城市功能區(qū)識(shí)別為國土空間規(guī)劃服務(wù)探究

司智升 涂小松

摘要：POI數(shù)據(jù)是指某一個(gè)地區(qū)的周邊信息數(shù)據(jù)，可以被廣泛地用于城市功能區(qū)的識(shí)別以及一些其他方面的應(yīng)用。POI數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)體位置的描述能力很強(qiáng)，可以精確地反映出城市發(fā)展過程中的建設(shè)與規(guī)劃活動(dòng)。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容就是基于POI數(shù)據(jù)，主要采用文獻(xiàn)研究法、定量分析法對(duì)太原市城市功能區(qū)進(jìn)行識(shí)別;并以其研究結(jié)果來進(jìn)一步探究城市功能區(qū)的識(shí)別為城市國土空間規(guī)劃提供服務(wù)的可能性。研究結(jié)果表明，城市功能區(qū)的識(shí)別在一定程度上會(huì)更加直觀地表達(dá)出一個(gè)城市的空間功能分區(qū)，從而為新的城市國土空間規(guī)劃提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：POI數(shù)據(jù);功能分區(qū);國土空間規(guī)劃

中圖分類號(hào)：F293

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9138-（ 2020） 07-0021-26

收稿日期：2020-05-26

作者簡(jiǎn)介：司智升，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院碩士研究生。

涂小松，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院碩士研究生副教授，碩士生導(dǎo)師。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目“鄱陽湖地區(qū)農(nóng)村宅基地轉(zhuǎn)型及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響研究”（41561039）：國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“轉(zhuǎn)型期鄱陽湖土地利用變化與城鄉(xiāng)建設(shè)空間優(yōu)化研究”（ 41001376）。

1緒論

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與人口的穩(wěn)定增長(zhǎng)，城市空間結(jié)構(gòu)并不是一成不變的，它也處于一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)過程當(dāng)中，而且為了滿足城市居民不同的生活需求和城市各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在城市中逐漸形成了工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等單一功能區(qū)和混合功能區(qū)等不同的功能單元。而城市空間結(jié)構(gòu)是城市的各個(gè)功能結(jié)構(gòu)在城市空間上的投影，其反映著城市中各種物質(zhì)元素在空間區(qū)位上的分布特征和組織規(guī)律，是城市結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。人類已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，隨著大數(shù)據(jù)的遍及與廣泛應(yīng)用，從網(wǎng)絡(luò)上獲取開源數(shù)據(jù)變得非常方便，因此很多學(xué)者開始在網(wǎng)絡(luò)上挖掘網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)，再從中提取有效的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，對(duì)不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理以滿足人們不同的需要，為人類提供服務(wù)等。POI數(shù)據(jù)就是網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的一種，我們可以根據(jù)所獲得的POI數(shù)據(jù)，結(jié)合與城市規(guī)劃相關(guān)的其他數(shù)據(jù)，去進(jìn)一步提升功能區(qū)識(shí)別的準(zhǔn)確性。例如浙江大學(xué)的于翔等人，利用城市居民出行在公交上的刷卡電子數(shù)據(jù)并結(jié)合基于POI數(shù)據(jù)的城市功能區(qū)識(shí)別模型從而進(jìn)行城市功能區(qū)的識(shí)別，對(duì)于制定城市規(guī)劃具有指導(dǎo)作用。孫夢(mèng)喆從微博上獲取人們的簽到數(shù)據(jù)和POI數(shù)據(jù)再結(jié)合從高德地圖上爬取的POI數(shù)據(jù)來識(shí)別城市公共中心。這些研究都是從不同的方面進(jìn)行分析，運(yùn)用的手段各不相同，但是殊途同歸，都對(duì)城市的建設(shè)發(fā)展提供了可靠的依據(jù)，可以說利用POI數(shù)據(jù)進(jìn)行城市空間結(jié)構(gòu)和功能區(qū)的識(shí)別已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。

城市功能區(qū)的劃分主要是根據(jù)主體功能區(qū)規(guī)劃進(jìn)行布局安排的，但是主體功能區(qū)規(guī)劃指標(biāo)沒有落實(shí)到具體的地塊，在空間布局上指導(dǎo)性較弱，空間上缺乏規(guī)劃執(zhí)行的抓手，而國土空間規(guī)劃則可以解決這一系列問題。國土空間規(guī)劃整合了各種空間規(guī)劃的功能和特性，可以充分發(fā)揮各類空間規(guī)劃優(yōu)勢(shì)，激發(fā)空間規(guī)劃體系活力。因此，本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，從太原市城市功能區(qū)的識(shí)別進(jìn)一步探究其為城市國土空間規(guī)劃服務(wù)的可能性。

2研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

2.1研究區(qū)域

本項(xiàng)研究選定太原市中心城區(qū)作為研究區(qū)域，市區(qū)總面積1460平方公里，2019年總?cè)丝诖蠹s446萬人。2019年太原主城區(qū)GDP總和為4028.51億元，是山西省的省會(huì)城市，以及經(jīng)濟(jì)政治中心。太原市城市空間發(fā)展主要呈現(xiàn)向南發(fā)展趨勢(shì)，中長(zhǎng)期以實(shí)現(xiàn)太榆同城化為主要目標(biāo)。在對(duì)城市功能區(qū)識(shí)別中，主要是將擬研究的地塊劃分為大小相等的網(wǎng)格，然后確定指標(biāo)體系并劃分要素功能并進(jìn)行網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)，劃定城市功能區(qū)單元是研究的重要組成部分，本研究采用500m×500m的正方形網(wǎng)格作為功能區(qū)識(shí)別的基本單元。

2.2數(shù)據(jù)來源

POI數(shù)據(jù)主要來源于網(wǎng)絡(luò)電子地圖，得益于網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，從百度、高德等地圖上爬取POI數(shù)據(jù)更加方便。本文使用太原市POI數(shù)據(jù)，每條POI數(shù)據(jù)主要包括經(jīng)緯度、具體名稱、詳細(xì)地址、土地類型、所屬行政區(qū)以及聯(lián)系方式等屬性。按照類型統(tǒng)計(jì)，POI數(shù)據(jù)共歸為12大類，其中包括生活服務(wù)、醫(yī)療保健服務(wù)、科教文化服務(wù)、交通服務(wù)設(shè)施、金融保險(xiǎn)等，這12個(gè)大類下面還有很多小類。例如金融保險(xiǎn)，這一級(jí)類別下又可以包括銀行、證券、保險(xiǎn)服務(wù)等二級(jí)類別，銀行下又可以被分成國家銀行、地方銀行和中外合資銀行等三級(jí)類別。

由于原始POI數(shù)據(jù)分類比較多，一共有12個(gè)大類，而且每一大類下包括多級(jí)小類，各個(gè)類型所包括的具體內(nèi)容會(huì)有重復(fù)的現(xiàn)象，所以我們需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類作為研究的基礎(chǔ)。本文將原始POI數(shù)據(jù)分為居住用地（居住小區(qū)等）、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地（餐飲和購物等）、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地（藥店、醫(yī)院、教育等）、道路與交通設(shè)施用地（汽車相關(guān)、加油站和停車場(chǎng)等）、其他信息5類。需要特別注意的是每一個(gè)POI數(shù)據(jù)點(diǎn)因?yàn)槠涓髯缘念愋团c功能不同，它們各自都有不同的影響輻射范圍和關(guān)注人群，例如大學(xué)主要輻射范圍是校區(qū)，關(guān)注人群是教師與學(xué)生;但是有些類型的POI公眾認(rèn)知度較低，如公共廁所、便利商店、公交站、充電樁等，該類POI在功能區(qū)識(shí)別中不具有明顯的可識(shí)別性，所以首先要剔除掉原始POI數(shù)據(jù)中公眾認(rèn)知度較低的點(diǎn)，選取具有顯著城市功能區(qū)特征的POl數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將已有的POI數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，具體參考城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)。具體分類結(jié)果如表1所示。

3城市功能區(qū)識(shí)別

3.1數(shù)據(jù)處理

因?yàn)镻OI數(shù)據(jù)在地圖上是以點(diǎn)進(jìn)行顯示的，提取到的POI數(shù)據(jù)已經(jīng)忽略了具體實(shí)際對(duì)象的建筑面積和占地面積，只是一個(gè)普通的興趣點(diǎn)，而在我們的實(shí)際生活中，不同的地理實(shí)體之間差異很大，例如一個(gè)小區(qū)是用一個(gè)興趣點(diǎn)表示，一個(gè)銀行也是用一個(gè)興趣點(diǎn)表示，但是一個(gè)小區(qū)的占地面積與一個(gè)銀行的占地面積很明顯相差很大，更為重要的是功能區(qū)單元內(nèi)POI數(shù)據(jù)的實(shí)體面積大小對(duì)該單元的功能性質(zhì)有著決定的影響，例如大型商場(chǎng)的公眾關(guān)注度顯然更高，商店超市的功能定位則只能輻射影響其周圍的一定區(qū)域與人群。公眾認(rèn)知度體現(xiàn)了人們對(duì)實(shí)體興趣點(diǎn)顯著性的認(rèn)識(shí)，它的高低對(duì)功能區(qū)單元的功能定位也有著重要影響。所以這就要求對(duì)分類后的POI數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

以POI數(shù)據(jù)和遙感影像為基礎(chǔ)，再進(jìn)行網(wǎng)上資料查詢，去確定各類興趣點(diǎn)的平均建筑面積和占地面積。一般來說，大型購物商場(chǎng)以及CBD商務(wù)中心的公眾認(rèn)知度最高，其次是高級(jí)酒店和交通樞紐，而居住小區(qū)認(rèn)知度最低。研究以建筑面積和占地面積為基礎(chǔ)，依據(jù)興趣點(diǎn)的公眾認(rèn)知度高低進(jìn)行排序，對(duì)各類POI點(diǎn)賦不同的權(quán)重分值。確定權(quán)重分值區(qū)間為1-100，對(duì)于建筑面積或占地面積較大的，且公眾認(rèn)知度較高的地物，權(quán)重分值會(huì)相應(yīng)偏高，如山西大學(xué)、迎澤公園、太原動(dòng)物園等;對(duì)于居住小區(qū)、銀行、飯店等權(quán)重分值會(huì)相應(yīng)較低。根據(jù)權(quán)重分值對(duì)原POI數(shù)據(jù)的數(shù)量重新定義，如某條商業(yè)街，原POI有2個(gè)點(diǎn)，而其權(quán)重值為50分的話，那么該商業(yè)街的現(xiàn)有POI點(diǎn)應(yīng)該為100。根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理過程，最終獲得研究可用的POI數(shù)據(jù)。

3.2 POI數(shù)據(jù)的定量計(jì)算

將太原市作為研究區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)劃分后，本項(xiàng)研究構(gòu)建指標(biāo)頻數(shù)密度（ Fi）和類型比例（Ci）進(jìn)行計(jì)算來識(shí)別城市某一功能區(qū)的性質(zhì)。

具體計(jì)算公式如下：

F_i= n_i/ N_i（i = 1，2，3，4，5）

i表示5種類型的POI數(shù)據(jù)，n_i表示格網(wǎng)單元內(nèi)第i種類型POI數(shù)量，N_i代表第i種類型POI的總數(shù)，F(xiàn)_i表示第i種類型POI占該類型POI總數(shù)的頻數(shù)密度，C_i表示第i種類型POI的頻數(shù)密度占單元內(nèi)所有類型POI頻數(shù)密度的比例。

根據(jù)研究對(duì)各種POI數(shù)據(jù)的分類以及以上計(jì)算公式計(jì)算出每一個(gè)格網(wǎng)單元內(nèi)的POI數(shù)據(jù)的頻數(shù)密度及類型比例，本項(xiàng)研究以類型比例值為二分之一作為判斷格網(wǎng)單元功能性質(zhì)的參考值。當(dāng)格網(wǎng)單元內(nèi)的某一種類型POI類型比例達(dá)到二分之一及以上時(shí)，那么該單元為單一功能區(qū)，功能區(qū)性質(zhì)就直接由該P(yáng)OI類型所決定;而當(dāng)單元內(nèi)所有類型的POI類型比例值均沒有達(dá)到二分之一時(shí)，研究以最高的兩種類型的類型比例值為標(biāo)準(zhǔn)確定其功能類型，而該功能區(qū)也就是混合功能區(qū);如果該單元內(nèi)頻數(shù)密度與類型比例為空值，則該種類型功能單元就是無數(shù)據(jù)區(qū)。部分計(jì)算結(jié)果如表2所示。

具體圖像處理過程如下：

首先定義投影將源數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)系并利用Creat fishnet工具構(gòu)建漁網(wǎng)，將太原市主城區(qū)劃分為500m×500m的格網(wǎng)，然后利用SpatialJoin工具進(jìn)行空間鏈接將所有類型的POI數(shù)據(jù)整合到一個(gè)屬性表當(dāng)中。然后通過屬性表提取居住、商業(yè)和公共服務(wù)、道路設(shè)施交通設(shè)施的數(shù)據(jù)，以此判斷不同類型的功能區(qū)。

之后就可以根據(jù)計(jì)算所得的頻數(shù)密度與類型比例，在字段計(jì)算器中利用MAX函數(shù)的計(jì)算方法確定格網(wǎng)單元的功能性質(zhì)是單一功能區(qū)還是混合功能區(qū)，主要參考值就是類型比例，功能區(qū)分布結(jié)果如圖1所示。

3.3太原城市功能區(qū)可視化

3.3.1單一功能區(qū)

根據(jù)以上步驟計(jì)算出頻數(shù)密度值和類型比例值后，對(duì)太原市中心城區(qū)功能區(qū)進(jìn)行識(shí)別，首先是對(duì)單一功能區(qū)進(jìn)行可視化，單一功能區(qū)表示該種功能區(qū)單元內(nèi)某一種POI數(shù)據(jù)占到該區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的一半以上，其具體功能性質(zhì)也由其POI數(shù)據(jù)性質(zhì)決定，研究得出一共三種單一功能區(qū)，分別是居住用地區(qū)、商業(yè)與服務(wù)業(yè)區(qū)與公共管理與公共服務(wù)區(qū)，具體功能區(qū)分布如圖2所示。從圖中可知，居住用地區(qū)分布廣泛但是集中連片，符合居住區(qū)的分布特征;公共管理與公共服務(wù)區(qū)也多與居住用地區(qū)交叉分布，以滿足居民生活服務(wù)的要求;商業(yè)與服務(wù)業(yè)區(qū)多分布于柳巷、長(zhǎng)風(fēng)街、服裝城等老型或新型商業(yè)街附近。

3.3.2混合功能區(qū)

對(duì)混合功能區(qū)進(jìn)行可視化，混合功能區(qū)是指單元內(nèi)各種類型的POI類型比例值均沒有達(dá)到一半以上時(shí)，本研究就以單元內(nèi)最高的兩種類型的類型比例值為標(biāo)準(zhǔn)確定其功能類型，研究一共得出五種混合功能區(qū)，分別是居住商業(yè)區(qū)、商業(yè)公共服務(wù)區(qū)、商業(yè)居住區(qū)、公共服務(wù)商業(yè)區(qū)和公共服務(wù)交通設(shè)施區(qū);具體功能區(qū)分布如圖3所示。從圖中可知，居住商業(yè)區(qū)和商業(yè)居住區(qū)因?yàn)槭且粋€(gè)同類分區(qū)只是因?yàn)榫幼『蜕虡I(yè)的比重大小不同名稱才有所不同，但是分布數(shù)量最為廣泛，商業(yè)公共服務(wù)區(qū)和公共服務(wù)商業(yè)區(qū)也是同樣的原因，功能一致，分布主要是圍繞居住區(qū)分布，以滿足居民生活服務(wù)的要求;公共服務(wù)交通設(shè)施區(qū)因?yàn)槭召M(fèi)站，高速路口，交通局等地理實(shí)體的原因分布比較分散，均勻散落于太原市域范圍內(nèi)。

4城市功能區(qū)識(shí)別為國土空間規(guī)劃提供服務(wù)的思考

在生態(tài)文明建設(shè)以及空間治理體系現(xiàn)代化提出的大背景下，推進(jìn)國土空間規(guī)劃建設(shè)，加快空間規(guī)劃體系重構(gòu)成為當(dāng)前規(guī)劃的主要內(nèi)容。那么城市功能區(qū)的識(shí)別能為國土空間規(guī)劃提供什么樣的服務(wù)呢？以太原城市功能區(qū)的識(shí)別為例，其功能區(qū)的分布是從中心城區(qū)的集聚到四周分散的一個(gè)特征，大體上可以滿足該城市區(qū)域發(fā)展的總體要求，但是為了能夠達(dá)到縮小區(qū)域差距和實(shí)現(xiàn)區(qū)域均衡發(fā)展的目標(biāo)，可以從城市功能區(qū)的分布著手，去研究在未來的國土空間規(guī)劃中可以更加的集約節(jié)約利用土地，使優(yōu)勢(shì)功能分區(qū)的功能更加凸顯，弱勢(shì)功能分區(qū)的功能得到提升，從而實(shí)現(xiàn)空間區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展;同時(shí)為了達(dá)到生態(tài)文明建設(shè)的要求，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，可以在功能區(qū)識(shí)別的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)建設(shè)和保護(hù)的規(guī)劃以使城市的環(huán)境更加優(yōu)美，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)宜居城市建設(shè)。例如，隨著城市的建設(shè)與發(fā)展，服裝城、柳巷等老城市商圈的商業(yè)功能有所弱化，在新的國土空間規(guī)劃上可以著重提升其作為商業(yè)區(qū)的功能定位;對(duì)城市內(nèi)的老輕工業(yè)區(qū)進(jìn)行搬遷或取締，為國土空間規(guī)劃提供儲(chǔ)備預(yù)留用地，或者進(jìn)行低效用地的再開發(fā)建設(shè)等。還可以在城市功能區(qū)識(shí)別的基礎(chǔ)上與土地利用總體規(guī)劃相結(jié)合，落實(shí)生態(tài)保護(hù)紅線，劃定中心城區(qū)城市開發(fā)邊界和城市周邊永久基本農(nóng)田，為形成山清水秀的生態(tài)空間、集約高效的生產(chǎn)空間、宜居適度的生活空間提供指導(dǎo)。

5結(jié)論與討論

本文基于POI數(shù)據(jù)對(duì)太原市城市功能區(qū)進(jìn)行識(shí)別，得到太原市城市功能區(qū)可視化圖，分別為功能區(qū)圖、單一功能區(qū)圖和混合功能區(qū)圖，對(duì)我們識(shí)別城市空間結(jié)構(gòu)布局有積極的意義，同時(shí)在城市功能區(qū)識(shí)別的基礎(chǔ)上對(duì)其為國土空間規(guī)劃的服務(wù)做了思考，可以得到結(jié)論：基于POI數(shù)據(jù)的城市功能區(qū)識(shí)別對(duì)國土空間規(guī)劃有積極的意義，可以作為構(gòu)建國土空間規(guī)劃體系的一個(gè)手段，為規(guī)劃提供一定的支撐。

在實(shí)現(xiàn)生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的大背景下，制定科學(xué)合理的國土空間規(guī)劃，形成高效、集約、綠色、安全和開放的國土空間開發(fā)格局早已提上日程。傳統(tǒng)的國土規(guī)劃因?yàn)槎嘁?guī)并行，導(dǎo)致了規(guī)劃的內(nèi)容交叉、管制重疊等問題，對(duì)規(guī)劃實(shí)施造成了影響，在這個(gè)問題背景下，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為國土空間規(guī)劃的制定提供支撐可以成為我們一個(gè)新的研究?jī)?nèi)容，無論是POI數(shù)據(jù)還是其他網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)，都可以與國土空間規(guī)劃相結(jié)合，以精確的數(shù)據(jù)庫分析確保國土空間規(guī)劃編制、實(shí)施的科學(xué)性。

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