基于GIS空間分析的公共服務(wù)設(shè)施空間布局特征研究
——以烏魯木齊市為例

付 笛 陳前利 程冬月 張志會(huì)

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院 烏魯木齊 830052）

1 引言

為居住者提供各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施是城市的主要功能之一［1］。城市公共服務(wù)設(shè)施是社會(huì)服務(wù)的物質(zhì)載體，是服務(wù)于廣大城市居民的教育、醫(yī)療、文體和商業(yè)等社會(huì)性基礎(chǔ)設(shè)施［2］。公共服務(wù)設(shè)施的質(zhì)量、數(shù)量和布局不僅與城市居民的生活水平息息相關(guān)，還對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展有重要影響。研究城市公共服務(wù)設(shè)施空間布局為政府合理配置公共服務(wù)設(shè)施和城市空間治理提供參考依據(jù)，可以促進(jìn)城市的高質(zhì)量發(fā)展。

國(guó)外關(guān)于公共服務(wù)設(shè)施的早期研究主要集中在區(qū)位選址問(wèn)題。1968年Teitz首次就公共服務(wù)設(shè)施提出區(qū)位論［3］。1970年Schultz在醫(yī)療設(shè)施區(qū)位選擇的研究中引入“中心地理論”［4］。Farhan設(shè)計(jì)了一種空間優(yōu)化模型對(duì)哥倫布市車(chē)輛換乘站的選址進(jìn)行了驗(yàn)證［5］。除了區(qū)位選擇外，國(guó)外關(guān)于公共服務(wù)設(shè)施的研究還集中于可達(dá)性研究［6～7］、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)研究［8～9］和空間公平研究［10］等方面。國(guó)內(nèi)關(guān)于公共服務(wù)設(shè)施的研究起步較晚。在研究?jī)?nèi)容上，學(xué)術(shù)界圍繞著公共服務(wù)設(shè)施空間布局［11～12］、可達(dá)性［13～14］、優(yōu)化布局［15～16］、社會(huì)分異［17］、區(qū)位選擇［18］等內(nèi)容展開(kāi)理論與實(shí)證研究，并取得了豐富的研究成果。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

本文以烏魯木齊市七區(qū)一縣為研究區(qū)域，即天山區(qū)、米東區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)、頭屯河區(qū)、達(dá)坂城區(qū)和烏魯木齊縣。研究對(duì)象是根據(jù)《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)（GB50137-2011）》和《城市公共設(shè)施規(guī)劃規(guī)范（GB50442-2008）》，并借鑒了高軍波［2］和湛東升［12］等的研究，選取了對(duì)城市宜居程度和居民生活體驗(yàn)影響較大的六類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1）公共服務(wù)設(shè)施數(shù)據(jù)來(lái)自2018年12月的百度POI數(shù)據(jù)，共提取烏魯木齊市六類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施共932個(gè)POI坐標(biāo)點(diǎn)，其中29個(gè)交通設(shè)施點(diǎn)、628個(gè)教育設(shè)施點(diǎn)、64個(gè)醫(yī)療設(shè)施點(diǎn)、128個(gè)商業(yè)服務(wù)設(shè)施點(diǎn)、37個(gè)公園廣場(chǎng)、47個(gè)文體設(shè)施。2）人口數(shù)據(jù)來(lái)自《烏魯木齊統(tǒng)計(jì)年鑒2018》。3）研究區(qū)域底圖來(lái)源國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心http：//www.webmap.cn/。

2.3 研究方法

公共服務(wù)設(shè)施的空間布局特征在研究對(duì)象上應(yīng)從兩方面著手，首先從總體上研究公共服務(wù)設(shè)施的布局規(guī)律，其次研究不同類(lèi)型公共服務(wù)設(shè)施空間布局特征差異。在空間布局特征上可以從數(shù)量分布、布局方向及聚集中心三個(gè)方面去考慮，根據(jù)三個(gè)不同方面選取三種不同的空間分析方法。

2.3.1 自然斷點(diǎn)法

自然斷裂點(diǎn)分類(lèi)法根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分組，從而使得各組間的差距最大化和組內(nèi)相似值的最優(yōu)化，最終表現(xiàn)出來(lái)各組之間的最大差異，從而避免主觀分類(lèi)。本文利用Arc GIS中的自然間斷點(diǎn)功能進(jìn)各區(qū)公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量行分類(lèi)，從而對(duì)比分析烏魯木齊市各個(gè)行政區(qū)域的公共服務(wù)設(shè)施分布情況。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓以中心、長(zhǎng)軸、短軸、方位角為參數(shù)，定量描述空間要素分布特征的一種空間統(tǒng)計(jì)方法，其長(zhǎng)軸與短軸的方向分別反映了要素在二維空間上分布的主要及次要方向，長(zhǎng)軸與短軸的長(zhǎng)度分別代表了地理要素分布在主要及次要方向上的離散程度，長(zhǎng)短軸之間長(zhǎng)度的比值反映地理要素在空間分布中的形態(tài)［12］，用來(lái)概括地理特征的空間特征：集中趨勢(shì)，離散度和方向趨勢(shì)。其計(jì)算公式為

2.3.3 核密度分析

核密度分析是根據(jù)點(diǎn)要素空間數(shù)據(jù)集計(jì)算出整個(gè)范圍的數(shù)據(jù)集聚情況，從而產(chǎn)生出的連續(xù)密度的表面。其方程定義為

3 烏魯木齊市公共服務(wù)設(shè)施空間布局特征分析

3.1 公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量分布情況

在ArcGIS中，通過(guò)分區(qū)統(tǒng)計(jì)得出各區(qū)的公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量，再利用自然段點(diǎn)法將各區(qū)的公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量分為五個(gè)等級(jí)。如圖1所示，烏魯木齊市各區(qū)公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量分布有差異，沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、天山區(qū)、米東區(qū)公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量最多，水磨溝區(qū)次之，頭屯河區(qū)、達(dá)坂城區(qū)和烏魯木齊縣相對(duì)較少。同時(shí)，將烏魯木齊市人口與公共服務(wù)設(shè)置的比值用自然段法分為五個(gè)等級(jí)。由圖2可知：頭屯河區(qū)公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量最為緊張，平均每處服務(wù)于3469人以上，天山區(qū)和新市區(qū)次之，平均每處服務(wù)于2862～3468人；水磨溝區(qū)與沙依巴克區(qū)，平均每處服務(wù)于5050～2861人；米東區(qū)、達(dá)坂城區(qū)與烏魯木齊縣公共服務(wù)設(shè)施雖然公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量較少，但是人口數(shù)量也較少，故平均每處服務(wù)的人數(shù)少于2049人。兩幅圖對(duì)比可知，頭屯河區(qū)的公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量為中等層級(jí)，但其數(shù)量與人口數(shù)不匹配，導(dǎo)致人口/公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量的比值較大。

圖1 烏魯木齊市各區(qū)公共服務(wù)設(shè)數(shù)量分布圖

圖2 烏魯木齊市各區(qū)人口與公共服務(wù)設(shè)施比

3.2 空間布局形態(tài)特征分析

3.2.1 各類(lèi)設(shè)施布局形態(tài)

圖3為烏魯木齊市各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，表1為相關(guān)參數(shù)，分布趨勢(shì)及離散程度有以下特征：1）商業(yè)服務(wù)設(shè)施和教育設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的X軸長(zhǎng)度與Y軸長(zhǎng)度相差小于0.1，即分布形態(tài)近似圓，說(shuō)明教育設(shè)施及商業(yè)服務(wù)設(shè)施在各個(gè)方向分布均衡；2）公園廣場(chǎng)、醫(yī)療設(shè)施及交通設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的方位角皆大于90，說(shuō)明這五類(lèi)設(shè)施的布局方向?yàn)槲鞅?東南方向，其中公園廣場(chǎng)、醫(yī)療設(shè)施及交通設(shè)施的X軸與Y軸之差大于0.1，說(shuō)明這三類(lèi)設(shè)施沿西北-東南方向軸帶式布局；3）文體設(shè)施X軸與Y軸之差為-0.11，Y軸方向?yàn)殚L(zhǎng)軸，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的方位角小于90，說(shuō)明布局形態(tài)為東北-西南方向軸帶式布局。

圖3 烏魯木齊市各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

表1 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓結(jié)果數(shù)據(jù)

3.2.2 空間聚集中心分析

為了更加直觀地反映烏魯木齊市各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施的空間配置形態(tài)特征，本文使用Arc GIS中Kernel Density工具分別對(duì)六類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施進(jìn)行分析。

圖4～圖9為各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施的核密度分析結(jié)果。

圖4 文體設(shè)施核密度圖

圖5 公園廣場(chǎng)核密度圖

圖6 醫(yī)療設(shè)施核密度圖

圖7 教育設(shè)施核密度圖

圖8 商業(yè)服務(wù)設(shè)施核密度圖

圖9 交通設(shè)施核密度圖

1）文體設(shè)施有一大一小兩個(gè)聚集中心，大中心位于沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)、天山區(qū)、新市區(qū)交界處，并且沿會(huì)展中心方向蔓延；烏魯木齊縣由于其特有的地理位置與氣候條件，建有多個(gè)不同規(guī)模的滑雪場(chǎng)，故形成一個(gè)小聚集中心。

2）醫(yī)療、教育、和商業(yè)服務(wù)設(shè)施都為單聚集中心，主要集中布局在老城區(qū)和米東區(qū)的西南部。老城區(qū)發(fā)展歷史悠久，人口數(shù)量多，相應(yīng)的醫(yī)療設(shè)施、教育設(shè)施和商業(yè)服務(wù)設(shè)施都較為完善；隨著會(huì)展中心的快速發(fā)展，帶動(dòng)了周邊房地產(chǎn)項(xiàng)目及人口不斷增加，也使其周邊的配套設(shè)施數(shù)量增加。

3）交通設(shè)施和公園廣場(chǎng)的聚集程度較低，除老城區(qū)的主要聚集中心外，城市外圍分布有多個(gè)小聚集中心。城市中心人口流量較大，交通設(shè)施及公園廣場(chǎng)較為聚集。此外，對(duì)外交通設(shè)施是連接烏魯木齊市與周邊城市的重要樞紐，故在城市外圍形成多個(gè)小聚集中心。公園廣場(chǎng)的大聚集中心從城市中部往西延伸，中聚集中心位于頭屯河區(qū)與烏魯木齊縣的交界處，周邊圍繞多個(gè)小聚集中心，主要用作烏魯木齊市民短期出游。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 結(jié)論

本文基于烏魯木齊市公共服務(wù)設(shè)施的POI坐標(biāo)點(diǎn)，采用自然斷點(diǎn)法、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和核密度分析方法，從數(shù)量分布、形態(tài)特征和聚集程度三個(gè)角度上研究了烏魯木齊市公共服務(wù)設(shè)施的空間布局特征，為優(yōu)化城市空間布局提供一定的參考依據(jù)。烏魯木齊市公共服務(wù)設(shè)施空間布局特征如下：1）公共服務(wù)設(shè)施在總體上分布不均衡，主要集中在發(fā)展歷史較長(zhǎng)、人口較多且經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的天山區(qū)、沙依巴克區(qū)和新市區(qū)。2）各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施布局的方向及形態(tài)各異。3）不同類(lèi)型公共服務(wù)設(shè)施聚集中心的數(shù)量存在差異，但聚集中心均在城市中心圈層。主城區(qū)外圍的頭屯河區(qū)和米東區(qū)也擁有多個(gè)次要聚集中心。

4.2 討論

受烏魯木齊市獨(dú)特的地理?xiàng)l件及城市規(guī)劃戰(zhàn)略的影響，各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施多為軸帶式布局。烏魯木齊城市形態(tài)為布袋形，南部烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)海拔較高，地勢(shì)復(fù)雜，施工難度較大，故公共服務(wù)設(shè)施數(shù)量較少；中部為主城區(qū)，地勢(shì)相對(duì)平坦適宜建設(shè)各類(lèi)設(shè)施，且主城區(qū)發(fā)展歷史悠久，基礎(chǔ)建設(shè)最成熟；北部地勢(shì)平緩，配套的公共服務(wù)設(shè)施也相對(duì)齊全。因此，烏魯木齊市大力發(fā)展城北及城西，公共服務(wù)設(shè)施圈層布局形態(tài)也明顯向北及向西延伸。根據(jù)烏魯木齊市公共服務(wù)設(shè)施的布局特征，從政府的視角提出如下建議：其一，城市擴(kuò)張的同時(shí)加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。完善城北及城西新開(kāi)發(fā)房地產(chǎn)項(xiàng)目周邊的公共服務(wù)設(shè)施建設(shè)。其二，優(yōu)化公共服務(wù)設(shè)施均衡性布局。公共服務(wù)設(shè)施布局規(guī)劃應(yīng)當(dāng)考慮周邊居住區(qū)數(shù)量、交通條件和現(xiàn)有公共服務(wù)設(shè)施的數(shù)量，防止出現(xiàn)因公共服務(wù)設(shè)施分布過(guò)度集中，衍生出交通及環(huán)境問(wèn)題。其三，將各類(lèi)公共服務(wù)設(shè)施分等級(jí)布局。將教育設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、文體設(shè)施等各類(lèi)設(shè)施劃分為不同的等級(jí)，按照不同等級(jí)進(jìn)行布局。防止出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育、醫(yī)療、文化等設(shè)施過(guò)度聚集中導(dǎo)致的分配不均現(xiàn)象。