基于POI數據的城市“三生空間”識別及格局分析
——以杭州市主要城區(qū)為例

黃冠捷

浙江工商大學 浙江 杭州 310018

“三生空間”“是新時代我國國土空間優(yōu)化開發(fā)的重要指向，通過梳理已有文獻，發(fā)現可以從“三生空間”和“三生功能”的對應關系的角度來界定“三生空間”的概念[1]。在微觀尺度下，土地使用功能較單一，“三生空間”即承載三類功能的用地空間。生產空間是具備工農業(yè)和服務業(yè)產品生產功能的用地，生活空間是具有提供承載和保障人居功能的用地，生態(tài)空間是具有調節(jié)、維持和保障生態(tài)安全并提供生態(tài)產品和服務功能的用地[2]。

在中微觀尺度的“三生空間”識別中，通過使用土地利用數據進行分類歸并，一定程度上能識別“三生空間”,但精確性不足[3]。而城區(qū)范圍內的POI數據數量豐富，層次全面、信息特征鮮明且易于獲取，基于POI數據的處理分析能夠更精確地識別各類用地的具體空間位置與主導功能，繼而區(qū)分與劃定城市“三生空間”。有學者以上海市中心城區(qū)為例[1]，提出了中心城區(qū)尺度下“三生空間”的分類體系，并借鑒城市功能區(qū)的劃分與識別方法[4]，利用POI數據進行“三生空間”研究，其后也有學者在武漢、西安等城市進行了相應識別與研究[5]。本文以杭州市主要城區(qū)為例，嘗試在POI數據的基礎上，同時利用土地利用數據進行整合補充，建立一個完整的市域城區(qū)尺度下的“三生空間”識別以及靜態(tài)與動態(tài)的格局分析。

1 研究方法與數據

1.1 研究方法與研究區(qū)概況

本次研究的主體框架主要包含了3個部分，分別是研究數據的處理、“三生功能”的識別、“三生空間”的綜合識別結果與分析。研究主要采用網格分析法、層次分析法、GIS 空間分析法，定性與定量相結合。

本文選取浙江杭州市主要城區(qū)為研究范圍，涵蓋上城區(qū)、拱墅區(qū)、西湖區(qū)、濱江區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū)，臨平區(qū)、錢塘區(qū)共3068km2，基于杭州市市區(qū)街區(qū)尺度大小，將研究范圍劃分為若干個800m×800m的正方格作為基本識別單元，研究范圍內共含6757個單元。

1.2 數據來源與處理

本文杭州市土地利用數據來源于2015年與2020年中科院地理研究所全國城市土地利用二級數據，POI數據來自源于杭州市2015年與2020年高德地圖平臺，通過爬取收集到共計 70余萬條POI數據。經過處理后，通過與三生功能的對應，將其分為16類，并參照相關研究，將各種類型POI數據的相關度和影響力指標相疊加后提出POI的綜合權重：p＝a1xa2，結果如表1所示。

表1 基于:“三生空間”的POI數據分類及相關度和影響度的綜合權重賦值表

2 基于POI數據的“三生功能”的識別

基于上文中對研究范圍與POI數據的處理結果，在此以杭州市2020年POI數據為例，用ArcGIS將網格與POI數據進行空間連接，將每個網格內的各類POI數量和綜合權重相乘得到每個方格內各類 POI綜合數量，其計算公式為：

公式中，Ni為研究單元方格內第i類POI數據點的綜合數量，Ci為研究單元方格內第i類POI數據點的數量；Pi為第i類POI的綜合權重。

再將每個網格內的各類POI綜合數量相加，得到每個網格內生態(tài)、生產、生產功能要素數量，并利用ArcGIS將“三生功能”要素可視化，得出杭州市中心城區(qū)生三生功能要素分布其公式為：

3 “三生空間”研究結果

3.1 “三生空間”靜態(tài)的識別與分析

3.1.1 基于POI數據的“三生空間”的識別

基于上文計算得到的生態(tài)、生產、生活功能要素分布，利用ArcGIS對各個網格內的三生功能進行疊加，再采用樣方比例法確定最終每個單元網格的功能類型。計算公式為：

公式中，Ri為單元方格內第i類功能要素的比例值；Si為單元方格內第i類功能要素。

每個網格的空間功能取決于其內部三種功能要素比例值，若網格內某一類的功能要素比例值大于50%時，即將該單元視為單一功能區(qū)空間；而當單元內所有類型的功能要素比例值均小于50% 時,即將該單元視為混合功能區(qū)空間。最終得到基于POI數據的“三生空間”識別結果。其中包括3049個生產空間，1357個生活空間，471個生態(tài)空間，227個混合空間。由此得出生產空間占據主導地位。

3.1.2 基于土地利用數據的“三生空間”的補充與校正

研究發(fā)現，需要補充的區(qū)域大部分土地為耕地與林地，由于目前學術界對這二者的三生空間劃分存在爭議，為了研究順利進行，本文將成片耕地定義為生產空間，成片林地定義為生態(tài)空間，根據土地利用數據類目面積權重.同時參照附近有數據區(qū)以及現實地理定位對進基于POI數據的“三生空間”的識別結果行補充與校正。最終得到627個生產空間網格，984個生態(tài)空間網格，38個混合空間網格，生活空間數量過少，可忽略不計。

3.1.3 “三生空間”的綜合確立

將上述兩種方式識別與補充校正后的三生空間進行聯合，得到杭州市主要城區(qū)三生空間的識別結果。

3.1.4 “三生空間”靜態(tài)分布格局分析

基于上文識別結果，以武林廣場為中心，以5km，25km，45km為半徑，劃定內中外三個圈層，基于圈層進行分布格局分析。

生產空間：大部分分布在中外兩個圈層，呈現連片環(huán)繞發(fā)展態(tài)勢。內圈層以第三產業(yè)為主，多以金融、互聯網、商業(yè)中心等高附加值產業(yè)以及政府機關，中圈層以第二產業(yè)為主，則較多出現產業(yè)園區(qū)，新型科創(chuàng)基地等，外圈層則主要分布為輕工業(yè)工廠與大片耕地。

生活空間：分布在內圈層與中圈層，都多為居住區(qū)及配套服務區(qū)域，外圈層主要為零散村莊居民點。

生態(tài)空間：內圈層以西湖風景名勝區(qū)為主，中圈層多為各大公園與綠地廣場，外圈層則為大片林地，較多分布在城區(qū)西部邊緣帶。

混合空間：主要分布在內圈層市中心地區(qū)，存在較強的向心性，表現為大量的商業(yè)，商務辦公、生活服務設施與居住區(qū)混合。

3.2 三生空間動態(tài)格局演化及驅動機制分析

3.2.1 三生空間存量變化格局

研究提取了兩個年度數據中發(fā)生變化的空間網格，并作核密度分析。研究結果表明，有372個網格由非生產空間變成了生產空間，主要分布在倉前街道北部至良渚文化公園南以及中山南路附近。有343個網格由非生活空間變成了生活空間，主要分布在運河新城一帶，有168網格由非生態(tài)空間變成了生態(tài)空間，主要分布在良渚世界文化遺產公園與湘湖景區(qū)。

3.2.2 三生空間存量變化驅動機制

針對存量變化，研究基于各個變化，定位多個核心代表區(qū)域，通過網絡查詢、實地走訪、歷史資料查詢等方法對其具體驅動機制探索，總結其共性，得到以下結論：

由非生產空間轉變?yōu)樯a空間的主要驅動機制為有兩種形式，一種原本為鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民集聚區(qū)為主，由于周圍產業(yè)發(fā)展迅速，產生輻射效應，催生了一系列上下游產業(yè)中的小規(guī)模公司，生產功能逐漸占據主導地位。另外一種是棚戶區(qū)改造等城市更新行為，使得原本生活功能喪失，取而代之的是一系列工廠產業(yè)園，物流園區(qū)，導致生產功能占據主導地位。

由非生活空間轉變?yōu)樯羁臻g的驅動機制主要為老舊工廠的拆除，騰出來的用地用來進行房地產開發(fā)建設，集聚了一定規(guī)模的住宅，使得生活功能占據主導地位。

由非生態(tài)空間轉變?yōu)樽兩鷳B(tài)空間的驅動機制為旅游景區(qū)的開發(fā)與公園綠地的用地面積擴張，使得生態(tài)功能占據主導地位。

3.2.3 三生空間增量變化格局

研究采用區(qū)域分析法，將杭州市主城區(qū)分為中心城區(qū)、余杭區(qū)、蕭山區(qū)三大區(qū)域，（考慮到區(qū)劃政策變動因素，為方便研究，此處將錢塘區(qū)大江東范圍劃入蕭山區(qū)研究范圍）分別研究區(qū)域內的三生空間擴張情況。

研究發(fā)現，增量變化主要發(fā)生在余杭與蕭山兩區(qū)，中心城區(qū)數目過少可忽略不計。余杭區(qū)新增三生空間網格316個，其中生產空間196個，生活空間82個，生態(tài)空間38個，主要分布在余杭街道與倉前街道的西部，整體擴張情況見圖。蕭山區(qū)新增三生空間網格261個，其中生產空間229個，生活空間22個，生態(tài)空間10個，主要分布在大江東區(qū)域與進化鎮(zhèn)。

3.2.4 三生空間增量變化驅動機制

表2 三生空間增量變化驅動參數表

針對增量變化，研究基于統(tǒng)計數據與發(fā)展政策做出綜合驅動機制分析。通過表格數據可知，余杭區(qū)與蕭山區(qū)在人口、GDP、固定資產投資、建設用地面積四方面的增長都超過中心城區(qū)，可以認為，此二區(qū)在5年間的各方面發(fā)展都較為迅速，那么三生空間增量變化自然較多。同時，透過多年發(fā)展政策文件，城西余杭與大江東都是杭州市重點發(fā)展的區(qū)域。由此可見各項發(fā)展規(guī)劃在三生空間的增量變化上體現了較好的落實。

4 總結

本文通過對POI數據與“三生空間”相關研究的回顧，對已有的POI數據的分類基礎與權重賦值做出精細化調整，以杭州市主要城區(qū)為案例，以 ArcGIS為分析平臺，利用POI數據識別和分析，同時結合土地利用數據的補充校正，實現市域層面生態(tài)、生活和生產的“三生空間”的尺度確定，并在此基礎上，對城市三生空間格局做出靜態(tài)與動態(tài)分析及驅動機制探索，有利于各地區(qū)更為科學嚴謹地展開市域層面的國土空間規(guī)劃。

本文實現了以下創(chuàng)新：

1.市域尺度下的城市三生空間格局

以往研究大部分集中在城市的中心城區(qū)，尺度范圍較小，本文在此基礎上，將邊緣區(qū)縣納入研究范圍，并結合土地利用數據對POI數據的不足之處進行補充與校正，能夠實現一個完整的市域尺度下的城市三生空間格局研究。

2.動態(tài)演化性的城市三生空間分析

以往研究基本局限于某一年的城市數據進行靜態(tài)三生空間研究，本文采用跨度為五年的兩個時間點的POI數據，對城市三生空間格局進行動態(tài)分析，并將其分為存量與增量兩部分變化，能夠對城市三生空間格局產生更深層次的理解。

3.多維度的驅動機制探索

以往研究一般只停留在城市三生空間格局形態(tài)層面的分析，本文采用定性定量結合的方式，經過典型定位、資料查詢、實地驗證等多方面考證，總結了動態(tài)格局演化的驅動機制，有利于研究的現實應用與社會效益的實現。