基于電子地圖興趣點數據的城市可持續發展水平分析
——以紹興市為例

王 韜,張娜娜,李歡歡,張永霖,張雪琦,董仁才

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學院大學,北京 100049

國家可持續發展實驗區是為探索中國可持續發展之路開辟的試驗場,是以實踐檢驗真理的客觀需要,同時也是我國將可持續發展思想融入社會主義現代化建設的標志[1- 2]。在《我們共同的未來》中,可持續發展被定義為既滿足當代人需要的同時又不損害后代人滿足其自身需要和發展的能力[3]。因此,可持續發展考量的不是短期和靜態的,而是長期與變化的[4]。當前可持續發展定義的內涵十分豐富,但總體來說可以概括為發展、協調、質量和公平四原則[5]。Berke和Manta從公平原則出發,把可持續發展描述為局部和全球之間的一種互動過程,指的是如何在代際與代內之間保障社會發展、經濟增長和生態環境等方面資源利用的公平性[6]。可見可持續發展的公平性原則是指對資源利用和發展機會的公平配比[7]。

截止目前,我國的發展策略依舊是以城市建設為中心,這使得城鎮居民相對農村居民享有更多的社會資源和更好的公共服務[8]。自1978年到2011年,我國的城鎮化率從17.9%飆升到50%以上[9],伴隨這種快速城市化的發展趨勢,預計到2025年我國將會擁有超過十億的城市居民[10]。而只重視城市建設,導致人口不斷向城市集中的發展策略,在我國二元制社會結構的背景下,進一步拉大了城鄉發展的差距。這不僅體現在城鄉居民收入差距和社會福利差異上[11- 14],更體現在公共基礎設施的供給能力上[15]。基礎設施是指用于保證區域社會經濟活動正常運行的公共服務系統[16],如教育,醫療,體育,休閑,公共交通系統等。加快基礎設施建設是縮小城鄉之間發展差距的先決條件[17]。因此,摸清一個地區內各空間范圍的基礎設施差異狀況,是縮減這種差異,統籌城鄉協調發展的前提[18]。

自2008年紹興市創建國家可持續發展實驗區以來,可持續發展理念已基本融入到紹興市的整體建設過程中,并充分體現在政府工作決策、企業生產形式和民眾生活方式的各個方面；同時,紹興市的生態環境持續改善,社會事業全面進步,綜合實力不斷增強,初步實現了人口、生態、資源、環境、經濟、社會、科技教育等要素間的協調發展。目前,紹興市下轄一區三市兩縣,其多元的行政區域格局難以完全保障公共基礎設施的協調公平發展,進一步了解其各區(市、縣)的公共基礎設施發展水平現狀,對推進紹興市各轄區協調發展具有重要意義。

電子地圖興趣點(POI, Point of Interest)是根據城市特點在電子地圖上增加的一類基本地點,是局部范圍內具有地理標志作用的建筑物,包括機構(如委辦局、醫院、學校)、沿街店鋪和單位等[19- 20]。通過研究紹興市的興趣點基礎數據,發現其可以有效反映紹興市各區縣的公共基礎設施發展現狀。因此本研究通過分析紹興市各區(縣、市)POI數據,來研究紹興市內部發展水平差異,為紹興市全面協調可持續發展獻言獻策。

圖1 紹興市行政區劃

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域概況

紹興地處長江三角洲南翼,浙江省中北部杭甬之間,位于中、北亞熱帶季風氣候過渡地帶,季風氣候顯著,四季分明,雨量充沛,日照豐富,濕潤溫和。地形特點南高北低,山多田少,大體為“六山一水三分田”。紹興的水資源十分豐富,主要河流有曹娥江、浦陽江、杭甬運河,主要湖泊有鑒湖。

紹興市為地級市,下轄越城區、柯橋區、上虞區、諸暨市、嵊州市和新昌縣(圖1),總面積8256 km2,其中越城區總面積470.53 km2、柯橋區總面積1614.06 km2、上虞區總面積1878.89 km2、諸暨市總面積3076.53 km2、嵊州市總面積2364.19 km2、新昌縣總面積1613.7 km2。截止2013年,紹興市總人口為441.66萬人,其中越城區74.46萬人、柯橋區64.29萬人、上虞區77.95萬人、諸暨市107.65萬人、嵊州市73.37萬人、新昌縣43.94萬人[10]。從2008年起,紹興市開始創建國家可持續發展實驗區。目前,可持續發展的理念已融入到政府的工作決策、企業的生產方式、民眾的生活方式等各個方面；生態環境持續改善,社會事業全面進步,綜合實力不斷增強,實現了人口、生態、資源、環境、經濟、社會、科技教育的協調、持續發展。

由于紹興市可持續發展實驗區采取的是通過發揮不同區縣地域特色,建設和提高市域范圍內的可持續發展整體水平的思路,不同區縣的發展目標和重點有所不同,例如,越城區注重現代服務業試驗基地建設；柯橋區注重現代輕紡產業試驗基地建設；上虞區注重綠色化工產業試驗基地建設；諸暨市注重環保裝備制造試驗基地建設；嵊州市注重現代生態農業試驗基地建設；新昌縣注重現代醫藥產業試驗基地建設。這種可持續發展實驗區建設模式有助于驅動整體區域發展水平,但不同區縣之間的人居環境、生態環境質量會有些差別,乃至影響公眾的滿意度,也是本文需要關注和研究的焦點。

1.2 研究數據來源

本研究選用北京捷泰天域信息技術有限公司生產的紹興市電子導航數據。該數據的生產目的旨在通過地理科學技術幫助用戶發現、挖掘、分析業務中潛在的發展機遇,拓展管理視角,使決策分析更加智能和精準,助力地方政府和企業可持續發展。該數據產品共分為兩大類：矢量數據產品和柵格數據產品。為保持與現今流行的高德在線服務地圖一致,捷庫空間智能信息軟件-V選用投影WGS 1984 Web-Mercator。產品中對地物對象的描述通過點、線、面表示,點對象用單個坐標點(或者坐標群)來描述,線對象用線條來表現,面對象用面域來表示。

1.3 評估指標計算方法

1.3.1 社會經濟興趣點分類提取

根據目前我國多數城市生產生活特點,本研究將提取出紹興市8類POI數據作為研究對象,分別是公共設施類、公司企業類、金融類、交通服務類、購物類、科教文化類、醫療保健類和體育休閑類。

1.3.2 興趣點空間分布均衡性評估指標

為更好分析紹興市各區(縣、市)POI數據的空間分布特點,將紹興市各區(縣、市)的POI數據結合各自區(縣、市)的面積與人口數據,計算單位面積和單位人口POI數據。

單位面積POI計算公式：

IU=ID/AD

IU為單位面積興趣點(個/km2),ID為紹興市各區(市、縣)的POI個數(個),AD為紹興市各區(縣,市)的面積(km2)；

圖2 紹興市各區(縣、市)興趣點分布

單位人口POI計算公式：

IC=ID/PD

IC為單位人口興趣點(個/萬人),ID為紹興市各區(市、縣)的POI(個),PD為紹興市各區(市、縣)的人口數(萬人)。

為了更好分析興趣點地理空間分布情況,判別各類興趣點對外界環境變量敏感性程度,量化各類興趣點可達性水平,運用ArcGIS相關分析工具進行處理分析。

2 研究結果與分析

2.1 各區域POI統計與分析

基于POI數據,借助ArcGIS軟件空間統計分析提取工具對POI圖層進行統計分析,獲得了紹興市各區(縣、市)的POI數據(圖2)。

提取結果顯示全市共有51719個興趣點,其中越城區14433個、柯橋區7993個、上虞區7190個、諸暨市10834個、嵊州市6225個、新昌縣5044個。

參照捷庫數據的城市興趣點分類標準,把紹興市各區縣POI分為公共設施、公司企業、金融機構、交通服務相關、科教文化場所、購物相關場所、醫療保健服務場所和體育休閑服務場所共8個類型,對各類型POI分別進行提取,提取結果見表1和圖3。

由POI分類統計可知,越城區在公共設施、公司企業、金融機構、交通服務相關、科教文化場所和購物相關場所共6個類別的POI數量最多,這與越城區作為紹興市的傳統政治經濟中心密不可分,顯示了越城區作為紹興社會經濟發展領頭羊的地位；新昌縣在購物相關場所類型以外的POI類別總數均排名最低；嵊州市的購物相關場所POI類別數量最少；諸暨市則在醫療保健場所和體育休閑服務場所的POI類別數量超過越城區排名第一,表明其在這兩個產業領域具有獨特優勢。

表1 紹興市各區(縣、市)各類興趣點統計/個

圖3 紹興市各區(縣、市)各類興趣點分布

2.2 紹興市各區(縣、市)單位面積興趣點的統計與分析

基于紹興市各區(縣、市)的各類型興趣點數量、紹興市各區(縣、市)行政區域面積數據和各區(縣、市)建成區面積數據,利用單位面積興趣點計算公式,求得各區(縣、市)單位行政區域面積和單位建成區面積所擁有的各類興趣點個數。由于新昌縣無建成區數據,故未統計其單位建成區面積POI個數。統計結果見表2、表3。

由表2可見,越城區單位面積的科教文化場所、購物相關場所、交通服務相關、金融服務相關、公司企業以及體育休閑服務場所的興趣點數量最多,從這方面來看,可見越城區公共基礎設施發展最完善、產業集群度最高,其后各區縣單位面積POI由高到低排序依次為：柯橋區、上虞區、諸暨市、新昌縣、嵊州市。由表3可知,越城區在單位面積建成區POI數量上并沒有絕對優勢,在一些項目中反而被其他區市超越,說明在五區市建成區范圍內的經濟社會服務能力沒有絕對差異,只是由于其他五個區市建成區面積占各自行政區劃面積比重較小,在表2統計中的各類POI密度被稀釋。

表2 紹興市各區(縣、市)單位面積興趣點/(個/km2)

2.3 單位人口興趣點的統計與分析

基于紹興市各區(縣、市)各類POI數量和人口數量,利用單位人口興趣點的計算公式,求得各區(縣、市)的單位人口各類POI數量,見表4。

表3 紹興市各區(縣、市)單位面積建成區興趣點/(個/km2)

表4 紹興市各區(縣、市)單位人口興趣點/(個/萬人)

圖4 紹興市各區(縣、市)單位面積興趣點

圖5 紹興市各區(縣、市)單位人口興趣點

由表4可知,越城區在8個類型的單位人口POI數量均為各區縣最多,表明越城區居民在就業、教育、住房、醫療、購物、文體休閑及日常出行等方面享有更為便利的條件。其后單位人口POI數量由高到低排序依次為：柯橋區、上虞區、諸暨市、新昌縣和嵊州市。柯橋區在單位人口公司企業POI數量上雖不及越城區,但已經遠超其他區縣,可見柯橋區作為紹興市的新興工業發展區域已聚集有相應勢能,但除此以外的其他類型單位人口興趣點數量卻未能和其他區(縣、市)拉開差距,說明柯橋區在城市相關配套功能方面依舊處于較低水平,這方面的短板將制約其未來發展。諸暨市、新昌縣、嵊州市在單位人口POI數量上普遍落后于越城區、柯橋區、上虞區,表明紹興市還有多方面的城鄉發展不平衡的短板。

2.4 興趣點空間布局分析

ArcGIS密度分析工具箱中的核密度分析工具利用核函數,根據點或折線要素計算每單位面積的量值以將各個點或折線擬合為光滑錐狀表面,可以直觀表現出點或折現的密度空間分布。本小節運用核密度分析方法對紹興市總體興趣點和8種類型興趣點分別進行處理,各型興趣點密度均采用自然間斷點分級法分為10類,以求直觀展現出各部分的地理空間分布特征,處理結果見圖6。

圖6 紹興市各區(縣、市)POI密度圖

由圖6可以看出,對于總體POI和各類型POI密度在空間分布上具有相似點,即總體分布均呈現“六核四中心”格局。“六核”為6個縣市區的中心區,在密度圖中顏色最深；而越城區與柯橋區距離較近,嵊州市與新昌縣距離較近,相互之間輻射帶動,這“四核”形成“兩中心”,與左右兩翼的諸暨市和上虞區形成“四中心”的整體格局。

為了進一步討論POI密度空間分布格局的影響因素,對全市商務住宅POI進行了提取,后對其進行核密度分析。這里假定全市住宅POI密度空間分布與人口密度分布相一致,之后又提取了紹興市主要交通路網分布圖,見圖7。

圖7 左為紹興市住宅POI密度圖,右為紹興市交通路網圖

圖8 紹興市10 km網格空間分布

由圖7可以看出,總體和各類型POI密度空間分布與全市人口密度分布有高度一致性,人口密度大的地區POI密度也相應較大,符合城市公共基礎設施建設滿足市民需求的基本理念,從另一方面說,人口聚集度的增加也可以帶動相關設施的建設和產業的發展。還可以發現交通路網的空間分布也可以影響一些產業的布局,且道路等級越高影響力越大。

利用空間回歸分析模型[21- 23],以10 km為分析尺度,得到135個網格(圖8),從中篩選出51個網格數據,對八類POI密度對住宅POI密度的響應情況進行回歸分析。

由圖9可以看出,紹興市各類POI對住宅POI在10 km空間區域內均具有顯著的正相關關系,其中公共設施、公司企業、金融機構、科教文化POI與住宅POI的相關性較強,交通服務和醫療保健與住宅POI的相關性次之,購物和體育休閑與住宅POI相關性較差；以最小二乘回歸得到的直線斜率表示不同類別POI對住宅POI密度的響應敏感度,由大到小排序依次為購物相關場所、公司企業、公共設施、交通服務、金融機構、科教文化、醫療保健、體育休閑,表明不同類型行業對居住人口的空間密度分布具有不同的響應模式。

利用ArcGIS近鄰分析工具,可以計算輸入要素與其他圖層或要素類中的最近要素之間的距離和其他鄰近性信息,本研究采用這個工具對各區縣各類POI與住宅POI和主要道路的平均最近距離進行了計算,用以分析各區縣各類POI對人口(住宅)空間分布和主要道路空間分布的響應情況。計算結果見表5、表6。

由表5可以看出,全市各類POI與住宅平均近鄰值排序為：購物相關場所<公司企業<醫療保健服務場所<科教文化場所<體育休閑服務場所<金融機構<交通服務相關<公共設施。各區縣內此項排序略有不同,但大體相似。具體到區縣,越城區各類POI與住宅平均近鄰值相對其他區縣較小,居民至各類服務設施可達性較好；嵊州市雖然在單位人口和單位面積POI數量上排名靠后,但在各類POI與住宅平均近鄰值上卻表現較好；柯橋區和上虞區雖然在單位人口和單位面積POI數量上排名靠前,但在各類POI與住宅平均近鄰值上卻表現一般,可達性較差。從城市公共設施建設需要增加市民便利度的角度上看,今后的發展中須格外注重各類配套措施的可達性問題。

由表6可以看出,全市各類POI與主要道路平均近鄰值排序為：交通服務相關<購物相關場所<金融機構<公共設施<公司企業<體育休閑服務場所<科教文化場所<醫療保健服務場所。各區縣內此項排序略有不同,但大體相似。具體到區縣,越城區各類POI與主要道路平均近鄰值依舊保持各區縣最小,這與越城區POI分布和路網分布密集有關；嵊州市和新昌縣在此項排名中依然表現搶眼；而柯橋區、上虞區和諸暨市此項排名靠后。各類配套設施聯通性角度上看,柯橋區、上虞區和諸暨市未來需要加強主要道路的合理規劃,服務于各類城市配套機構與設施。

結合上述分析可以看出,購物相關場所對人口密度和路網分布的敏感度都較高,這是因為一方面購物場所要保證充足客源,另一方面要保持交通物流的便捷；體育休閑、科教文化、醫療保健場所對人口密度敏感性較高,對路網分布敏感性較低,這主要是因為這些產業對交通運輸需求量不大有關；公司企業對人口分布敏感性較高,對路網分布敏感性一般；金融機構、公共設施對人口密度敏感性較低,對路網分布敏感性一般；交通服務場所對路網分布敏感性較高,對人口分布敏感性低。總而言之,各類場所的空間分布均與各自的行業屬性特點有關。

3 結論與建議

研究結果表明,以興趣點總數、單位面積興趣點數量及單位人口興趣點數量為衡量指標的紹興市各區縣發展程度排名為：越城區、上虞區、柯橋區、諸暨市、新昌縣、嵊州市。從可達性角度來看,越城區、嵊州市和新昌縣便捷程度較好。興趣點密度空間分布受到人口和交通路網空間分布的影響,響應敏感性與各自行業的特點有關。在未來的研究中,要定期根據城市電子地圖興趣點的更新而形成較長時間序列的興趣點空間分布分析,并對其變化在城市化進程中的影響進行深入研究。

從紹興市各區縣協調公平可持續發展為出發點,提出一些建議：越城區和柯橋區應繼續發揮全市經濟社會發展引領作用,擴大輻射范圍,帶動周邊地區發展；新昌縣要增加公共體育場館和公共文化休閑設施的建設,滿足人民日益增長的文體需求；嵊州市要擴大公共醫療衛生領域投入,加快建設一批高水平綜合醫院和基層醫療服務機構,提高居民醫療保障水平,嵊州市還要加大科教文化領域投入,加大對各層次教育的投入,提高文化軟實力；上虞區要加快交通路網建設,極高交通要素在推動經濟社會發展中的作用,上虞區還要加大購物場所等第三產業的引進建設,提高消費在經濟發展“三駕馬車”中的比重。紹興市作為一個外來流動人口較多的城市,要根據流動人口的變化而適時跟上公共配套設施建設的節奏,有效緩解由于人口聚集度增加帶來的公共設施服務壓力；另一方面要注重城鄉一體化發展,加快城市化進度,提高城市可持續發展內生動力。可持續發展涉及可持續經濟、可持續社會和可持續環境三方面的協調統一,紹興市作為國家可持續發展實驗區和歷史文化名城,要在發展可持續經濟社會的同時注重生態環境的可持續發展,嚴守生態環境紅線,建設資源節約型環境友好型城市。

表5 POI與住宅平均近鄰值/m

表6 POI與主要道路平均近鄰值/m