基于GIS的公园绿地可达性分析

摘要 以哈尔滨松北区为例，运用ArcGIS软件的网络分析法，基于步行、骑行、机动车3种出行方式，定量分析了松北区公园的可达性。将到达公园的时间成本分为4个等级：<5 min、5～<10 min、10～<15 min、15～<20 min。不同时间等级下可达性效果排序为机动车、骑行、步行。3种出行方式的最高可达性面积比分别为4.90%、18.00%、41.10%，最高可达性面积占比都在20 min以内。松北区公园步行方式可达性较差，在15 min内，有效服务范围占研究区的2.50%;骑行可达性一般，在15 min内，有效服务范围占研究区的13.20%;機动车可达性较好，15 min内，有效服务范围占研究区的27.40%。该研究结果可为哈尔滨松北区公园合理布局提供理论依据。

关键词 城市公园绿地;可达性;GIS

中图分类号 TU 986  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）23-0149-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.041

The Accessibility Analysis of Park Green Space Based on GIS—Taking Songbei District of Harbin City as an Example

ZHANG Nan

（Harbin Normal University， Harbin， Heilongjiang  150025）

Abstract Taking Songbei District of Harbin as an example， this paper used the network analysis method of ArcGIS software to quantitatively analyze the accessibility of the park in Songbei District， based on three travel modes of walking， cycling and motor vehicles.This paper divided the time cost of arriving at the park into four levels： <5 min， 5～<10 min， 10～<15 min and 15～<20 min.The order of accessibility effect under different time levels was motor vehicle， cycling mode and walking mode.The proportions of the maximum accessible area of the three travel modes were 4.9%， 18% and 41.1%， respectively， and the proportions of the maximum accessible area were all within 20 min. In Songbei District， the accessibility of walking mode was poor. Within 15 min， the effective service scope only accounts for 2.50% of the study area.Within 15 min， the effective service scope only accounts for 13.20% of the study area， and the motor vehicle accessibility was good. Within 15 minutes， the effective service scope only accounted for 27.40% of the study area. The results obtained by the spatial network analysis method were closer to the actual results than the buffer analysis method.It was more suitable for providing theoretical basis for the rationality of park green space distribution in Songbei District of Harbin.

Key words Park green space;Accessibility;GIS

作者简介 张楠（1997—），女，黑龙江七台河人，硕士研究生，研究方向：地理空间信息与数据挖掘。

收稿日期 2021-07-17

在新时代发展的潮流下，人们更加追求美好生活，城市公园是人们休闲放松的重要公共设施组成部分，具有重要的社会效益和生态效益。城市绿地公园具有美化环境、防灾减难、清新净化空气等作用。因此，城市绿地公园分布的合理性和公园的可达性对人类的生产生活具有重要意义。一般而言，可达性可理解为人们休闲放松的便捷程度，也是反映社会资源分配公平性的重要指标，而居住地与公园之间的距离是影响公园可达性主要因素，所指的距离又可分为空间距离、时间距离和经济距离[1-2]。很多学者利用GIS分析公园绿地可达性，研究结果为合理优化绿地空间结构提供了理论基础。施拓等[3]利用GIS中的缓冲区分析与空间网络分析评价沈阳城市绿地公园的可达性，结果得出空间网络分析的可达性更真实。张华艳等[4]应用GIS的可达性分析工具，分析公园入口位置与小区位置情况之间相关的关系，并计算人们在步行和骑行的交通模式下所用的不同时间成本，提出基于骑行、步行可达性的公园入口位置的分布布局建议。谢焕景等[5]以聊城市城市公园绿地作为研究对象，运用地理信息系统（GIS）网格分析功能，对步行、骑行及机动车出行等不同交通方式下城市公园绿地的空间服务区域范围进行分析和讨论，得出在步行方式下，只有1/3的居民可以在15 min内到达公园，新老城区公园分布不均衡，可为聊城公园分布合理布局提供理论依据。张绿水等[6]运用ArcGIS中的网络分析法对南昌市旧城中心区城市公园绿地进行分析，主要以步行、自行车和公交车3种不同的出行方式，提出完善城市道路交通网络，增加城市公园绿地及加强城市规划建设3条城市公园绿地布局优化策略。笔者以哈尔滨市松北区城市公园绿地为研究对象，运用缓冲区分析与空间网格分析方法研究了步行、骑行和机动车出行3种方式下的城市绿地可达性。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黑龙江省哈尔滨市共有18个县级行政区，包括9个市辖区2个县级市7个县，总面积53 100 km2，常住人口1 076.3万人。位于125°42′～130°10′E，44°04′～46°40′N。哈尔滨东部与牡丹江市、七台河市接壤，北部与伊春市、佳木斯市接壤，西部与绥化市、大庆市接壤，南部与吉林省长春市、吉林市、延边朝鲜族自治州接壤，地理位置优越。哈尔滨市总面积5.31万km2，其中市区面积1.02万km2。哈尔滨气候属中温带大陆性季风气候，冬长夏短。近年来，哈尔滨的发展逐步向北扩展，松北区的耕地面积减少，更多变成居民区，具有较高的城市化水平。该研究选取松北区作为主要研究区，松北区总人口数34.2万，全区总面积736 km2，大型绿地公园相比较其他区县，大型公园更多，但大型绿地公园分布不平衡。公园绿地可以丰富市民精神文化生活，改善环境，城市公园绿地有着不可替代的作用[7]。图1为研究区域位置。

1.2 数据来源

松北区路网数据来源于OpenStreetMap，通过ArcGIS10.2对路网数据进行处理，松北区城市公园绿地数据和哈尔滨市行政区划图来源于哈尔滨市QuickBrid影像图，然后利用ArcMAP进行提取，制成矢量数据。由于社区性和街边绿地入口不好确定，最后选取了面积大于3 hm2的公园绿地，提取后松北区大型公园绿地共有6个，分别是东北虎林园、黑天鹅休闲绿色生态景观公园、金河湾湿地植物园、绿山川生态园、太阳岛风景区、太阳岛西区外滩湿地公园。该研究分析了松北区5个大型城市公园绿地的可达性。松北区的城市公园分布与路网分布见图2。

1.3 研究方法

1.3.1 缓冲区分析。

缓冲区分析法（Buffer Analysis）是将研究区抽象成面状，以公园入口为中心坐标点，把道路作为点与点之间的链接[8]。以公园入口为中心建立不同距离的缓冲区，不同级别服务区的居民可到达公园休憩娱乐，但是缓冲区方法难以考虑到达公园的阻碍，因此缓冲区分析法得到的服务区面积大。该研究基于步行、骑行、机动车3种方式建立缓冲区，分别求取3种方式下<5 min、5～<10 min、10～<15 min、15～<20 min 4个时间成本下，公园可服务的面积。该方法计算过程基于矢量数据，克服费用加权距离法由栅格数据产生粒度效应[9]。

1.3.2 网络分析。

空间网络分析法以道路网络为基础，是基于道路的阻碍计算人类在一定时间到达公园的区域面积，对地理网络、城市基础设施网络进行地理化和模型化，其理论基础是图论和运筹学，主要用于资源的最佳分配和最短路径的寻找等[10]。地理网络是由若干条线及若干个点所构成的一个网状结构，网络周围的资源沿着这个线性网络进行流动。网络基本元素是线性实体道路以及这些线性实体相互连接的交会点路口，又被称为链或网线和节点。一个完整的网格结构包括中心、链、节点和阻力不同因素。该研究将公园的可达性分为4个等级，时间成本分别为<5 min、5～<10 min、10～<15 min、15～<20 min，服务点为公园入口。空间网络分析见图3。

1.3.3 缓冲区法与空间网络法对比。

以步行方式为例，将2种方法进行对比，缓冲区法比空间网络分析法可达面积大1.05 km2，缓冲区方法考虑到道路障碍，因此面积要更大一些。空间网络分析法考虑了阻抗问题，该方法的可达面积更符合实际，因此该研究选取空间网络分析法求取的面积为试验研究结果。以服务区中心点为松北区公园绿地入口，链条为松北区路网，节点为每个路网的路口，阻力是到达公园越过节点所需的时间。首先分别建立松北区公园数据库和松北区路网数据库，松北区公园数据库中含有公园绿地面状数据、公园入口点状数据，属性包括公园名称、公园面积。路网数据属性包括道路长度、道路名称等。对路网数据增加速度字段，将路网数据库构建网络数据集，并对网络数据集的转弯构建、网络连通性、阻抗等属性进行设置[11]。其次进行服务区的建立，对服务区分析设置，以时间为阻抗，对修剪面、路线等属性进行设置后进行求解，求取的面积即一定时间成本公园可达性的范围。该研究以人类步行速度1 m/s来计算[12]，依据《（JTGB—2003）中华人民共和国公路工程技术标准》的规定，非机动车在任何等级道路上均为12 km/h。机动车在主干道60 km/h。2种方法对比分析示意见图4。以步行方式为例，缓冲区法可到达区域面積为3.15 km2，网络分析法可达区域面积为2.10 km2。

2 结果与分析

2.1 不同出行方式公园绿地可达性

对3种出行方式下总体可达性面积比进行统计，可达面积比公式：服务区面积比=服务面积/研究区总面积×100%[13]。结果表明，不同时间等级下可达性效果排序为机动车、骑行、步行。3种出行方式的最高可达性面积比分别为4.90%、18.00%、41.10%。步行方式下，在5 min内服务面积比仅占0.28%，在10 min内服务面积比占1.00%，15 min内服务面积比占2.50%。骑行方式下，5 min内服务面积比占3.60%，10 min内服务面积比占10.00%，15 min内服务面积比占13.20%。机动车方式下，5 min内服务面积比占13.30%，10 min内服务面积比占19.50%，15 min内服务面积比占27.40%。只有在机动车出行方式下，可达面积比可以占到30%以上，步行方式下服务面积比较低（图5、表1）。

2.2 公园可达性及其可能影响因素

研究结果值得注意的是，在10～15 min这个时间等级内，步行、骑行方式下的可达面积比都增加较少，这可能与路网的完善程度有关[13]。路网密度是区域面积下所有道路的总长度与区域总面积之比，单位为km/km2，公式为：路网密度=道路总长度/区域总面积。该研究提取松北区主干道路、次干路，通过计算得出的路网密度为1.44。路网密度的大小不能一概而论，但可以成为公园绿地可达性的影响因素之一。

3 优化建议

目前哈尔滨市松北区公园绿地分布明显不均衡，松北区面積736 km2，该研究计算基于步行、骑行、机动车3种交通方式且面积大于4 hm2的城市公园绿地的可达性，哈尔滨市松北区公园绿地主要集中在东南，步行方式下公园可达性较差，不利于该区的可持续发展，可达性低的公园绿地导致服务效率过低，造成资源浪费[14]。为了使城市公园绿地数量与分布平衡得到改善，改善居民对公园绿地休息方面的需求并且提高公园服务效率[15]，结合2种方法得出的结果，提出如下建议：①松北区北部人口稀少，且基本没有公园绿地，结合城市用地规划，处理好其他用地与城市用地的关系，进行合理开发利用。选择自然条件相对优越且开发消耗较小的区域建设公园绿地，为居民提供休憩场所。②交通网络也是影响松北区城市公园绿地可达性一大问题，城市道路与交通网络相对于其他区尚不成熟，但周边区域的土地资源充足，因此可以加强路网建设、地铁、公交站点的完善措施来提高居民的可达性。③考虑到该区城市公园绿地系统总体结构和分布不够的情况，应打破公园绿地形式单一的情况[14]，在一定程度上缓解公园绿地分布不平衡的服务压力。

4 讨论

该研究对哈尔滨市松北区公园绿地可达性进行深入研究，利用ArcGIS空间网络分析法与缓冲区分析法计算松北区公园绿地服务面积。缓冲分析区法对公园入口建立缓冲区，缓冲区半径为公园在不同时间内步行可到达区域距离，但是缓冲区分析法的精度低，原因是未考虑到道路、河流、草地等障碍点，因此服务范围面积较实际大。空间网络分析法建立道路数据库与公园数据库，其次建立网格数据集，生成公园服务区，服务位置为公园入口。通过比较2种方法得出，网络分析法更能反映真实的可到达区域。该研究选取步行、骑行、机动车3种出行方式来研究公园可达性，选取研究对象为面积较大的综合公园，排除了较小的绿地广场[16]，因此评估的公园服务功能只可作为参考。松北区的发展中心主要在东南部，因此松北区公园分布不均衡，造成服务资源浪费，松北区的西北部分人口稀少，边缘化，并且西北部分土地充足，应尽可能做到路网大面积覆盖，修建楼房与城市公园。根据《城市绿地分类标准》（GJJ/T 85—2002），公园的等级决定公园绿地的服务半径，参考标准是公园的规模和设施[17]。因此在不考虑居民对于公园的喜好程度，只考虑公园绿地服务范围的情况下，公园的可达性可以为公园绿地分布提供理论依据。

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