基于POI數(shù)據(jù)的吉林市城市功能區(qū)識(shí)別及可視化研究

文/趙有樂 欒春燕 李順梅（北華大學(xué)林學(xué)院）

城市的結(jié)構(gòu)隨著城市化的發(fā)展而改變，黨的十八大以來，“五位一體”總體布局、新發(fā)展理念相繼提出，對(duì)國土空間布局、結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系提出了新的要求，主體功能區(qū)戰(zhàn)略格局亟待優(yōu)化，而在《“十四五”規(guī)劃》“完善城鎮(zhèn)化空間布局”章節(jié)，以發(fā)展壯大城市群和都市圈、分類引導(dǎo)大中小城市發(fā)展方向和建設(shè)為重點(diǎn)，形成“疏密有致、分工協(xié)作、功能完善”的城市化空間格局[1]。因此，對(duì)于城市功能結(jié)構(gòu)劃分能夠更好地為管理者提供理論支持有助于優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)及資源的合理利用。

一、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

（一）研究區(qū)域

本研究以吉林市主城區(qū)為研究對(duì)象，研究范圍包括昌邑區(qū)、龍?zhí)秴^(qū)、豐滿區(qū)、船營區(qū)共四個(gè)轄區(qū)，總面積3636km2。

（二）研究數(shù)據(jù)

本文數(shù)據(jù)來源為高德地圖公開的2020年吉林市POI數(shù)據(jù)（共56380條數(shù)據(jù)），每條數(shù)據(jù)包含行政區(qū)名稱、經(jīng)緯度、地址等八種基礎(chǔ)信息。原始的數(shù)據(jù)信息存在交叉重疊，并且功能分類不同，與規(guī)劃中的分類標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，所以我們需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，去除非典型要素，保留具有代表性的點(diǎn)，如交通服務(wù)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)園等。對(duì)結(jié)果[2,3]進(jìn)行大尺度、中尺度及小尺度分類，各類中又可能存在重復(fù)與交叉。

二、研究方法

（一）空間插值

空間插值，通過格網(wǎng)化（GRIDDING）以點(diǎn)換面的方式，使面數(shù)據(jù)能以三維面或等值線地圖展示，常用于建?；蚩臻g分析。

以2km×2km柵格將吉林市劃分為250302個(gè)研究單元，將興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ARCGIS后，將點(diǎn)數(shù)據(jù)賦予柵格中，用密度估算的方法測量柵格的像元密度。

（二）核密度分析法

密度估算分成簡單密度估算和核密度估計(jì)。簡單估算方法是計(jì)數(shù)方法，而核估計(jì)則是基于概率函數(shù)并提供估算的選項(xiàng)。H核函數(shù)表達(dá)為雙變量概率密度函數(shù)，是以一個(gè)已知點(diǎn)為中心，在一個(gè)定義的帶寬（搜索半徑）或窗口范圍內(nèi)逐漸減小到0，其核心影響強(qiáng)度隨距離減弱，可以體現(xiàn)較強(qiáng)的空間差異性。核密度分析（kernel density estimation ）將每個(gè)已知點(diǎn)與函數(shù)聯(lián)系，對(duì)數(shù)據(jù)的分布不附加設(shè)定，用于估算目的。其公式為：

通過Arc map密度分析工具，計(jì)算單位輸出柵格像元周圍點(diǎn)要素的密度，進(jìn)行可視化表達(dá)，得到興趣點(diǎn)的分布密度將落入搜索區(qū)的點(diǎn)賦予相同的權(quán)重，將其進(jìn)行求和，與搜索區(qū)域大小的比值，從而得到每個(gè)柵格的點(diǎn)密度值。為保證柵格內(nèi)容詳盡，比較確定最適輸出像元大小，使用最適的像元大小在每個(gè)要素范圍內(nèi)表示更多的特征、更小的要素或更詳細(xì)的內(nèi)容?；谂d趣點(diǎn)空間距離及點(diǎn)屬性關(guān)系進(jìn)行多距離空間聚類分析，確定最適搜索半徑即核帶寬，核帶寬即核函數(shù)的覆蓋范圍，它的值越大表示結(jié)果越抽象，帶寬越小，細(xì)節(jié)越多，碎片化越嚴(yán)重,對(duì)興趣點(diǎn)的分布進(jìn)行可視化表達(dá)。

三、結(jié)果與討論

（一）吉林市功能區(qū)識(shí)別與劃分

結(jié)合上述方法對(duì)吉林市主城區(qū)范圍進(jìn)行六大類功能區(qū)識(shí)別結(jié)果如圖1。圖示中六類功能區(qū)識(shí)別圖分別對(duì)應(yīng)c值范圍，以此為識(shí)別功能區(qū)的基礎(chǔ)。結(jié)果顯示，高密度城區(qū)城市化程度高，可識(shí)別性較強(qiáng)，更適合運(yùn)用POI數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)城市要素及優(yōu)化研究。

1.單一功能區(qū)

圖2中的數(shù)據(jù)顯示，購物服務(wù)和餐飲服務(wù)占商業(yè)類功能區(qū)主體，分別為25.54%和18.42%，公共管理公共服務(wù)設(shè)施類功能區(qū)中生活服務(wù)占比較高，與其他功能分類存在交叉關(guān)系。而單一功能區(qū)中，商業(yè)類功能區(qū)占比54.56%，商業(yè)要素基數(shù)較大，單一功能屬性單元較多，這些要素組成了混合功能區(qū)的中心基礎(chǔ)；住宅類功能區(qū)占比較低，在城市中心區(qū)分布相對(duì)集中，需要有針對(duì)性地進(jìn)行局部優(yōu)化。

圖2 不同類型興趣點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

圖1中，各類單一功能區(qū)主要集中在松花江兩岸，分布于昌邑區(qū)、龍?zhí)秴^(qū)、豐滿區(qū)、船營區(qū)的非中心地帶。綠地與廣場功能區(qū)多臨近住宅區(qū)及商業(yè)區(qū)，綠地在此區(qū)域內(nèi)使用度較高，對(duì)周圍的住宅區(qū)及商業(yè)區(qū)輻射較強(qiáng)，區(qū)域用地類型豐富，實(shí)現(xiàn)了各城市要素之間的關(guān)聯(lián)。但聚集度過高，地區(qū)拓展發(fā)展較慢。

圖1 各類功能區(qū)可視化識(shí)別圖

2.混合功能區(qū)

本文中將每個(gè)柵格內(nèi)c值大于等于50%且不為零的柵格區(qū)定義為混合功能區(qū)。結(jié)果反應(yīng)，吉林市中心城區(qū)主要由單一功能區(qū)和高混合功能區(qū)組成，單一功能區(qū)到高混合功能區(qū)之間銜接性較弱，對(duì)于單一功能區(qū)的提升迫在眉睫。

吉林中心城區(qū)內(nèi)研究單元共計(jì)284251個(gè)，商業(yè)住宿與住宅類混合單元1028個(gè)，從功能區(qū)混合程度來看，混合功能區(qū)占市域主要部分。市區(qū)中心混合度較高，城市結(jié)構(gòu)較為合理。

（二）結(jié)果驗(yàn)證

城市核心區(qū)的劃分少有理論及數(shù)據(jù)支撐，因此，為校驗(yàn)POI功能識(shí)別的準(zhǔn)確性，將功能識(shí)別結(jié)果與吉林市城市總體規(guī)劃進(jìn)行驗(yàn)證分析。（1）商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地識(shí)別。結(jié)果反應(yīng)對(duì)商業(yè)服務(wù)業(yè)用地的識(shí)別較為準(zhǔn)確，不僅將中心城區(qū)以財(cái)富購物廣場、吉林百貨大樓、新瑪特、歐亞購物中心為核心的商圈展現(xiàn)出來，還將沿吉林大街、解放東路為軸線發(fā)展的城市空間呈現(xiàn)出來；（2）住宅用地識(shí)別。對(duì)居住區(qū)識(shí)別主要集中在沿江一帶，如松北區(qū)、龍灣雅苑等。住宅區(qū)的識(shí)別主要受地理位置和居住環(huán)境的影響，識(shí)別性較高的住宅區(qū)品質(zhì)相對(duì)較高；（3）綠地與廣場用地。對(duì)綠地和廣場用地的識(shí)別主要集中在沿江兩側(cè)，有江南公園、北山公園等，其余以湖泊山脈綠地主題的公園有松花湖風(fēng)景區(qū)、朱雀山國家森林公園等；（4）工業(yè)及倉儲(chǔ)用地。 因工業(yè)和倉儲(chǔ)用地類型本身可識(shí)別性不強(qiáng)，大大小小的公司與城區(qū)交錯(cuò)，產(chǎn)業(yè)園遠(yuǎn)離中心城區(qū)且人流少，通過POI識(shí)別功能較難，僅識(shí)別出江南江北大型片區(qū)。

四、結(jié)論

本次研究以ARCGIS中劃分的柵格為研究單元，基于核密度估算法，對(duì)吉林市城區(qū)的功能區(qū)進(jìn)行劃分。識(shí)別結(jié)果吉林市主體規(guī)劃相符，與吉林市城市空間結(jié)構(gòu)及要素之間相契合，土地資源利用率較高，同時(shí)也證明此研究合理。提高單一功能區(qū)識(shí)別的精確度，為混合功能區(qū)的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。本研究的不足之處在于興趣點(diǎn)因公眾認(rèn)知度的不同而存在的賦值差異，各要素之間影響力各不相同，邊緣地區(qū)數(shù)據(jù)較少?；趨^(qū)域發(fā)展，響應(yīng)“十四五規(guī)劃”，區(qū)域功能區(qū)分布應(yīng)與發(fā)展目標(biāo)一致，未來在生態(tài)建設(shè)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化城市群內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑生態(tài)和安全屏障，形成多中心、多層級(jí)、多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)型城市群。