大数据背景下面向城市空间分布数据挖掘研究

庄敬宜，张 娜，张晓楠

(1.吉林建筑科技学院，长春 130051；2.长春高新城市建设投资集团有限公司，长春 130000)

0 引言

城市空间分布包含城市中各个功能分区的地理位置及分布特征，包含了政治、经济、文化、社会、自然等生活中的方方面面，是一个国家城市等级划分的基础，也是构成城市的主要内容。大数据信息化的普及对城市空间分布的研究提出了更高的要求。随着城市的发展，城市功能分区不断健全，对于功能区的识别和划分成为研究城市发展体系的重要工作。要想做好这项工作，必须立足人文需求和社会功能需求，让城市空间分布研究数据更加贴切居民的生活，让城市化更好地为居民服务。通过对数据进行统计分析、挖掘，能够探索出城市空间最深层次的联系，从而提高其科学性。研究框架如图1。

图1 研究框架Fig.1 Research framework

1 城市空间分布功能划分

城市用地分为住宅用地、商业用地、农业用地、工业用地、政府用地、绿化用地、交通用地等。不同类型的土地利用在城市里形成了不同的功能区。各个功能区之间没有明确的界限，其共同构成了城市空间分布结构。空间结构受多项因素制约，其中经济因素是最主要的制约因素。很多其他因素也会对城市空间结构产生影响，要通过多种指标对城市功能分区的划分，划分主要遵循以下原则：全面性和多样性的原则。城市功能涉及方方面面内容，设计范围较广，必须考虑周全，立足于城市空间特点进行规划。前瞻性和指导性原则。进行城市规划时要有预见性，需要新的理念指导，不仅要立足当前城市空间，还要考虑城市规划对以后城市空间分布的影响。空间邻近原则。要考虑到城市周边的空间分布。城市化的推进使城市空间体系不断变迁，持续性地向外扩张将成为未来城市空间发展的主要趋势。

2 城市空间分布数据挖掘方法

城市化的加快推进促使城市空间分布、城市功能布局、对城市的需求发生了变化。常规的设计方法与测试显然不能科学合理地为设计者提供有效信息。城市空间分布数据挖掘目前是一种新领域的研究，尚在起步阶段，它主要包括空间评价、空间分类、空间优化、空间分布计算和空间相关分析五个方面。

空间评价。根据指定标准，对于某一空间的总体数据进行评估，再将各个空间评估后的数据进行排名，并划分等级，让所得的级别数据更加科学。

空间分类。根据相应的准则对空间所呈分布形态进行明确划分，从而得出相应分析图。其中，监督分类需要明确的指标划分和科学的数据依据，而无监督分类没有明确的指标，是按照区间内原则进行划分，同时二者的计算方法也是不同的。

空间分布计算。在对整体空间了解之后进行函数计算，得出空间实体数据分布图，包括分布重心和分布轴线计算、离散度和分数维计算等。

空间优化。在某一数据限制下，且目标数据的数值达到最大时的空间数据分布状况，它包含空间优化调整和空间优化配置两部分。空间优化调整是对局部矛盾的空间实体进行调整，从而使空间平衡分布。空间优化配置是通过调整局部空间分布数据，使局部与整体相适应，从而使整体达到效果最优化。

空间相关分析。空间场(由不同要素构成的)之间的有关指数计算，包含连续和离散空间场。连续空间场的指数计算问题用统计学方法即可解决，而离散空间场的相关指数计算还有待大量的分析与研究才能解决。

3 城市空间分布数据挖掘的核心价值

3.1 城市空间分布数据挖掘的学术价值

理想的城市功能分区的分布是在数据分析和模拟建模后形成的理想化定型。城市规划师通过对城市空间分布规律的分析，运用推理能力和空间模拟能力，对未来的发展进行布局预判。将城市的空间进行科学规划，是为了调节城市空间理想空间的矛盾，通过运用模拟推理技术并结合城市目前的空间分布状况，构建未来城市空间的理想蓝图。而城市空间分布数据挖掘在进行理论规划过程中具有十分重要的作用，能够使规划师更加直观地了解城市分布的各项数据。

3.2 城市空间分布数据挖掘的应用价值

城市空间分布数据挖掘的应用价值包括公益价值、经济价值、美学价值等三个层面。

公益价值是城市规划师需要坚持的一项基本原则，空间形态的研究建立在公益价值的基础上。公益是指公共利益，它关乎一个空间中大部分人的益处，而在所有的城市规划工程中，公共资源分配的利益问题就是其中的核心。进行城市空间分布数据挖掘，能够使公共资源的分配更加明确，更加公平，能够实现公共利益的最大化。

经济价值是由空间意识形态决定的。随着城市化进程的不断推进，城市规划设计已经由政府主导逐步走向由多方群体共同推进。城市规划即城市规划师运用所掌握的专业科学技能对城市进行分析与设计，同时也是政府的一项重要职能，最主要的是一种社会经济活动，以实现土地价值的最大化，提高土地的利用率。城市空间分布数据挖掘能够更加直观地了解这些经济信息。

美学价值是研究空间形态的理想追求。城市规划设计师对美学的追求形式是丰富多彩的。纵横交错的交通设施、特点鲜明的绿化区、多姿多彩的公共活动体系构成了城市空间形态。城市空间分布数据挖掘不仅能够使城市空间的美学价值得到更好地体现，还能使城市规划师更加贴近自己追求的目标，更加符合大众审美。

4 结语

城市各项用地的选择与城市功能分区分不开。通过城市空间分布数据挖掘，能够有效地利用大数据解决城市的空间分布及层次等级问题，在海量的数据中提取出有用数据，帮助决策者做出正确合理的城市功能分区与选址，为城市发展提供更有价值的数据支撑。