楊 艷

（1.青海省規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，青海 西寧 810000）

廊道通常指分隔開兩側(cè)基質(zhì)的狹長(zhǎng)地帶，是一種線性結(jié)構(gòu)的狹長(zhǎng)單元，而公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道則表示在城市或鄉(xiāng)村內(nèi)部，將各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施分隔開的通道，這種通道主要用于對(duì)城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的阻隔與劃分，同時(shí)還具備一定的通道作用[1-2]。然而在大城市中，外來(lái)務(wù)工人員大量涌入，導(dǎo)致城市中的人口密度不斷增高，其公共基礎(chǔ)設(shè)施在保證功能效用的前提下變得十分擁擠，對(duì)其進(jìn)行功能劃分與阻隔的廊道也變得支離破碎，完全無(wú)法起到相應(yīng)的連通與分隔作用，因此，需要對(duì)高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃方法進(jìn)行研究。

相關(guān)研究者開展了基于GIS 的廊道建模方法，并評(píng)估了周邊綠色基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)其潛在生態(tài)區(qū)域的應(yīng)用價(jià)值作出了修復(fù)。除此之外，文獻(xiàn)[3]以優(yōu)化當(dāng)?shù)爻鞘械纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為前提，以改善城市公共基礎(chǔ)空間的布局為最終目的，對(duì)城市中心區(qū)域的公共建設(shè)廊道進(jìn)行了劃分，并提出了用地規(guī)劃方法。文獻(xiàn)[4]通過(guò)GIS 系統(tǒng)確定了野生動(dòng)物的棲息連通區(qū)域，劃分了其生存空間廊道，對(duì)野生動(dòng)物的生態(tài)精細(xì)化空間廊道劃分進(jìn)行了研究。本文以以上文獻(xiàn)作為參考，提出了針對(duì)高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道的用地規(guī)劃方法，用于解決高密度城市中公共基礎(chǔ)設(shè)施廊道的功能性建設(shè)問(wèn)題。

1 高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃方法設(shè)計(jì)

1.1 建立公共空間基礎(chǔ)設(shè)施圖層結(jié)構(gòu)

由于初始圖像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)類型、空間坐標(biāo)系以及資料年代都不相同，很多數(shù)據(jù)資料都無(wú)法在GIS 平臺(tái)中疊加，無(wú)法有效形成能夠直接使用的影像資料。因此，需要將初始影像數(shù)據(jù)加載在GIS 軟件中進(jìn)行空間疊加分析與矢量轉(zhuǎn)換處理，在圖像預(yù)處理的過(guò)程中，可以將這些影像資料轉(zhuǎn)化為能夠被GIS 識(shí)別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將所有坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃成一個(gè)序列，以便提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性以及流暢性。

在矢量化過(guò)程中，由于氣溫?cái)?shù)據(jù)、降水信息等大多都是紙質(zhì)版數(shù)據(jù)，且以表格、圖表形式為主，因此，在將其轉(zhuǎn)換為光柵圖像的過(guò)程中，可以適當(dāng)利用GIS 平臺(tái)中的數(shù)據(jù)計(jì)算功能，使用R2V 軟件將其矢量化，由于R2V軟件的特殊性，整個(gè)光柵圖像矢量化轉(zhuǎn)換的全過(guò)程是不需要進(jìn)行人工干預(yù)的，這樣能夠節(jié)省大量的時(shí)間，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確率。同時(shí)，也可以通過(guò)R2V軟件自身攜帶的數(shù)據(jù)掃描能力，將各種以影像資料為主的地理圖像掃描到計(jì)算機(jī)軟件中，并通過(guò)GIS轉(zhuǎn)換為能夠在GIS中進(jìn)行計(jì)算的文件格式。

大多數(shù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云的影像資料通常是衛(wèi)星圖像，需要在使用前進(jìn)行遙感解譯工作，且大多需要將破碎的圖像相互拼湊才能構(gòu)成一個(gè)完整的城市影像。拼湊工作可以直接在GIS 中完成，并利用地理空間數(shù)據(jù)云獲取該城市的行政區(qū)域高程數(shù)字影像，最后通過(guò)工具欄進(jìn)行空間分析[5]。

然后將已經(jīng)初步設(shè)定好原始坐標(biāo)的圖像進(jìn)行圖層構(gòu)建，該類圖層分為“點(diǎn)”型圖層、“線”型圖層以及“面”型圖層，具體的分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 圖層分類標(biāo)準(zhǔn)

如表1 所示，提取圖形的基本數(shù)據(jù)，將其與影像資料的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)后，就能夠通過(guò)公式計(jì)算各類圖層的周長(zhǎng)、面積等基本信息，便于緩沖區(qū)的建立。在GIS 軟件中，也可以在周長(zhǎng)、面積等數(shù)據(jù)之后添加合適的字段，并利用計(jì)算機(jī)工具自動(dòng)生成正確的數(shù)據(jù)信息[6]。還可以將由計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件外的表格計(jì)算工具中，以便更好地運(yùn)算與統(tǒng)計(jì)，如此就能夠形成公共空間基礎(chǔ)設(shè)施的圖層結(jié)構(gòu)。

1.2 設(shè)計(jì)公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道網(wǎng)絡(luò)體系

綜合考慮用地規(guī)劃重要度、距離成本以及連通性等因素，參考如圖1 所示的幾種常見廊道網(wǎng)絡(luò)模式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)的多方案設(shè)計(jì)。

圖1 基礎(chǔ)設(shè)施廊道網(wǎng)絡(luò)模式

在高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間中，可以通過(guò)GIS 平臺(tái)計(jì)算得到其覆蓋指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間，結(jié)合如圖1 所示的廊道網(wǎng)絡(luò)模型恰好能夠得到廊道用地規(guī)劃的對(duì)應(yīng)分值，如表2所示。

結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)，在4種網(wǎng)絡(luò)模式下形成如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潴w系。

表2 網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)對(duì)應(yīng)分值

在圖2 所示的廊道拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)體系中可以適當(dāng)以外部關(guān)鍵點(diǎn)為骨架，建立不同樣式的用地規(guī)劃體系，著重考慮將網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)置為一個(gè)閉合的環(huán)，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)體系的標(biāo)準(zhǔn)化分值，從而構(gòu)建性能更優(yōu)越的廊道拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)體系[7]。

圖2 廊道拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)體系

1.3 基于網(wǎng)絡(luò)體系緩沖區(qū)分析技術(shù)規(guī)劃廊道用地

本文通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系建立緩沖區(qū)來(lái)設(shè)計(jì)廊道用地規(guī)劃方法，在建立緩沖區(qū)的過(guò)程中，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Pi進(jìn)行如下定義：

式中，Pi為地理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)主要表示基礎(chǔ)設(shè)施的“點(diǎn)”型圖層；O為在該地理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周邊建立的緩沖區(qū)；λ為網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)對(duì)應(yīng)的分值，λ∈{- 3，-2，-1，0，1，2，3} ；d為最小歐氏距離；X為城市區(qū)塊總數(shù)[8]。在通過(guò)緩沖區(qū)分析方法計(jì)算公共設(shè)施配套范圍的過(guò)程中，可以同時(shí)對(duì)O進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并將所有公共設(shè)施周邊的緩沖區(qū)匯總到同一圖層中。分別統(tǒng)計(jì)X個(gè)圖層區(qū)塊中緩沖區(qū)內(nèi)廊道的數(shù)量，并計(jì)算每個(gè)廊道區(qū)間內(nèi)緩沖區(qū)面積占O總面積的比例。將每個(gè)緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)的分支與各自的占比相交，得到如公式（2）所示的設(shè)施覆蓋度：

式中，Ii為每一個(gè)公共空間基礎(chǔ)設(shè)施的空間覆蓋度；Nn為第n個(gè)設(shè)施與其周邊廊道之間的連通性能。在得到設(shè)施覆蓋度以后，可以通過(guò)GIS平臺(tái)直接得到高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃圖像[9-10]，利用圖像完成對(duì)高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃。

2 實(shí)驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證所提方法在高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃中的應(yīng)用效果，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某大型城市作為研究對(duì)象，將其相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、地理矢量化數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于信息來(lái)源不同，很容易因時(shí)間差異導(dǎo)致不同類型數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)小范圍誤差，因此，將數(shù)據(jù)的來(lái)源時(shí)間設(shè)定為2015年，以保證數(shù)據(jù)結(jié)果的統(tǒng)一性。使用ENVI解譯遙感影像數(shù)據(jù)，并通過(guò)ArcGIS對(duì)地理矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化處理，同時(shí)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、替換土地類型等操作。將預(yù)處理后的影像資料進(jìn)行疊加，重新采樣并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，再通過(guò)索引材料模擬計(jì)算。將該城市網(wǎng)絡(luò)分為15 個(gè)面狀區(qū)域、107 個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)、237個(gè)廊道線條，并分別編號(hào)。

在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)廊道連通性評(píng)價(jià)用地規(guī)劃方法的性能。在測(cè)試中，通?？梢詫⒗鹊莱橄鬄榫€狀結(jié)構(gòu)，將公共空間抽象為面狀結(jié)構(gòu)，將基礎(chǔ)設(shè)施抽象為點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，并據(jù)此構(gòu)建一個(gè)大型的簡(jiǎn)化城市網(wǎng)絡(luò)。以廊道的線點(diǎn)率以及網(wǎng)絡(luò)連接度評(píng)價(jià)該城市網(wǎng)絡(luò)的連通性能。

式中，α為城市網(wǎng)絡(luò)的線點(diǎn)率，α取值區(qū)間通常為[0，3]，當(dāng)α=0 時(shí)表示該城市中無(wú)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在；β為城市公共空間之間的網(wǎng)絡(luò)連接度，即廊道對(duì)于城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施的連接程度，β取值通常為[0，1]；L為城市網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)面狀分區(qū)中的邊，也可以為各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)之間連接線的數(shù)目；V為基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)點(diǎn)數(shù)；P為城市網(wǎng)絡(luò)中無(wú)法通過(guò)廊道連通的面狀區(qū)域數(shù)。

為驗(yàn)證文中規(guī)劃方法確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)計(jì)廊道用地規(guī)劃的優(yōu)化，將基于GIS的廊道建模方法（常規(guī)方法1）、文獻(xiàn)[3]方法（常規(guī)方法2）和文獻(xiàn)[4]方法（常規(guī)方法3）與文中方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.2 廊道連通率測(cè)試

首先，通過(guò)公式（3）計(jì)算4 種方法的廊道連通率，使用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)整理后得到如表3所示的廊道連通率數(shù)據(jù)對(duì)比表格。在15個(gè)面狀空間中，4 種廊道用地規(guī)劃方法下點(diǎn)、線、面之間的連通率均不同。當(dāng)β=0時(shí)表示面與面、節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間無(wú)線狀結(jié)構(gòu)相連；當(dāng)β＜1 時(shí)表示城市網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出樹狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)β=1時(shí)表示該城市的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有至少一個(gè)回路；當(dāng)1＜β＜3 時(shí)表示該城市的用地網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜。在使用文中廊道用地規(guī)劃方法時(shí)，其連通率均大于1，可見該方法能夠在15 塊面狀區(qū)域中構(gòu)建復(fù)雜的回路，其連通率的平均值約為2.184。而在使用其他3種方法規(guī)劃廊道用地時(shí)，大部分連通率在1～3之間，極少數(shù)情況會(huì)小于1，其連通率的平均值約為1.801、1.726、1.754。由此可見，文中方法的連通率明顯高于其他3種方法。

表3 廊道連通率對(duì)比

2.3 廊道網(wǎng)絡(luò)連接度測(cè)試

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中的廊道連通率對(duì)比結(jié)果，可以在ArcGIS 軟件中直接通過(guò)公式（4）得到廊道網(wǎng)絡(luò)連接度，并繪制如圖3 所示的廊道網(wǎng)絡(luò)連接度測(cè)試效果圖。

圖3 所示的廊道網(wǎng)絡(luò)連接度測(cè)試中，高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道的網(wǎng)絡(luò)連接度在文中方法的幫助下“點(diǎn)線”與“點(diǎn)面”之間均有較好的網(wǎng)絡(luò)連接性，其中數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)與廊道線條之間的網(wǎng)絡(luò)連接度平均值約為0.574，面狀區(qū)域與廊道之間的網(wǎng)絡(luò)連接度平均值約為0.486。在3個(gè)常規(guī)方法中，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)與廊道之間的網(wǎng)絡(luò)連接度平均值約為0.392、0.434、0.248，面狀區(qū)域與廊道之間的網(wǎng)絡(luò)連接度平均值約為0.315、0.305、0.278，均低于文中方法。

圖3 廊道網(wǎng)絡(luò)連接度測(cè)試

綜合上述2 個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出如下結(jié)論：文中針對(duì)高密度城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道設(shè)計(jì)的用地規(guī)劃方法擁有較好的連通效果，無(wú)論是在連通率還是在網(wǎng)絡(luò)連接度方面均優(yōu)于常規(guī)方法，說(shuō)明文中方法擁有較好的規(guī)劃效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道網(wǎng)絡(luò)體系，得到了較為完整且成體系的城市公共空間基礎(chǔ)設(shè)施廊道用地規(guī)劃方法。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法比常規(guī)方法更具備實(shí)用性，其廊道連通效果在連通率和網(wǎng)絡(luò)連接度中均具備較好的測(cè)試結(jié)果，使用該方法進(jìn)行規(guī)劃可以得到更好的效果。