度，本研究选择综合公园服务半径1 200 m范围作为缓冲区，提取缓冲区内道路的句法模型，用各条路段的连接值与其全局整合度值的相关系数（R2）表达各公园的主观可达性（图9）。

8-3全局整合度低、局部整合度高区域及综合公园Regions and comprehensive parks of low overall integration degree and high local integration degree

综合公园总体的主观可达性相关系数平均值为0.47，虽高于所有道路的平均值（0.39），但仍处于中等偏下水平，说明公园缓冲区内空间与整体空间的联通程度一般，当游客处于公园周边时，较难便捷、准确地到达该公园。部分公园在总体主观可达性较弱的情况下表现出了较强的可达性，如高教西公园、城东公园、太子湾公园、滨江公园等。总体来看，公园的主观可达性差异较大（表4）。

表4 综合公园缓冲区内线段的相关系数及排名Tab.4 The correlation coefficient and ranking of line segments in buffer zones of comprehensive parks

将公园缓冲区内道路句法模型与公园入口分布情况相叠加（图10），发现部分公园入口未与高整合度道路重合，其中以独城生态公园、北山公园、南江公园最为明显，同时，部分公园如杭州城西休闲公园入口地理位置偏僻、方向单一，明显不能满足居民的日常使用需求。针对以上问题，可在人流聚集方向增设入口，尽量将公园入口与高可达性路网相接，引导居民便捷到达。

将各区人口密度与公园缓冲区内道路全局整合度相叠加（图11），发现人口密度呈现以风景名胜区为核心向外递减的模式，与公园可达性分布情况基本吻合。人口密度较大区域分布有较多的高可达性公园，这些公园周边均与高可达性道路相连，可引导居民快捷到达，但是人口密度较高的下城区却无综合公园分布。总体来说，公园绿地使用资源总体公平，局部略失衡，可在人口密度较高的区域增加公园数量或优化道路网络系统，提升公园总体的主观可达性。

11 公园缓冲区句法模型叠加人口密度分析Analysis of park buffer zone syntax model overlaying with population density

4 基于人口空间分布的综合公园可达性评估

4.1 公园使用强度动态特征

为了准确描述城市人口活动规律的动态变化趋势，本研究将采集的一周63张热力图进行对比，选用周五（工作日）和周六（休息日）的矢量图数据作为基础数据，在ArcGIS用公园缓冲区的矢量数据裁剪热力图，并对不同时刻的各公园热力图高热区面积进行统计叠加，最终形成综合公园高热区面积的动态变化图（图12）。

12 综合公园缓冲区内不同时刻的高热区面积变化Changes of high-heat areas in buffer zones of comprehensive parks

工作日受到工作时间限制，每日活动基本相同，公园使用面积随时间变化具有一定的波动性，呈现“上升期—平稳期—下降期”3个阶段。在14：00时人口聚集程度达到顶峰，表明午休时间段内公园聚集和离散的波动程度大。在20：00时形成了小聚集顶峰，统计该时刻各公园的高热区面积，数值较高的分别是城东公园、滨江公园、CBD公园，这些公园空间功能复合，交通站点众多，居民下班后都倾向于选择这类公园进行活动。

休息日公园绿地的人口集聚程度较工作日有较大幅度提升，出现与工作日类似的变化趋势。休息日的活力凝聚最高值点具有延时性，在18：00到达顶峰，较工作日延迟了约2 h，18：00后活动聚集度逐渐衰退。统计顶峰时各综合公园的高热区面积，表现较好的有城东公园、北山公园、滨江公园等，说明休息日的工作活动减少，自由支配时间增多，人们更有兴趣和时间前往风景优美、耗时较长的综合公园。

将工作日与休息日的人口活动规律与句法整合度测度结果对比发现，这些人口聚集程度较强的公园往往位于路网系统完善的高整合度区域，如西湖风景名胜区附近，滨江区沿江地带等，说明便利的交通为使用者及时到达公园提供了有利条件，交通路网对公园的使用强度造成了一定程度的影响。

4.2 道路活力强度静态特征

为准确描述道路活力的总体分布特征，以活力较强的周六的热力图作为研究样本。数据显示活力中心主要分布在商业经济中心，高热区呈现连续成片的态势，集中分布在西湖风景名胜区，沿德胜快速路和秋石高架向南北拓展成面积最大的活力中心，滨江区形成了次级活力中心，同时在江干区东部、三墩镇、市心南路附近等形成了小型活力中心。有些活力中心整日呈现高活力状态，如西湖风景名胜区，有些活力中心如江南城附近，只在中午至下午具有较强活力，需要进一步加强新区建设，提高区域吸引力（图13）。

将空间句法理论上的测度结果与热力图的实际人口聚集程度进行综合比较，将结果分为3类（图13）：1）人口聚集度高且可达性较好的区域，这些区域理论上是高整合度区域，实际中也有较多人口聚集，这种现象在西湖风景名胜区东部、滨江区、江干区东部等区域体现尤为明显，较多综合公园位于这些区域，如滨江公园、CBD公园和金沙湖公园等；2）人口集聚程度一般但可达性较好的区域，在理论上为高可达性区域，在实际中为低密度人口分布区，如萧山老城区的萧绍路附近，仅有南江公园、北山公园2个综合公园；3）人口聚集程度一般且可达性一般的区域，在理论和实际中人口聚集均较低，尤其是康桥路附近和湘湖风景区南部区域，即使是国家3A级景区——白马湖公园周边也缺乏高可达性路网连接。应增强路网的规划设计和服务设施建设，提高该区域的整体通达能力。

13 周六（5月9日）人口分布热力图The heat map of population distribution on Saturday (May 9th)

5 结语

本研究结合空间句法、ArcGIS分析方法及LBS大数据，从理论和实践角度对杭州市综合公园的人口聚集程度和可达性进行了综合分析，是对以往研究方法的重要补充，但仍存在以下不足：1）仅探讨了以2019年作为时间节点的综合公园的可达性，并未从时间演变的视角对综合公园可达性的连续动态变化进行分析，这也是未来的研究方向；2）利用工作日、休息日的连续时间的百度热力图来表征对人口聚集特征具有一定的合理性，但应当在数据可获取的前提下尽可能多地采集动态热力图或使用精度更高的数据，以进一步加强研究的深度和准确性。

注释(Note)：

① 基于位置服务（location-based services, LBS）指通过运营商的无线电通信网络或外部定位方式获取移动终端用户的地理位置信息并为用户提供相应服务的增值服务方式。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图表均由作者绘制；其中底图改绘自2020年1月谷歌电子地图。