基于POI 數(shù)據(jù)的城市功能區(qū)識別研究
——以呼和浩特市中心城區(qū)為例

張志沛

（ 1、內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010022 2、內(nèi)蒙古自然資源學(xué)會，內(nèi)蒙古 呼和浩特010010）

圖1 研究區(qū)示意圖

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，也給帶來一些問題，如交通擁堵、城市規(guī)劃落后、環(huán)境污染、社區(qū)治理落后等[1]。城市作為人們的生產(chǎn)生活場所，在其發(fā)展過程中逐漸形成了各種功能區(qū)，準(zhǔn)確識別城市街區(qū)功能及其空間結(jié)構(gòu)，對于制定科學(xué)合理的規(guī)劃促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。城市功能區(qū)識別與研究大多采用實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)、土地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和遙感影像等數(shù)據(jù)，這些傳統(tǒng)數(shù)據(jù)和方法在城市功能區(qū)識別耗時耗力不能完全滿足未來城市規(guī)劃的需求。近年來，許多學(xué)者通過獲取、整合、分析多源大數(shù)據(jù)進(jìn)行城市計(jì)算，來解決城市出現(xiàn)的各種問題[3]。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，定位數(shù)據(jù)、POI 數(shù)據(jù)、人口熱力實(shí)時數(shù)據(jù)、實(shí)時交通態(tài)勢數(shù)據(jù)等為城市功能和城市空間結(jié)構(gòu)的研究提供了新途徑[4]。POI 數(shù)據(jù)描述了地理實(shí)體的名稱、類別、地址、經(jīng)緯度坐標(biāo)等信息，具有數(shù)據(jù)量大、信息豐富等特點(diǎn)，可有效反映城市區(qū)域的功能特征[5]。

綜上，本文利用OSM路網(wǎng)數(shù)據(jù)對城市街區(qū)基本單元劃分，然后基于POI 數(shù)據(jù)采用核密度和頻數(shù)密度類型比例方法對呼和浩特市中心城區(qū)進(jìn)行街區(qū)功能區(qū)識別，研究結(jié)果有助于展現(xiàn)城市街區(qū)功能分布，對呼和浩特市的未來發(fā)展有一定意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

2019 年末，呼和浩特市常住人口319.7 萬人，城鎮(zhèn)化率達(dá)71.63%。市轄區(qū)總面積2065.1 平方公里，建成區(qū)面積260.0 平方公里，是呼和浩特市的人口、經(jīng)濟(jì)活動承載地和城鎮(zhèn)體系的核心地區(qū)，承擔(dān)著呼和浩特市行政辦公、醫(yī)療衛(wèi)生、金融貿(mào)易、科研創(chuàng)新等重要功能。本文的研究區(qū)域?yàn)楹艉秃铺厥兄行某菂^(qū)，研究范圍西至西二環(huán)路，北至北二環(huán)路，東至科爾沁快速路，向至濱河北路（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

原始數(shù)據(jù)來源于2019 年高德地圖，各類數(shù)據(jù)達(dá)177782 條。按照高德地圖POI 分類體系，POI 數(shù)據(jù)大中小三個類別，其中大類包括交通設(shè)施、住宿服務(wù)、購物服務(wù)、醫(yī)療健康服務(wù)、政治機(jī)構(gòu)和社會團(tuán)體和科教文化服務(wù)等。種類包括停車場、旅館、超級市場等。小類包括公交站點(diǎn)、高等教育、圖書館、展覽廳等。因?yàn)樵糚OI 數(shù)據(jù)分類繁雜，各級小類中類之間存在歸屬不清的問題，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重新調(diào)整分類，將篩選后的POI數(shù)據(jù)重新分為8 大類，其中商業(yè)61574 個、居住3006 個、辦公6241 個、公共管理與公共服務(wù)2714 個、科教文化3641 個、醫(yī)療2698 個、交通設(shè)施4167 個、綠地廣場152 個。呼和浩特市道路數(shù)據(jù)采集于OSM（OpenStreetMap）網(wǎng)站，其中數(shù)據(jù)包含有鐵路、高速公路、快速路、主干道、次干道和小區(qū)到路等。由于路網(wǎng)存在斷頭路、重復(fù)和缺失的問題，從而對獲取的OSM路網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)涮幚?，剔除重?fù)道路和延長斷頭路等，并將最后結(jié)果與電子地圖進(jìn)行對比。

2 研究方法

功能指數(shù)（頻數(shù)密度與類型比例模型），功能指數(shù)表示研究單元內(nèi)每類功能所占的比重。借助Excel 進(jìn)行計(jì)算，首先根據(jù)每一種POI 功能占整個基本研究單元數(shù)量比重，再基于功能占比求出這個基本研究單元的功能指數(shù)，從而對基本研究單元的功能性質(zhì)進(jìn)行劃分[6]。計(jì)算公式如下：

其中，i 表示第i 種功能類型，ni 表示街區(qū)內(nèi)第i 種POI 數(shù)量，Ni 表示第i 種類型POI 總量，CRi 為種街區(qū)功能的功能指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市街區(qū)劃分結(jié)果

經(jīng)過處理過后的OSM路網(wǎng)數(shù)據(jù)，采用對城市有明顯切割的道路作為街區(qū)單元劃分的依據(jù)，以呼和浩特市中心城區(qū)快速路、主干路、次干路以及河道為邊界，在研究范圍內(nèi)共劃分出320 個城市街區(qū)單元。通過與2019 年的遙感地圖對比觀察，街區(qū)劃分基本合理。

3.2 城市街區(qū)功能識別結(jié)果

圖2 呼和浩特市街區(qū)功能類型分布圖

以劃分好的城市街區(qū)為基本研究單元，將POI 數(shù)據(jù)與街區(qū)面數(shù)據(jù)進(jìn)行空間連接，統(tǒng)計(jì)每個街區(qū)落入街區(qū)各類功能POI 的數(shù)量，計(jì)算出每一個街區(qū)的功能指數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對街區(qū)功能類型進(jìn)行劃分識別，可得呼和浩特市街區(qū)單一功能用地、混合功能用地、未分類用地空間分布圖。根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立功能指數(shù)為0.5 作為門檻來判斷街區(qū)單元的功能性質(zhì)，當(dāng)街區(qū)單元內(nèi)某類POI 功能指數(shù)大于0.5 時，則此街區(qū)為單一功能街區(qū)，并將該類功能作為街區(qū)的功能，如居住街區(qū)。如果算得該城市街區(qū)各種功能指數(shù)都小于0.5 時，此時該街區(qū)為混合功能街區(qū)，以此街區(qū)中功能指數(shù)排名前二的功能來表示，如商業(yè)居住街區(qū)；若該街區(qū)單元中沒有設(shè)施分布，則劃分該街區(qū)為未分類街區(qū)。通過上述方法，識別了研究區(qū)內(nèi)城市街區(qū)功能類型（圖2）；最后劃分了222 個混合功能街區(qū)，劃分了92 個單一功能街區(qū)，以及劃分了6 個未分類街區(qū)。

3.2.1 單一功能街區(qū)空間分布

居住功能的街區(qū)有11 個，其中包括商務(wù)住宅、宿舍、別墅等，大多位于研究區(qū)外圍二環(huán)路附近，城市中心有少量分布，主要有永泰城、青山水戀、富力華庭、金城百合、鄂爾多斯馨苑小區(qū)等街區(qū)。商業(yè)服務(wù)功能的街區(qū)有6 個，在空間上趨于集聚分布，主要集中在市中心，中心性明顯，主要有海亮廣場、開泰市場、美通農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場等街區(qū)。商業(yè)辦公的街區(qū)有15 個，大多分布在城市中心和東部，主要包括公司、銀行和商務(wù)寫字樓等，其空間分布有明顯的集聚，主要有內(nèi)蒙古人民會堂、萬正尚都、蒙元騎士城等街區(qū)。公共管理與公共服務(wù)功能的街區(qū)有14 個，主要包括政府機(jī)構(gòu)、美術(shù)館、展覽館等，大多分布于東部和北部兩個區(qū)域，主要有呼和浩特市人民政府、新城區(qū)政府、內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府、內(nèi)蒙古美術(shù)館等街區(qū)。醫(yī)療服務(wù)功能的街區(qū)有8個，包括醫(yī)院、診所、藥店服務(wù)設(shè)施，空間分布較為均勻，無明顯集聚，主要有內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院、呼和浩特市第一醫(yī)院等街區(qū)。科教文化功能的街區(qū)較少有6 個，分布較為分散，主要有東河御府、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)等街區(qū)。交通設(shè)施功能的街區(qū)為13個，較為明顯地體現(xiàn)出了呼和浩特站、呼和浩特東站、通達(dá)長途汽車南站等交通設(shè)施所在地，主要有呼和浩特東站、呼和浩特站等街區(qū)。綠地廣場功能的街區(qū)數(shù)量最多，為19 個，空間上分布廣泛，與其他功能混合較少，多為城市公園綠地、風(fēng)景名勝，主要有錫林公園、新華公園、大召無量寺等街區(qū)?？傮w來說，單一功能街區(qū)分布在城市的外圍，距離城市中心較遠(yuǎn)。

圖3 呼和浩特市街區(qū)功能分布圖

3.2.2 混合功能街區(qū)空間分布

呼和浩特市中心城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口集聚，城市功能多樣，混合程度高，城市街區(qū)功能多以混合功能為主?；旌瞎δ芙謪^(qū)主要集中分布在中心城區(qū)的中心和東部，這些地區(qū)交通便利，基礎(chǔ)設(shè)施較為完備，功能多樣化程度高，混合功能街區(qū)占比較高（圖3）。其中包含居住功能的混合功能街區(qū)數(shù)量最多，為90個其中主要包括了居住商業(yè)、居住醫(yī)療居住科教等混合功能街區(qū)，主要分布在城市中心的外圍和二環(huán)路附近。包含商業(yè)服務(wù)功能的混合功能街區(qū)有45 個，以商業(yè)醫(yī)療和商業(yè)科教為主，主要分布在新華大街和學(xué)校附近。包含商務(wù)辦公功能的混合功能街區(qū)為31 個，包括辦公公共、辦公醫(yī)療等，主要分布在城市的中心和東部?？偟膩碚f，居住功能與商業(yè)服務(wù)功能之間多混合分布，綠地廣場功能則較為獨(dú)立存在，科教文化功能和醫(yī)療服務(wù)功能與大多數(shù)混合功能并存，單獨(dú)的交通功能不多，研究區(qū)內(nèi)混合功能街區(qū)總體布局較為合理。綜上，混合功能街區(qū)在城市中心集聚，分布在新華大街地鐵一號線上，以及地鐵二號線上。其中典型的混合功能街區(qū)代表有民族商場街區(qū)、海亮街區(qū)和維多利摩爾長街區(qū)等。

4 結(jié)論

以呼和浩特市中心城區(qū)為例，建立POI 數(shù)據(jù)地理空間數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用核密度分析法、構(gòu)建功能指數(shù)（頻數(shù)密度和類型比例模型），對呼和浩特市中心城區(qū)街區(qū)功能識別評價。研究結(jié)果表明：（1）城市街區(qū)功能分布呈近似環(huán)形空間分布。一環(huán)內(nèi)的海亮廣場是城市的中心，海亮廣場附近以混合功能街區(qū)為主，二環(huán)附近則開始出現(xiàn)單一功能街區(qū)為主的環(huán)帶。（2）城市街區(qū)功能聚集形成多個活力極。如東部的萬達(dá)廣場和摩爾城南部的七彩城等形成城市活力中心。（3）從城市中心至外圍，城市街區(qū)功能復(fù)雜程度降低，集聚性減弱。從總體POI 核密度分析和各類功能POI 核密度分析來看，由內(nèi)而外城市街區(qū)功能集聚性減弱，多樣性減少。

總體而言，根據(jù)POI 數(shù)據(jù)識別城市街區(qū)功能性質(zhì)及空間布局，可以比較真實(shí)的反映出城市街區(qū)功能的真實(shí)狀態(tài)，對未來呼和浩特市城市規(guī)劃調(diào)整具有參考意義。由于POI 數(shù)據(jù)有其局限性，不具有時間變化、使用情況、人員特征屬性，并不能體現(xiàn)城市街區(qū)功能在時間上的變化和更為細(xì)化的研究。今后應(yīng)加強(qiáng)多源大數(shù)據(jù)和人的空間感知相結(jié)合，提高識別技術(shù)手段，對城市街區(qū)功能進(jìn)行更為深入而全面的研究。