POI大數據背景下的城市高校集聚區功能識別研究*
——以長沙岳麓區為例

文/湖南大學建筑與規劃學院 何韶瑤 朱俊霖

0 引言

20世紀中期，我國城市功能區識別主要采用專家評分、調研統計等定性研究方法，通過權威專家打分和統計研究區域內各產業占比等基本信息進行城市功能區識別，體現出較強的主觀性。隨著遙感技術興起，城市功能區識別由定性研究轉向定量研究，人們可快速提取城市用地的自然屬性信息，開始重視生態功能分區研究，苗李莉等[1]運用遙感、基礎地理、野外實測和社會統計等多源數據，分別對北京濕地的功能類別進行評價；王傳輝等[2]通過遙感數據對研究區域土地利用信息進行提取，得出巢湖流域生態功能分區方案。但遙感技術在城市功能區識別研究中有一定缺陷，未能精確捕捉社會經濟屬性信息。

2012年，“大數據”一詞在建筑、規劃等行業越來越多被提及，國內許多學者利用POI、OSM、GPS等大數據探討城市功能區的識別方法。目前，基于POI大數據的城市功能區識別主要以OSM城市路網和GIS空間網格為主，丁彥文等[3]以南京市中心城區為研究對象，基于核密度估計算法提出融合OSM路網與POI數據的城市功能區識別方法；駱少華等[4]將北京西城區分割為25m×25m及50m×50m的空間格網，采用樣方密度法和頻數密度、類型比例2個指標對研究區域進行功能識別。

本文以長沙市岳麓區為例，對其POI數據進行加權賦值，采用GIS空間格網的方法，通過核密度估計識別長沙市岳麓區功能分布，并通過頻數密度、類型比例2個指標識別長沙市岳麓區功能分區，通過將識別結果與規劃圖、現狀街景圖進行對比，驗證其精確度。

1 研究區域及數據處理

1.1 研究區域

長沙市是我國長江中游地區的中心城市，湘江從中穿過，將長沙市一分為二。本文的研究區域位于湘江西部，總面積約154.31km2。研究范圍劃分來自長沙市岳麓區老版行政界限，整個區域處于《長沙市城市總體規劃（2003—2020年）》中心城區范圍，為長沙市東西發展軸線的副中心，主要承擔綜合服務、旅游度假、科研文化、技術研發等功能，為城市高校集聚區。因此，本文選擇該區域作為研究對象（見圖1）。結合本文研究區域與實際情況，采用250m×250m的正方形方格作為基本研究單元，研究區域單元共計2469個。考慮到POI數據中無水域數據，但研究區內河流、湖泊等水域面積較大，應提前提取出水域以減少誤差，共劃出水域159個。

圖1 研究區范圍選取

1.2 數據處理

1.2.1 數據來源與分類

研究使用的POI數據來自2020年高德地圖，共13個分類，總計約4.4萬條，包括住宅（2100+），政府（1100+），教育（3000+），體育（1400+），醫療（1400+），餐飲（9800+），購物（12500+），金融（730+），公司（4300+），娛樂（6400+），工業（200+），交通設施（800+），公園廣場（400+）。本文參考池嬌等[5]采用的POI分類方法，基于GB 50137—2011《城市用地分類與規劃建設用地標準》[6]，將所獲取的POI數據分為居住用地（R）、公共管理與公共服務設施用地（A）、商業服務業設施用地（B）、工業用地（M）、道路與交通設施用地（S）、綠地與廣場用地（G）六大類（見表1）。

表1 POI數據分類細則

研究選取建筑一般面積、公眾認知度作為POI數據的權重因子，通過文獻閱讀及對比遙感圖像確定各類POI點的一般面積評分（見表2）；參考趙衛鋒等[7]構建的POI顯著度度量模型及薛冰等[8]建立的公眾認知度表格，確定本文各類POI數據公眾認知度（見表3）；并借鑒李強等[9]的權重比例研究，將本文權重比例設為5:5。通過計算得出不同大類POI權重占比：居住用地（R）15，公共管理與公共服務設施用地（A）30，商業服務業設施用地（B）5，工業用地（M）50，道路與交通設施用地（S）15，綠地與廣場用地（G）100。

表2 一般面積評分

表3 公眾認知度

2 研究方法

2.1 核密度估計

核密度估計是點模式分析中最常用也最有效的方法之一，該方法的計算結果表現出距離核心越近的區域所受中心輻射值越大的特征[10]，即離核心越近的位置獲得的權重越高，體現中心強度隨距離衰減的特點，計算公

式如下：

2.2 分區識別法

利用頻數密度fi和類型比例Ci兩個指標識別單元格功能區，計算公式如下：

式中：i表示POI類型；ni表示單元格內第i種類型POI數量；Ni表示第i種類型POI總數；Fi表示單元格內第i種類型POI占該類型POI總數的比值；Ci表示第i種類型POI的頻數密度占單元格內所有類型POI頻數密度的比值。在識別城市功能分區時，若單元格某一類POI數據的Ci大于50%，則為該類型單一功能用地；若單元格所有POI類型的Ci值低于50%，則為混合功能用地，具體分為2，3，4，5，6功能混合用地；若單元格沒有POI數據，則為無數據用地。

3 結果與分析

3.1 功能分布結果

通過核密度估計得到長沙市岳麓區POI數據六大功能分布（見圖2），各類用地的集聚程度、空間分布及布局模式存在以下特征。①在集聚程度上，居住用地、公共管理與公共服務設施用地、商業服務業設施用地、道路與交通設施用地呈“多中心”聚集，密度中心規模相對較大，且出現大幅度重合；工業用地、綠地與廣場用地呈“單中心”聚集，密度中心規模相對較小。②在空間分布上，除工業用地、綠地與廣場用地外，其他四類用地均沿湘江呈線性分布且向內部逐漸擴散。其中，居住用地主要集中于咸嘉湖、觀沙嶺、銀盆嶺、岳麓、天頂、西湖等街道，尤以咸嘉湖、觀沙嶺、岳麓街道最密集；公共管理與公共服務設施用地主要集中在岳麓山大學城附近，學校、創新創業園等科教文化設施較多；商業服務業設施用地主要集中在岳麓區梅溪湖北側和北部湘江處，擁有許多大型商場和辦公大廈；道路與交通設施用地主要集中在岳麓區地鐵、公交路線附近，如長沙地鐵2號和4號線所覆蓋區域；工業用地主要集中在岳麓區西北部麓谷街道周邊，包括中聯重科麓谷工業園、興工國際產業園等；綠地與廣場用地主要集中在岳麓山風景區附近，其余均質穿插分布在岳麓區內。③在布局模式上，居住用地、商業服務業設施用地、道路與交通設施用地表現出“小集聚、小分散”的布局模式；公共管理與公共服務設施用地表現出“大集聚、小分散”的布局模式；工業用地、綠地與廣場用地表現出“大集聚、大分散”的布局模式。

圖2 長沙市岳麓區功能分布

3.2 功能分區結果

根據單元格Ci值判斷該單元為單一功能用地、混合功能用地或無數據用地，如圖3所示，可明顯看出岳麓區3種類型功能用地大致呈線性同心圓分布，沿湘江線性發展，從內到外分別為“混合功能用地-單一功能用地-無數據用地”。對3種功能分區單元數量進行統計，單一功能用地單元數量最多，為1083個，占比46.88%；混合功能用地單元數量為307個，占比13.29%；無數據用地單元數量為920個，占比39.83%，這些區域多為林地、耕地，分布在岳麓區外圍。

圖3 長沙市岳麓區功能分區

其中，單一功能用地包括單一R類用地250個，單一A類用地185個，單一B類用地172個，單一M類用地120個，單一S類用地191個，單一G類用地165個。對比功能分布圖可知，單一居住用地、公共管理與公共服務設施用地、商業服務業設施用地、道路與交通設施用地總數較多，均質分布在岳麓區內部和湘江附近，說明岳麓區整體功能復合度不高；單一工業用地數量最少，集中在岳麓區西北部，且常常與無數據用地接壤，說明岳麓區工業用地在中心區分布較少，主要分布在岳麓區外圍，這與一般城市的工業分布相符；單一綠地與廣場用地多分布于岳麓區外圍，內部風景區數量較少，集中在東南部的岳麓山景區，說明岳麓區內部景觀較少，應加強生態建設。

將混合功能用地分為2，3，4，5，6種功能混合類型，依據排列組合，2種功能混合形式有15種，共0個；3種功能混合形式有20種，共124個，其中RAB有105個，ABS有12個，RAS有1個，RBS有6個，其他形式個數為0；4種功能混合形式有15種，共157個，其中RABS有133個，RABG有18個，RABM有2個，ABSG有1個，RBSG有3個，其他形式個數為0；5種功能混合形式有5種，共25個，其中，RABSG有5個，RABSM有20個，其他形式個數為0；6種功能混合形式僅有1種，共1個。由此可知，RAB和RABS混合用地最多，占混合功能用地的77.52%，這與上文分析的“R、A、B、S用地大幅度重合”極度吻合，其多分布在梅溪湖北部和湘江附近，說明梅溪湖北部和湘江附近是岳麓區的核心發展地區，與《長沙市城市總體規劃(2003—2020年)》中的“一軸兩帶、湘江發展帶和北部發展廊帶”的描述相符。

3.3 識別結果檢驗

3.3.1 岳麓區大學城片區

岳麓山國家大學科技城是落實“創新引領、開放崛起”發展戰略的重要部署，包括岳麓山風景區、大學城及周邊配套服務設施三部分。選定識別A岳麓山風景區和B部分大學城區域（見圖4），在功能區識別中，圖4a中主要為A、G類用地，A類用地周圍附有B類用地及少量功能混合用地；圖4b中A區域為G類用地，B區域為A類用地；圖4c中A區域為岳麓山風景區，B區域主要為湖南大學、湖南師范大學等高等院校。識別結果較準確。

圖4 岳麓區大學城片區識別結果檢驗

3.3.2 岳麓區梅溪湖片區

梅溪湖是大河西先導區開發的重點片區，周邊為綠色生態示范城區。選定識別A沿湖區域、B工業園區和C部分大學城區域（見圖5），在功能區識別中，圖5a中主要為R、B類用地，有部分A、G類用地及大量功能混合用地；圖5b中A區域為B、R類用地，B區域為M類用地，C區域為A類用地；圖5c中A區域為長沙金茂大廈、福晟翡翠灣等，B區域為中聯重科麓谷工業園等，C區域為湖南大學北校區。識別結果較準確。

圖5 岳麓區梅溪湖片區識別結果檢驗

4 結語

在快速城鎮化背景下，城市涌現大量功能，如何準確識別城市功能分區并進行管理面臨挑戰。本文基于POI大數據，利用GIS技術，識別長沙市岳麓區功能分布與功能分區，研究表明：①岳麓區功能分布及發展不均衡，整體呈圈層式地域分布特征，由內向外單一功能用地密度中心規模逐漸減弱，其中公共管理與公共服務設施用地、商業服務業設施用地等呈“多中心”聚集和綠地與廣場用地“單中心”聚集形成鮮明對比，即城市內部空間資源不合理，生活空間發展迅猛，生態空間發展停滯；②岳麓區功能分區呈現“線性同心圓”式分布特征，混合用地多分布在岳麓區中心與沿江處，單一功能用地多沿混合功能用地外圍分布，且單一功能用地單元數量遠大于混合功能用地。可見，岳麓區中心外圍需合理結合其他功能布局，提高城市用地復合度與緊湊度。總體來看，利用POI大數據可以更好地幫助規劃人員和管理人員理解城市復雜的空間功能結構，對城市規劃發展具有指導和借鑒價值。