朱茜亚, 田国行, 吕锐, 樊凡, 李华威

(1.河南农业大学风景园林与艺术学院,河南 郑州 450002; 2.郑州市国土空间规划和土地利用研究所,河南 郑州 450006)

高品质、高质量、高水平国土空间规划体系的建立以及城市生态文明的优先发展,推动了中国人居生态环境的整体改善和城乡绿色空间的全面融合。在整个国土空间规划体系中,城市绿地系统规划承担着为广大公民提供高品质绿色生活的重大使命,是构建国土空间规划体系中的关键一环[1]。通过对城市绿地的空间分布形式进行科学、合理的规划,以及对城市绿地的空间结构进行调整,都可以有效地提高城市绿地的生态效益[2]。与此同时,为了让中国城市园林绿化水平得到进一步的提升,国家也对城市绿地系统规划提出了更高标准的要求,并对其进行了详细阐述,明确提出了建设生态园林城市的号召。因此,生态园林城市的评选标准变得更为严苛和全面,也更能够反映出国家对提升城市生态环境质量的提升的重视[3]。公园绿地是城市生态系统和城市绿色基础设施的重要组成部分[4],不仅能够充分满足市民游憩娱乐、进行各种社会文化活动等的需要,也是城市绿地生态建设中的一个关键环节[5-6]。科学合理地安排城市公园绿地空间,协调好供需关系,直接关系到城市居民“亲近自然”和“休闲游憩”权益的实现,是提高居民幸福感、社会公平性及城市可持续发展的关键所在[7-8]。

目前,关于城市公园绿地规划的研究已取得了较为完备的成果,相关理论与技术已较为成熟。然而,在过去的公园体系规划中,人们更多关注的是公园绿地的总量和人均公园绿地的占有量,忽视了居民的实际需求量以及公园绿地的有效供给量[6,9-10]。虽然人均公园面积指标能够较好地解决不同地域间分配不公的问题,但是就某一市域而言,人均公园面积指标不可避免引发“高供给低需求”“低供给高需求”等供需不匹配的问题。因此,该指标已无法适应地方异质性需求[11-12]。另外,当前中国城市公园绿地的规划布局多采用见空插绿的方式进行,导致公园绿地服务半径分布不合理。这一方面体现在:一些居民小区因城市阻力而无法到达或很难到达公园绿地,造成了公园绿地的“服务盲区”;另外,由于部分区域公园绿地的服务范围交叉,导致公园绿地的利用率降低和资源的浪费。对城市公园绿地进行科学、合理的规划与布局,能够最大限度地减少公园服务范围的重叠区域,最大限度地消除公园绿地的服务盲区,能够有效地提升公园的可达性与利用率,从而提升公共资源共享的效率与公平[13]。

公园绿地的空间布局和供需匹配关系是近年的研究热点。供需匹配是指一定区域内服务供给与居民需求在数量和空间上的匹配状况。一些学者通过以居住区为圆心,以一定的时间内所能达到的极限距离为半径进行搜索,用该区域内所有公园绿地的面积与人口的比来衡量供需匹配性[14-15]。优化过后的两步移动搜索法在计算的过程中,将供求的规模、供求的实际距离和距离衰减效应等多种影响因素进行了全面的考量,它测算的数据更加符合实际。所以,这一指标正逐渐成为国内外学者对城市公共服务供给与需求匹配度进行评估的重要方法[16-17]。

为应对城市快速发展,以科学的绿地系统规划来指导绿地建设工作,以增强绿色基础设施的承载力,在周口市建设“国家生态园林城市”背景下,以周口市建成区为研究对象,定量研究了周口市建成区中的公园绿地空间分布特征与供需匹配关系,对现有公园绿地中所出现的问题进行归纳总结,进而提出了相对应的优化对策,以期提升周口市建成区中公园绿地的可达性、供需匹配度及空间布局的合理性。构建与周口市规模相匹配的公园绿地系统;构建与城市规模相适应的公园绿地结构;为周口市区居民提供方便舒适的活动场所,为周口市的城市绿地规划与建设提供科学依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

周口市拥有得天独厚的自然条件,湿地资源丰富,有3个国家级湿地公园和7个省级湿地公园,湿地生物资源丰富、自然风景优美、文化积淀深厚。周口市建成区目前被划分为3个区:川汇区(老城区)、示范区(城乡一体示范区)、开发区(经济技术开发区),面积为8 006.21 hm2,建成区现状公园绿地面积1 380.79 hm2,占城市建设用地比例19.68%。

1.2 数据来源与预处理

本研究影像数据来源于2021年Pleiades高分系列卫星,精度0.8 m。应用遥感技术手段在周口建成区影像图上分类提取各类绿地数据,同时结合实地调研,累计得到125个城市公园绿地,面积共1 380.79 hm2。城市道路数据来源于2021年周口市自然资源局官方数据;100 m精度人口密度数据来源于World Pop网站(https://hub.worldpop.org/project/categories?id=3)2020年全球人口统计数据。行政区划数据来源周口市人民政府官网(http://www.zhoukou.gov.cn)

1.3 研究方法

1.3.1 分形理论 分维数具有多重性,由于不同的分形数学模型得到的分维数值以及它们的地理含义都不相同,因此该分维数所反映的空间复杂度也就相应的有所差异。现有的分形维数(如边界维数,豪斯道夫维数,网格维数,半径维数)被广泛应用于城市空间结构和空间形态的测量。网格维数主要研究某一用地类型面积和栅格数量之间的关系,它能反映该用地类型空间布局的均衡性;半径维数是研究某一用地类型面积与同心圈半径之间的相关关系,它能反映该用地类型密度由中心向外围的衰减速率。因此,为了研究周口市公园绿地的空间分布特点,选用半径维数和网格维数进行研究。

表1 分形维数定义、释义表Table 1 Fractal dimension definition and interpretation table

1.3.2 核密度估计法 空间分布上点状要素的集聚程度可以通过核密度估计法进行分析[20]。为了考虑公园面积大小对核密度的影响,选择用200 m×200 m网格对公园进行覆盖,筛选出与公园绿地相交的格子的中心点,将该点的属性值附在一个直径为d的圆中进行分配,在圆心时属性值最大,并且随着距离的增大而减小。通过进行核密度测算,可以更加清晰直观地看出公园绿地分布情况。

1.3.3 格网化的两步移动搜索法 两步移动搜索法对供给和需求2个方面的影响进行了综合考虑,其中,在多种衰减形式中,利用高斯函数构建空间衰减规则,是最常用的一种方法[21-22]。本研究所采用的高斯两步移动搜索法是在原有的两步移动搜索法的基础上对数据源及origin-destination(OD)成本计算方法进行改进后的算法。能够全面、简便地对公园绿地可达性进行分析。

首先,以公园绿地的入口作为供给点j,以人们从居住地到公园绿地入口的路网极限距离d0(依据自然资源部发布的TD/T 1062—2021《社区生活圈规划技术指南》中的15 min社区生活圈慢行网络[23]选取1 000 m为路网极限距离d0)为半径进行搜索,搜索区域内所有的人口数量,并使用高斯函数根据距离衰减法则赋予权重,最后进行加和汇总,计算供需比Rj[24]:

式中:Dk指每个需求单元k内的人口数(本研究采用200 m×200 m的网格对研究区域进行格网化处理,选取网格中心作为需求点Dk),dkj表示位置k、j之间的路网距离,G(dij)是高斯衰减函数:

选取任一居住区作为需求点i,以极限距离d0为半径对该域内所有的公园绿地j进行搜索,在高斯衰减函数的基础上,将这些公园绿地的供需比Rj汇总求和,从而得到居民点i的可达性AiD[24]:

1.3.4K均值聚类分析法K均值聚类分析是一种算法简单、可高效处理大数据集的迭代求解的聚类分析算法[25],它能够将具有类似特性的一些数据进行归类组合,从而挖掘出不同的数据内部之间的结构差异[25]。将所有数据通过Z-score标准化法进行标准化,使之转变为标准的正态分布。其中聚类的主要指标有:城市居民到公园绿地的可达性指数、城市居民对公园绿地的需求指数和公园绿地对城市居民的供给指数。最终通过K均值聚类分析,获取研究区中公园绿地可达性与供需匹配的状况,并结合实际数据,从供给和需求两个角度,剖析造成公园绿色空间可达性差异的主要原因[22],进而针对不同分区提出针对性的政策建议。

2 结果与分析

2.1 周口市主城区公园绿地空间布局分析

周口市建成区公园绿地在计算半径分维数时选择500 m等量递增画同心圆并对无标度区间内的数据点进行分段拟合(图2)。当同心圆半径在500～3 500 m时半径分维数D1=1.92;同心圆半径在4 000～10 000 m时半径分维数D2=1.38。半径分维数均小于2,表明公园绿地密度从中心向外围衰减,即在平面上呈向中心聚集的趋势。同时D1>D2因此,在半径3 500 m以内公园绿地的密度从中心向周围衰减的速率相对较慢,在半径在4 000～10 000 m时公园绿地的密度从中心向周围衰减的速率相对较快。转折点出现在半径3 500～4 000 m之间。这个转折点与中心城区的规模大小密切相关,当这一转折点出现时,说明城市正在向郊区过渡,建设用地减少,因此公园绿地的面积也随之减少。

在计算网格分维数时,当空格子和非空格子第1次同时出现,可作为标度区的起点(图3)。第4组数据空格子和非空格子第1次同时出现,因此作为标度区的起点,对第4组数据到第8组数据进行拟合计算网格分维数。最终得到D=1.53,这表明当网格大小不断减小时,空间要素也随之小幅度增加,这一分维数值说明空间要素的分布相对集中。

通过核密度分析可以看到周口市公园绿地主要集中在沙颍河和洼冲沟两岸,整体呈现为2条带状分布。其他区域也有公园绿地分布但其面积相对较小分布也较为分散,因此周口市公园绿地呈现“整体集中,局部分散”的空间布局特点(图4)。

2.2 周口市主城区公园绿地供需匹配度分析

供需匹配度的计算中供给量为周口市建成区公园绿地的面积,根据周口市建成区2021年高分影像共提取125个现状公园绿地,绿地面积为1 380.79 hm2,占城市建设用地比例19.68%,人均公园绿地面积28.36 m2(图5)。供需匹配度的计算中需求量为人口密度,2021年周口市建成区人口48.68万人,建成区人口密度从城市中心向外围不断减少,人口主要集中在川汇区和开发区,示范区人口密度较小(图6)。该模型设置次高值区与次低值区的分界值为周口公园绿地面积为28.36 m2·人-1。由公园绿地供需度分析图可得供需匹配度低值区所占比例为14.39%、次低值区所占比例为30.51%、次高值区所占比例为17%、高值区所占比例为2.93%、零值区所占比例为35.17%(图中所存在的零值区是因为该范围没有居住人口或者该地没有公园绿地导致供给度或者需求度为零),其中除零值区外次低值区占比最高,在3个区中示范区的公园绿地供需度值最高,大部分区域高于周口市的人均公园绿地面积;开发区和川汇区公园绿地供需度值都相对较差,大部分区域低于周口市的人均公园绿地面积,且大部分为低值区(图7)。

经过K均值聚类分析得到的周口市公园绿地供需可达性组合模式图(图8)。从图8中可得,低供给高需求低可达性的区域所占比例为44.61%、高供给低需求高可达性的区域所占比例为0.88%、高供给中需求中可达性的区域所占比例为4.56%、中供给中需求中可达性的区域所占比例为14.78%、零供给或零需求的区域所占比例为35.17%,其中低供给高需求低可达性的区域占比最高,而且示范区大部分都位于高供给中需求中可达性、中供给中需求中可达性以及高供给低需求高可达性的区域;而开发区和川汇区大都位于低供给高需求低可达性的区域。

3 周口市主城区公园绿地优化建议

基于研究结果,总结现有公园绿地空间布局存在的建设性问题,结合周口市不同区域内公园绿地的具体情况给出以下几点优化建议:

1)示范区本身公园绿地面积较大,人均绿地面积较高,供需匹配度及可达性都比较高,因此不需要增建大量公园绿地,公园绿地优化的重点主要是对已有的公园绿地进行养护和管理,提高公园绿地的品质,并对周边的交通网络进行优化,提高公园绿地的吸引力。

2)川汇区属于老城区,城市用地比较紧缺。可增加立体绿化,屋顶绿化,丰富绿化体系;对其内部缺少城市居民休闲娱乐必要基础设施的公园绿地,结合该绿地周围的其他规划用地和居民的不同需求对过小的绿地进行拓展扩建,或补充必要的休闲娱乐设施;将沙颍河两侧裸地改造为滨水绿地,增加植被覆盖,解决修复黄土裸露;增加道路绿地,以“路路成景”为原则进行道路绿化建设街头小游园。

3)开发区目前人口密度相对较少,人口居住分散,且存在大量未建设用地。因此,可在该片区新增建设中大型公园绿地,提高该区域的公园绿地可达性以及供需匹配度。

最后根据周口市建成区土地利用分类现状并结合现有公园绿地空间布局的特点,以及供需匹配计算的结果对周口市公园绿地的空间布局重新进行优化。将建成区内的公园绿地系统打造成“一环、四带、多核”的空间布局结构(图9)和“水绿融合、绿脉贯穿”的绿地特点。一环指龙源路—太昊路—周口大道—太清路环状景观大道;四带指运粮河、沙颍河、洼冲沟、幸福河四条景观带;多核指永宁湖湿地公园、周口公园、沙颍河公园等公园绿地核心。“水绿融合、绿脉贯穿”指将公园体系的建设与水系相结合,以水系生态系统廊道为纽带将公园绿地节点连接成网,形成水系与公园绿地相融合的景观特色。同时通过城市中多点散布的公园节点多点带动,网状链接,丰富了周口市建成区的公园体系(图10),全面提升了城市的空间景观品质。

审图号:GS(2019)3333号

半径维数 网格维数

半径维数 网格维数

图5 周口市建成区公园(供给)路网现状图

图6 周口市建成区人口密度(需求)

图7 周口市建成区公园绿地供需度分析

图8 周口市建成区公园绿地供需可达性组合模式分类

图10 周口市主城区公园绿地空间分布图

4 结论与讨论

现有公园绿地的相关研究大多关注的是公园绿地的总量和人均公园绿地的占有量,从而忽视了公园绿地的供需匹配性。本研究在探讨公园绿地空间布局及供需匹配差异成因等方面具有一定的创新性,运用了高斯两步移动搜索法、分形理论以及核密度分析法进行研究,结果更加符合事实,但由于受数据资料等方面限制,仍存在一定不足,如未能获取准确的小区居住人口,采用的人口栅格数据进行代替;仅以公园绿地面积和居住人口数表示供需量;没有考虑公园内部服务设施的具体情况以及不同人群的需求差异;没有考虑居民除步行外的其他出行方式,与实际情况存在一定的差异。未来研究可加以改进获取更加准确的人口数据以及公园绿地的服务供给情况,得到更加科学的结果,为公园绿地布局,优化公园体系打造提供更有价值的决策依据。

本研究以周口市建成区为研究区,基于卫星遥感影像,运用分形理论、核密度估计法等方法,分析了城市公园绿地空间布局特征,在此基础上利用公园绿地空间矢量数据和人口栅格数据获取供需空间分布,并采用改进后的两步移动搜索法对公园绿地可达性和供需匹配性进行评价,最终通过将可达性以及供需进行聚类进一步剖析供需差异化的成因。

1)周口市建成区公园绿地空间分布不尽合理,公园绿地空间布局呈现高聚集状态,主要集中在沙颍河两侧以及洼冲沟沿线整体呈现为两条带状分布表现为“整体集中,局部分散”的空间布局特点。2)周口市公园绿地密度从建成区中心向周围不断衰减。3)周口市建成区公园绿地供需匹配程度总体呈现出东北高西南低空间分布特征,各个区域公园绿地供需匹配程度差异明显,示范区供需匹配程度最高,川汇区和开发区供需匹配程度都较低。4)根据K均值聚类分析结果,周口市建成区公园绿地各类区域差异化明显,川汇区和开发区大部分区域位于低供给高需求低可达性区域,示范区大部分位于中高供给中低需求中高可达性的区域。

本研究对周口市建成区公园绿地的空间布局和供需匹配关系进行了深入研究,发现其存在空间分布不合理、供需不匹配的问题。在现有的规划布局中,公园绿地分布太过于集中,一些公园绿地的服务范围存在交叉和盲区的情况,这导致公园绿地的利用率降低。该研究对公园绿地布局规划进行优化,以提高公园绿地的服务效能,对于提高城市居民的生活质量、实现可持续发展具有重要意义。