大數(shù)據(jù)背景下面向城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘研究

莊敬宜，張 娜，張曉楠

(1.吉林建筑科技學(xué)院，長春 130051；2.長春高新城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，長春 130000)

0 引言

城市空間分布包含城市中各個功能分區(qū)的地理位置及分布特征，包含了政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會、自然等生活中的方方面面，是一個國家城市等級劃分的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成城市的主要內(nèi)容。大數(shù)據(jù)信息化的普及對城市空間分布的研究提出了更高的要求。隨著城市的發(fā)展，城市功能分區(qū)不斷健全，對于功能區(qū)的識別和劃分成為研究城市發(fā)展體系的重要工作。要想做好這項(xiàng)工作，必須立足人文需求和社會功能需求，讓城市空間分布研究數(shù)據(jù)更加貼切居民的生活，讓城市化更好地為居民服務(wù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、挖掘，能夠探索出城市空間最深層次的聯(lián)系，從而提高其科學(xué)性。研究框架如圖1。

圖1 研究框架Fig.1 Research framework

1 城市空間分布功能劃分

城市用地分為住宅用地、商業(yè)用地、農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)用地、政府用地、綠化用地、交通用地等。不同類型的土地利用在城市里形成了不同的功能區(qū)。各個功能區(qū)之間沒有明確的界限，其共同構(gòu)成了城市空間分布結(jié)構(gòu)?？臻g結(jié)構(gòu)受多項(xiàng)因素制約，其中經(jīng)濟(jì)因素是最主要的制約因素。很多其他因素也會對城市空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，要通過多種指標(biāo)對城市功能分區(qū)的劃分，劃分主要遵循以下原則：全面性和多樣性的原則。城市功能涉及方方面面內(nèi)容，設(shè)計范圍較廣，必須考慮周全，立足于城市空間特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。前瞻性和指導(dǎo)性原則。進(jìn)行城市規(guī)劃時要有預(yù)見性，需要新的理念指導(dǎo)，不僅要立足當(dāng)前城市空間，還要考慮城市規(guī)劃對以后城市空間分布的影響?？臻g鄰近原則。要考慮到城市周邊的空間分布。城市化的推進(jìn)使城市空間體系不斷變遷，持續(xù)性地向外擴(kuò)張將成為未來城市空間發(fā)展的主要趨勢。

2 城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘方法

城市化的加快推進(jìn)促使城市空間分布、城市功能布局、對城市的需求發(fā)生了變化。常規(guī)的設(shè)計方法與測試顯然不能科學(xué)合理地為設(shè)計者提供有效信息。城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘目前是一種新領(lǐng)域的研究，尚在起步階段，它主要包括空間評價、空間分類、空間優(yōu)化、空間分布計算和空間相關(guān)分析五個方面。

空間評價。根據(jù)指定標(biāo)準(zhǔn)，對于某一空間的總體數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，再將各個空間評估后的數(shù)據(jù)進(jìn)行排名，并劃分等級，讓所得的級別數(shù)據(jù)更加科學(xué)。

空間分類。根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則對空間所呈分布形態(tài)進(jìn)行明確劃分，從而得出相應(yīng)分析圖。其中，監(jiān)督分類需要明確的指標(biāo)劃分和科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)，而無監(jiān)督分類沒有明確的指標(biāo)，是按照區(qū)間內(nèi)原則進(jìn)行劃分，同時二者的計算方法也是不同的。

空間分布計算。在對整體空間了解之后進(jìn)行函數(shù)計算，得出空間實(shí)體數(shù)據(jù)分布圖，包括分布重心和分布軸線計算、離散度和分?jǐn)?shù)維計算等。

空間優(yōu)化。在某一數(shù)據(jù)限制下，且目標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)值達(dá)到最大時的空間數(shù)據(jù)分布狀況，它包含空間優(yōu)化調(diào)整和空間優(yōu)化配置兩部分?？臻g優(yōu)化調(diào)整是對局部矛盾的空間實(shí)體進(jìn)行調(diào)整，從而使空間平衡分布。空間優(yōu)化配置是通過調(diào)整局部空間分布數(shù)據(jù)，使局部與整體相適應(yīng)，從而使整體達(dá)到效果最優(yōu)化。

空間相關(guān)分析?？臻g場(由不同要素構(gòu)成的)之間的有關(guān)指數(shù)計算，包含連續(xù)和離散空間場。連續(xù)空間場的指數(shù)計算問題用統(tǒng)計學(xué)方法即可解決，而離散空間場的相關(guān)指數(shù)計算還有待大量的分析與研究才能解決。

3 城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘的核心價值

3.1 城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘的學(xué)術(shù)價值

理想的城市功能分區(qū)的分布是在數(shù)據(jù)分析和模擬建模后形成的理想化定型。城市規(guī)劃師通過對城市空間分布規(guī)律的分析，運(yùn)用推理能力和空間模擬能力，對未來的發(fā)展進(jìn)行布局預(yù)判。將城市的空間進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，是為了調(diào)節(jié)城市空間理想空間的矛盾，通過運(yùn)用模擬推理技術(shù)并結(jié)合城市目前的空間分布狀況，構(gòu)建未來城市空間的理想藍(lán)圖。而城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘在進(jìn)行理論規(guī)劃過程中具有十分重要的作用，能夠使規(guī)劃師更加直觀地了解城市分布的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

3.2 城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用價值

城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用價值包括公益價值、經(jīng)濟(jì)價值、美學(xué)價值等三個層面。

公益價值是城市規(guī)劃師需要堅(jiān)持的一項(xiàng)基本原則，空間形態(tài)的研究建立在公益價值的基礎(chǔ)上。公益是指公共利益，它關(guān)乎一個空間中大部分人的益處，而在所有的城市規(guī)劃工程中，公共資源分配的利益問題就是其中的核心。進(jìn)行城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘，能夠使公共資源的分配更加明確，更加公平，能夠?qū)崿F(xiàn)公共利益的最大化。

經(jīng)濟(jì)價值是由空間意識形態(tài)決定的。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市規(guī)劃設(shè)計已經(jīng)由政府主導(dǎo)逐步走向由多方群體共同推進(jìn)。城市規(guī)劃即城市規(guī)劃師運(yùn)用所掌握的專業(yè)科學(xué)技能對城市進(jìn)行分析與設(shè)計，同時也是政府的一項(xiàng)重要職能，最主要的是一種社會經(jīng)濟(jì)活動，以實(shí)現(xiàn)土地價值的最大化，提高土地的利用率。城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘能夠更加直觀地了解這些經(jīng)濟(jì)信息。

美學(xué)價值是研究空間形態(tài)的理想追求。城市規(guī)劃設(shè)計師對美學(xué)的追求形式是豐富多彩的。縱橫交錯的交通設(shè)施、特點(diǎn)鮮明的綠化區(qū)、多姿多彩的公共活動體系構(gòu)成了城市空間形態(tài)。城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘不僅能夠使城市空間的美學(xué)價值得到更好地體現(xiàn)，還能使城市規(guī)劃師更加貼近自己追求的目標(biāo)，更加符合大眾審美。

4 結(jié)語

城市各項(xiàng)用地的選擇與城市功能分區(qū)分不開。通過城市空間分布數(shù)據(jù)挖掘，能夠有效地利用大數(shù)據(jù)解決城市的空間分布及層次等級問題，在海量的數(shù)據(jù)中提取出有用數(shù)據(jù)，幫助決策者做出正確合理的城市功能分區(qū)與選址，為城市發(fā)展提供更有價值的數(shù)據(jù)支撐。