基于在线地图路径循迹的山地城市绿色开放空间步行可达性衰减
摘要：【目的】精准客观地评估山地城市绿色开放空间的步行可达性，揭示实际可达性与理论可达性之间的衰减状态，为山地绿色开放空间服务能力优化提升提供依据与参考。
【方法】以重庆市渝中区为研究范围，依托 Arc GIS 平台和高德地图应用程序接口（application programming interface, API），引入路径循迹法，从实际步行路径出发量化可达性，并通过对比实际可达性与理论可达性来分析城市整体及绿色开放空间的可达性衰减状态。
【结果】1）渝中区绿色开放空间步行可达范围整体衰减面积比为 43.19%，且 5 min、10 min、15 min 阈值内可达范围的衰减面积比分别为 32.12%、46.49%、46.30%；2）绿色开放空间衰减程度不均衡，衰减程度大于 60% 的绿色开放空间有 16 个，衰减程度最高为 87.71%；3）山顶、各级台层和滨江楔形绿色开放空间的高衰减比例相对更高。
【结论】进一步从选址、环境和本体 3 个方面总结衰减原因，并从步行可达性视角提出增量、串联、渗透的山地城市绿色开放空间优化建议，为客观评估山地城市绿色开放空间步行可达性提供思路，对山地城市绿色开放空间服务效能提升具有重要的现实意义。
1 研究背景
城市建成环境和居民生活质量与城市绿色开放空间息息相关，城市绿色开放空间是居民日常休闲娱乐的主要场所，居民能否快捷、公平地到达和享用至关重要[1-2]。为合理规划、建设和评估城市绿色开放空间的服务供给情况，学界常以可达性揭示其利用程度[3]。随着“15 min 生活圈”“健康城市”“宜居城市”等概念的提出，步行不仅是贴近生活、积极健康的基本休闲方式，还是衡量公共空间配置水平的一项重要指标[4]，对于绿色开放空间发挥服务效能具有关键意义。
山地城市受地形地貌、建设条件[5-6] 等因素制约，形成了有别于平原地区的城市肌理和空间模式。山地城市步行系统与地形起伏变化的环境紧密结合[7]，居民步行出行的轨迹较复杂，消耗的时空成本较高，加之山地城市各空间要素相对较为割裂，可达性普遍较低。相较于平原城市，基于步行可达性计算的山地城市绿色开放空间服务范围的衰减不均等、不平衡且程度更高，理论服务范围和真实服务能力之间的落差更明显。精准量化这种可达性衰减的状态并揭示其空间特征对山地城市绿色空间合理配置具有重要意义。
由于山地城市中的实际步行轨迹难以在二维平面上完整呈现，且平面行进距离与实际消耗的出行成本间不成正比关系[8]，故传统的可达性测度方法在山地环境中的应用存在精度不足的问题。目前针对山地城市绿色空间可达性的研究往往采用以路网结构表征三维立体城市空间的测度方法[9]，仅对居民出行和使用空间的可能性进行理论模拟，并非基于居民出行的实际情况，将城市空间与个体行为相结合的可达性研究方法有待深入研究。Oliver 等[10]开发了一种基于路径缓冲区的可达性量化评价方法，这种方法与步行轨迹高度拟合，能更加准确地反映行人可以使用的实际环境，但未考虑人在非正式路网（如公园道路、小巷和捷径等）中行走的情况[11]。
随着大数据应用的普及，在线地图服务的时效性和准确性能够有效弥补传统分析方法的不足[12]，使可达性评价的关键要素——时间成本的测算精度有较大提升，对实际步行轨迹的描述也更细致和准确，如不同地形条件下人行走速度变化、等待交通信号灯耗时预测等。基于在线地图服务的可达性分析方法规避了常规方法对复杂地形环境的考虑不足和数据庞杂等问题[13]，补充了可达性研究的数据来源，具有更加精确、真实等优势。
本研究基于在线地图数据的步行路径循迹，精准评估山地城市绿色开放空间的步行可达性，探讨山地条件下实际步行可达性的衰减特征及影响因素，尝试提出可达性的优化建议，为山地城市绿色开放空间的规划布局优化与服务效能提升提供重要依据。
2 研究对象及方法
2.1 研究范围和对象
重庆是典型的山地城市，其绿色开放空间布局及服务范围存在诸多限制因素。本研究选取重庆地形变化最明显的高密度建成区——渝中区为研究范围，渝中区面积 23.24 km2，其中陆地面积 20.08 km2，两面临江，相对高差 227 m，高程变化复杂[14]。目前已有研究对于城市绿色开放空间的定义尚不统一，但常被描述为在城市规划建设格局中与城市功能和空间布局具有密切关系的自然或人工的绿化空间，外观上具有绿色垫面特征，空间形态上具有开放性特征[15]。
本研究选择渝中区内免费向公众开放、能够提供休闲游憩服务且面积大于 0.4 hm2[16] 的绿地与广场用地作为研究对象，共计 29 个绿色开放空间，总面积约217 hm2（图 1）。因居民实际使用绿色开放空间不受区划范围约束，故本研究另外增加了位于渝中区区划范围外，但渝中区居民仍可步行抵达的 3 个绿色开放空间（奥体中心、六店子社区公园、黄沙溪社区游园）。
2.2 研究方法
本研究从山地城市地理特征与居民实际出行行为出发，引入高德地图数据优化路径缓冲的可达性量化评价方法——路径循迹法，通过与网络分析法的可达性评价结果进行对照，差异识别可达性衰减区域（图 2）。
2.2.1 路径循迹法
本研究采用高德地图的应用程序接口 （application programming interface, API）路径规划工具，以绿色开放空间出入口为起点集，所有建筑出入口为终点集，利用笔者编写的python 代码批量获取所有步行路径数据，筛选阈值内的有效路径，在路径两侧与终点分别设置缓冲区并叠加，得到绿色开放空间的步行可达区域（图 3）。
考虑到山地城市建设用地布局紧凑、交通网络受限，相对于平原城市存在交通联系弱、组织困难、街道边界复杂、连通性较差的情况[7]，本研究通过查阅相关地方规范[17] 和实际走访调查研究范围内的道路情况，将路径两侧与终点的缓冲区范围分别设置为 10 m 与 30 m。可达性评价阈值参考国内外相关研究[18] 和“15 min 生活圈”[19]概念，根据路径消耗时长划分为 3 个等级：5 min、10 min、15 min。在面对山地城市复杂的空间形式时，相较于传统的可达性评价方法，引入高德地图步行路径数据的方法有效提升了路网数据的精度和路径描述的准确性，对小巷、捷径等非正式路网的考虑更加全面，能够避免人为设置阻力参数造成的误差。
考虑到山地城市建设用地布局紧凑、交通网络受限，相对于平原城市存在交通联系弱、组织困难、街道边界复杂、连通性较差的情况[7]，本研究通过查阅相关地方规范[17] 和实际走访调查研究范围内的道路情况，将路径两侧与终点的缓冲区范围分别设置为 10 m 与 30 m。可达性评价阈值参考国内外相关研究[18] 和“15 min 生活圈”[19]概念，根据路径消耗时长划分为 3 个等级：5 min、10 min、15 min。在面对山地城市复杂的空间形式时，相较于传统的可达性评价方法，引入高德地图步行路径数据的方法有效提升了路网数据的精度和路径描述的准确性，对小巷、捷径等非正式路网的考虑更加全面，能够避免人为设置阻力参数造成的误差。
2.2.2 可达性评价对照及衰减特征
为明确山地条件可达性衰减的空间特征，本研究基于相同的步行网络数据，采用网络分析法，利用拓扑关系分析网络元素的空间属性，并将分析结果与路径循迹法的结果形成对照（表 1）。本研究重点关注评价结果有差异的区域，即可达性衰减区域，评价指标为衰减面积比（衰减区域面积/网络分析法可达区域面积×100%），可以反映步行可达性衰减程度。可达性衰减区域分析有助于清晰，准确地反映山地条件影响下的空间问题，探讨绿色开放空间理论与实际使用之间的差距。
2.3 数据来源
本研究以高德地图 API 数据为主要数据源。经数据纠偏、清洗后共获取绿色开放空间出入口点（路径起点）84 个，建筑出入口点（路径终点）4 543 个。依托 python 和 API路径规划工具对起止（origin-destination, OD）点进行 OD 矩阵分析，筛选出在评价阈值内的路径，共获取有效步行路径 19 414 条。由于 API 平台每日获取数据量的限制，数据获取时间以及是否为工作日对分析结果没有影响。本研究通过分批次的形式完成步行路径数据的获取（表 2）。
3 绿色开放空间步行可达性衰减
3.1 可达性评价结果
本研究通过路径循迹法量化评价渝中区绿色开放空间可达性，计算出 5 min、10 min。15 min 内的步行可达区域面积分别为 217.05 hm2、358.53 hm2、229.09 hm2，约占渝中区陆地面积的 11.71%、19.34%、12.36%。网络分析法的评价结果显示，5 min、10 min、15 min 内的步行可达区域面积分别为 319.72 hm2、669.99 hm2、427.00 hm2，约占渝中区陆地面积的 17.24%、36.14%、23.00%（图 4）。渝中区绿色开放空间步行可达性的 2 种评价结果在空间分布上具有相似的规律：渝中区西南部及区划边缘区域存在大面积服务盲区，表明受绿色空间和交通网络布局影响，渝中区绿色开放空间的步行可达性较差，该区域的居民较难享用到绿色空间服务。
3.2 可达性衰减状态及空间分布
对比 2 种方法的评价结果，发现渝中区绿色开放空间步行可达性衰减显著，衰减面积比为 43.19%，西南部及区划边缘区域有大面积衰减，且在多处道路围合区域出现零散分布的小面积衰减。道路两侧的有效服务范围越小，可达性衰减越显著。
5 min、10 min、15 min 阈值内的可达性衰减存在差异，衰减面积分别为 102.67 hm2、311.46 hm2、197.91 hm2，衰减面积比分别为32.12%、46.49%、46.30%。衰减程度与实际步行环境坡度、衰减区域坡度变化一致，即实际步行路径和周边环境的坡度均会造成可达性衰减（图 5）。5 min、10 min、15 min 阈值内衰减的空间特征为：1）步行距离越长、路径越复杂且受到的阻力越大，导致可达性衰减程度越大；2）5 min 阈值内的衰减区域多位于绿色空间入口及复杂的立体交通区域，10 min、15 min 阈值内的衰减区域多沿地势或道路走向分布；3）渝中区东部道路密度较大，但衰减斑块的平均面积较小，可能是街区内部步行路径受阻导致可达性有所衰减。
4 典型绿色开放空间步行可达性衰减
4.1 各绿色开放空间可达性评价结果
基于路径循迹法与网络分析法的步行可达区域存在明显差异，渝中区各绿色开放空间步行可达性衰减面积比的平均值为 63.30%，中值为 61.50%（仅比较渝中区区划范围内的研究对象）。各绿色开放空间的步行可达性衰减面积与坡度大小及分布有关（图 6），位于坡度较大区域的绿色开放空间步行可达性衰减程度较高，如滨江坡度较大区域的可达性衰减较显著，西部山脊两侧可达性也有较高程度的衰减变化，而位于较平整地段的其他绿色开放空间可达性衰减程度相对较低。其中可达性衰减程度较高（>60%）的绿色开放空间为九龙外滩公园 （87.71% ）、朝天门广场 （85.78% ）、石板坡立交绿地 （79.89% ）、珊瑚公园 （76.72% ）、国际村公园（76.70%）、虎头岩公园（74.24%）、龙泉洞（71.68%）、崖线公园（67.56%）、鹅岭贰厂文创公园（65.91%）、棉花街体育文化公园（65.55%）、鹅岭公园（65.35%）、红岩革命纪念馆（65.24%）、天地湖（64.84%）、老鼓楼衙署遗址（62.23%）、牛角沱滨水公园 （61.15%）、邹容公园（60.35%）。上述绿色开放空间为衰减严重的典型对象，其实际步行可达性远小于理论模型模拟的步行可达性。
4.2 典型山地城市环境的可达性衰减
渝中区地形地貌复杂多变，形成了山顶平台—各级台层—江岸的竖向结构，根据绿色开放空间所处的地理位置与山水环境的关系，将绿色开放空间划分为 5 个类型（表 3，图 7）：将位于山体环境的绿色开放空间按所处环境划分为山坡、山顶平台、各级台层3 类，将位于滨江环境的绿色开放空间按形态划分为带状、楔形 2 类，各类型中衰减程度高的典型对象数量占比不同。
4.2.1 位于山体环境的绿色开放空间
4.2.1.1 位于山坡的典型对象可达性衰减分析
在位于山坡的 9 个绿色开放空间中，3 个为可达性衰减程度高的典型对象，且分布于高密度的城市核心区域。该类绿色空间通常作为消化城市内高差的步行通道，空间内部或与城市界面衔接处地势陡峭，可达性衰减高的区域多分布于该类区域和步行路径较长的区域。进入高衰减典型对象的步行通道较单一，且典型对象与周边路网衔接不足，居民需要绕过坡度较大区域并通过特定的通道才能进入空间内部。跨越竖向高差的阻力较大以及空间与路网割裂是可达性衰减程度高的主要原因。
4.2.1.2 位于山顶平台的典型对象可达性衰减分析
在位于山顶平台的 4 个绿色开放空间中，3 个为可达性衰减程度高的典型对象。该类绿色开放空间可达性衰减区域大面积分布于坡度较大区域。然而以鹅岭公园和枇杷山公园为代表的 2 处高点在可达性衰减程度上却有较大差异。鹅岭公园仅设有一处入口且入口所在道路与相邻城市干道的连通性较差，步行路径的迂回程度较高；相比之下，枇杷山公园的 2 个入口分别设于公园南北两侧的城市干道上，与周边路网的衔接紧密，因此可达性衰减程度较低。
4.2.1.3 位于各级台层的典型对象可达性衰减分析
在位于各级台层的 10 个绿色开放空间中，6 个为可达性衰减程度高的典型对象。该类绿色开放空间通常以见缝插针的方式零散分布，且被大型封闭小区、办公大院等封闭区域和城市干道等交通设施阻隔，与城市的关系和互动相对密切。但随着城市的高密度和高机动化建设，这些绿色开放空间与其他城市要素间的联系薄弱，可达性衰减的影响因素和机制更复杂。大多典型对象的可达性衰减区域之间不连通，除地势变化造成的衰减面积较大外，其余原因导致的衰减面积较小且分布零散。
4.2.2 位于滨江环境的绿色开放空间
4.2.2.1 带状典型对象可达性衰减分析
在滨江区域的 4 个带状绿色开放空间中，2 个为可达性衰减程度高的典型对象。该类绿色开放空间与城市腹地相连的界面较长且情况复杂。由于对慢行系统缺乏关注，滨江带状绿色开放空间被滨江快速干道切割，形成了与城市相互隔绝的消极空间，加之与城市腹地相连界面的地形变化较大，进出滨江绿色开放空间的通道单一且位于同一条城市道路，导致空间的开放性不足，使此类空间难以得到充分有效的利用。加上边坡堡坎、高架桥等因城市基础设施建设需求而形成的步行阻隔，客观上降低了滨江空间的开放性，间距过大的出入口之间可达性衰减显著。此类空间界面封闭是可达性衰减的主要原因。
4.2.2.2 楔形典型对象可达性衰减分析
滨江区域的 2 个楔形绿色开放空间均为可达性衰减程度高的典型对象。该类绿色空间受江、河、山体等影响难以到达，再加上封闭区域（封闭小区、办公大院等）和交通设施等阻隔，较难形成连贯、系统的慢行体系，与周边主要人流的联系较弱，步行到达此类空间花费的成本相对较高。此类空间可达性衰减显著，是未来城市绿色空间网络优化的重点对象。
5 步行可达性衰减的影响因素
5.1 选址因素：选址导致衰减程度差异
本研究发现可达性衰减与绿色开放空间选址相关。当绿色空间选址在较平坦区域时，如果与周边环境高差较大，可达性衰减程度仍然显著；而当绿色空间自身坡度较大且与周边环境一致时，可达性衰减程度较低。这表明当绿色空间内部能够消解一定高差时，有益于外部可达范围的延伸，也表明山地城市中坡度较大区域在合理的规划建设下，具有提供相对更高的服务潜力。如嘉陵新路公园整体处于山体陡峭区域，可达性衰减程度较低，而鹅岭公园南北 2 个部分的地势坡度情况相差甚远，且入口仅设于平坦区域，跨越竖向高差所消耗的时间成本更多，因此可达性衰减程度较高（图 8）。
5.2 环境因素：地形起伏与空间阻隔
无论是城市整体还是各绿色开放空间，其衰减均与地形起伏度相关。从城市整体来看，如鹅岭山脊两侧区域的可达性衰减沿坡度分布，表明零散分布的绿色开放空间与山水要素的融合仍有不足，不同竖向高程间的联系和衔接被割裂。从各绿色开放空间来看，各空间的可达性在坡度较大处均有衰减，缺乏跨越高差的通道或通道单一，步行受阻碍程度较高。
穿越交通设施、封闭小区等区域的步行路径被割裂导致可达性衰减。整体上，多处零散分布的小面积衰减区域与路网分布相关，表明道路围合区域无法步行穿过，导致步行路径的迂回程度和时间成本增加。分析各绿色开放空间同样可以发现封闭区域对衰减程度的正向影响，随着大型封闭区域与基础设施的建设，大量内部道路难以被多数人使用，慢行通道减少或被阻断，绿色开放空间存在诸多隐性服务盲区。
5.3 本体因素：界面封闭
绿色开放空间对城市开放度的不足导致可达性衰减。山地城市绿色开放空间形状与边界很大程度受山水条件制约，导致绿色开放空间与城市腹地间的界面十分复杂，围墙、栏杆将二者生硬分隔。部分绿色开放空间出入口形式单一、数量不足，加剧了可达性衰减，如牛角沱滨水公园、九龙外滩公园；部分绿色开放空间界面受高差、封闭区域等不同因素影响，缺乏不同方向的出入口，导致可达性衰减，如位于渝中区上下半城交界处的老鼓楼衙署遗址公园、太平门城墙遗址公园和人民公园，不同方向出入口不足时，绿色开放空间可达性衰减程度较高（图 9）。
6 山地城市绿色开放空间步行可达性提升建议
基于渝中区绿色开放空间步行可达性的整体状态和可达性衰减的空间特征，本研究提出 3 点建议，以进一步优化绿色开放空间步行可达性，提升其服务效能，为存量背景下山地城市绿色开放空间规划建设提供参照。
6.1 巧用山体增量提效，注重绿色空间选址
山地城市中大量的陡坡山体虽会降低步行可达性，但同时也可以成为新增绿色空间的重要基底。鉴于山地城市用地紧张、无法开展大型公园绿地建设的背景，依托科学合理的规划设计手段，可以在地势陡峭处构建山体公园、特色街巷等类型的绿色空间，与周边建成环境形成良好的衔接、加强不同竖向空间的联系，既能增加山地城市绿色开放空间数量，又能缓解可达性因地形限制的衰减。应注意因地制宜地利用陡坡空间，尽量避免内部高差过大，形成消极空间。
6.2 建立路径串山连江，优化步行阻断区域
山地城市步行网络结构存在局限性，山体崖壁、滨江交通设施与封闭区域均会阻断或影响步行行为。因此，优化山地慢行系统，在阻断绿色开放空间供需的复杂地形区域增强交通联系，提供连续、安全、适宜的步行路径是提升步行可达性的关键[20]。尤为重要的是巧妙利用坡、坎、崖等垂直断面进行适宜的立体串联，形成连续的绿色通廊。此外，需进一步优化跨越交通基础设施、大型封闭区域等阻断区域的便捷通道，降低跨越阻隔消耗的时间成本，从而缓解步行可达性衰减。
6.3 开放界面引导感知，提升空间多维可达性
山地城市绿色开放空间中的很多山体公园、滨江公园沿崖和沿江分布。不利的用地条件造成绿色开放空间边界情况复杂，大量连续的封闭界面阻碍了人们的出行，但同时也形成了有别于平原城市的山体崖面、江岸坡面等视觉感知界面。因此，营造丰富的绿色开放空间视觉感知界面是提升可达性的重要手段。
一方面，应提高绿色开放空间与城市相连界面的渗透性和可进入性。位于渝中区滨江区域的可达性衰减程度高的公园应合理布置或增设出入口，开放公园界面，使公园与周边道路交通网络更好地衔接，加强公园与城市的联系。另一方面，应增强居民对界面感知的引导，充分利用地形起伏形成的视觉界面，打通视线通廊，缩短居民感知绿色开放空间的距离，以此作为改善空间可达性的重要补充[21]。
7 结语
本研究依托高德地图路径循迹和 Arc GIS平台，探究山地条件下城市绿色开放空间步行可达性的精准测度方法及可达性衰减特征，在整体研究与个案研究 2 个层面验证了路径循迹法的可行性，为城市空间布局优化提供更多视角和途径，为同类城市空间建设提供参考与借鉴。
1）本研究将高德地图 API 和路径缓冲区法相结合，并应用于山地环境，探讨了绿色开放空间步行可达性的测度方法，研究数据易获取且更贴合步行出行的真实轨迹，成果也便于后续研究使用。相较传统方法，本研究更大程度拟合了居民步行出行的轨迹，验证了基于路径循迹的可达性评估方法在山地城市的适用性和科学性。
2）本研究结合山地城市特征，讨论绿色开放空间的可达性衰减状态，发现了实际可达性与理论可达性存在差距，归纳总结了步行可达性衰减的空间分布特征。目前，山地城市的绿色开放空间评价指标和方法仍存在不足，对高坡度、相对封闭和渗透性低区域的可达性评价研究仍需深入。
本研究通过量化评价山地城市绿色开放空间的步行可达性，探讨了在步行可达性研究方面存在的阻碍，重点关注绿色开放空间提供服务的可能性和潜力，但未考虑居民个体的主观因素和绿色开放空间自身的吸引力。在今后的研究中需进一步挖掘绿色开放空间服务供给与使用者需求的关系，同时将感知可达性作为重要补充，为山地城市绿色开放空间体系规划提供更加可靠且完善的分析。