基于POI數(shù)據(jù)的城市公共服務(wù)質(zhì)量評價
——以武漢市為例

曹 睿

(武漢大學(xué)，湖北 武漢 430000)

0 引言

近年來，在許多關(guān)于人居環(huán)境的研究中，專家學(xué)者認(rèn)為能為居民生活全方位地提供高質(zhì)量的公共服務(wù)是評價宜居城市的一項重要指標(biāo)[1-2]。通常，影響城市公共服務(wù)評價的主要因素是交通、醫(yī)療、教育、娛樂、消費(fèi)等公共服務(wù)設(shè)施的配套與完善。以往城市公共服務(wù)評價的研究主要采用資料收集、問卷調(diào)查等途徑，傳統(tǒng)研究方式帶來的局限性有數(shù)據(jù)范圍小，獲取效率低，同時也難以展開區(qū)域內(nèi)多維度的比較。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)目前已經(jīng)成為非常重要的發(fā)展方向和研究熱點，城市公共服務(wù)評價的研究方法也隨之突破。興趣點(Point of Interest，POI)是在提高地理定位精度和速度的基礎(chǔ)上，將地理實體以包含經(jīng)緯度的點狀形式來進(jìn)行描述，作為一種代表真實地理實體的點狀地理空間大數(shù)據(jù)，POI獲取途徑簡單，覆蓋面廣。從POI數(shù)據(jù)中提取有效信息，與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉關(guān)聯(lián)，探索其中所蘊(yùn)含的空間地理信息關(guān)系，是當(dāng)前地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的熱點[3]，具有很高的研究價值。每一條POI數(shù)據(jù)都包含豐富且有價值的對象屬性信息(如用地類型、文本地址等)與空間位置信息(如經(jīng)緯度、地理特征等)，而特定的地理POI類型則與人類的活動密切相關(guān)，比如城市的購物中心、公共服務(wù)中心等，都與城市功能與人類的活動有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。因此，POI可以為人們提供城市或者社會系統(tǒng)的功能信息，有助于進(jìn)行精細(xì)的城市研究[4]。本研究將借助POI數(shù)據(jù)對湖北省武漢市公共服務(wù)設(shè)施的分布情況進(jìn)行研究分析，以此來對武漢市公共服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行評價，并期望能在城市規(guī)劃中提供寶貴的參考意見。

1 研究對象概況及數(shù)據(jù)分析

1.1 對象概況

武漢市位于湖北省東部、長江與漢水交匯處，地理位置為北緯29°58′～31°22′，東經(jīng)113°41′～115°05′。作為湖北省省會，武漢市是中國中部地區(qū)的中心城市，全國重要的工業(yè)基地、科教基地和綜合交通樞紐。截至2021年年末，全市下轄13個區(qū)，總面積8 569.15 km2，常住人口1 364.89萬人。2021年，全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值1.77萬億元。2020年，常住人口達(dá)1 364.89萬人。在這樣高人口密度、高城鎮(zhèn)化的地區(qū)，城市公共設(shè)施對居民生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有著重要影像，研究設(shè)施分布、城市生活便利度指數(shù)以及功能區(qū)分布，具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

1.2 數(shù)據(jù)及預(yù)處理

本次所用POI數(shù)據(jù)為2017年12月武漢市POI數(shù)據(jù)，共有將近20萬條，總計17個分類，每條POI數(shù)據(jù)的屬性表包括FID，Shape，NAME，XIAOLEI，ADDRESS，ZHONGLEI，DALEI7個類型。原始POI數(shù)據(jù)分類較多，且類型之間存在重復(fù)交叉現(xiàn)象，為了后續(xù)方便進(jìn)行城市便利度計算，我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行了再分類。具體操作為利用ArcGIS的“Split By Attributes”工具，根據(jù) “ZHONGLEI”(中類)屬性對數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，再運(yùn)用“Spatial Join”進(jìn)行連接。以區(qū)劃為單位研究區(qū)劃功能構(gòu)成涉及的運(yùn)算量相對較小，且為了后續(xù)方便計算城市便利度指數(shù)，我們將所得的數(shù)據(jù)劃分為交通設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生、科教文化、居民住宅、企業(yè)金融、行政管理、體育健身、社區(qū)服務(wù)、商業(yè)服務(wù)9個大類，作為進(jìn)一步研究分析和成果展示的數(shù)據(jù)集，各類POI數(shù)量分布多、面廣、數(shù)據(jù)復(fù)雜，此處不再贅述。

2 研究方法及結(jié)果展示

2.1 各行政區(qū)各類POI比例構(gòu)成

首先，以武漢市行政區(qū)劃為單位統(tǒng)計公共服務(wù)設(shè)施分布情況通過ArcGis將武漢行政區(qū)劃文件和POI文件進(jìn)行空間連接，統(tǒng)計各個類型的POI在行政區(qū)劃間的分布情況。

由于各個行政區(qū)面積不同，POI數(shù)據(jù)量也不同，以POI點數(shù)的絕對值進(jìn)行比較顯然不合適。所以我們通過計算行政區(qū)內(nèi)部的POI類型比例進(jìn)行比較，計算公式為：

其中，i表示POI類型；ni表示單元內(nèi)第i種類型POI的數(shù)量；CRi表示第i種類型POI的數(shù)量占單元內(nèi)所有類型POI數(shù)量的比例。

再根據(jù)各類設(shè)施在不同行政區(qū)的占比進(jìn)行了空間方差分析。方差越大，說明該類地物在區(qū)劃之間分布越不均衡，反之則越均衡。計算得出分布最均衡的前3類依次為：體育健身、醫(yī)療衛(wèi)生、社區(qū)服務(wù)；分布相對不均衡的前3名依次為：商業(yè)服務(wù)、行政管理、企業(yè)金融。此結(jié)果中體育健身和行政管理的分布方差可能與一般的認(rèn)知有點不吻合。分析該類POI數(shù)據(jù)的小類得知，體育健身的POI數(shù)據(jù)小類包括健身中心、會所和俱樂部、各類體育場館，所以數(shù)據(jù)的確說明了體育健身類在各個行政區(qū)劃的分布是相對均衡的；行政管理的POI數(shù)據(jù)中，包括行政機(jī)構(gòu)和部分事業(yè)單位以及居委會，部分事業(yè)單位和居委會的分布相對不均衡，所以行政管理大類的方差也就相對偏高。

對比13個行政區(qū)的圖示，可以發(fā)現(xiàn)各個區(qū)劃的POI組成在餅狀圖上的區(qū)別并不大。但確實存在一些區(qū)劃的某個類型比例低于或高于其他地區(qū)，如漢南、蔡甸和黃陂區(qū)的商業(yè)服務(wù)占比低于50%。如果將POI類型的劃分尺度再細(xì)分一下進(jìn)行分析，可能會得到不一樣的結(jié)果，這也是尺度效應(yīng)的體現(xiàn)。

2.2 各類POI數(shù)據(jù)核密度分布

核密度估計是點模式分析中最常用的方法之一，可以顯示某種要素在空間上的分布模式與強(qiáng)度。表現(xiàn)出距離核心越近的區(qū)域所受中心輻射值越大的特征，符合城市設(shè)施服務(wù)對周邊位置影響的擴(kuò)散特點。

分析時以要素所在位置為中心，設(shè)置的閾值為半徑進(jìn)行密度分析，中心所在位置密度最大，從中心向邊緣處四周遞減直至為零。在本研究中，每個POI數(shù)據(jù)記錄為一個要素，其密度估算的表達(dá)式為：

核函數(shù)對于核密度的影響不大，而搜索半徑相對核函數(shù)的形式而言對于核密度分析結(jié)果的影響就非常明顯。隨著搜索半徑h增大，空間圖像更加平滑，但是會犧牲一定的空間細(xì)節(jié)。因此，為了在保證平滑的情況下，盡可能顯示更多的城市空間細(xì)節(jié)，經(jīng)過多次嘗試，最終研究選擇1 000 m作為搜索半徑進(jìn)行核密度估計。

基于多種與城市公共服務(wù)設(shè)施密切相關(guān)的POI數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到下列核密度分布圖，由各類核密度分布圖可進(jìn)行分析得到如下3種分布模式。

(1)多核集中模式。

該分布模式體現(xiàn)于交通設(shè)施、居民住宅、企業(yè)金融、社區(qū)服務(wù)、體育健身、科教文化等大多數(shù)類，主要聚集于江漢區(qū)、江岸區(qū)、漢陽區(qū)、武昌區(qū)，次要聚集于硚口、洪山區(qū)，除科教文化主要聚集于武昌區(qū)和洪山區(qū)。

(2)多核分散模式。

該分布模式體現(xiàn)于行政管理和醫(yī)療衛(wèi)生，在核密度分布圖上表現(xiàn)為有多個分散的聚集區(qū)，表示行政管理和醫(yī)療衛(wèi)生這兩類公共服務(wù)設(shè)施分布較為均勻。

(3)單核集中模式。

體現(xiàn)于商業(yè)服務(wù)類，在核密度分布圖上表現(xiàn)為只有一個集中的聚集區(qū)，表示商業(yè)服務(wù)類公共服務(wù)設(shè)施分布很不均衡。

2.3 生活便利度指數(shù)分布研究

主成分分析是一類除去數(shù)據(jù)冗余的數(shù)理統(tǒng)計手段，它是將相關(guān)的多變量空間數(shù)據(jù)通過原始空間軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個互不相關(guān)的綜合指標(biāo)，以達(dá)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡化的目的[5]。主成分分析的原則是使方差最大，使用盡可能少的主成分作為評價指標(biāo)，并保留盡可能多的原有指標(biāo)包含信息，達(dá)到簡化問題的目的。通過ArcGis的主成分分析法工具可以將多維度柵格數(shù)據(jù)所在的原始空間旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)軸互不相關(guān)的新空間，以此實現(xiàn)信息的集中和數(shù)據(jù)的壓縮。

結(jié)合主成分分析方法，本研究通過9種公共服務(wù)設(shè)施類型的核密度值得到9個主成分，并通過計算可以確定各類POI數(shù)據(jù)在計算城市生活便利度指數(shù)中的權(quán)重，并采用其中所計算出來的歸一化權(quán)重進(jìn)行指數(shù)計算。權(quán)重確定結(jié)果如表1所示。

表1 各主成分權(quán)重計算

結(jié)合上述主成分分析確定的權(quán)重，綜合各類公共服務(wù)設(shè)施的空間密度，構(gòu)建區(qū)域的生活便利度指數(shù)的評估模型，具體計算公式如下：

E=a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn

式中，E為生活便利度指數(shù)；an為主成分分析計算的權(quán)重；xn為各類公共服務(wù)設(shè)施的空間密度值。此處將整個武漢市分為1 km×1 km的格網(wǎng)，以每個網(wǎng)格內(nèi)的POI點密度作為空間密度值[6]。利用ArcGIS計算網(wǎng)格點密度值，代入各類POI權(quán)重，得到每個網(wǎng)格內(nèi)的便利度指數(shù)值，在地圖上分層顯示，最終形成武漢市生活便利度指數(shù)分布圖，如圖1所示。

圖1 武漢市生活便利度指數(shù)分布

可以看到，在整個研究區(qū)內(nèi)，便利度小于9.2的區(qū)域，其面積最大，占據(jù)了整個研究區(qū)范圍的95%；便利度高于9.2的區(qū)域，高便利度區(qū)域面積很小，集中分布于武漢市中心長江兩岸，如江漢、江岸、硚口和武昌區(qū)，說明這部分區(qū)域城市發(fā)展較發(fā)達(dá)，公共設(shè)施分布更多，市民的城市生活更便利；另外還有少數(shù)幾個便利度較高的區(qū)域分布在各行政區(qū)(如新洲、黃陂、江夏區(qū)等)的區(qū)中心，形成幾個分布零散的網(wǎng)點。高便利度和低便利度區(qū)域面積相差較大，城鄉(xiāng)差異結(jié)構(gòu)明顯，發(fā)展較不充分。

3 結(jié)語

POI數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣、分類詳盡、公共服務(wù)設(shè)施種類覆蓋度高、獲取效率高的特點，其應(yīng)用于城市公共服務(wù)評價的優(yōu)勢在于能夠較為精準(zhǔn)地反映設(shè)施空間位置及分布密度，可以很大程度上地彌補(bǔ)傳統(tǒng)研究方式的短板。但POI數(shù)據(jù)是用點的形式進(jìn)行描述，不能涵蓋規(guī)模、范圍、實際使用建設(shè)情況等，缺少這些信息會使城市公共服務(wù)質(zhì)量評價會存在一定的誤差，也很難進(jìn)行更深入的研究和分析。

總之，POI數(shù)據(jù)是一種具有顯著實際用途的新型大數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)行區(qū)域間各種維度的比較分析，本文通過對POI數(shù)據(jù)的處理分析，為大數(shù)據(jù)在城市公共服務(wù)質(zhì)量評價的應(yīng)用中探索了一條新的途徑，始終秉承著為城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)與模型支撐的思想，以期待能為城市規(guī)劃決策提供一定的實際參考。