POI大数据背景下的城市高校集聚区功能识别研究*——以长沙岳麓区为例

文/湖南大学建筑与规划学院 何韶瑶 朱俊霖

0 引言

20世纪中期，我国城市功能区识别主要采用专家评分、调研统计等定性研究方法，通过权威专家打分和统计研究区域内各产业占比等基本信息进行城市功能区识别，体现出较强的主观性。随着遥感技术兴起，城市功能区识别由定性研究转向定量研究，人们可快速提取城市用地的自然属性信息，开始重视生态功能分区研究，苗李莉等[1]运用遥感、基础地理、野外实测和社会统计等多源数据，分别对北京湿地的功能类别进行评价；王传辉等[2]通过遥感数据对研究区域土地利用信息进行提取，得出巢湖流域生态功能分区方案。但遥感技术在城市功能区识别研究中有一定缺陷，未能精确捕捉社会经济属性信息。

2012年，“大数据”一词在建筑、规划等行业越来越多被提及，国内许多学者利用POI、OSM、GPS等大数据探讨城市功能区的识别方法。目前，基于POI大数据的城市功能区识别主要以OSM城市路网和GIS空间网格为主，丁彦文等[3]以南京市中心城区为研究对象，基于核密度估计算法提出融合OSM路网与POI数据的城市功能区识别方法；骆少华等[4]将北京西城区分割为25m×25m及50m×50m的空间格网，采用样方密度法和频数密度、类型比例2个指标对研究区域进行功能识别。

本文以长沙市岳麓区为例，对其POI数据进行加权赋值，采用GIS空间格网的方法，通过核密度估计识别长沙市岳麓区功能分布，并通过频数密度、类型比例2个指标识别长沙市岳麓区功能分区，通过将识别结果与规划图、现状街景图进行对比，验证其精确度。

1 研究区域及数据处理

1.1 研究区域

长沙市是我国长江中游地区的中心城市，湘江从中穿过，将长沙市一分为二。本文的研究区域位于湘江西部，总面积约154.31km2。研究范围划分来自长沙市岳麓区老版行政界限，整个区域处于《长沙市城市总体规划（2003—2020年）》中心城区范围，为长沙市东西发展轴线的副中心，主要承担综合服务、旅游度假、科研文化、技术研发等功能，为城市高校集聚区。因此，本文选择该区域作为研究对象（见图1）。结合本文研究区域与实际情况，采用250m×250m的正方形方格作为基本研究单元，研究区域单元共计2469个。考虑到POI数据中无水域数据，但研究区内河流、湖泊等水域面积较大，应提前提取出水域以减少误差，共划出水域159个。

图1 研究区范围选取

1.2 数据处理

1.2.1 数据来源与分类

研究使用的POI数据来自2020年高德地图，共13个分类，总计约4.4万条，包括住宅（2100+），政府（1100+），教育（3000+），体育（1400+），医疗（1400+），餐饮（9800+），购物（12500+），金融（730+），公司（4300+），娱乐（6400+），工业（200+），交通设施（800+），公园广场（400+）。本文参考池娇等[5]采用的POI分类方法，基于GB 50137—2011《城市用地分类与规划建设用地标准》[6]，将所获取的POI数据分为居住用地（R）、公共管理与公共服务设施用地（A）、商业服务业设施用地（B）、工业用地（M）、道路与交通设施用地（S）、绿地与广场用地（G）六大类（见表1）。

表1 POI数据分类细则

研究选取建筑一般面积、公众认知度作为POI数据的权重因子，通过文献阅读及对比遥感图像确定各类POI点的一般面积评分（见表2）；参考赵卫锋等[7]构建的POI显著度度量模型及薛冰等[8]建立的公众认知度表格，确定本文各类POI数据公众认知度（见表3）；并借鉴李强等[9]的权重比例研究，将本文权重比例设为5:5。通过计算得出不同大类POI权重占比：居住用地（R）15，公共管理与公共服务设施用地（A）30，商业服务业设施用地（B）5，工业用地（M）50，道路与交通设施用地（S）15，绿地与广场用地（G）100。

表2 一般面积评分

表3 公众认知度

2 研究方法

2.1 核密度估计

核密度估计是点模式分析中最常用也最有效的方法之一，该方法的计算结果表现出距离核心越近的区域所受中心辐射值越大的特征[10]，即离核心越近的位置获得的权重越高，体现中心强度随距离衰减的特点，计算公

式如下：

2.2 分区识别法

利用频数密度fi和类型比例Ci两个指标识别单元格功能区，计算公式如下：

式中：i表示POI类型；ni表示单元格内第i种类型POI数量；Ni表示第i种类型POI总数；Fi表示单元格内第i种类型POI占该类型POI总数的比值；Ci表示第i种类型POI的频数密度占单元格内所有类型POI频数密度的比值。在识别城市功能分区时，若单元格某一类POI数据的Ci大于50%，则为该类型单一功能用地；若单元格所有POI类型的Ci值低于50%，则为混合功能用地，具体分为2，3，4，5，6功能混合用地；若单元格没有POI数据，则为无数据用地。

3 结果与分析

3.1 功能分布结果

通过核密度估计得到长沙市岳麓区POI数据六大功能分布（见图2），各类用地的集聚程度、空间分布及布局模式存在以下特征。①在集聚程度上，居住用地、公共管理与公共服务设施用地、商业服务业设施用地、道路与交通设施用地呈“多中心”聚集，密度中心规模相对较大，且出现大幅度重合；工业用地、绿地与广场用地呈“单中心”聚集，密度中心规模相对较小。②在空间分布上，除工业用地、绿地与广场用地外，其他四类用地均沿湘江呈线性分布且向内部逐渐扩散。其中，居住用地主要集中于咸嘉湖、观沙岭、银盆岭、岳麓、天顶、西湖等街道，尤以咸嘉湖、观沙岭、岳麓街道最密集；公共管理与公共服务设施用地主要集中在岳麓山大学城附近，学校、创新创业园等科教文化设施较多；商业服务业设施用地主要集中在岳麓区梅溪湖北侧和北部湘江处，拥有许多大型商场和办公大厦；道路与交通设施用地主要集中在岳麓区地铁、公交路线附近，如长沙地铁2号和4号线所覆盖区域；工业用地主要集中在岳麓区西北部麓谷街道周边，包括中联重科麓谷工业园、兴工国际产业园等；绿地与广场用地主要集中在岳麓山风景区附近，其余均质穿插分布在岳麓区内。③在布局模式上，居住用地、商业服务业设施用地、道路与交通设施用地表现出“小集聚、小分散”的布局模式；公共管理与公共服务设施用地表现出“大集聚、小分散”的布局模式；工业用地、绿地与广场用地表现出“大集聚、大分散”的布局模式。

图2 长沙市岳麓区功能分布

3.2 功能分区结果

根据单元格Ci值判断该单元为单一功能用地、混合功能用地或无数据用地，如图3所示，可明显看出岳麓区3种类型功能用地大致呈线性同心圆分布，沿湘江线性发展，从内到外分别为“混合功能用地-单一功能用地-无数据用地”。对3种功能分区单元数量进行统计，单一功能用地单元数量最多，为1083个，占比46.88%；混合功能用地单元数量为307个，占比13.29%；无数据用地单元数量为920个，占比39.83%，这些区域多为林地、耕地，分布在岳麓区外围。

图3 长沙市岳麓区功能分区

其中，单一功能用地包括单一R类用地250个，单一A类用地185个，单一B类用地172个，单一M类用地120个，单一S类用地191个，单一G类用地165个。对比功能分布图可知，单一居住用地、公共管理与公共服务设施用地、商业服务业设施用地、道路与交通设施用地总数较多，均质分布在岳麓区内部和湘江附近，说明岳麓区整体功能复合度不高；单一工业用地数量最少，集中在岳麓区西北部，且常常与无数据用地接壤，说明岳麓区工业用地在中心区分布较少，主要分布在岳麓区外围，这与一般城市的工业分布相符；单一绿地与广场用地多分布于岳麓区外围，内部风景区数量较少，集中在东南部的岳麓山景区，说明岳麓区内部景观较少，应加强生态建设。

将混合功能用地分为2，3，4，5，6种功能混合类型，依据排列组合，2种功能混合形式有15种，共0个；3种功能混合形式有20种，共124个，其中RAB有105个，ABS有12个，RAS有1个，RBS有6个，其他形式个数为0；4种功能混合形式有15种，共157个，其中RABS有133个，RABG有18个，RABM有2个，ABSG有1个，RBSG有3个，其他形式个数为0；5种功能混合形式有5种，共25个，其中，RABSG有5个，RABSM有20个，其他形式个数为0；6种功能混合形式仅有1种，共1个。由此可知，RAB和RABS混合用地最多，占混合功能用地的77.52%，这与上文分析的“R、A、B、S用地大幅度重合”极度吻合，其多分布在梅溪湖北部和湘江附近，说明梅溪湖北部和湘江附近是岳麓区的核心发展地区，与《长沙市城市总体规划(2003—2020年)》中的“一轴两带、湘江发展带和北部发展廊带”的描述相符。

3.3 识别结果检验

3.3.1 岳麓区大学城片区

岳麓山国家大学科技城是落实“创新引领、开放崛起”发展战略的重要部署，包括岳麓山风景区、大学城及周边配套服务设施三部分。选定识别A岳麓山风景区和B部分大学城区域（见图4），在功能区识别中，图4a中主要为A、G类用地，A类用地周围附有B类用地及少量功能混合用地；图4b中A区域为G类用地，B区域为A类用地；图4c中A区域为岳麓山风景区，B区域主要为湖南大学、湖南师范大学等高等院校。识别结果较准确。

图4 岳麓区大学城片区识别结果检验

3.3.2 岳麓区梅溪湖片区

梅溪湖是大河西先导区开发的重点片区，周边为绿色生态示范城区。选定识别A沿湖区域、B工业园区和C部分大学城区域（见图5），在功能区识别中，图5a中主要为R、B类用地，有部分A、G类用地及大量功能混合用地；图5b中A区域为B、R类用地，B区域为M类用地，C区域为A类用地；图5c中A区域为长沙金茂大厦、福晟翡翠湾等，B区域为中联重科麓谷工业园等，C区域为湖南大学北校区。识别结果较准确。

图5 岳麓区梅溪湖片区识别结果检验

4 结语

在快速城镇化背景下，城市涌现大量功能，如何准确识别城市功能分区并进行管理面临挑战。本文基于POI大数据，利用GIS技术，识别长沙市岳麓区功能分布与功能分区，研究表明：①岳麓区功能分布及发展不均衡，整体呈圈层式地域分布特征，由内向外单一功能用地密度中心规模逐渐减弱，其中公共管理与公共服务设施用地、商业服务业设施用地等呈“多中心”聚集和绿地与广场用地“单中心”聚集形成鲜明对比，即城市内部空间资源不合理，生活空间发展迅猛，生态空间发展停滞；②岳麓区功能分区呈现“线性同心圆”式分布特征，混合用地多分布在岳麓区中心与沿江处，单一功能用地多沿混合功能用地外围分布，且单一功能用地单元数量远大于混合功能用地。可见，岳麓区中心外围需合理结合其他功能布局，提高城市用地复合度与紧凑度。总体来看，利用POI大数据可以更好地帮助规划人员和管理人员理解城市复杂的空间功能结构，对城市规划发展具有指导和借鉴价值。