廣州市主城區(qū)道路結(jié)構(gòu)與商業(yè)集聚空間關(guān)聯(lián)分析

宋龍劍

（廣州大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

商業(yè)伴隨著城市化演進(jìn)過程逐漸成為重要的門類，其區(qū)位與空間結(jié)構(gòu)早已成為研究熱點(diǎn)。商業(yè)集聚是指大量關(guān)聯(lián)密切的商業(yè)企業(yè)在空間上集聚，從而形成一定區(qū)域內(nèi)商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)密度和專業(yè)化程度很高的商業(yè)經(jīng)營場所，是城市商業(yè)發(fā)展的重要特征[1]。道路網(wǎng)作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施，具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的等級結(jié)構(gòu)特征[2]。道路結(jié)構(gòu)對城市空間經(jīng)濟(jì)活動與土地利用分布有重要影響[3]，同時(shí)也對商業(yè)集聚分布起關(guān)鍵作用。隨著地理空間大數(shù)據(jù)的不斷豐富和完善，商業(yè)空間結(jié)構(gòu)的定量化研究成為一種新趨勢。其中POI 具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣、識別精度高、易獲取等優(yōu)點(diǎn)，有助于提高城市商業(yè)空間研究的時(shí)效性和精確度。

空間句法已經(jīng)逐漸成為研究建筑物、城市空間結(jié)構(gòu)以及人類社會與空間組織之間關(guān)系的重要理論和方法[4]。近年來，國內(nèi)外對空間句法的研究集中于利用句法指標(biāo)解釋城市形態(tài)[5-6]、不同時(shí)期路網(wǎng)特征的演變[7-8]、解讀院落結(jié)構(gòu)與地域文化[9]、以及結(jié)合大數(shù)據(jù)和土地利用進(jìn)行探究等[10-12]。目前國內(nèi)外基于空間句法分析商業(yè)集聚的研究較少，如利用多中心評價(jià)模型測度了長春市中心城區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)中心性，并與商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)分析[13]；以地鐵站點(diǎn)為單元分析了商業(yè)的集聚[14]。

文章以廣州市為研究區(qū)域，基于OSM 道路數(shù)據(jù)以及高德地圖POI 數(shù)據(jù)，使用空間句法中的道路軸線法計(jì)算道路形態(tài)指標(biāo)，解釋道路的結(jié)構(gòu)特性。結(jié)合核密度法計(jì)算商業(yè)POI 密度并分析集聚結(jié)構(gòu)，借助中心地理論、核心邊緣理論解釋廣州市主城區(qū)的商業(yè)集聚模式，最后分析空間句法指標(biāo)與商業(yè)集聚的相關(guān)性與空間關(guān)聯(lián)模式。將POI 數(shù)據(jù)與空間句法結(jié)合是一次新型的嘗試，也能夠通過定量方法為商業(yè)布局選址和道路結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考意見。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

廣州市處于珠江三角洲的中心樞紐位置，下設(shè)11 個(gè)市轄區(qū)。城市道路網(wǎng)完善，呈現(xiàn)出中心輻射和環(huán)線為主的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。廣州市獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢和交通優(yōu)勢促進(jìn)了商業(yè)的發(fā)展，商業(yè)高度集中在CBD 附近并向外圍逐漸擴(kuò)散，形成了商業(yè)中心與次中心。經(jīng)過不斷的營造，廣州基本形成了較具規(guī)模的天河中心商圈、北京路商圈、中山六路商圈、農(nóng)林下路商圈、上下九商圈、江南西商圈等商業(yè)集聚空間。文章參照《廣州市城市總體規(guī)劃（2017-2035）》草案，將研究范圍劃定為廣州市主城區(qū)，即荔灣、越秀、天河、海珠四區(qū)，以及白云區(qū)北二環(huán)高速以南、黃浦區(qū)九龍鎮(zhèn)以南以及番禺區(qū)廣明高速以北地區(qū)，研究區(qū)域承擔(dān)著科技創(chuàng)新、文化交往和綜合服務(wù)等職能，在廣州市占據(jù)重要地位，如圖1 所示。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)主要為兩類：廣州市主城區(qū)的路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)和商業(yè)興趣點(diǎn)（POI）數(shù)據(jù)。道路矢量數(shù)據(jù)來源于OpenStreetMap 平臺，并參照道路屬性等級和遙感影像，結(jié)合人工判讀，利用ArcGIS 對研究區(qū)域道路進(jìn)行建模，然后使用Depthmap 軟件對道路軸線模型做空間句法指標(biāo)分析以得到變量值。

圖1 研究區(qū)位圖

所使用的商業(yè)POI 數(shù)據(jù)來源于2018 年高德地圖API，獲取廣州市POI 數(shù)據(jù)；挑選出具有商業(yè)性質(zhì)的POI 數(shù)據(jù)，共872756 條商業(yè)數(shù)據(jù)，參考2017 年《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》進(jìn)行門類劃分，分類結(jié)果見表1；再以主城區(qū)為研究范圍進(jìn)行裁剪，最終得出研究區(qū)范圍不同商業(yè)門類的POI 數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 空間句法原理

空間句法是一種用來分析空間社會用途的理論和方法，在初期時(shí)，空間句法主要應(yīng)用于建筑物和城市空間結(jié)構(gòu)的研究，經(jīng)過數(shù)十年的不斷完善，已經(jīng)發(fā)展成為一種比較成熟的城市形態(tài)定量分析理論[15]。利用空間分割法將空間內(nèi)各種物質(zhì)要素轉(zhuǎn)化為空間拓?fù)潢P(guān)系圖,通常使用凸多邊形法、軸線法和視域法。本文利用適合于城市道路網(wǎng)空間形態(tài)的軸線法，通過軸線分割城市空間，形成城市的道路空間軸線模型，利用道路軸線相互的連接關(guān)系轉(zhuǎn)化為拓?fù)潢P(guān)系圖，進(jìn)而分析城市空間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，文章用以下指標(biāo)衡量（見表2）：

表1 商業(yè)POI 分類及占比

表2 空間句法形態(tài)指標(biāo)

2.2 核密度分析

核密度分析法是地理空間數(shù)據(jù)挖掘的重要方法和工具，采用的是非參數(shù)估計(jì)法，能夠測度點(diǎn)或線要素在區(qū)域中的分布密度，廣泛地應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)的研究之中。核密度估計(jì)函數(shù)通過將網(wǎng)格置于研究區(qū)域及點(diǎn)群分布之上，用一個(gè)移動的三維函數(shù)觀察每個(gè)單元，計(jì)算搜索半徑內(nèi)每個(gè)點(diǎn)的權(quán)重值，越接近搜尋中心的點(diǎn)權(quán)重越大；最后通過求每個(gè)位置的圓表面的權(quán)重值之和計(jì)算得到格網(wǎng)單元的密度值[16]。因此，本文基于ArcGIS 的核密度分析功能，對廣州市主城區(qū)的商業(yè)POI 進(jìn)行核密度計(jì)算，得到商業(yè)POI密度的空間分布特征。

2.3 相關(guān)分析

相關(guān)分析旨在探討現(xiàn)象之間是否存在某種依存關(guān)系，并探討其相關(guān)方向以及相關(guān)程度，是研究隨機(jī)變量之間相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法。本文探究道路結(jié)構(gòu)和商業(yè)空間是否存在關(guān)聯(lián)，將道路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為空間句法指標(biāo)后，進(jìn)行核密度分析；并與POI 核密度柵格圖進(jìn)行相關(guān)分析，以此檢驗(yàn)兩者關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市道路結(jié)構(gòu)空間分布

基于Arcgis 繪制道路軸線圖，隨后使用Depthmap 進(jìn)行軸線分析，計(jì)算每條道路的句法變量值，分為全局整合度、局部整合度、平均深度值和連接值（如圖2 所示），采用自然斷裂法將各個(gè)指標(biāo)分為5 級，圖中道路顏色由紅至藍(lán)，代表著道路的等級和優(yōu)勢逐級遞減。

在全局整合度中，紅色等級的道路集中于天河區(qū)的西部、越秀區(qū)的東南部、荔灣區(qū)的東北部和海珠區(qū)的北部，整體上呈現(xiàn)出核心-邊緣態(tài)勢，由中心地向外圍擴(kuò)散，體現(xiàn)了距離衰減的規(guī)律，整合度代表道路拓?fù)潢P(guān)系上的可達(dá)性，即能體現(xiàn)出中心地區(qū)的道路可達(dá)性強(qiáng)，東南、東北地區(qū)可達(dá)性較低，西南和西北地區(qū)由于與其他地市相鄰可達(dá)性稍強(qiáng)。局部整合度選取R3 作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，代表著道路在3 個(gè)拓?fù)洳綌?shù)下的可達(dá)性，與全局整合度不同，局部整合度的分布較為均衡，能夠看住在天河區(qū)的體育中心、珠江新城、番禺區(qū)廣州南站以及部分城市主要道路上的可達(dá)性更強(qiáng)，代表著這些道路在局部范圍內(nèi)通達(dá)性更好，與周圍道路的緊密程度強(qiáng)。而局部整合度低的道路往往是道路的分支，與周圍的聯(lián)系不夠緊密。平均深度值與全局整合度較為相似，但是中心的范圍更大，代表著中心地區(qū)到達(dá)其他位置所需要的周轉(zhuǎn)次數(shù)更少。連接值低的道路大多為道路的支路，高的多為主干道、高速路、省道等高等級的道路。

圖2 研究區(qū)道路空間句法指標(biāo)

3.2 商業(yè)集聚空間分布

利用核密度分析法，對研究區(qū)范圍的商業(yè)POI進(jìn)行分析（如圖3 所示），使用自然斷裂法分級，得出整體商業(yè)的分布上呈現(xiàn)出核心-邊緣態(tài)勢，越秀、荔灣、天河、海珠都聚集著大量的商業(yè)空間，可見商業(yè)聚集的重心位于廣州市主城區(qū)的中西部，并逐漸向外圍擴(kuò)散，且有向北部和南部沿城市主要道路延伸的趨勢，同時(shí)白云山限制了商業(yè)的聚集。通過前文中對廣州市主要商圈的描述，能夠得出商業(yè)空間聚集的核心與商圈的分布較為一致。對比整體核密度與道路結(jié)構(gòu)能夠發(fā)現(xiàn)商業(yè)集聚與全局整合度以及平均深度值的分布趨勢相同，全局整合度越高和平均深度值越低的道路存在的商業(yè)空間就越豐富。商業(yè)空間聚集較高的地區(qū)城市道路網(wǎng)絡(luò)相對比較復(fù)雜，具有良好的空間滲透性，可達(dá)性較高。此外對商業(yè)POI的各個(gè)門類都進(jìn)行了核密度分析，以探討具體行業(yè)和道路結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。

圖3 商業(yè)POI 核密度

3.3 商業(yè)集聚與道路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)分析

利用Arcgis 空間分析中的多元分析進(jìn)行波段集統(tǒng)計(jì)，對上述的道路形態(tài)指標(biāo)和各門類的POI 核密度柵格圖層關(guān)聯(lián)分析，得到相關(guān)分析結(jié)果見（見表3）。表中主要對比道路結(jié)構(gòu)的不同句法指標(biāo)與POI核密度的相關(guān)性，從整體上看，在全體POI 數(shù)據(jù)的分析下，發(fā)現(xiàn)道路形態(tài)指標(biāo)與商業(yè)空間的分布都呈現(xiàn)正相關(guān)性，對應(yīng)相關(guān)性最強(qiáng)的是全局整合度為0.71，局部整合度、連接值相關(guān)性也較強(qiáng)，分別為0.69、0.67，說明上述這幾個(gè)指標(biāo)與商業(yè)空間的集聚呈現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性，能夠較好的預(yù)測商業(yè)空間的分布，平均深度值則是處于0.57 的中度相關(guān)，較前幾個(gè)指標(biāo)的預(yù)測能力稍差。在各個(gè)商業(yè)門類上，通過對比發(fā)現(xiàn)所有門類中相關(guān)性最強(qiáng)的都是全局整合度，且在餐飲、生活、住宿、醫(yī)療保健、體育休閑、商務(wù)住宅、科教文化的相關(guān)性都高于0.7，局部整合度和連接值的相關(guān)性與全局整合度相差很小，而平均深度值持續(xù)處于稍低相關(guān)性水平，與商業(yè)POI 整體上的結(jié)果一致。其中商務(wù)住宅與各類句法指標(biāo)的相關(guān)性最強(qiáng)，這也反映了商務(wù)住宅的選址更加合理，往往布局在道路結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)的區(qū)域。購物和金融保險(xiǎn)服務(wù)與道路形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性小于0.7，較前幾個(gè)門類稍低；其中與前人研究結(jié)果不一致的是金融保險(xiǎn)業(yè)務(wù)相關(guān)性最強(qiáng)的是連接值而并非是全局整合度值，說明本文的研究區(qū)域中，金融保險(xiǎn)行業(yè)的分布大多在支路多、滲透性好的城市主要道路。

表3 相關(guān)分析結(jié)果

4 結(jié)論與討論

通過對道路結(jié)構(gòu)的形態(tài)指標(biāo)與商業(yè)POI 點(diǎn)的核密度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，代表了道路結(jié)構(gòu)與商業(yè)空間集聚的關(guān)系。結(jié)果表明，道路結(jié)構(gòu)和商業(yè)空間集聚存在具體的關(guān)聯(lián)模式。①各類道路形態(tài)指標(biāo)都與商業(yè)空間集聚呈現(xiàn)“高-高”集聚的空間關(guān)聯(lián)模式。②商業(yè)集聚分布總體呈現(xiàn)出“核心-邊緣”結(jié)構(gòu)，同時(shí)道路形態(tài)指標(biāo)也能反映這種結(jié)構(gòu)，主要的核心集中于廣州市主城區(qū)的中西部，具體為天河西部、越秀東部、荔灣東北部和海珠區(qū)的北部，并逐漸向外圍擴(kuò)散輻射，部分商業(yè)門類的分布不均衡。③POI 核密度與廣州主城區(qū)的商圈分布具有一致性。④相關(guān)性結(jié)果表明，道路結(jié)構(gòu)指標(biāo)中，全局整合度是大部分商業(yè)類型的最強(qiáng)相關(guān)因子，能夠很好的預(yù)測商業(yè)空間的分布；連接值和局部整合度稍差，平均深度值的相關(guān)性最弱。⑤商務(wù)住宅與各類句法指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)，體現(xiàn)出這類行業(yè)在城市中傾向于布局在更優(yōu)越的地理位置和更合理的道路結(jié)構(gòu)附近。本研究表明，基于城市道路結(jié)構(gòu)的空間句法變量研究商業(yè)集聚特征具有可行性，研究結(jié)果為商業(yè)選址、功能區(qū)布局和道路規(guī)劃提供建議。在商業(yè)選址上，可以選擇全局整合度高的道路布局，這種道路往往具有更高的可達(dá)性和更多的人流量；功能區(qū)布局上，依據(jù)商業(yè)的類型，選取更適宜分布的道路指標(biāo)，同時(shí)可以在該門類商業(yè)分布較少和全局整合度較高的地區(qū)進(jìn)行選址，如增加在白云區(qū)和番禺區(qū)的體育休閑服務(wù)和醫(yī)療保健服務(wù)。在道路規(guī)劃上，應(yīng)提升商業(yè)集聚區(qū)的道路可達(dá)性，促進(jìn)整體道路網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)，提升路網(wǎng)的可理解性和智能度。文章受到數(shù)據(jù)經(jīng)度和研究方法的限制，沒有比較不同尺度下道路結(jié)構(gòu)和商業(yè)集聚的關(guān)系變化，對于商業(yè)POI 的分類不夠詳細(xì)，下一步研究可以結(jié)合更多的研究尺度，如格網(wǎng)、街道尺度，以及加入道路等級、人口密度、土地利用等指標(biāo)，深入探討道路結(jié)構(gòu)和商業(yè)聚集以及土地利用強(qiáng)度的關(guān)系。