李 文 張 博

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

城市公園綠地在城市用地中占有極為重要的作用，由于城市用地緊張，改進(jìn)公園綠地布局、增加現(xiàn)有公園綠地的服務(wù)范圍，成為緩解城區(qū)內(nèi)公園綠地面積和人們需求之間矛盾的重要手段。以往對于現(xiàn)有公園綠地的布局研究主要集中在以下幾個方面:通過計算人均占有公園綠地面積和人均需求公園綠地面積等綠地指標(biāo)，對公園綠地布局進(jìn)行宏觀的評價［1］;通過景觀格局中的景觀指數(shù)對公園綠地布局進(jìn)行研究［2］;更多的研究者則集中于對公園綠地的可達(dá)性、服務(wù)半徑以及服務(wù)效率上對公園綠地的布局進(jìn)行研究［3-4］。傳統(tǒng)的公園綠地的布局研究，是基于服務(wù)半徑范圍內(nèi)的游人數(shù)量占總?cè)丝诘谋嚷剩蚴枪珗@服務(wù)半徑所覆蓋的范圍的大小來判定。但是游人對公園的游覽不會按照既定的服務(wù)半徑來進(jìn)行游覽，服務(wù)半徑范圍外的游人也有可能到公園進(jìn)行游覽，游人的可達(dá)性距離會發(fā)生改變。這樣通過傳統(tǒng)的可達(dá)性研究獲得的公園綠地的服務(wù)人數(shù)就會有些偏差。城市居民對于公園的游覽呈現(xiàn)空間衰減的情況，即距離越遠(yuǎn)，游覽者游覽公園的概率也相對降低［5］。筆者以哈爾濱市為例，將距離衰減模型與Voronoi多邊形相結(jié)合，估算城市公園綠地中的游憩人數(shù)，從而對現(xiàn)有公園綠地的布局進(jìn)行合理的評價，為城市公園綠地的合理優(yōu)化以及公園養(yǎng)護(hù)資金的分配提供依據(jù)，為哈爾濱城市公園綠地布局的合理發(fā)展、功能優(yōu)化及可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究地區(qū)概況

研究地區(qū)位于哈爾濱市區(qū)。由于城區(qū)、郊區(qū)、工業(yè)區(qū)在公園綠地需求上的較大差異，城區(qū)居民對公園綠地的需求較高，因此本文的研究范圍選定為城區(qū)。同時，考慮到與前期研究成果實證資料收集范圍的一致性［6］，將本研究范圍界定為哈爾濱市三環(huán)以內(nèi)的城區(qū)，包括道里區(qū)、道外區(qū)、南崗區(qū)和香坊區(qū)以及松北區(qū)的部分地段，這些區(qū)域人口密度較大，城市化完全，屬于已經(jīng)開發(fā)的、集中成片的、市政設(shè)施和公共設(shè)施基本完善的區(qū)域，具有典型的城區(qū)特征。4個行政區(qū)建成區(qū)總面積為292.36 km2，含79個街道辦事處，戶籍總?cè)丝跒?19.68萬。

根據(jù)前期研究成果以及技術(shù)上的可操作性，本研究依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T 85—2002)將研究對象限定為綠地分類G1中面積大于2 hm2的公園綠地，此類公園綠地為城市居民提供游憩服務(wù)的差別較小，居民在日常休閑活動時多選擇距離最近的公園綠地進(jìn)行游覽［4］。

2 研究方法

2.1 距離衰減法與Voronoi圖法簡介

距離衰減源于牛頓的萬有引力，認(rèn)為兩個物體間存在相互作用，且這種相互作用隨著距離的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。將這種理論引入到游人的游憩現(xiàn)象中，表現(xiàn)為游人對于游憩目的地的空間分布呈現(xiàn)距離衰減的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象已經(jīng)在旅游規(guī)劃、風(fēng)景區(qū)規(guī)劃以及管理方面得到了廣泛的應(yīng)用［7］。但是由于應(yīng)用地點、應(yīng)用范圍的不同，不同人選擇的衰減函數(shù)也不盡相同，通常的函數(shù)表達(dá)式有指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)以及相對復(fù)雜的高斯函數(shù)等。根據(jù)Ode＆Fry［5］的調(diào)查研究，對于瑞典地區(qū)，林地的到訪人數(shù)隨著游人距離目的地距離的增加而減低。

本文選用的函數(shù)為Ode＆Fry［5］的研究成果，用以估計公園綠地的到訪率:

式中:x為距離(m);y為游人到訪的百分率(%)，到訪率指某一地區(qū)居民訪問公園綠地的概率，如某一區(qū)域人口數(shù)為1萬人，根據(jù)距離計算到訪率為80%，則該公園綠地的服務(wù)人數(shù)為8 000人。

“Voronoi圖是計算幾何中的一種幾何結(jié)構(gòu)，也是一種空間分割的方法，最早由俄國數(shù)學(xué)家Voronoi1908年提出。一個Voronoi圖中多邊形內(nèi)的任意一點到其發(fā)生元的距離均小于到其他發(fā)生元的距離［8］。在公園綠地吸引力相同的情況下，居民總是選擇距離最近的公園綠地。因此Voronoi圖中的多邊形可以作為公園綠地的服務(wù)范圍，通過此范圍確定公園的游覽人數(shù)。在Voronoi圖的應(yīng)用上，王挺等［9］以武漢市中心城區(qū)為例計算了公園的服務(wù)人數(shù)，通過公園自身的面積計算公園可以承載的人數(shù)，進(jìn)而對武漢市中心城區(qū)的公園布局進(jìn)行了評價。

2.2 數(shù)據(jù)收集

2.2.1 公園數(shù)據(jù)

公園的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來自《哈爾濱城市總體規(guī)劃2009—2020》中的主城區(qū)現(xiàn)狀圖(數(shù)據(jù)來源:哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院)。從現(xiàn)狀CAD圖中提取公園的相關(guān)圖形數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS，建立公園的矢量數(shù)據(jù)庫，采用逐個要素輸入法為各個公園輸入代碼，運用ArcGIS的空間統(tǒng)計工具計算公園的相應(yīng)數(shù)據(jù)，包括周長、面積等要素，以此建立城市公園的數(shù)據(jù)庫。研究中以公園的入口作為到達(dá)公園的標(biāo)志。公園入口結(jié)合實地調(diào)研、公園平面圖、Google Earth航拍圖3種方式確定。

2.2.2 人口數(shù)據(jù)

人口數(shù)據(jù)的獲得主要依據(jù)哈爾濱統(tǒng)計局2010年的統(tǒng)計年鑒中第三章第二部分對哈爾濱市2009年各個區(qū)、縣(市)年末戶數(shù)、人數(shù)的統(tǒng)計［10］數(shù)據(jù)。統(tǒng)計年鑒中提供的數(shù)據(jù)總體控制各個行政區(qū)的人數(shù)，行政區(qū)內(nèi)部的人數(shù)以街道辦事處為統(tǒng)計單元，根據(jù)實際調(diào)研對行政區(qū)域內(nèi)79個街道辦事處的人口數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計。研究中，將研究范圍中的居住用地從眾多的用地種類中提取出來，然后將研究區(qū)域中5個行政區(qū)內(nèi)的79個街道辦事處的人口數(shù)量作為人口密度統(tǒng)計的基本單元，將這些人口數(shù)量對應(yīng)在相應(yīng)的街道辦事處區(qū)域的居住用地上。最后制作成人口密度數(shù)據(jù)的柵格圖像(柵格化顆粒為20 m)，如圖1。

2.3 公園綠地服務(wù)人數(shù)的計算

運用ArcGIS中ArcMap10.0的空間分析功能，參照公園的入口生成歐式距離，其柵格化顆粒為20 m;根據(jù)柵格化的距離數(shù)據(jù)，分別對研究范圍內(nèi)每一個公園綠地游人的到訪率進(jìn)行計算(運用公式1);以公園出入口的點數(shù)據(jù)為輸入要素生成Voronoi圖，并將同一個公園綠地入口點的多邊形進(jìn)行合并，形成針對該公園的Voronoi圖，如圖2;將計算得到的游人到訪率與人口密度的柵格相乘，再乘以每個柵格代表的面積400 m2，得到該公園綠地的游憩者分布圖;運用分析工具中的疊加分析，將Voronoi圖與公園綠地的游憩者空間分布圖進(jìn)行裁剪，統(tǒng)計每個多邊形內(nèi)的人數(shù)，將人數(shù)與公園面積相除，求得單位公園綠地面積(hm2)的服務(wù)人數(shù)，最后將所有的計算結(jié)果用相應(yīng)的圖形顯示。

3 結(jié)果與分析

3.1 總體分析

研究范圍內(nèi)的公園綠地的總面積為661.57 hm2，占所有行政區(qū)域的2.77%。各個行政區(qū)的公園綠地分布不均勻，道里區(qū)的公園綠地數(shù)量最大，面積達(dá)221.42 hm2，占所有研究的公園綠地面積的33.47%。研究范圍中以江北的金河灣濕地公園面積最大，為118 hm2;長青公園面積最小，為2 hm2。各個行政區(qū)的總體公園綠地指標(biāo)見表1。

表1 研究范圍各行政區(qū)公園綠地指標(biāo)

圖1 研究區(qū)域人口密度分布

圖2 研究區(qū)域內(nèi)公園的Voronoi圖

研究范圍內(nèi)的公園綠地主要沿松花江南岸及馬家溝兩岸分布，依附于自然水體，對自然環(huán)境的要求較大，分布不均;從數(shù)量上看，市中心的公園綠地數(shù)量明顯好于外圍地區(qū)，但外圍的公園面積要大于中心城區(qū)公園綠地面積。出現(xiàn)這種情況，一方面與哈爾濱的城市總體向外擴張的建設(shè)模式有關(guān)，新規(guī)劃的地塊主要集中在原有老城區(qū)的邊緣，如群力新區(qū)，此類地區(qū)公園相對集中，會帶動周邊地產(chǎn)的發(fā)展;另一方面，邊緣地帶土地使用成本較低，為建立大規(guī)模的公園綠地提供了可能，而市中心的用地成本高，建設(shè)新公園、大公園的可能性相對較小。

3.2 基于距離衰減模型和Voronoi圖的分析

Voronoi圖中的多邊形可以看作是公園的服務(wù)區(qū)域，多邊形內(nèi)的人數(shù)為公園的服務(wù)人數(shù)。將Voronoi多邊形柵格圖像與人口密度柵格圖像疊加得到每個多邊形內(nèi)部的人數(shù)，統(tǒng)計每個多邊形內(nèi)的人數(shù)，并將統(tǒng)計數(shù)據(jù)制作成圖形，如圖3。尚志公園、兒童公園、清濱公園、開發(fā)區(qū)景觀廣場、愛建廣場、宏偉公園、建國公園、太平公園、樂松廣場、學(xué)府公園服務(wù)的人口數(shù)最多，均已超過15萬，尚志公園的服務(wù)人數(shù)達(dá)到32.5萬。其中太平公園、宏偉公園、學(xué)府公園由于服務(wù)面積大而導(dǎo)致服務(wù)的人口較多，而開發(fā)區(qū)景觀廣場、愛建廣場、建國公園、樂松廣場由于處于人口密集區(qū)而出現(xiàn)服務(wù)人口眾多的情況。而群力和松北的新建公園，如雨陽公園等，雖然服務(wù)面積相對較大，但是由于人口的密度比較小，因此區(qū)域內(nèi)服務(wù)人口的數(shù)量也相對較少。

圖3 單獨使用Voronoi圖估算的公園服務(wù)人數(shù)

運用GIS的柵格計算功能，根據(jù)公式(1)計算出基于距離衰減的公園服務(wù)人數(shù)，如圖4。各公園的服務(wù)人數(shù)呈現(xiàn)由市中心到市郊逐漸降低的趨勢，特別是沿松花江南岸的斯大林公園、九站公園、江畔公園的服務(wù)人數(shù)最多，全市范圍內(nèi)的服務(wù)人數(shù)均已超過48萬人，雨陽公園、學(xué)府公園服務(wù)人數(shù)最少，服務(wù)人數(shù)在20萬人以下。而處于周邊的公園如尚志公園、宏偉公園、太平公園等，雖然處于中心城區(qū)外圍，但公園周邊人口密集，數(shù)量較多，距離的衰減對于近距離的人口影響較小。

圖4 單獨使用距離衰減模型估算的公園服務(wù)人數(shù)

Voronoi圖的方法界定了公園的服務(wù)范圍，但是服務(wù)范圍內(nèi)的所有居民都平等享受公園的游憩功能，沒有考慮到隨著距離的增加居民到訪的概率也會隨之下降;運用距離衰減模型時，雖然能夠考慮到隨著距離的增加居民到訪率下降的因素，但服務(wù)范圍是整個市區(qū)，也不能反映真實情況。將這兩種方法結(jié)合，不僅可以突出這兩種方法的優(yōu)勢，而且也能彌補兩者各自的不足，更好地估計公園綠地的服務(wù)人數(shù)。將Voronoi圖和距離衰減模型疊加可以得到每個公園綠地的服務(wù)人數(shù)，如圖5。圖5顯示，兒童公園、尚志公園、清濱公園、開發(fā)區(qū)景觀廣場、建國公園的游人數(shù)量較多，服務(wù)人數(shù)均以達(dá)到10萬人以上，其中兒童公園的服務(wù)人數(shù)最多，達(dá)到188 193人。這些公園綠地位于人口稠密區(qū)，服務(wù)范圍較大，服務(wù)人數(shù)較多。結(jié)合公園綠地的面積，計算單位公園綠地面積(hm2)上的游人數(shù)量，如圖6。圖6顯示，開發(fā)區(qū)廣場、樂松廣場、長青公園、建國公園、清濱公園綠地每公頃的游人數(shù)量最高，每公頃服務(wù)的人數(shù)達(dá)到40 000人以上，開發(fā)區(qū)景觀廣場服務(wù)人數(shù)最高，達(dá)到53 137人/hm2。受公園面積的影響，單位面積公園綠地上游人數(shù)量與公園綠地服務(wù)人數(shù)的差異顯著，如兒童公園、江畔公園、濱河雕塑園的面積較大(面積分別為 15.6、8.8、10.7 hm2)，雖然服務(wù)人數(shù)較多(服務(wù)人數(shù)均已超過50萬人)，但單位公園綠地面積上的游人數(shù)量較低(分別為12064、3 498、9 376人/hm2)。反之，開發(fā)區(qū)景觀廣場服務(wù)的人數(shù)較少(10.7萬人)，但其自身的面積較小(2.01 hm2)，單位面積上服務(wù)的人數(shù)偏高(5.31萬人/hm2)。

圖5 Voronoi圖與距離衰減模型結(jié)合估算的公園服務(wù)人數(shù)

圖6 Voronoi圖與距離衰減模型結(jié)合估算的每公頃服務(wù)人數(shù)

4 結(jié)論與建議

在ArcMap軟件的支持下，運用距離衰減模型與Voronoi圖結(jié)合的方法，可以有效估算公園綠地的服務(wù)人數(shù)和單位面積上的服務(wù)人數(shù)，進(jìn)而評估公園綠地布局的合理性。通過分析，哈爾濱的城市公園綠地分布北部明顯好于南部，大部分公園綠地沿松花江、馬家溝呈“J”字形，且面積相對較大。沿江地區(qū)人口密度比較大，均以達(dá)到1 000人/hm2以上(兆麟街道最高，1 706人/hm2)，但由于公園數(shù)量較多，每個公園綠地對應(yīng)的服務(wù)人數(shù)相對較低。群力新區(qū)的濕地公園、體育公園、丁香公園等公園綠地面積均在24 hm2以上，但人口密度相對較小(263人/hm2)，這些公園綠地每公頃服務(wù)人數(shù)均在300人以下，表現(xiàn)良好。這些公園綠地雖然分布過于集中，但隨著群力地區(qū)的發(fā)展，地區(qū)的人口密度會逐漸增大，這些公園會逐漸滿足周邊居民的需求。開發(fā)區(qū)景觀廣場、樂松廣場、長青公園、建國公園、清濱公園、太平公園、尚志公園這幾個公園由于服務(wù)面積過大(尚志公園服務(wù)面積3.28 km2)、服務(wù)人數(shù)較多(開發(fā)區(qū)景觀廣場服務(wù)人數(shù)18.7萬人)或是公園綠地面積偏小(上述公園大部分面積均在2 hm2左右)，導(dǎo)致每公頃面積上服務(wù)人數(shù)最多(開發(fā)區(qū)景觀廣場、樂松廣場、長青公園、建國公園、清濱公園每公頃的服務(wù)人數(shù)均已超過4萬)，無法滿足周圍游人的需要。為了滿足周邊居民的需要及公園的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)緩解這些公園的服務(wù)壓力。

根據(jù)研究結(jié)果和哈爾濱的實際情況，建議:①在有條件的局部地段建立面積為2 hm2左右的新的中型公園綠地，并與周邊小而散的公園綠地結(jié)合，以緩解現(xiàn)有公園綠地的壓力，滿足市民日常生活中簡單的休閑、游憩的需要。如:在黃河路與南直路的交叉口附近建立公園綠地，用以分流開發(fā)區(qū)廣場、尚志公園、宏偉公園的人流。②由于市區(qū)內(nèi)用地緊張，新建公園綠地的可能性較低，對于現(xiàn)有服務(wù)人數(shù)較多的公園(如:開發(fā)區(qū)景觀廣場、樂松廣場、長青公園、建國公園、清濱公園、太平公園、尚志公園)，應(yīng)加強公園基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的建設(shè)，加大對公園養(yǎng)護(hù)資金的投入，以滿足居民的游憩休閑的需要，同時加強對公園植被、設(shè)施的維護(hù)力度，規(guī)范居民游憩行為，實現(xiàn)公園的可持續(xù)發(fā)展。③在郊區(qū)建立新的公園，以解決郊區(qū)居民游憩休閑需要，減少郊區(qū)居民對中心城區(qū)公園綠地的沖擊，同時也可以滿足由于城市的擴張、郊區(qū)的人口密度逐漸增加而對于公園的需求。

運用距離衰減模型和Voronoi圖的方法對哈爾濱公園綠地服務(wù)人數(shù)、合理性布局進(jìn)行了初步的討論，但在公園的吸引力、公園的服務(wù)范圍的研究上還存在不足，希望能在今后的研究中對這些方面進(jìn)行完善和加強。

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