城市功能區識別為國土空間規劃服務探究

司智升 涂小松

摘要：POI數據是指某一個地區的周邊信息數據，可以被廣泛地用于城市功能區的識別以及一些其他方面的應用。POI數據對于實體位置的描述能力很強，可以精確地反映出城市發展過程中的建設與規劃活動。重點研究內容就是基于POI數據，主要采用文獻研究法、定量分析法對太原市城市功能區進行識別;并以其研究結果來進一步探究城市功能區的識別為城市國土空間規劃提供服務的可能性。研究結果表明，城市功能區的識別在一定程度上會更加直觀地表達出一個城市的空間功能分區，從而為新的城市國土空間規劃提供參考和依據。

關鍵詞：POI數據;功能分區;國土空間規劃

中圖分類號：F293

文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（ 2020） 07-0021-26

收稿日期：2020-05-26

作者簡介：司智升，江西財經大學旅游與城市管理學院碩士研究生。

涂小松，江西財經大學旅游與城市管理學院碩士研究生副教授，碩士生導師。

基金項目：國家自然科學基金地區項目“鄱陽湖地區農村宅基地轉型及其生態風險影響研究”（41561039）：國家自然科學基金青年項目“轉型期鄱陽湖土地利用變化與城鄉建設空間優化研究”（ 41001376）。

1緒論

隨著經濟的不斷發展與人口的穩定增長，城市空間結構并不是一成不變的，它也處于一個不斷變化的動態過程當中，而且為了滿足城市居民不同的生活需求和城市各個產業的發展，在城市中逐漸形成了工業區、商業區、居住區等單一功能區和混合功能區等不同的功能單元。而城市空間結構是城市的各個功能結構在城市空間上的投影，其反映著城市中各種物質元素在空間區位上的分布特征和組織規律，是城市結構中的基礎結構。人類已經進入信息化時代，隨著大數據的遍及與廣泛應用，從網絡上獲取開源數據變得非常方便，因此很多學者開始在網絡上挖掘網絡大數據，再從中提取有效的數據信息，進行數據整合，對不同的數據源進行處理以滿足人們不同的需要，為人類提供服務等。POI數據就是網絡大數據的一種，我們可以根據所獲得的POI數據，結合與城市規劃相關的其他數據，去進一步提升功能區識別的準確性。例如浙江大學的于翔等人，利用城市居民出行在公交上的刷卡電子數據并結合基于POI數據的城市功能區識別模型從而進行城市功能區的識別，對于制定城市規劃具有指導作用。孫夢喆從微博上獲取人們的簽到數據和POI數據再結合從高德地圖上爬取的POI數據來識別城市公共中心。這些研究都是從不同的方面進行分析，運用的手段各不相同，但是殊途同歸，都對城市的建設發展提供了可靠的依據，可以說利用POI數據進行城市空間結構和功能區的識別已經得到了一定的應用。

城市功能區的劃分主要是根據主體功能區規劃進行布局安排的，但是主體功能區規劃指標沒有落實到具體的地塊，在空間布局上指導性較弱，空間上缺乏規劃執行的抓手，而國土空間規劃則可以解決這一系列問題。國土空間規劃整合了各種空間規劃的功能和特性，可以充分發揮各類空間規劃優勢，激發空間規劃體系活力。因此，本文將在前人研究的基礎上，從太原市城市功能區的識別進一步探究其為城市國土空間規劃服務的可能性。

2研究區域概況及數據來源

2.1研究區域

本項研究選定太原市中心城區作為研究區域，市區總面積1460平方公里，2019年總人口大約446萬人。2019年太原主城區GDP總和為4028.51億元，是山西省的省會城市，以及經濟政治中心。太原市城市空間發展主要呈現向南發展趨勢，中長期以實現太榆同城化為主要目標。在對城市功能區識別中，主要是將擬研究的地塊劃分為大小相等的網格，然后確定指標體系并劃分要素功能并進行網格統計，劃定城市功能區單元是研究的重要組成部分，本研究采用500m×500m的正方形網格作為功能區識別的基本單元。

2.2數據來源

POI數據主要來源于網絡電子地圖，得益于網絡大數據時代的來臨，從百度、高德等地圖上爬取POI數據更加方便。本文使用太原市POI數據，每條POI數據主要包括經緯度、具體名稱、詳細地址、土地類型、所屬行政區以及聯系方式等屬性。按照類型統計，POI數據共歸為12大類，其中包括生活服務、醫療保健服務、科教文化服務、交通服務設施、金融保險等，這12個大類下面還有很多小類。例如金融保險，這一級類別下又可以包括銀行、證券、保險服務等二級類別，銀行下又可以被分成國家銀行、地方銀行和中外合資銀行等三級類別。

由于原始POI數據分類比較多，一共有12個大類，而且每一大類下包括多級小類，各個類型所包括的具體內容會有重復的現象，所以我們需要對原始數據進行重新分類作為研究的基礎。本文將原始POI數據分為居住用地（居住小區等）、商業服務業設施用地（餐飲和購物等）、公共管理與公共服務設施用地（藥店、醫院、教育等）、道路與交通設施用地（汽車相關、加油站和停車場等）、其他信息5類。需要特別注意的是每一個POI數據點因為其各自的類型與功能不同，它們各自都有不同的影響輻射范圍和關注人群，例如大學主要輻射范圍是校區，關注人群是教師與學生;但是有些類型的POI公眾認知度較低，如公共廁所、便利商店、公交站、充電樁等，該類POI在功能區識別中不具有明顯的可識別性，所以首先要剔除掉原始POI數據中公眾認知度較低的點，選取具有顯著城市功能區特征的POl數據點進行數據處理，最后將已有的POI數據進行分類，具體參考城市用地分類與規劃建設用地標準。具體分類結果如表1所示。

3城市功能區識別

3.1數據處理

因為POI數據在地圖上是以點進行顯示的，提取到的POI數據已經忽略了具體實際對象的建筑面積和占地面積，只是一個普通的興趣點，而在我們的實際生活中，不同的地理實體之間差異很大，例如一個小區是用一個興趣點表示，一個銀行也是用一個興趣點表示，但是一個小區的占地面積與一個銀行的占地面積很明顯相差很大，更為重要的是功能區單元內POI數據的實體面積大小對該單元的功能性質有著決定的影響，例如大型商場的公眾關注度顯然更高，商店超市的功能定位則只能輻射影響其周圍的一定區域與人群。公眾認知度體現了人們對實體興趣點顯著性的認識，它的高低對功能區單元的功能定位也有著重要影響。所以這就要求對分類后的POI數據進行進一步的處理。

以POI數據和遙感影像為基礎，再進行網上資料查詢，去確定各類興趣點的平均建筑面積和占地面積。一般來說，大型購物商場以及CBD商務中心的公眾認知度最高，其次是高級酒店和交通樞紐，而居住小區認知度最低。研究以建筑面積和占地面積為基礎，依據興趣點的公眾認知度高低進行排序，對各類POI點賦不同的權重分值。確定權重分值區間為1-100，對于建筑面積或占地面積較大的，且公眾認知度較高的地物，權重分值會相應偏高，如山西大學、迎澤公園、太原動物園等;對于居住小區、銀行、飯店等權重分值會相應較低。根據權重分值對原POI數據的數量重新定義，如某條商業街，原POI有2個點，而其權重值為50分的話，那么該商業街的現有POI點應該為100。根據上述數據處理過程，最終獲得研究可用的POI數據。

3.2 POI數據的定量計算

將太原市作為研究區域進行格網劃分后，本項研究構建指標頻數密度（ Fi）和類型比例（Ci）進行計算來識別城市某一功能區的性質。

具體計算公式如下：

F_i= n_i/ N_i（i = 1，2，3，4，5）

i表示5種類型的POI數據，n_i表示格網單元內第i種類型POI數量，N_i代表第i種類型POI的總數，F_i表示第i種類型POI占該類型POI總數的頻數密度，C_i表示第i種類型POI的頻數密度占單元內所有類型POI頻數密度的比例。

根據研究對各種POI數據的分類以及以上計算公式計算出每一個格網單元內的POI數據的頻數密度及類型比例，本項研究以類型比例值為二分之一作為判斷格網單元功能性質的參考值。當格網單元內的某一種類型POI類型比例達到二分之一及以上時，那么該單元為單一功能區，功能區性質就直接由該POI類型所決定;而當單元內所有類型的POI類型比例值均沒有達到二分之一時，研究以最高的兩種類型的類型比例值為標準確定其功能類型，而該功能區也就是混合功能區;如果該單元內頻數密度與類型比例為空值，則該種類型功能單元就是無數據區。部分計算結果如表2所示。

具體圖像處理過程如下：

首先定義投影將源數據圖像轉換成地理坐標系并利用Creat fishnet工具構建漁網，將太原市主城區劃分為500m×500m的格網，然后利用SpatialJoin工具進行空間鏈接將所有類型的POI數據整合到一個屬性表當中。然后通過屬性表提取居住、商業和公共服務、道路設施交通設施的數據，以此判斷不同類型的功能區。

之后就可以根據計算所得的頻數密度與類型比例，在字段計算器中利用MAX函數的計算方法確定格網單元的功能性質是單一功能區還是混合功能區，主要參考值就是類型比例，功能區分布結果如圖1所示。

3.3太原城市功能區可視化

3.3.1單一功能區

根據以上步驟計算出頻數密度值和類型比例值后，對太原市中心城區功能區進行識別，首先是對單一功能區進行可視化，單一功能區表示該種功能區單元內某一種POI數據占到該區域內數據的一半以上，其具體功能性質也由其POI數據性質決定，研究得出一共三種單一功能區，分別是居住用地區、商業與服務業區與公共管理與公共服務區，具體功能區分布如圖2所示。從圖中可知，居住用地區分布廣泛但是集中連片，符合居住區的分布特征;公共管理與公共服務區也多與居住用地區交叉分布，以滿足居民生活服務的要求;商業與服務業區多分布于柳巷、長風街、服裝城等老型或新型商業街附近。

3.3.2混合功能區

對混合功能區進行可視化，混合功能區是指單元內各種類型的POI類型比例值均沒有達到一半以上時，本研究就以單元內最高的兩種類型的類型比例值為標準確定其功能類型，研究一共得出五種混合功能區，分別是居住商業區、商業公共服務區、商業居住區、公共服務商業區和公共服務交通設施區;具體功能區分布如圖3所示。從圖中可知，居住商業區和商業居住區因為是一個同類分區只是因為居住和商業的比重大小不同名稱才有所不同，但是分布數量最為廣泛，商業公共服務區和公共服務商業區也是同樣的原因，功能一致，分布主要是圍繞居住區分布，以滿足居民生活服務的要求;公共服務交通設施區因為收費站，高速路口，交通局等地理實體的原因分布比較分散，均勻散落于太原市域范圍內。

4城市功能區識別為國土空間規劃提供服務的思考

在生態文明建設以及空間治理體系現代化提出的大背景下，推進國土空間規劃建設，加快空間規劃體系重構成為當前規劃的主要內容。那么城市功能區的識別能為國土空間規劃提供什么樣的服務呢？以太原城市功能區的識別為例，其功能區的分布是從中心城區的集聚到四周分散的一個特征，大體上可以滿足該城市區域發展的總體要求，但是為了能夠達到縮小區域差距和實現區域均衡發展的目標，可以從城市功能區的分布著手，去研究在未來的國土空間規劃中可以更加的集約節約利用土地，使優勢功能分區的功能更加凸顯，弱勢功能分區的功能得到提升，從而實現空間區域的協調發展;同時為了達到生態文明建設的要求，實現綠色發展，可以在功能區識別的基礎上進行生態建設和保護的規劃以使城市的環境更加優美，進而實現宜居城市建設。例如，隨著城市的建設與發展，服裝城、柳巷等老城市商圈的商業功能有所弱化，在新的國土空間規劃上可以著重提升其作為商業區的功能定位;對城市內的老輕工業區進行搬遷或取締，為國土空間規劃提供儲備預留用地，或者進行低效用地的再開發建設等。還可以在城市功能區識別的基礎上與土地利用總體規劃相結合，落實生態保護紅線，劃定中心城區城市開發邊界和城市周邊永久基本農田，為形成山清水秀的生態空間、集約高效的生產空間、宜居適度的生活空間提供指導。

5結論與討論

本文基于POI數據對太原市城市功能區進行識別，得到太原市城市功能區可視化圖，分別為功能區圖、單一功能區圖和混合功能區圖，對我們識別城市空間結構布局有積極的意義，同時在城市功能區識別的基礎上對其為國土空間規劃的服務做了思考，可以得到結論：基于POI數據的城市功能區識別對國土空間規劃有積極的意義，可以作為構建國土空間規劃體系的一個手段，為規劃提供一定的支撐。

在實現生態建設和可持續協調發展的大背景下，制定科學合理的國土空間規劃，形成高效、集約、綠色、安全和開放的國土空間開發格局早已提上日程。傳統的國土規劃因為多規并行，導致了規劃的內容交叉、管制重疊等問題，對規劃實施造成了影響，在這個問題背景下，運用網絡數據為國土空間規劃的制定提供支撐可以成為我們一個新的研究內容，無論是POI數據還是其他網絡大數據，都可以與國土空間規劃相結合，以精確的數據庫分析確保國土空間規劃編制、實施的科學性。

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