基于多源數據的邯鄲城市空間結構識別

張蘇妍，申雙喜，王曉冬

（河北工程大學，河北 邯鄲 056038）

0 引言

隨著我國城鎮化的快速發展，城市內部組成要素相互作用變得日益復雜，城市空間結構發生重構。城市空間結構是城市中物質環境、功能分區、區域分布等組成要素的相互作用及表現方式，是自然環境、社會經濟、功能布局等因素綜合影響下的結果，空間結構的優劣影響著城市功能、資源配置等問題。隨著地理信息與數字化的不斷發展，多源數據與空間分析在城市與建筑研究中得到了廣泛應用，也為城市空間結構研究提供了新的思路與方法。通過城市空間結構識別，探究城市發展機制、各要素影響規律，對優化空間結構和城市風貌起到重要作用。

1 基于多源數據的城市空間結構測度模型

1.1 理論溯源

城市空間結構主要基于空間視角對城市形態、物質分布和要素相互作用進行研究［1］。地理學提出了空間相關性、空間異質性和地理相似性，認為空間距離越相近，地理環境越相似，相關性和相似性越高；中心地理論提出城市中心為交通網絡關鍵位置、具有較強的商品和服務供應能力的地區；區域理論提出城市通過極化效應、擴散效應發展，不平衡的發展會形成城市核心。各種理論闡述了自然環境、人、區位、資源等相互影響關系，為城市空間結構研究的多元化和完善發展提供了支持。

城市空間結構研究在早期通過文獻檢索、實地考察、圖形分析、人口與就業數據等對形態演變［2］、人口聚集［3］、就業中心［4］等進行識別，刻畫城市空間結構，但是存在成本高、時間周期長、主觀性強、數據不易獲取和時效性差等局限。隨著數字化、物聯網、大數據技術的廣泛應用，深刻影響著城市、人、物質之間的相互關系，人與城市聯系日益緊密，城市空間結構發生改變［5］。學者逐漸轉向結合遙感數據［6］、手機信令數據［7］、夜間燈光數據、地理信息系統［8］、交通數據等數據，使用空間句法、分形理論［9］、空間分析等方法進行特征識別，探索城市職住平衡、人群分布、功能分區、城市中心等，且多源數據比單一數據更加有效。

總的來看，城市空間結構研究逐步從實地調研等傳統方法向結合多源數據研究方法轉變，研究內容與范圍也擴大到城市中心體系、多種組合要素相互關系、理論與實踐結合等。但目前研究多針對城市空間結構單一維度，對城市空間結構識別體系研究較少；采用定性角度研究演化機制較多，針對性優化策略較少。因此基于多源數據的城市空間結構多維度研究是可行且必要的。

1.2 模型構建

（1）測度模型

多學科領域對城市空間結構研究側重點不同。如城市研究領域側重于土地利用、城市空間表征，人文地理領域側重于人地關系，經濟學領域側重于產業經濟結構形態。綜合來看，城市空間結構就是研究人群活動、地塊開發、業態功能的綜合關系［10］。城市空間結構識別就是建立人、地、業測度模型，探索要素與多源數據之間耦合關系。

人是城市活動的主體，城市為人活動提供空間與物質載體，人群活動與聚集在一定程度上可以反映城市空間結構。百度人口熱力圖是以顏色劃分人群聚集程度等級的圖像，通過特殊的高亮顏色顯示某一空間地理被訪問量占劃定區域的比例。百度地圖通過實時監測并進行反饋，用以體現人群活動情況［11］。

地是城市中物質空間載體，包括地塊和建筑。一般來說，由于城市空間的極化與擴散作用，城市核心開發強度較大，建筑呈現高聳密集的特征。城市建筑數據和地塊數據可以反映城市用地情況，得到城市地塊開發特征。數據可以通過地圖平臺進行獲取［12］。

業是城市中政治、文化、商業等活動產生物質流與信息流的場所，業態聚集程度反映了城市空間的利用情況，不同的業態集合反映了城市空間結構的特征。興趣點數據（POI）是城市中地理實體位置的抽象點數據，通常包含了名稱、地址、類別和地理空間坐標，可以反映城市業態功能［13］。

（2）技術線路

首先運用Python語言獲取人口熱力數據、建筑矢量數據和POI數據，對數據進行清理工作，去除數據噪聲，進行數據規范化，最后導入ArcGIS軟件進行量化分析和可視化。采用城市研究常用尺度和空間分辨率，將城市劃分為500m×500m的格柵，選取500m作為分辨率，運用密度分析、空間分析等方法識別劃分城市高聚類集聚區域，進行城市評估，判斷城市中心、設施分布公平性和城市地塊開發情況。通過多源數據進行城市研究，可以反映經濟、建設和人口聚合關系，對城市空間結構進行識別。

2 基于多源數據的城市空間結構識別

2.1 研究對象

邯鄲為千年古都，國家歷史文化名城，城市實體地域具有傳統格局與現代發展相結合的特點。本文以多源數據為支持，研究對象為邯鄲城市空間結構，研究范圍為邯鄲市實體地域，大致為邯鄲主城區范圍。

2.2 基礎數據

（1）人口熱力數據

人口熱力數據可以反映城市中人口聚集分布與狀態變化。研究以2020年連續一周時間（11月30日周一至12月6日周日）的邯鄲主城區人口熱力數據作為基礎數據，以1小時為時間間隔，從早上7時至晚上24時的人口熱力圖切片。數據來源為百度地圖平臺。將數據聚集以自然間斷法劃分為8個等級，熱力值賦值為0至7，圖像顏色為藍色至紅色代表人群聚集由低到高，其中0值熱力數據較少，賦予為無顏色值0。

（2）地塊建筑數據

運用Python語言獲取2021年邯鄲主城區建筑矢量數據，共1.43萬棟城市建筑物矢量數據。城市建筑數據為面數據，包括建筑輪廓形狀信息、經緯度空間信息、建筑層數、建筑高度和面積等屬性信息。輔助數據有邯鄲市城市總體規劃、市轄區面積等公開數據。數據來源于國家地理信息公共服務平臺、政府公開數據和百度地圖平臺。

（3）POI數據

本研究采集獲取邯鄲市主城區范圍內2021年POI（興趣點）數據作為基礎數據。數據包含了行業分類、名稱、地址、標簽、區域和坐標字段等信息，共計21種分類，1.48萬個POI信息數據。數據來源于百度地圖平臺。根據業態特征和國家行業分類標準，將POI數據清洗篩選并劃分為政府服務、生活服務、社會服務、生產服務四類。

2.3 特征識別

（1）人群活動

通過對人口熱力數據進行分析，邯鄲主城區人群活動呈現工作日和休息日兩種特征，并且以7時、9時、19時、22時為一天內典型代表（如圖1）。在工作日，7時城市活動開始逐漸增強，人口熱力聚集呈散點分布，主要區域為居住社區、中小學和高校。9時城市人群活動快速聚集，商業區域、辦公區域、工廠區域熱力聚集特征有了明顯提升，熱力高峰集中于人民路的城內中街至東柳大街段、和平路的浴新大街至滏河北大街段、中華大街的聯防路至學院北路段等。19時為晚高峰，主城區各大商業圈與居住社區熱力連接成片，城市主干道中心區域具有較強熱力聚集特征。22時人群返回居住區域進入休息階段，熱力值全面降低。全天熱力低谷出現在城市公園和邯鋼工業園區。

圖1 邯鄲主城區人口熱力

在休息日，7時城市熱力值較低，且呈散點分布，主要位于居住社區。9時熱力高峰主要集中于居住社區和新世紀、美樂城、天鴻、康德幾大商圈，形成斑塊狀，隨后逐漸蔓延，連接成片，形成面狀熱力高峰。19時城市熱力聚集為面狀特征，集中于居住社區、主城區商圈和高校區域，隨后逐漸降低。22時，主城區熱力大幅度下降。

主城區人口熱力特征在工作日和休息日呈現一定聚集區域差異性和發展趨勢相似性。工作日人群聚集區域集中在主城區中心區域，在休息日分布則更加廣泛與均衡。邯鄲主城區人口熱力總體特征為高集中、小分散、不均衡，多集中于主城區中部和南部，在其他區域分散有一些高聚集區域。人口熱力高值點有醫院、學校、政府、辦公樓等，高值區域有新世紀商圈、天鴻商圈、美樂城商圈、大型居住社區以及相應周圍區域聯結形成大片區域，人口熱力低值有公園、工廠、城中村等，主城區北部有較多工業廠區和城鄉結合處，以及西南部邯鋼工業園區和趙王城遺址，形成了邯鄲多核心的布局。

（2）地塊開發

邯鄲市主城區總面積約為150平方千米，為邯鄲市集中建設區域。經過對邯鄲建筑矢量數據進行特征分析，低層建筑占比為35.47%，多層建筑占比為50.78%，高層建筑占比為13.74%，超高層建筑占比為0.01%，建筑以多層為主。主城區中建成區域比較集中，中心區域較為飽和，城市建設發展不均衡，周邊區域有待開發。邯鄲市道路系統以兩環兩軸為骨架，縱橫交錯、四通八達。2021年，邯鄲市城市道路網密度為8.43千米/平方公里，達到了國家提出的城市建成區道路網密度應大于8千米/平方公里的標準要求，屬于較好水準。

邯鄲主城區為網格式布局，以中華大街為對稱軸，城市地塊開發呈多心高聚集狀態。高層在中心區域以散點分布，主要為辦公樓、綜合體、商場等，部分為居住社區；在主城區周圍多集中式分布，多為居住社區，少數商業辦公。主城區地塊開發核心為城市中心區，開發強度大，但部分區域缺乏活力，空間閑置化，沒有足夠的人群與業態支撐。城市中心區周邊地塊開發強度相對較低，仍需進一步優化與提升，如圖2所示。

圖2 邯鄲主城區地塊

（3）業態功能

根據核密度和熱點分析，邯鄲主城區業態聚集度和熱點區域以主城區中心為核心，為康德和新世紀商圈，人民路與中華大街交叉中心，向四周輻射擴散，周圍多處次核心，城市北部和西南部業態功能較為單一、活力欠缺。城市顯著性熱點區域有康德-新世紀商圈、王郎東社區、學步橋區域、天鴻商圈、邯山區政府區域，顯著性冷點主要分布于主城區外圍環路附近，有北部與南部的學校區域、東北部的工廠區域、西北部的前進大街區域。

政府服務類集中于主城區東南部興華路與匯通巷、陵園路與陵西大街、展覽路與光明大街、聯防路與世紀大街，分布較為均衡。生活服務類主要包含餐飲商場、休閑娛樂等，分布較為廣泛，數量眾多，聚集特征比較明顯，主要集中于各大商圈、城市公園、沿街等區域，具有多核心特征，北部和西部較為欠缺。社會服務類主要包括醫療教育、文化旅游等業態功能，分布較為均衡。生產服務類主要包括企業工廠等，多集中于主城區西部，以中心鐵路界限劃分，其他區域較少，如圖3所示。

圖3 邯鄲主城區POI數據分析

3 城市空間結構優化

邯鄲主城區城市空間結構總體特征為網格布局，中軸對稱，一心多核，環狀輻射。邯鄲主城區空間體系呈現中心區域強四周弱，主城區中部被京廣線鐵路貫穿，將城市劃分為東西兩部分，為城市發展帶來一定限制。西南部的邯鋼工業園區和趙王城遺址由于功能原因，導致城市空間結構出現了明顯的區塊劃分。

均衡城市發展。邯鄲主城區中心區域開發強度較高，老城區、城中村和中心區域周邊開發強度較低、活力不足，應均衡城市發展。對老城區進行獨立規劃，塑造串城街歷史文化街區和武靈叢臺特色歷史城區，修繕與打造趙王城遺址特色公園、趙苑歷史文化公園。邯鄲應啟動工業企業退城搬遷改造工程，遺存工業園區具有重要歷史意義和現實價值，主城區西部打造邯鋼工業文化特色園區，北部打造邯鄲熱電廠工業文化特色片區，保留城市記憶，增強文化氛圍，塑造優質城市風貌［14］。

構建生態綠都構架。邯鄲擁有豐富的自然、歷史、人文資源，依托資源打造歷史文化名城、旅游發展帶、城市濱水與公園綠地景觀，突出地域文化與特色。構建“水-綠-路-城”為一體的空間構架，營造自然人文城市。主城區有沁滏兩河、叢臺公園、龍湖公園、滏陽公園、趙苑等多處城市公共綠地，構筑高低視角良好環境。加強對主城區水文水系等自然環境的利用，提升濱水空間區域特色，形成線狀特色空間。

提升城市整體活力，注重主城區各區域均衡發展，中心帶動周邊，提升城市競爭力，優化城市風貌，形成生態化、集約化、系統化的城市空間結構。

4 結語

城市空間是一個復雜的系統，綜合全面考慮影響要素進行城市空間結構識別更加客觀與準確。本研究通過人口熱力數據、地塊建筑數據、POI數據綜合識別城市空間結構，與實際相符且簡明可行，對相似研究具有一定參考意義。在后續研究中要考慮各數據之間的誤差疊加，提高數據精度，還可與遙感數據、手機信令數據和交通數據等結合識別城市空間結構，定量分析各要素聯系，逐步建立標準化、系統化城市信息分析模型。