周口市建成區公園綠地空間布局與供需匹配研究

朱茜亞, 田國行, 呂銳, 樊凡, 李華威

(1.河南農業大學風景園林與藝術學院,河南 鄭州 450002; 2.鄭州市國土空間規劃和土地利用研究所,河南 鄭州 450006)

高品質、高質量、高水平國土空間規劃體系的建立以及城市生態文明的優先發展,推動了中國人居生態環境的整體改善和城鄉綠色空間的全面融合。在整個國土空間規劃體系中,城市綠地系統規劃承擔著為廣大公民提供高品質綠色生活的重大使命,是構建國土空間規劃體系中的關鍵一環[1]。通過對城市綠地的空間分布形式進行科學、合理的規劃,以及對城市綠地的空間結構進行調整,都可以有效地提高城市綠地的生態效益[2]。與此同時,為了讓中國城市園林綠化水平得到進一步的提升,國家也對城市綠地系統規劃提出了更高標準的要求,并對其進行了詳細闡述,明確提出了建設生態園林城市的號召。因此,生態園林城市的評選標準變得更為嚴苛和全面,也更能夠反映出國家對提升城市生態環境質量的提升的重視[3]。公園綠地是城市生態系統和城市綠色基礎設施的重要組成部分[4],不僅能夠充分滿足市民游憩娛樂、進行各種社會文化活動等的需要,也是城市綠地生態建設中的一個關鍵環節[5-6]?？茖W合理地安排城市公園綠地空間,協調好供需關系,直接關系到城市居民“親近自然”和“休閑游憩”權益的實現,是提高居民幸福感、社會公平性及城市可持續發展的關鍵所在[7-8]。

目前,關于城市公園綠地規劃的研究已取得了較為完備的成果,相關理論與技術已較為成熟。然而,在過去的公園體系規劃中,人們更多關注的是公園綠地的總量和人均公園綠地的占有量,忽視了居民的實際需求量以及公園綠地的有效供給量[6,9-10]。雖然人均公園面積指標能夠較好地解決不同地域間分配不公的問題,但是就某一市域而言,人均公園面積指標不可避免引發“高供給低需求”“低供給高需求”等供需不匹配的問題。因此,該指標已無法適應地方異質性需求[11-12]。另外,當前中國城市公園綠地的規劃布局多采用見空插綠的方式進行,導致公園綠地服務半徑分布不合理。這一方面體現在:一些居民小區因城市阻力而無法到達或很難到達公園綠地,造成了公園綠地的“服務盲區”;另外,由于部分區域公園綠地的服務范圍交叉,導致公園綠地的利用率降低和資源的浪費。對城市公園綠地進行科學、合理的規劃與布局,能夠最大限度地減少公園服務范圍的重疊區域,最大限度地消除公園綠地的服務盲區,能夠有效地提升公園的可達性與利用率,從而提升公共資源共享的效率與公平[13]。

公園綠地的空間布局和供需匹配關系是近年的研究熱點。供需匹配是指一定區域內服務供給與居民需求在數量和空間上的匹配狀況。一些學者通過以居住區為圓心,以一定的時間內所能達到的極限距離為半徑進行搜索,用該區域內所有公園綠地的面積與人口的比來衡量供需匹配性[14-15]。優化過后的兩步移動搜索法在計算的過程中,將供求的規模、供求的實際距離和距離衰減效應等多種影響因素進行了全面的考量,它測算的數據更加符合實際。所以,這一指標正逐漸成為國內外學者對城市公共服務供給與需求匹配度進行評估的重要方法[16-17]。

為應對城市快速發展,以科學的綠地系統規劃來指導綠地建設工作,以增強綠色基礎設施的承載力,在周口市建設“國家生態園林城市”背景下,以周口市建成區為研究對象,定量研究了周口市建成區中的公園綠地空間分布特征與供需匹配關系,對現有公園綠地中所出現的問題進行歸納總結,進而提出了相對應的優化對策,以期提升周口市建成區中公園綠地的可達性、供需匹配度及空間布局的合理性。構建與周口市規模相匹配的公園綠地系統;構建與城市規模相適應的公園綠地結構;為周口市區居民提供方便舒適的活動場所,為周口市的城市綠地規劃與建設提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

周口市擁有得天獨厚的自然條件,濕地資源豐富,有3個國家級濕地公園和7個省級濕地公園,濕地生物資源豐富、自然風景優美、文化積淀深厚。周口市建成區目前被劃分為3個區:川匯區(老城區)、示范區(城鄉一體示范區)、開發區(經濟技術開發區),面積為8 006.21 hm2,建成區現狀公園綠地面積1 380.79 hm2,占城市建設用地比例19.68%。

1.2 數據來源與預處理

本研究影像數據來源于2021年Pleiades高分系列衛星,精度0.8 m。應用遙感技術手段在周口建成區影像圖上分類提取各類綠地數據,同時結合實地調研,累計得到125個城市公園綠地,面積共1 380.79 hm2。城市道路數據來源于2021年周口市自然資源局官方數據;100 m精度人口密度數據來源于World Pop網站(https://hub.worldpop.org/project/categories?id=3)2020年全球人口統計數據。行政區劃數據來源周口市人民政府官網(http://www.zhoukou.gov.cn)

1.3 研究方法

1.3.1 分形理論 分維數具有多重性,由于不同的分形數學模型得到的分維數值以及它們的地理含義都不相同,因此該分維數所反映的空間復雜度也就相應的有所差異?，F有的分形維數(如邊界維數,豪斯道夫維數,網格維數,半徑維數)被廣泛應用于城市空間結構和空間形態的測量。網格維數主要研究某一用地類型面積和柵格數量之間的關系,它能反映該用地類型空間布局的均衡性;半徑維數是研究某一用地類型面積與同心圈半徑之間的相關關系,它能反映該用地類型密度由中心向外圍的衰減速率。因此,為了研究周口市公園綠地的空間分布特點,選用半徑維數和網格維數進行研究。

表1 分形維數定義、釋義表Table 1 Fractal dimension definition and interpretation table

1.3.2 核密度估計法 空間分布上點狀要素的集聚程度可以通過核密度估計法進行分析[20]。為了考慮公園面積大小對核密度的影響,選擇用200 m×200 m網格對公園進行覆蓋,篩選出與公園綠地相交的格子的中心點,將該點的屬性值附在一個直徑為d的圓中進行分配,在圓心時屬性值最大,并且隨著距離的增大而減小。通過進行核密度測算,可以更加清晰直觀地看出公園綠地分布情況。

1.3.3 格網化的兩步移動搜索法 兩步移動搜索法對供給和需求2個方面的影響進行了綜合考慮,其中,在多種衰減形式中,利用高斯函數構建空間衰減規則,是最常用的一種方法[21-22]。本研究所采用的高斯兩步移動搜索法是在原有的兩步移動搜索法的基礎上對數據源及origin-destination(OD)成本計算方法進行改進后的算法。能夠全面、簡便地對公園綠地可達性進行分析。

首先,以公園綠地的入口作為供給點j,以人們從居住地到公園綠地入口的路網極限距離d0(依據自然資源部發布的TD/T 1062—2021《社區生活圈規劃技術指南》中的15 min社區生活圈慢行網絡[23]選取1 000 m為路網極限距離d0)為半徑進行搜索,搜索區域內所有的人口數量,并使用高斯函數根據距離衰減法則賦予權重,最后進行加和匯總,計算供需比Rj[24]:

式中:Dk指每個需求單元k內的人口數(本研究采用200 m×200 m的網格對研究區域進行格網化處理,選取網格中心作為需求點Dk),dkj表示位置k、j之間的路網距離,G(dij)是高斯衰減函數:

選取任一居住區作為需求點i,以極限距離d0為半徑對該域內所有的公園綠地j進行搜索,在高斯衰減函數的基礎上,將這些公園綠地的供需比Rj匯總求和,從而得到居民點i的可達性AiD[24]:

1.3.4K均值聚類分析法K均值聚類分析是一種算法簡單、可高效處理大數據集的迭代求解的聚類分析算法[25],它能夠將具有類似特性的一些數據進行歸類組合,從而挖掘出不同的數據內部之間的結構差異[25]。將所有數據通過Z-score標準化法進行標準化,使之轉變為標準的正態分布。其中聚類的主要指標有:城市居民到公園綠地的可達性指數、城市居民對公園綠地的需求指數和公園綠地對城市居民的供給指數。最終通過K均值聚類分析,獲取研究區中公園綠地可達性與供需匹配的狀況,并結合實際數據,從供給和需求兩個角度,剖析造成公園綠色空間可達性差異的主要原因[22],進而針對不同分區提出針對性的政策建議。

2 結果與分析

2.1 周口市主城區公園綠地空間布局分析

周口市建成區公園綠地在計算半徑分維數時選擇500 m等量遞增畫同心圓并對無標度區間內的數據點進行分段擬合(圖2)。當同心圓半徑在500～3 500 m時半徑分維數D1=1.92;同心圓半徑在4 000～10 000 m時半徑分維數D2=1.38。半徑分維數均小于2,表明公園綠地密度從中心向外圍衰減,即在平面上呈向中心聚集的趨勢。同時D1>D2因此,在半徑3 500 m以內公園綠地的密度從中心向周圍衰減的速率相對較慢,在半徑在4 000～10 000 m時公園綠地的密度從中心向周圍衰減的速率相對較快。轉折點出現在半徑3 500～4 000 m之間。這個轉折點與中心城區的規模大小密切相關,當這一轉折點出現時,說明城市正在向郊區過渡,建設用地減少,因此公園綠地的面積也隨之減少。

在計算網格分維數時,當空格子和非空格子第1次同時出現,可作為標度區的起點(圖3)。第4組數據空格子和非空格子第1次同時出現,因此作為標度區的起點,對第4組數據到第8組數據進行擬合計算網格分維數。最終得到D=1.53,這表明當網格大小不斷減小時,空間要素也隨之小幅度增加,這一分維數值說明空間要素的分布相對集中。

通過核密度分析可以看到周口市公園綠地主要集中在沙潁河和洼沖溝兩岸,整體呈現為2條帶狀分布。其他區域也有公園綠地分布但其面積相對較小分布也較為分散,因此周口市公園綠地呈現“整體集中,局部分散”的空間布局特點(圖4)。

2.2 周口市主城區公園綠地供需匹配度分析

供需匹配度的計算中供給量為周口市建成區公園綠地的面積,根據周口市建成區2021年高分影像共提取125個現狀公園綠地,綠地面積為1 380.79 hm2,占城市建設用地比例19.68%,人均公園綠地面積28.36 m2(圖5)。供需匹配度的計算中需求量為人口密度,2021年周口市建成區人口48.68萬人,建成區人口密度從城市中心向外圍不斷減少,人口主要集中在川匯區和開發區,示范區人口密度較小(圖6)。該模型設置次高值區與次低值區的分界值為周口公園綠地面積為28.36 m2·人-1。由公園綠地供需度分析圖可得供需匹配度低值區所占比例為14.39%、次低值區所占比例為30.51%、次高值區所占比例為17%、高值區所占比例為2.93%、零值區所占比例為35.17%(圖中所存在的零值區是因為該范圍沒有居住人口或者該地沒有公園綠地導致供給度或者需求度為零),其中除零值區外次低值區占比最高,在3個區中示范區的公園綠地供需度值最高,大部分區域高于周口市的人均公園綠地面積;開發區和川匯區公園綠地供需度值都相對較差,大部分區域低于周口市的人均公園綠地面積,且大部分為低值區(圖7)。

經過K均值聚類分析得到的周口市公園綠地供需可達性組合模式圖(圖8)。從圖8中可得,低供給高需求低可達性的區域所占比例為44.61%、高供給低需求高可達性的區域所占比例為0.88%、高供給中需求中可達性的區域所占比例為4.56%、中供給中需求中可達性的區域所占比例為14.78%、零供給或零需求的區域所占比例為35.17%,其中低供給高需求低可達性的區域占比最高,而且示范區大部分都位于高供給中需求中可達性、中供給中需求中可達性以及高供給低需求高可達性的區域;而開發區和川匯區大都位于低供給高需求低可達性的區域。

3 周口市主城區公園綠地優化建議

基于研究結果,總結現有公園綠地空間布局存在的建設性問題,結合周口市不同區域內公園綠地的具體情況給出以下幾點優化建議:

1)示范區本身公園綠地面積較大,人均綠地面積較高,供需匹配度及可達性都比較高,因此不需要增建大量公園綠地,公園綠地優化的重點主要是對已有的公園綠地進行養護和管理,提高公園綠地的品質,并對周邊的交通網絡進行優化,提高公園綠地的吸引力。

2)川匯區屬于老城區,城市用地比較緊缺?？稍黾恿Ⅲw綠化,屋頂綠化,豐富綠化體系;對其內部缺少城市居民休閑娛樂必要基礎設施的公園綠地,結合該綠地周圍的其他規劃用地和居民的不同需求對過小的綠地進行拓展擴建,或補充必要的休閑娛樂設施;將沙潁河兩側裸地改造為濱水綠地,增加植被覆蓋,解決修復黃土裸露;增加道路綠地,以“路路成景”為原則進行道路綠化建設街頭小游園。

3)開發區目前人口密度相對較少,人口居住分散,且存在大量未建設用地。因此,可在該片區新增建設中大型公園綠地,提高該區域的公園綠地可達性以及供需匹配度。

最后根據周口市建成區土地利用分類現狀并結合現有公園綠地空間布局的特點,以及供需匹配計算的結果對周口市公園綠地的空間布局重新進行優化。將建成區內的公園綠地系統打造成“一環、四帶、多核”的空間布局結構(圖9)和“水綠融合、綠脈貫穿”的綠地特點。一環指龍源路—太昊路—周口大道—太清路環狀景觀大道;四帶指運糧河、沙潁河、洼沖溝、幸福河四條景觀帶;多核指永寧湖濕地公園、周口公園、沙潁河公園等公園綠地核心?！八G融合、綠脈貫穿”指將公園體系的建設與水系相結合,以水系生態系統廊道為紐帶將公園綠地節點連接成網,形成水系與公園綠地相融合的景觀特色。同時通過城市中多點散布的公園節點多點帶動,網狀鏈接,豐富了周口市建成區的公園體系(圖10),全面提升了城市的空間景觀品質。

審圖號:GS(2019)3333號

半徑維數 網格維數

半徑維數 網格維數

圖5 周口市建成區公園(供給)路網現狀圖

圖6 周口市建成區人口密度(需求)

圖7 周口市建成區公園綠地供需度分析

圖8 周口市建成區公園綠地供需可達性組合模式分類

圖10 周口市主城區公園綠地空間分布圖

4 結論與討論

現有公園綠地的相關研究大多關注的是公園綠地的總量和人均公園綠地的占有量,從而忽視了公園綠地的供需匹配性。本研究在探討公園綠地空間布局及供需匹配差異成因等方面具有一定的創新性,運用了高斯兩步移動搜索法、分形理論以及核密度分析法進行研究,結果更加符合事實,但由于受數據資料等方面限制,仍存在一定不足,如未能獲取準確的小區居住人口,采用的人口柵格數據進行代替;僅以公園綠地面積和居住人口數表示供需量;沒有考慮公園內部服務設施的具體情況以及不同人群的需求差異;沒有考慮居民除步行外的其他出行方式,與實際情況存在一定的差異。未來研究可加以改進獲取更加準確的人口數據以及公園綠地的服務供給情況,得到更加科學的結果,為公園綠地布局,優化公園體系打造提供更有價值的決策依據。

本研究以周口市建成區為研究區,基于衛星遙感影像,運用分形理論、核密度估計法等方法,分析了城市公園綠地空間布局特征,在此基礎上利用公園綠地空間矢量數據和人口柵格數據獲取供需空間分布,并采用改進后的兩步移動搜索法對公園綠地可達性和供需匹配性進行評價,最終通過將可達性以及供需進行聚類進一步剖析供需差異化的成因。

1)周口市建成區公園綠地空間分布不盡合理,公園綠地空間布局呈現高聚集狀態,主要集中在沙潁河兩側以及洼沖溝沿線整體呈現為兩條帶狀分布表現為“整體集中,局部分散”的空間布局特點。2)周口市公園綠地密度從建成區中心向周圍不斷衰減。3)周口市建成區公園綠地供需匹配程度總體呈現出東北高西南低空間分布特征,各個區域公園綠地供需匹配程度差異明顯,示范區供需匹配程度最高,川匯區和開發區供需匹配程度都較低。4)根據K均值聚類分析結果,周口市建成區公園綠地各類區域差異化明顯,川匯區和開發區大部分區域位于低供給高需求低可達性區域,示范區大部分位于中高供給中低需求中高可達性的區域。

本研究對周口市建成區公園綠地的空間布局和供需匹配關系進行了深入研究,發現其存在空間分布不合理、供需不匹配的問題。在現有的規劃布局中,公園綠地分布太過于集中,一些公園綠地的服務范圍存在交叉和盲區的情況,這導致公園綠地的利用率降低。該研究對公園綠地布局規劃進行優化,以提高公園綠地的服務效能,對于提高城市居民的生活質量、實現可持續發展具有重要意義。