李發(fā)明

李 娜*

王婷婷

李相逸

隨著智能化時代的到來，中國智能手機(jī)的普及率已高達(dá)70%，通過手機(jī)等設(shè)備記錄出行和戶外活動已經(jīng)普遍成為一種生活方式。調(diào)查結(jié)果顯示，不同年齡段人群每周保持微博或微信朋友圈狀態(tài)更新的比例各不相同，在18～35歲的人群中占86.5%，35～50歲的人群中占57.8%，50～65歲的人群中占73.6%。通過對上述大數(shù)據(jù)(Big Data)的分析來解決城市公共空間的優(yōu)化問題已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)和趨勢。本文以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對城市公園進(jìn)行使用后評價具有代表性和科學(xué)性[1]。

城市公園是目前人們戶外休閑使用率最高的城市空間。隨著城市用地的日益緊張，城市公園的游客容量極限也不斷被突破。由于游人過多或設(shè)施場地不足、資源管理薄弱等問題，導(dǎo)致公園環(huán)境遭破壞的案例屢見不鮮。人們在公園游覽中的路線偏好、景點(diǎn)感興趣程度、場地使用強(qiáng)度等對公園的景觀維護(hù)和改造提升具有重要的指導(dǎo)意義，因此結(jié)合大數(shù)據(jù)分析游人的日常使用習(xí)慣，對其行為進(jìn)行量化分析，同時結(jié)合評價結(jié)果提出公園景觀資源管理與利用方面的改造升級策略具有現(xiàn)實(shí)意義[2]。

本文結(jié)合Citespace平臺進(jìn)行文獻(xiàn)計量可視化分析，以CNKI文獻(xiàn)搜索引擎為基礎(chǔ)，對全網(wǎng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)、GIS、景觀優(yōu)化和耦合模型等關(guān)鍵詞頻的全文檢索，收集到2002—2017年的3 724個有效數(shù)據(jù)，其中涉及期刊2 643個、碩博士論文1 081個。對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次篩選，選取同時具有3個關(guān)鍵詞頻以上的文獻(xiàn)784個，對其進(jìn)行Refworks數(shù)據(jù)txt格式導(dǎo)出。利用Citespace平臺對研究熱度、文獻(xiàn)關(guān)聯(lián)度、熱點(diǎn)詞頻等進(jìn)行綜合分析。通過圖1可以看出：1)我國從2002—2006年地理信息系統(tǒng)在風(fēng)景園林和城市規(guī)劃方面的應(yīng)用熱度最大，同期還出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、三維建模等與GIS平臺耦合模型的研究；2)2006—2014年是在前階段的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要圍繞ArcSDE數(shù)字城市、三維GI等領(lǐng)域；3)2014—2017年是大數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)研究結(jié)合最為緊密的幾年，使用后評價、優(yōu)化策略等熱點(diǎn)詞頻也是目前乃至未來風(fēng)景園林行業(yè)研究的熱點(diǎn)和趨勢。因此，從國內(nèi)相關(guān)研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)綜合分析中可以看出，本文以大數(shù)據(jù)和GIS等技術(shù)為前提，對城市綠地空間進(jìn)行使用后量化評價，并針對評價結(jié)果提出景觀優(yōu)化策略。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)獲取

1.1 區(qū)域概況

北京奧林匹克森林公園位于北京市朝陽區(qū)，研究范圍東至安立路，南至科萃路，西至林萃路，北至清河，共680hm2，其中南園380hm2，北園300hm2。本次研究去除國家網(wǎng)球中心等內(nèi)部用地，剩余面積575hm2，綠化覆蓋率95.61%(圖2)。北京奧林匹克森林公園是北京市內(nèi)功能最健全、面積最大的城市型公園，是城市居民戶外游憩及外來游客必去的城市景點(diǎn)之一，每年游客訪問量達(dá)300多萬人次。以北京奧林匹克森林公園為研究對象，分析得出的使用后評價和景觀優(yōu)化策略對其他城市公園具有較高參考價值。

圖1 CNKI中相關(guān)文獻(xiàn)的可視化分析

1.2 數(shù)據(jù)獲取與BD-GIS耦合模型的建立

大數(shù)據(jù)具有覆蓋廣、更新快、精度高、數(shù)量大等特點(diǎn)，對數(shù)據(jù)的獲取和清洗是本研究的難點(diǎn)。具體步驟如下：1)利用OpenStreetMap、微博開放平臺、百度POI、網(wǎng)絡(luò)爬蟲工具和手機(jī)信令基站等手段，在谷歌瀏覽器下針對各個開放數(shù)據(jù)平臺分別定位數(shù)據(jù)源網(wǎng)絡(luò)地址；2)將開放性數(shù)據(jù)通過火車采集器進(jìn)行Python設(shè)定模式的代碼改寫，并將最終數(shù)據(jù)進(jìn)行本地保存；3)運(yùn)用Excel表格對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和整理匯總；4)通過萬能坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器對獲取的定位信息數(shù)據(jù)進(jìn)行平面和地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

BD-GIS耦合模型的建立步驟：1)通過BIGEMAP軟件下載研究范圍內(nèi)比例為1:3 457、像素分辨率為0.91m的遙感影像；2)利用GIS對遙感影像進(jìn)行校準(zhǔn)；3)結(jié)合GIS系統(tǒng)建立BDGIS模型數(shù)據(jù)庫，將Excel表格數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換；4)通過GIS對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析并進(jìn)行可視化直觀表達(dá)；5)對分析數(shù)據(jù)和結(jié)果利用SPSS進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和回歸分析，保證結(jié)果的科學(xué)性。具體耦合模型的建立流程如圖3所示。

圖2 研究范圍示意

圖3 BD-GIS耦合模型建立流程

2 北京奧林匹克森林公園景觀優(yōu)化策略

2.1 游人分布和景點(diǎn)停留熱度分析及景點(diǎn)優(yōu)化策略

結(jié)合POE現(xiàn)場調(diào)查和獲取的部分手機(jī)信令數(shù)據(jù)，選擇2017年平日周末和十一假期2個樣本中的2天進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，4：00—24：00時段內(nèi)對公園主要出入口實(shí)行門禁進(jìn)入式流量調(diào)查。為了提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，平日周末的調(diào)查選用POE現(xiàn)場調(diào)查法，記錄游人進(jìn)入園區(qū)的時間節(jié)點(diǎn)，并詢問每次在公園的停留時長。根據(jù)外貌將游人分成青年、中年和老年3個群體，對進(jìn)入的團(tuán)體類游客以人頭形式和2h停留時長為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。圖4代表平日周末游人的停留時間和時段的正態(tài)分布，其中縱軸代表停留時長，橫軸代表進(jìn)入時間點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)分布可以看出游客在公園中的停留時間最少為20min，說明北京奧林匹克森林公園的面積較大，游覽時間較長且景觀功能豐富。其中5：30—7：30、11：00—13：30、18：30—20：30為客流集中期，15：00—17：30為客流分散期。早晨和晚上鍛煉的人群居多且停留時間約為50min，共計1 347人次；中午時段以游覽人群居多且停留時間約為110min，共計3 197人次。

節(jié)假日客流量大，對十一假期的調(diào)查采用手機(jī)信令數(shù)據(jù)抓取的辦法。由于手機(jī)信令數(shù)據(jù)無法獲取個人屬性信息，所得數(shù)據(jù)雜亂，故本次研究允許數(shù)據(jù)混雜，但綜合分析結(jié)果應(yīng)同平日數(shù)據(jù)呈正相關(guān)，利用數(shù)據(jù)匯總和SPSS正相關(guān)性驗(yàn)證，所得結(jié)果真實(shí)可靠。手機(jī)信令數(shù)據(jù)抓取過程如下：1)進(jìn)行數(shù)據(jù)初步篩選，根據(jù)研究范圍選擇具有研究目的的數(shù)據(jù)源，通過多次不同閾值和定性判斷，保留合理數(shù)據(jù)，刪除不相關(guān)數(shù)據(jù)；2)結(jié)合游客行為在空間中的反應(yīng)，利用試錯法來校正閾值的可靠性，通過二次驗(yàn)證對數(shù)據(jù)進(jìn)行再次篩選；3)最終匯總數(shù)據(jù)，去除不合理數(shù)據(jù)并用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和正態(tài)分布分析，這里用到了GIS、SPSS、Python和MySOL技術(shù)工具。最終篩選出定位點(diǎn)在北京奧林匹克森林公園內(nèi)部的手機(jī)信令數(shù)據(jù)83 659條(圖5)。

獲取2017年微博公共平臺具有簽到定位信息的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行矢量化轉(zhuǎn)換，最終得到數(shù)據(jù)526萬條。經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和地址識別，得到約9萬條定位在北京奧林匹克森林公園內(nèi)的有效數(shù)據(jù)，同一個ID重復(fù)簽到按一次計算[3]。

將上述2種類型數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，通過Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和預(yù)處理，去除無效數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入GIS平臺分別建立BD-GIS空間核密度分析。利用GIS的空間疊加和重分類分析等工具模塊，得出2種數(shù)據(jù)景點(diǎn)熱度的分析結(jié)果基本一致，選取2類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析是為了使結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確，最大化減少數(shù)據(jù)偏差。最終將2種類型數(shù)據(jù)所得結(jié)果再進(jìn)行疊加，得出最終景點(diǎn)熱度分析圖(圖6)。其中景點(diǎn)受歡迎程度的核密度等級在0～15.6區(qū)間均有分布，數(shù)值越低受歡迎程度越低，反之受歡迎程度越高[4]。

圖4 平日周末全天候游人停留時間和時長分析

圖5 2017年10月3日在園游客數(shù)據(jù)分析

圖6 北京奧林匹克森林公園平日與假期景點(diǎn)熱度綜合分析

景點(diǎn)使用強(qiáng)度綜合問題解析：1)在POE問卷調(diào)查過程中有32.4%的游客提出南門到天境核心景點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)且有路徑標(biāo)識不清晰的問題，有15.8%的游客提出園內(nèi)游人過多，部分游客集中區(qū)域會對游人產(chǎn)生不適和空間壓迫感；2)由圖5可以看出南園天境、林泉高致、露天劇場和沉水廊道等節(jié)點(diǎn)簽到次數(shù)最多，受歡迎程度最高，北園部分鍛煉廣場、親水平臺受歡迎程度最高；3)天境和露天劇場熱度等級呈迅速增長態(tài)勢，說明2個節(jié)點(diǎn)的游人容量超過環(huán)境承載能力，在景觀改造和資源管理方面應(yīng)給予高度重視，北園南側(cè)入口處草坪空間也存在同樣的問題；4)結(jié)合國家公園設(shè)計規(guī)范中60m2/人的人均公園占地面積，去除密林和濕地等不能讓人參觀的區(qū)域，最終得出南園游人容量4.5萬人。十一期間的南園游人容量超標(biāo)，北園正常。

景觀資源管理和優(yōu)化策略：1)結(jié)合手機(jī)信令數(shù)據(jù)監(jiān)測十一假期時段內(nèi)的增長率，并為公園設(shè)定橙色、紅色2個級別預(yù)警[5]，假期時應(yīng)在10：00—15：00對公園進(jìn)行門禁式限流，此時為紅色預(yù)警期，17：00—18：30對南園入口進(jìn)行10min間隔的放行式限流模式，此時為橙色預(yù)警期；2)公園內(nèi)部園林維護(hù)和施工時間應(yīng)選擇在9：00—10：00和15：00—17：00；3)10：30—13：30應(yīng)增加天境、露天劇場等熱門景點(diǎn)的景觀維護(hù)，增設(shè)工作人員對游人行為和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督與督查；4)在露天劇場、天境以及北園部分一級熱度景點(diǎn)增設(shè)休息廊架和座椅，尤其是在南園天境景點(diǎn)增加景觀安全維護(hù)和臨時水站等景觀配套設(shè)施。

2.2 慢跑和散步軌跡熱度分析及線路優(yōu)化策略

跑步和慢行路線是每個城市公園必備的功能游線，基本上均會根據(jù)公園大小設(shè)計內(nèi)環(huán)式閉合慢跑步道[6]，但是由于每個人的跑步習(xí)慣和運(yùn)動模式不同，會使公園中的部分道路特別受到青睞，從而導(dǎo)致由于道路設(shè)計寬度不足使路邊綠化受到破壞，甚至由于部分路段鋪裝形式不合理而產(chǎn)生安全隱患。

利用悅跑圈平臺獲取北京奧林匹克森林公園內(nèi)部1 567位跑者的運(yùn)動軌跡圖，在衛(wèi)星圖中通過固定標(biāo)志性角點(diǎn)進(jìn)行路線軌跡的矢量化數(shù)據(jù)提取，最終將1 567個具有地理坐標(biāo)的矢量數(shù)據(jù)帶入Arcmap平臺與公園內(nèi)部道路矢量圖疊合。利用疊加和重分類分析將數(shù)據(jù)在公園遙感影像上直觀顯示，把路線按照重合度分成1～12個熱度等級，紅色為1級代表最受歡迎的軌跡路線，深綠色為12級代表最少有人跑步的路線。其中南園外環(huán)線軌跡重合率為75.6%，北園外環(huán)線重合率為87.3%，南園西南角到東北角停車場的路徑重合率達(dá)94.8%(圖7)。通過圖7可以看出南園的使用率明顯高于北園，同時2個園區(qū)的外環(huán)線軌跡重合率最高，等級為1級，說明大部分運(yùn)動者還是按照公園預(yù)先規(guī)劃好的塑膠跑道進(jìn)行鍛煉。但是南園中等級路線最多且顏色最為豐富的一段是從南園東北角停車場到西南角處的濱水步道，最受游人歡迎，這種現(xiàn)象一方面說明跑者不僅按照公園預(yù)設(shè)的塑膠跑道跑步，而且更加熱衷于沿水邊進(jìn)行鍛煉，另一方面說明除了居住在附近及乘坐公共交通來鍛煉的人群，還有大部分人群自駕前來鍛煉。

圖7 游人慢跑軌跡的使用熱度分析

圖8 2016和2017年公園露營人群簽到點(diǎn)分布

路線優(yōu)化策略：1)有條件的情況下，增加園區(qū)中部濱水步道的道路寬度，如果空間允許可以在此路段鋪設(shè)單側(cè)塑膠跑道；2)對于除環(huán)線紅色等級以外的橘黃色路徑，應(yīng)適當(dāng)增加道路停留點(diǎn)，并保證道路的通過性，在現(xiàn)狀空間允許的情況下適當(dāng)增加路幅寬度；3)在上述濱水路段中增設(shè)停留場地、休息座椅和休息廊架等設(shè)施，可以緩解該路段游人容量過多對景觀造成的破壞和環(huán)境污染等問題；4)增加北園與南園的連通性和北園自身的可進(jìn)入性，通過提升交通可達(dá)性和增設(shè)出入口來提升北園的使用率；5)縮短對主環(huán)路塑膠跑道的人工養(yǎng)護(hù)周期。

2.3 帳篷營地點(diǎn)位熱度分析及功能優(yōu)化策略

調(diào)查顯示北京市內(nèi)及周邊區(qū)域游人在周末到奧林匹克森林公園露營野餐的游人較多，經(jīng)過連續(xù)4周周末對公園內(nèi)部的走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，露營是目前該園內(nèi)部非常受歡迎的群體活動，大部分發(fā)生在林下和草坪空間，同時也是最容易對公園景觀環(huán)境造成破壞的活動類型。由于公園在設(shè)計之初沒有考慮到帳篷營地的節(jié)點(diǎn)布置，目前游人都是進(jìn)入公園后隨意找尋林下空間進(jìn)行露營和野餐，過大的游客流量導(dǎo)致場地壓力增大、植被受到破壞，同時白色垃圾被隨意丟棄等現(xiàn)象時有發(fā)生。

通過微博簽到和文本信息，爬取2016和2017年在北京奧林匹克森林公園露營的人群信息，共收集到12 743次簽到信息，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器將定位信息轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)，在GIS中構(gòu)建BD-GIS耦合模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行空間分析[7]。圖8顯示南園使用率明顯大于北園，占據(jù)了97.8%的數(shù)據(jù)，南園共有5個節(jié)點(diǎn)屬于簽到密集區(qū)域，紅色節(jié)點(diǎn)密度越大說明露營人群越集中，形成了“五核心分散式”的空間分布特征。57.8%的人群從南門進(jìn)入后選擇入口附近的疏林草地(節(jié)點(diǎn)1、2)進(jìn)行露營，37.3%的人群選擇較為安靜且具有較好觀景視野的區(qū)域(節(jié)點(diǎn)3～5)進(jìn)行露營，4.9%的人群散布在公園東北部的綠地中。

問題總結(jié)：1)由于2003年就開始對公園的設(shè)計方案進(jìn)行征集，露營的場地功能需求在當(dāng)時還不是公園設(shè)計中必須考慮的問題，所以公園在規(guī)劃之初沒有對露營地進(jìn)行布置。但是15年后的奧林匹克森林公園，只要游人能走進(jìn)的林下空間都會發(fā)生露營行為，南園現(xiàn)象最為嚴(yán)重；2)部分集中露營區(qū)域的林地土壤裸露嚴(yán)重，尤其是節(jié)點(diǎn)1的土壤基本全部裸露；3)節(jié)點(diǎn)3位于公園濕地附近，不適宜開展露營野餐等人群聚集并可能會對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的活動。

營地景點(diǎn)優(yōu)化策略：1)增設(shè)露營和野餐聚會場地，建議將節(jié)點(diǎn)1、2、4進(jìn)行合理的空間梳理，并明確和增設(shè)露營點(diǎn)；2)由于節(jié)點(diǎn)1、2的使用強(qiáng)度較大，現(xiàn)狀節(jié)點(diǎn)1的林下土壤裸露明顯，基本沒有地被覆蓋，節(jié)點(diǎn)2的土壤部分裸露，應(yīng)對裸露土地進(jìn)行景觀碎拼或嵌草式鋪裝設(shè)計；3)節(jié)點(diǎn)3接近中心湖區(qū)且靠近濕地區(qū)域，節(jié)點(diǎn)5位于公園最北側(cè)，景觀維護(hù)和管理不便捷，建議豐富這2處節(jié)點(diǎn)中低層次的植物配置，同時由于節(jié)點(diǎn)3的空間可進(jìn)入性過強(qiáng)，應(yīng)將節(jié)點(diǎn)邊界利用低矮植被配植形成圍擋，阻斷游客進(jìn)入的路徑；4)更新公園導(dǎo)視地圖和道路節(jié)點(diǎn)處的導(dǎo)視牌，為游客提示露營地的具體方位，并在節(jié)點(diǎn)3、5和公園東部常有露營活動發(fā)生的場地用警示牌予以提示。

3 結(jié)語

綜上所述，北京奧林匹克森林公園的景觀優(yōu)化策略如下。1)景點(diǎn)優(yōu)化。結(jié)合上述分析數(shù)據(jù)，公園應(yīng)增加部分景點(diǎn)的鋪裝面積，增設(shè)座椅、垃圾桶等必要的休息和環(huán)保設(shè)施。2)游線優(yōu)化。慢跑及鍛煉游線應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行部分道路的路面拓寬和停留場地的增加等。3)場地功能優(yōu)化。結(jié)合游人分布和使用偏好等數(shù)據(jù)分析，增加多個露營地點(diǎn)，并借助入口和主要節(jié)點(diǎn)的指示牌進(jìn)行路徑引導(dǎo)，同時對部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行景觀圍擋，限制露營活動的隨意開展。4)資源管理優(yōu)化。結(jié)合分析數(shù)據(jù)，公園應(yīng)在特定假期進(jìn)行分時段限流措施，同時縮短使用強(qiáng)度大的幾個景點(diǎn)的園林養(yǎng)護(hù)和人工巡視周期。

科技的進(jìn)步讓人工智能技術(shù)在我們的日常生活中不斷出現(xiàn)，大量數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)也讓這個世界變得量化和可計算。嵌入算法的人工智能技術(shù)也在不斷地被設(shè)計師應(yīng)用到模擬和優(yōu)化城市空間中，讓未來城市空間的使用和優(yōu)化向著人們生活需求的方向科學(xué)發(fā)展。本文的BD-GIS耦合模型技術(shù)也是人工智能的一個研究角度，通過對北京奧林匹克森林公園的研究進(jìn)一步證實(shí)了人工智能技術(shù)在城市公園的景觀優(yōu)化方面具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持和指導(dǎo)依據(jù)，結(jié)果也驗(yàn)證了城市公園是戶外運(yùn)動和家庭式互動中使用最為頻繁的城市公共空間[8]。同時人工智能技術(shù)與GIS、SPSS、ENVI等技術(shù)平臺的搭配，會有更多且全面的定量化結(jié)論產(chǎn)生[9]。大數(shù)據(jù)等人工智能技術(shù)在未來城市公園景觀優(yōu)化中具有應(yīng)用前景：1)評估公園內(nèi)部游客分布密度、景點(diǎn)受歡迎程度、場地的使用強(qiáng)度等；2)通過SPSS和AHP方法的結(jié)合，對場地功能的適宜性、生態(tài)的敏感性等進(jìn)行定量評估[10]；3)利用群眾對公園評價的熱點(diǎn)詞頻數(shù)據(jù)，對公園的景觀使用價值進(jìn)行綜合定量化評價；4)通過數(shù)據(jù)三維可視化等方面的直觀展示，擴(kuò)大城市公園在人們心中的影響力，提升公眾的環(huán)境保護(hù)意識；5)客觀量化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)有助于設(shè)計師更加精準(zhǔn)地定位未來城市公園的規(guī)劃和設(shè)計方向。

注：文中圖片均由作者繪制。