大数据视角下城市公园生态功能空间差异性分析与评价研究——以福州市晋安区城市公园为例

成林莉

黄 硕

董建文

陈小燕

郑 宇*

城市公园作为城市绿地的重要组成部分，能够为城市居民提供生态、景观、防灾等多维度服务[1]。城市绿地的生态服务功能是指绿地系统为维持城市人类活动和居民身心健康提供物质产品、环境资源、生态公益和美学价值的能力[2]。其具体核心内容为：1)对城市绿地的生态服务价值进行相关评估，以此对城市绿地的各项决策做出指引；2)了解城市绿地生态服务功能在时间动态、空间格局上的变化及人与自然的相互作用关系，以此揭示生态服务权衡决策的策略[3]。当前越来越多学者从时间序列、空间序列等角度进行了城市绿地生态服务功能的相关研究[4-7]。在时间序列方面，研究的关注点主要集中在运用监测大数据获取生态功能时间动态数据，构建生态功能观测体系提升生态服务功能[8-9]；在空间序列方面，研究的关注点主要集中在景观安全格局[10-12]、生态敏感度[13-14]、景观视觉敏感度[15]等生态指标，通过空间序列对城市公园生态现状进行分区管理及规划，从而实现生态保护、修复城市公园生态功能的目标；由此可见，当前城市公园生态功能研究多从客体层面对城市生态功能进行提升，与大众主观需求相结合的研究较少。目前基于大数据的位置动态能够精确体现大众使用需求强度。本文尝试使用高德POI、微信热力图等位置大数据，综合使用强度、生态敏感度(SE)与景观安全格局(LSP)3个指标对福州市晋安区城市公园生态服务功能现状进行调查，分析在不同空间维度上，城市公园使用强度差异对城市公园生态服务功能空间变化产生的影响及原因，并提出优化建议。

1 研究概况

1.1 研究对象

本文选取福州市晋安区5个代表性的公园为研究对象。依据《城市绿地分类标准》(CJ/JT 85—2017)将公园绿地分为综合公园、社区公园、专类公园和游园。根据实地调研与资料查阅，本次研究范围包括2个综合公园、3个专类公园，为福州市森林公园、鼓山风景区、金鸡山公园、福州市动物园及福州市儿童公园(图1)。

图1 研究地区位

1.2 研究数据来源

研究数据主要包括城市热力图、高德地图POI、清华大学地球系统科学系数据库(FROM-GLC10)中获取的土地用地类型数据[16]、地理空间数据云中获取福州市晋安区GDEMV2 30M分辨率数字高程数据(DEM)。

1.3 研究方法

1.3.1 空间使用需求强度分析

首先，火车采集器对福州市晋安区POI进行爬取、筛选，运用ArcGIS对福州市晋安区的POI聚集程度可视化分析，然后使用“泰森多边形”对公园样本点的平均需求进一步量化(图2-1)；其次，运用PHTYO语言在2020年6月某一周在微信宜出行数据进行人群密度爬取[17]并叠加取得均值后，将实际使用强度归一化；最后，通过ArcGIS平台将城市公园实际使用强度可视化(图2-2)。

1.3.2 生态敏感度(SE)分析

通过层次分析法对生态敏感度因子进行选择及权重判定，以YAAHP软件进行层次模型构建及判定因子权重[18](表1)。

表1 城市公园生态敏感度指标权重

最后通过ArcGIS平台对生态敏感度综合指数公式进行计算生成福州市晋安区城市公园生态敏感度分级图(图2-3)。

SE=(EL×W11+SL×W12+A×W13)+(ST×W21)+(VFC×W31)+(L×W41)

1.3.3 景观安全格局(LSP)分析

运用福州市晋安区城市公园的数字高程模型(DEM)，通过ArcGIS平台“像元统计”，对景观安全格局因子(表2)进行相同权重叠加[19]，生成福州市晋安区城市公园景观安全格局分布图(图2-4)。

表2 城市公园景观安全格局指标选取

1.3.4 相关性分析

通过ArcGIS软件中的“空间分析”工具量化指标导入SPSS软件，对使用强度与城市公园生态敏感度及景观安全格局各因子进行相关性分析，探究使用强度与各微观因子的相关程度。

2 数据分析

2.1 城市公园空间使用需求分布分析

将城市公园的平均需求、实际使用强度叠加量化得到福州市晋安区城市公园空间使用需求分布图(图3-1)。

1)金鸡山公园。使用强度为高使用强度，园区周边主要分布居住区、学校等公共服务设施。2)鼓山风景区。园区西北方使用强度为高使用强度，此区域主要分布山庄等游览观光点；其他区域使用强度为中使用强度，主要分布园区道路等。3)福州森林公园。园区北部使用强度为较低使用强度，主要为山麓风光，以生态游览为主；南部使用强度为低使用强度，主要分布林业丰碑等建成区。4)福州市动物园。使用强度为低使用强度，园内动物游憩馆种类较少且缺乏具体管理措施，导致卫生脏乱。5)福州市儿童公园。使用强度为低使用强度，园内主要分布大面积硬质铺装且基础服务设施较少。

2.2 城市公园生态敏感度现状分析

通过城市公园生态敏感度分级图(图2-3)，对城市公园生态敏感度进一步分析，其中城市公园生态敏感度各项因子指标分级面积比见表3。

图2 福州市晋安区城市公园各指标分析图2-1 公园样本点需求强度图2-2 福州市晋安区公园样本点使用强度图2-3 福州市晋安区城市公园生态敏感度分级图2-4 福州市晋安区城市公园景观安全格局分级

表3 生态敏感度各项因子指标分级面积比

1)金鸡山公园。生态敏感度分级情况为极低敏度7.3%、低敏感度11.8%、中敏感度40.4%、高敏感度32.4%与极高敏感度8.1%。总体而言，园区生态敏感度处于中等偏高水平，说明园区大部分区域对人类干扰具有一定抵抗能力。2)鼓山风景区。生态敏感度分级情况为极低敏感度1.6%、低敏感度17.5%、中敏感度30.6%、高敏感度31.8%与极高敏感度18.4%。总体而言，园区生态敏感度处于中等偏高水平，说明园区大部分区域对人类干扰具有一定的抵抗能力。3)福州森林公园。生态敏感度分级情况为极低敏感度6.3%、低敏感度18.9%、中敏感度27.0%、高敏感度28.2%与极高敏感度19.6%。总体而言，园区生态敏感度处于中等偏高水平，说明园区大部分区域处于保护与开发并存阶段。4)福州市动物园。生态敏感度分级情况为极低敏感度6.8%、低敏感度36.8%、中敏感度38.3%、高敏感度16.7%、极高敏感度1.4%。总体而言，园区生态敏感度处于低等偏中水平，说明园区大部分区域生态系统对外界压力具有自我调控能力。5)福州市儿童公园。生态敏感度分级情况为极低敏感度39.1%、低敏感度49.9%、中敏感度16.0%、高敏感度0.07%。总体而言，园区生态敏感度处于低水平，说明园区大部分区域生态系统对外界干扰具有自我调控能力。

2.3 城市公园景观安全格局现状分析

通过城市公园景观安全格局分析图(图2-4)，对城市公园景观安全格局进一步分析，其中城市公园景观安全格局各项因子指标分级面积比见表4。

表4 景观安全格局各项因子指标分级面积比

1)金鸡山公园。在景观安全格局分析中，低安全区78.8%、中安全区15.1%、高安全区6.1%，说明园区整体对自然要素侵占过大。2)鼓山风景区。在景观安全格局分析中，低安全区78.6%、中安全区4.2%、高安全区17.2%。说明园区应注重整体景观整治与保护。3)福州市森林公园。在景观安全格局分析中，低安全区46.8%、中安全区13.9%、高安全区39.3%。说明园区如刻字潭、古墓等部分区域达到了生态安全理想状态，而正心寺等其他区域需要加强生态保护。4)福州市动物园。在景观安全格局分析中低安全区45.8%、中安全区11.8%、高安全区42.4%。说明园区如鸟艺表演场等部分区域达到了生态安全理想状态，而河马休憩馆等其他区域需要加强生态保护。5)福州市儿童公园。景观安全格局分析中，低安全区78.6%、中安全区15.1%、高安全区6.1%。说明园区应注重整体景观整治与保护。

2.4 基于城市公园空间使用需求和生态敏感度的综合分析

通过空间使用需求分布图与福州市晋安区生态敏感度分级图进行图层叠加，进行基于空间使用需求分布和生态敏感度综合分析图(图3-2)分析和相关性分析(表5)。

表5 城市公园使用强度与生态敏感度各因子相关性分析

1)金鸡山公园。使用强度为高使用强度，金鸡山公园中部及边缘处为极低敏感度，东西两侧为中高敏感度。由于中部分布金鸡广场、园区道路等，人流干扰集中，而东西两侧为山体植被可阻断外界干扰。2)鼓山风景区。园区西北方使用强度为高使用强度，此区域生态敏感度分布主要为中高敏感度，主要分布山庄等生态游览观光区；其他区域使用强度为中使用强度，生态敏感度分布主要为极低敏感度，主要分布景点及道路，人员流动大，园内管理较西北角相对松懈。3)福州森林公园。园区北部使用强度为较低使用强度，此区域生态敏感度为中高敏感度，主要为山麓风光吸引人流量；南部使用强度为低使用强度，此区域生态敏感度为低敏感度，主要分布福州市森林博物馆等建成区，植被覆盖度低且人为干扰大。4)福州市动物园。使用强度为低使用强度，园区东部为极低敏感度，西部为中高敏感度。由于东部多为动物游憩馆等建成区，由于园内管理松懈，导致卫生脏乱差。5)福州市儿童公园。使用强度为低使用强度，园区北部为极低敏感，南部为中高敏感度。由于南部主要分布活力园等建成区，由于植被覆盖度低，导致景观层次较为单一。

2.5 基于城市公园空间需求分布和景观安全格局的综合分析

通过空间使用需求分布图与福州市晋安区景观安全格局图进行图层叠加，进行基于空间使用需求分布和景观安全格局综合分析图(图3-3)分析和相关性分析(表6)。

图3 空间使用需求分析和各指标叠加分析图3-1 福州市晋安区城市公园空间使用需求分布图3-2 基于空间使用需求分布和生态敏感度综合分析图3-3 基于空间使用需求分布和景观安全格局综合分析

表6 城市公园使用强度与景观安全格局各因子相关性分析

1)金鸡山公园。使用强度为高使用强度，园区整体景观安全格局分布主要为低安全区，主要分布在茉莉花台、银杏广场等园区源点，对自然侵占过大且周边多为居住区，人为干扰集中。2)鼓山风景区。园区西北角使用强度为高使用强度，该区域景观安全格局分布主要为低安全区，如狮子峰、山庄等，由于建成区人流量大，对水系等自然要素侵占过大；其他区域使用强度为中使用强度，该区域景观安全格局分布主要为低安全区，主要分布园区核心源点如施若庵、涌泉寺等。由于景点分布较多且园区并没有对水系划定保护范围，导致受到人为干扰，部分区域生态环境遭到破坏。3)福州市森林公园。北部使用强度为较低强度，该区域东西两侧景观安全格局为低安全区，主要分布流芳寺、仙人踪迹等。由于北区属于山麓风光，环山道路的建成对生态环境造成一定破坏；南部使用强度为低强度，该区域景观安全格局为低安全区，主要分布林业丰碑等景点，人类活动相对集中，导致生态环境遭到破坏。4)福州市动物园。使用强度为低使用强度，园区南侧景观安全格局为低安全区，主要分布梅花鹿游憩馆等，对自然要素侵占过大。5)福州市儿童公园。使用强度为低使用强度，园区整体景观安全格局主要为低安全区，主要分布儿童游憩设施等且景观层次较为单一。

3 结果与讨论

1)不同空间维度的使用强度对城市公园生态功能的影响为生态敏感度大于景观安全格局。由表7可知，在使用强度分析中，金鸡山公园>鼓山风景区>福州市森林公园>福州市动物园=福州市儿童公园；在景观安全格局分析中的总体阙值中结果表明：福州市动物园>福州市森林公园>鼓山风景区>金鸡山公园=福州市儿童公园。将两者进行比对发现，福州市儿童公园与福州市动物园使用强度相同，但是在景观安全格局高安全阙值中，福州市动物园大于福州市儿童公园，而在生态敏感度中，福州市动物园生态敏感度整体敏感度情况高于福州市儿童公园；金鸡山公园使用强度大于福州市儿童公园，但是在景观安全格局中金鸡山公园与福州市儿童公园景观安全格局总体安全阙值相差不大，但在生态敏感度方面整体阙值则相差较大。由此可见，不同空间维度的使用强度对生态敏感度与景观安全格局均产生影响，但影响效果前者大于后者。

表7 城市公园生态功能指标结果一览

2)生态敏感度与使用强度存在显著相关，其中坡向因子(.936＊)、高程因子(.939＊)、土地利用类型因子(.813)存在显著正向相关性，坡度因子(.514)与使用强度相关性较弱，植被覆盖度(-.046)、自然汇流因子(-.514)与使用强度存在负向相关性(见表5)。在景观安全格局分析中，雨洪安全格局(.210)、视觉安全格局(.210)与使用强度相关性相对较低(表6)。后期可在不同等级的坡向、坡度、高程因子的生态敏感度区域进行不同程度的保护或开发，增加植被覆盖度进行公园坡向景观面的打造与保护，形成良好的景观环境，以及在公园视觉敏感点较高的区域进行开发与保护，打造公园视觉景观通廊，保留公园自然水系状态，增加园内绿色基础设施，延缓雨水径流时间，优化城市公园生态功能。

3)使用强度分析能够客观呈现游客在空间维度上的人群密度变化，从而探究在不同空间维度上，使用强度对城市公园生态功能时空变化产生的影响及原因，并提供具有针对性的城市公园生态功能优化建议。

4 优化策略

4.1 基于大数据的城市公园生态服务功能提升框架

基于上述分析并结合福州市晋安区城市公园研究区域的实际情况，提出基于大数据的城市公园生态服务功能提升框架(图4)。

图4 基于空间使用需求的城市公园生态服务功能优化策略框架

4.2 城市公园优化建议

基于前期理论分析的结果，结合目前福州市晋安区城市公园现状及基于空间使用需求的城市公园生态服务功能优化策略框架(图4)，提出优化建议。

1)金鸡山公园。中部主要分布鸟类栖息活动核心区、照天君宫等景点，需降低外界干扰，注重整体景观保护与整治。南部金鸡广场、照天君宫等主要游憩景点应严格控制建设，划定适宜建成区及禁止建成区，进行环境营造，避免侵占自然环境；边缘需保护大于开发，设立以自然登道为辅助的生态保护性游览路线，以提高登道难度来控制人流活动量，减少对该区域生态环境的干扰；北区主要分布虎眺台、双樟台、松林台等景点，对于该区域的缓冲区应更加注重保护，保持该区域的生态现状。

2)鼓山风景区。南部及北部道路两侧缓冲区主要集中半山亭、观音亭、梁厝山庄等景点建筑，该区域可通过园区水系及游憩源地展开建立游憩廊道，把区域各主要游憩源地串联起来，利用游步道疏散西北角人流，并提升园内管理措施；其次对园区水系划定保护范围，保留自然状态，避免过多人为干扰；低安全区主要分布般若庵、梅里景区等建成区，应注重生态景观营造，恢复其原有生态效益，维持生态安全现状，避免进行开发。

3)福州市森林公园。南部主要分布假日宾馆、林业丰碑、八一水库等区域，在此区域注重植被景观的营造，提升空间活力，吸引北部游人量；北区的视觉敏感点较高，可建设景点或登山步道疏散人流量；南部与东侧主要分布千年古迹、假日宾馆等区域，对此区域在后期公园空间规划中应根据场地自身条件划分成适宜开发区、禁止建成区，健全公园管理机制、控制人流来维持生态安全现状。

4)福州市动物园。东部主要分布公园入口处、两栖爬行馆及其他动物游憩馆，此区域可将分散的动物游憩馆集中，优化园内路径；增加植被覆盖度，注重园内卫生管理等；西部区域主要呈现中、高敏感度，应注重维持自然生态现状，保证环境生态平衡；可进行步道设置，打造园内视觉廊道，吸引人流量；北侧主要分布狒狒、河马、梅花鹿等多个景点，对此区域需降低人为干扰，在后期规划中应划为限制开发区域，增加植被覆盖度，恢复其自然状态以保证其生态效益，提升空间活力吸引人流量；南部为高安全区，应维持生态现状，保持生态平衡。

5)福州市儿童公园。整体为低安全格局，主要分布活力园与戏水园等游憩区域，需对该区划定禁止开发区；北区主要呈现中、高敏感度，应注重保护大于开发，可适当增加生态游憩设施，注重整体生态环境的营造与保护从而吸引人流量。

注：文中图片均由作者绘制。

致谢：感谢福建省城乡规划设计研究院邢芷宁对数据收集提供的帮助。