濟南與青島城市居住空間格局及影響因素的比較分析

謝國磐 金昌東 胡 兵 張寶雷

( 1) 山東省國土空間生態(tài)修復(fù)中心，250014，濟南； 2) 山東師范大學地理與環(huán)境學院，250358，濟南 )

1 引 言

居住是城市基本的功能之一[1]，城市居住空間是城市空間的重要組成部分.伴隨著城市化的快速推進，以及經(jīng)濟體制轉(zhuǎn)軌和社會結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，城市空間結(jié)構(gòu)進入一個重組與調(diào)整的轉(zhuǎn)型期，城市居住空間出現(xiàn)重構(gòu)和分異現(xiàn)象[2].城市居住空間格局是國土空間規(guī)劃的基本內(nèi)容之一，關(guān)系到公眾的基本所需，因此，城市居住空間格局一直是學界和政府部門關(guān)注的重點內(nèi)容之一.國外對于居住空間的研究最早開始于20世紀初期，主要包括居住空間的擴展模式[3]、居住行為和住宅區(qū)位選擇[4-7]及居住空間格局影響因素[8，9]等方面的研究.國內(nèi)對于居住空間的研究開始于20世紀80年代，主要集中在居住結(jié)構(gòu)變遷、演變特征和擴展模式等空間結(jié)構(gòu)的演變研究[10,11]，從社會空間視角[12]和物質(zhì)空間視角[13]開展的居住空間分異研究，以及探討以北京[14]、上海[15]等城市郊區(qū)化現(xiàn)狀、發(fā)展機制等居住郊區(qū)化研究.

近年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，基于地理位置的服務(wù)產(chǎn)生了許多空間數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)為城市的研究提供了支持.地圖興趣點(POI，Point of Interest)數(shù)據(jù)是一種表示地理實體的點空間數(shù)據(jù)，包含空間位置與屬性信息，它也是網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的重要來源之一.考慮到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的限制，POI數(shù)據(jù)為研究居住空間格局提供了一種更準確有效的數(shù)據(jù)獲取方式，可對空間格局進行定量研究，精細識別城市內(nèi)部的空間分異特征[16].同時，由于POI數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、范圍廣、精度高等特點，其已被廣泛應(yīng)用于城市空間研究中[17].目前，國內(nèi)外學者基于POI數(shù)據(jù)對城市的研究主要集中在城市結(jié)構(gòu)研究[17，18]、人口時空變化[19]、城市邊界提取[20-22]等，但結(jié)合網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)對城市居住空間結(jié)構(gòu)、居住空間的影響因素等方面研究較少，對不同類型城市居住空間結(jié)構(gòu)及其影響因素的差異性研究更少.因此，本文中基于網(wǎng)絡(luò)POI數(shù)據(jù)，選取山東省兩個典型城市濟南市和青島市，從住宅區(qū)的空間分布出發(fā)，系統(tǒng)探討了居住空間分布特征及其影響因素差異，以期為合理調(diào)整、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)及功能提供數(shù)據(jù)和方法支持.

2 方法與數(shù)據(jù)

2.1研究區(qū)濟南市和青島市同屬山東省核心城市，其城市發(fā)展在省內(nèi)處于領(lǐng)先水平，而且居住用地面積也位居前兩位，本研究選擇兩市中心城規(guī)劃范圍作為研究區(qū)域，如圖1所示.其中，濟南(N36°01′～37°32′，E116°11′～117°44′)位于山東省中部，南依泰山，北跨黃河，屬于內(nèi)陸城市，其中心城規(guī)劃面積1 022 km2；青島(N35°35′～37°09′，E119°30′～121°00′)位于山東半島西南部，東、南兩面瀕臨黃海，屬于沿海城市，其中心城規(guī)劃面積1 408 km2.2020年，濟南市規(guī)劃居住用地約109 km2，占城市建設(shè)用地的26.6%，人均居住用地25.4 m2；青島市規(guī)劃居住用地約216.88 km2，占城市建設(shè)用地的32.5%，人均居住用地35.6 m2.

圖1 研究區(qū)地理位置

2.2數(shù)據(jù)來源研究POI數(shù)據(jù)來源于高德地圖(https://www.poi86.com/，更新時間2020年12月)，包括城市中絕大多數(shù)實體對象的位置及其屬性信息，屬于實體對象在地圖上的一種點的抽象表現(xiàn)形式.對獲得的POI數(shù)據(jù)進行去重、糾偏后，獲得濟南市、青島市中心城區(qū)POI數(shù)據(jù)分別為61 668條、39 407條，然后依據(jù)城市的不同功能并且結(jié)合高德地圖中的POI分類標準，將POI數(shù)據(jù)分成住宅、公共設(shè)施、公司企業(yè)、金融機構(gòu)、交通服務(wù)相關(guān)、科教文化場所、購物相關(guān)場所、醫(yī)療保健服務(wù)場所、體育休閑服務(wù)場等九類，其中濟南市和青島市住宅數(shù)量分別為5 918個和3 571個，分別占各自城區(qū)POI個數(shù)的9.60%和9.06%.

2.3研究方法

2.3.1 空間分布格局 空間分布狀態(tài)采用核密度分析方法來分析城市居住區(qū)的空間分布特征，該方法用于計算空間點、線要素在其周圍鄰域中的密度，并對密度分布進行連續(xù)化模擬，以圖像中每個柵格的核密度值反映空間要素的分布特征，其計算公式如下[23],

(1)

式中,f(x)為x處的核密度估計值；r為搜索半徑；n為樣本總數(shù)；dix為POI點i與x間的距離；Φ為距離的權(quán)重.

空間聚集程度采用平均最近鄰距離來評估城市居住空間的聚集程度，平均鄰近距離包括5個指標值，分別是平均觀測的距離(di)、預(yù)期平均的距離(de)、最近鄰指數(shù)(R)、Z得分和p值，且R值越小聚集程度越高.因為在平均最近鄰距離的統(tǒng)計工具當中，零假設(shè)為：輸入要素是隨機分布的，因此需根據(jù)Z得分和p值來確定在一定的顯著性水平情況下，是否拒絕零假設(shè).計算公式如下[24],

(2)

(3)

(4)

式中,A為研究區(qū)的面積；N為POI數(shù)據(jù)的個數(shù)；當|Z|>2.58且p<0.01時，拒絕零假設(shè).

平均最近鄰工具的原理是測算一個POI與其距離最近的POI之間的觀測距離，并且計算出全部POI最鄰近距離的平均值.假如某種POI平均觀測的距離小于其隨機分布的預(yù)期平均的距離，那么這種POI就屬于聚集分布特征，反之，則屬于分散分布特征.

空間分布方向性運用標準差橢圓SDEx來研究濟南市和青島市中心城區(qū)住宅POI空間分布的方向趨勢，標準差橢圓計算公式如下[25],

(5)

(6)

2.3.2 影響因素分析 本研究采用地理探測器來識別城市居住區(qū)格局的影響因素.地理探測器的主要原理是分析每個因子層內(nèi)的方差和總方差之間的關(guān)系，從而利用空間分層的異質(zhì)性來探測每個要素對其因變量的驅(qū)動力.空間分異性是通過因子探測器當中的q值來測量自變量對其因變量的空間分異解釋力，q值則代表自變量X解釋了100×q%的因變量Y，Y的值域為[0,1].當q=0時，代表自變量X與因變量Y完全無關(guān)；當q=1時，則代表自變量X完全決定了其因變量Y的空間分布.計算公式如下[26],

(7)

地理探測器中交互探測的原理是通過計算、比較X1、X2兩個單因子各自的q值和兩個因子疊加后的q值，來判斷X1和X2是否有某種交互作用，以及其交互作用的大小、方向、線性關(guān)系等.兩因子間的疊加不但包括相乘關(guān)系,同時還包括其他關(guān)系；只要存在關(guān)系，其關(guān)系就能被地理探測器所檢驗出來，因子交互探測作用結(jié)果的判定依據(jù)如表1所示.

表1 地理探測器判據(jù)與交互作用結(jié)果

3 結(jié)果與分析

3.1住宅的空間分布

3.1.1 總體分布特征 由濟南市和青島市兩市中心城區(qū)住宅POI核密度分析圖(圖2)可以看出，濟南市中心城區(qū)住宅POI空間分布表現(xiàn)為“中部密集、東西部分散”的特征，核心區(qū)位于歷下區(qū)西部、市中區(qū)東北部、槐蔭區(qū)東部及歷城區(qū)西部；青島市中心城區(qū)住宅POI空間分布呈南北離散分布的特征，由南部沿海向內(nèi)陸逐漸降低，其核心區(qū)位于市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)和黃島區(qū)東北部，在沿海地區(qū)集中在膠州灣東岸.濟南市中心城區(qū)的住宅POI平均密度要大于青島市，其中在核心區(qū)的差異更為明顯，而且濟南市的住宅核心區(qū)相對比較集中，聚集密度突出，大部分集中在老四區(qū)(歷下區(qū)、市中區(qū)、天橋區(qū)、槐蔭區(qū))；而青島市的住宅核心區(qū)則相對比較分散，主要分布在膠州灣東岸和西岸以及李滄區(qū)和城陽區(qū)，但分布密度與中心城區(qū)其它地區(qū)的差異較小，且遠低于濟南市中心城區(qū)的核密度.

圖2 POI核密度分析

3.1.2 空間分布集聚特征 利用ArcGIS中的自然斷點法對研究區(qū)域進行不同密度的分割成 “高、中、低”三種密度的聚集區(qū)，得到濟南市和青島市居住空間聚集程度分布圖(圖3).由圖3可知，濟南市高聚集區(qū)位于以泉城廣場、環(huán)城公園為中心，京滬線、經(jīng)十路、千佛山、二環(huán)東路所圍成的區(qū)域，由東西方向聚集特征逐漸減弱，該區(qū)開發(fā)歷史較早，特色街區(qū)、高等院校和科研院所眾多，是濟南市最早發(fā)展起來的區(qū)域，也是濟南市中心地段，所以住宅區(qū)分布最集中；中聚集區(qū)表現(xiàn)出以高聚集區(qū)向外延伸，形成“一個主中心，兩個副中心”的格局，涵蓋歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)、歷城區(qū)，以及長清區(qū)的部分地區(qū).青島市高聚集區(qū)主要包括兩個區(qū)域，分別是位于膠州灣東岸的山東路、香港中路、海爾路、重慶南路所圍成的區(qū)域和黃島區(qū)以青島理工大學、人民廣場為中心的周邊地區(qū)；中聚集區(qū)主要位于市北區(qū)北部、李滄區(qū)中南部、城陽區(qū)中部、黃島區(qū)中部和東部.

圖3 住宅用地聚集區(qū)分布

從不同類型聚集區(qū)POI個數(shù)統(tǒng)計(表2)可以看出，濟南市和青島市兩市中心城區(qū)住宅POI整體上 “高、中、低”三種聚集區(qū)都具有明顯不同的空間特征.其中，濟南市的高聚集區(qū)與中聚集區(qū)面積分別占研究區(qū)的4.04%與11.66%，分別包含35.57%與40.23%的POI；低聚集區(qū)面積占84.30%，僅包含24.20%的POI.青島市高聚集區(qū)與中聚集區(qū)的面積分別占研究區(qū)的5.45%與17.10%，分別包含43.53%與39.89%的POI；低聚集區(qū)面積占77.46%，僅包含16.58%的POI.由此看出，高集聚區(qū)的單位面積住宅POI密度遠高于中聚集區(qū)和低聚集區(qū)；根據(jù)鄰近分析結(jié)果，兩市高、中、低三種聚集區(qū)R值均小于1，呈現(xiàn)集聚分布；其中，濟南市高、中聚集區(qū)的要素聚集強度顯著高于低聚集區(qū)；而青島市高、中聚集區(qū)的要素聚集強度略高于低聚集區(qū)，沒有顯著差別.

表2 不同聚集區(qū)POI統(tǒng)計分析結(jié)果

3.1.3 空間分布方向特征 從濟南和青島兩市中心城區(qū)住宅分布標準差橢圓(圖4)可知，濟南市中心城區(qū)住宅分布呈中部聚集，東西部分散，在空間上大致呈“東北-西南”走向分布，這主要是由于濟南市以老城為中心城區(qū)，拓展東部城區(qū)、西部城區(qū)的城市空間規(guī)劃綜合影響的體現(xiàn).青島市中心城區(qū)住宅分布在空間上也呈“東北-西南”走向分布，這與住宅集中在東岸都心和西岸都心有關(guān)，同時也體現(xiàn)出青島城市格局已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，主城區(qū)不再只是市內(nèi)四區(qū)，而是規(guī)劃成為三個主城區(qū)，包括東岸城區(qū)、北岸城區(qū)和西岸城區(qū).

圖4 POI標準差橢圓分布

3.2住宅空間分布的影響因素城市自然本底、經(jīng)濟、社會狀況都會對住宅空間分布產(chǎn)生影響，本研究基于網(wǎng)絡(luò)POI大數(shù)據(jù)的不同功能類別數(shù)量選擇影響因子.根據(jù)高德地圖興趣點的主要分類標準，本研究將提取出濟南市和青島市公共設(shè)施(x1)、公司企業(yè)(x2)、金融機構(gòu)(x3)、交通服務(wù)(x4)、科教文化場所(x5)、購物相關(guān)場所(x6)、醫(yī)療保健服務(wù)場所(x7)、體育休閑服務(wù)場所(x8)等8類功能POI點作為影響因子.利用創(chuàng)建漁網(wǎng)工具，以1 km為分析尺度, 濟南市和青島市分別得到1 136個和1 649個網(wǎng)格，統(tǒng)計每個網(wǎng)格內(nèi)各類不同功能POI點的個數(shù)，然后通過SPSS24.0對各類影響因子的POI數(shù)量進行K-Means聚類分析，最后通過地理探測器模型對提取的影響因子進行因子探測和交互探測.

3.2.1 主要影響因子 利用地理探測器識別影響住宅空間分布的關(guān)鍵因素，因子探測結(jié)果如表3所示.由表可知，兩市中心城區(qū)各因子對住宅空間分布的解釋力(q值)存在較大差異.濟南市所有影響因子的q值范圍為0.291 2～0.543 8，其顯著性差異大小依次為科教文化場所(0.543 8)>交通相關(guān)服務(wù)(0.532 8)>購物場所(0.526 4)>體育休閑場所(0.526 3)>醫(yī)療保健場所(0.512 0)>金融機構(gòu)(0.507 3)>公共設(shè)施(0.347 0)>公司企業(yè)(0.291 2).

表3 因子探測結(jié)果

青島市所有影響因子的q值范圍為0.081 7～0.724 8，其顯著性差異大小依次為交通相關(guān)服務(wù)(0.724 8)>金融機構(gòu)(0.489 8)>科教文化(0.443 1)>購物場所(0.429 6)>體育休閑場所(0.397 0)>醫(yī)療保健場所(0.352 0)>公共設(shè)施(0.337 0)>公司企業(yè)(0.081 7).

綜合來看，兩市中心城區(qū)的金融機構(gòu)、交通相關(guān)服務(wù)、科教文化場所、購物場所、醫(yī)療保健場所、體育休閑場所對住宅空間分布的解釋力強，這當中交通相關(guān)服務(wù)的解釋力都較強，說明城市居民對方便快捷的公共交通系統(tǒng)的依賴程度大，居住區(qū)周圍道路數(shù)量和公共交通線路數(shù)量都會對住宅空間分布產(chǎn)生重大影響；其次是科教文化場所，說明在買房者的購房需求中，教育因素成為其首要考慮的因素之一.公共設(shè)施對住宅空間分布的解釋力較弱，這說明報刊亭和公共衛(wèi)生間并不是住宅空間分布的重要因素.公司企業(yè)的解釋力最弱，這與城市規(guī)劃中工業(yè)區(qū)和住宅區(qū)兩者間的距離有著直接關(guān)系，兩種功能區(qū)往往不會出現(xiàn)重疊或者相近有關(guān).

3.2.2 影響因子的交互作用 從濟南市和青島市兩市因子交互探測結(jié)果(圖5和圖6)可以看出，兩市的交通相關(guān)服務(wù)與購物場所的交互作用均為最強，解釋力分別為0.642 6和0.918 2.其中，濟南市的交通相關(guān)服務(wù)與醫(yī)療保健場所次之，q值為0.641 5，而青島市則是交通相關(guān)服務(wù)與科教文化場所的交互作用次之，q值為0.911 8.從平均值來看，兩市的交通相關(guān)服務(wù)、購物場所、科教文化場所與各因子交互作用均位列前三位.濟南市的q值均在0.6以上，青島市的q值均在0.8以上，進一步驗證了交通相關(guān)服務(wù)、購物場所、科教文化場所是住宅空間分布的重要影響因子，并且這三個影響因子與其他因子間的交互作用能較高程度地解釋住宅空間分布的因素.不同的是，青島市的這三者間交互作用的解釋力顯著大于濟南市，說明這交通相關(guān)服務(wù)、購物場所、科教文化場所對青島市住宅空間分布影響的重要性要大于濟南市.

圖5 濟南市因子交互探測結(jié)果

圖6 青島市因子交互探測結(jié)果

4 結(jié)論與討論

4.1結(jié) 論本文以濟南市和青島市中心城為研究區(qū)域，綜合采用核密度分析、平均最近鄰分析、標準差橢圓等空間分析方法，對比分析兩市住宅空間分布特征，并利用地理探測器探明兩市影響住宅分布的主要因素.

1) 兩市中心城區(qū)住宅格局在空間上大致都呈“東北-西南”走向分布.其中，濟南市表現(xiàn)為“中部密集、東西部分散”的格局特征，且住宅核心區(qū)相對比較集中，高聚集區(qū)位于以泉城廣場、環(huán)城公園為中心，京滬線、經(jīng)十路、千佛山、二環(huán)東路所圍成的區(qū)域；而青島市住宅核心區(qū)則比較分散，其核心區(qū)位于膠州灣東岸和西岸，分別是位于膠州灣東岸的山東路、香港中路、海爾路、重慶南路所圍成的區(qū)域和黃島區(qū)以青島理工大學、人民廣場為中心的周邊地區(qū).

2) 濟南市核心區(qū)住宅聚集強度和住宅密度都要顯著高于青島市.濟南市居住空間多集中在歷下、槐蔭、市中和天橋等老四區(qū)，整體上發(fā)展較為不平衡；而青島市核心區(qū)住宅聚集強度較低，強度聚集區(qū)不只是市內(nèi)四區(qū)，而包括東岸城區(qū)、北岸城區(qū)和西岸城區(qū)(黃島區(qū))三個主城區(qū).

3) 濟南市和青島市中心城區(qū)住宅空間分布的影響因子存在差異.其中，影響濟南市居住空間分布主要因素是科教文化場所分布，其次是交通相關(guān)服務(wù)和購物場所分布；影響青島市居住空間分布主要影響因素是交通相關(guān)服務(wù)場所分布，其次是是金融機構(gòu)和科教文化場所分布.

4.2討 論城市居住空間的布局是多方面因素綜合作用的結(jié)果，除自然、歷史、地形等影響之外，經(jīng)濟、政策、交通等要素在居住空間的布局中也發(fā)揮重要作用，其中，濟南的“東拓、西進、南控、北跨、中疏”城市發(fā)展戰(zhàn)略和青島的“全域統(tǒng)籌、三城聯(lián)動、軸帶展開、生態(tài)間隔、組團發(fā)展”城市發(fā)展戰(zhàn)略對兩市住宅用地空間布局與聚集程度發(fā)揮了重要影響.濟南市和青島市兩市住宅空間分布影響的共同因素是科教文化場所和交通服務(wù)場所分布，因此在兩市新的城市發(fā)展規(guī)劃中布局住宅用地要注重交通便利性，以及科教文化配套場所建設(shè).

地理探測器應(yīng)用于住宅空間分布探測的結(jié)果，能較合理地體現(xiàn)出住宅分布的主導(dǎo)因子和因子交互特點.但是，同時有必要加強對自變量因子數(shù)據(jù)的準確性和離散標準分析，以提高方法在實際應(yīng)用中的可靠性和準確性.此外在選取住宅空間分布的影響因子時，可將地理地形、經(jīng)濟社會等因素考慮在內(nèi)，以提高研究的科學性和精確性.