基于POI的街道类型精细化识别和分布特征研究——以福州主城区为例

张家瑜，袁 阳，周梦涵，杨 钇，朱里莹

(福建农林大学 园林学院，福建 福州 350002)

中国城镇化快速发展带来了资源紧缺、空气污染、交通拥堵等城市病，亟需推进精细化、智能化、实时化的城市体检，查找城市建设的短板并提出相应整治措施[1].城市体检能够及时发现并改善城市问题、提高城市精细化治理能力和人居环境品质.与强调车辆和行人交通功能的道路不同，街道更注重道路及两侧建筑的空间界面和功能活动，体现着城市独特的历史风貌与人文风情，也反映了城市空间的使用状况[2].不同街道在发展定位、土地使用、服务设施配置等方面存在差异性，因此对街道进行精细化分类，不仅能提高对城市空间的认知，而且能对不同街区提出差异化维护策略[3-4]，是从街道层级进行高质量城市体检必不可少的环节.实现城市街道类型精细化识别需要科学高效的方法，既能从街区层级及时全面地评估城市发展状况，提高城市体检评估的有效性，也能综合客观地引导街道微观层面决策，完善城市空间治理.

传统街道类型划分以交通功能为主导，20世纪60年代布坎南从街道机动化和可达性角度提出道路蜂窝布局概念，随后美国将道路分为主干路、次干路、集散路、地方性道路[5]，并影响了北美、欧洲等城市道路分类；日本依据区域地形、交通量、车速等指标划分街道[6]；近年来，自动驾驶作为新兴交通工具也被考虑到街道分类中[7].随着人们对城市空间功能的认知与多样性需求不断增加，以交通为主的街道分类逐渐暴露出其忽略了城市场所功能和街道社会价值的问题，各国学者开始探索更加合理的街道分类方法.彼得·琼斯等提出基于街道链路-空间的二维分类法，利用街道空间功能和场所特性探索街道分类矩阵[8]；美国部分州在街道设计中考虑土地利用和街道使用方式[5]；Liu等[9]从街道场所活力、机动化和绿色交通三个维度探索街道分类；叶慧[10]根据街道位置和使用功能将街道分为交通性、生活性、现代商业步行街、传统地域文化街及滨水景观街5类.虽然方式各异，但均将周边用地和空间功能作为街道类型识别的主要依据.然而，由于受到数据获取范围和时效性的限制，现有街道识别方式对人为统计依赖性高，不但需要大量时间、人力成本的投入，还无法满足大规模精细化识别街道类型的需求，导致现有城市街道分类仍然相对粗略.

近年来POI的兴起为城市街道研究带来了新的视角，因其时效性、可操作性等优势而受到了广泛应用[11].通过分析POI的分布密度，研究街道空间便利性[12]和分布特征，能实现城市大规模空间测度评价；结合面积等因子对POI赋值可识别与评价城市功能区[13]和居住环境[14]，有利于城市空间更新和治理；叠加机器算法完成城市空间动态变化监测[15]和用地自动识别[16]，可方便快捷实现城市勘查工作.但是，目前关于POI在城市领域的研究仍多集中于功能区、空间格局等宏观尺度[13]，未能充分发挥POI点状数据的精度和时效性优势，若能将POI的特性拓展至城市街道这一线性微观尺度，将大大提高街道类型划分的精细化程度.基于此，本文探索了利用POI数据精细化识别城市街道的方法，对POI权重赋值后完成街道缓冲区分类，由此实现街道类型的精细化识别.为街道视角下进行城市体检提供了新的思路；也深化了POI数据在城市街道尺度方面的应用.

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况

福州是福建省省会、国家历史文化名城、滨江滨海生态园林城市，也是全国首批城市体检试点之一.本文以福州市主城区为研究范围，包含晋安区部分区域、台江区、鼓楼区、仓山区，东西长18.5 km，南北宽24.9 km，面积约398 km2(图1).该区域位于福州城市中心，有完善的交通体系和道路系统，因此对其开展街道分类研究较有意义.

图1 研究区域

1.2 数据来源及处理

1.2.1 POI数据

本文于2021年1月从高德地图获取福州市主城区POI数据共123 818条，每条数据由经度、纬度、名称、具体地址、行政区划、类型6个属性组成.由于原始POI种类繁多且存在数据交叉重复等问题，依据《城市用地分类与规划建设用地标准(GB50137-2011)》[17]、《POI的分类标准研究》[18]对POI进行重分类；剔除在城市中影响范围和关注人群相对较少的类型如报刊、电话亭等，及商业街等无法用点数据表示的类型.最终梳理成6大类、15中类、28小类共102 817条POI数据(表1).

表1 POI重分类及公众认知度

1.2.2 城市形态数据

为减少利用POI识别地块属性时由于缺乏空间实体的考量或忽略城市建筑与用地间关联性而导致的识别结果误差[16]，本文引入了能反映城市三维实体空间信息的城市形态数据，于2020年12月从开源地图分别爬取建筑形态数据(包含高度、地理位置、面积等属性)、路网数据(包含道路名称、长度等属性)和绿地分布数据，3种数据在空间叠加形成城市形态数据.为避免坐标偏差引起的数据误差，本文统一采用WGS_1984坐标系.

2 研究方法

2.1 POI点数据的空间化处理

本文先通过GIS空间连接法建立POI点数据与城市形态数据的空间关系，赋予POI以空间实体属性，以此完成POI的空间化处理.由于POI与城市形态数据的来源差异导致了两种数据存在轻微错位现象(图2)，在连接前需用膨胀法进行纠偏[16]，在考虑本文数据偏差情况后将形态数据边界延展定为20 m，并删除空间化处理后无空间实体信息的POI数据.

图2 POI与城市形态数据空间错位

2.2 POI点数据的权重赋值

由于不同类型POI代表的实体对象在面积和影响范围方面的差异较为显著，因此，本文引入面积属性和公众认知度作为POI赋值的2个影响因子对POI重新赋值，以极值标准差确定因子分值，根据李强等[19]提出的方法按5∶5分配因子权重，完成POI数据的权重赋值.

2.2.1 面积属性赋值

目前，大多数学者根据行业平均面积确定各类POI面积属性，虽然精确了不同类型POI的实体面积，但每类POI内部仍存在较大面积差异，如同属餐饮业类的奶茶店和大酒楼.本文将POI数据空间化处理后，即可得到每个POI对应空间实体的精确面积，并对少量偏差较大的数值按照行业平均面积重新赋值.采用极值标准差计算面积分值时，由于本文99.48%的POI面积小于10 000 m2，故设置10 000 m2为极大值，大于10 000 m2的面积分值定为1.

2.2.2 公众认知度赋值

不同类型POI的影响范围和人群不同，造成了POI公众认知程度的差异，而通过广泛的调查能够了解公众对各类POI的认知状况[20].本文通过问卷的方式请受调查者对各类POI是否符合城市标志物特征作出判断，依据李克特5级量表法，1分为不符合，5分为很符合.共发放问卷230份，收回有效问卷218份，有效率达94.78%，信度0.919，效度0.914，表明问卷数据真实可信，受调查者性别比例适中，其中有89%的公众日常居住地为城市或城镇.对数据极值标准差处理后得到各类POI的公众认知度(表1).与以往有关POI公众认知度的研究对比发现，居住区类型的认知度有所提升，由于近年来房地产产业的快速兴起及公众对社区生活圈的关注显著提升，因此作为承载居民主要生活场所的居住区认知度也明显提高.

2.3 地块属性定量识别

在识别城市地块属性时，不同空间单元的选取会导致差异化的识别结果 目前，常见的空间单元划分方式有路网和渔网2种，路网划分极易引起地块分布不均匀，不适用于街道尺度精细化划分的要求.为提高地块属性识别的精确性，本文采用100 m×100 m小尺度划分渔网，将水域空间取出后共得37 396个渔网网格.对每个网格内不同类型的POI进行分类加权汇总(公式1)，统计各类POI权重总分数并计算占比(公式2)，从而识别出不同地块属性.

(1)

(2)

式中：Nk表示第i类中第k个POI的权重分数；Fi表示该网格内第i类POI的权重总分数；Di表示该网格内第i类POI分数和所有POI权重总分数占比.若网格中某类型分值占比超过50%，或某类型占比超过45%且其他类型占比均小于20%，则识别为某个功能为主的单一功能地块；其他则识别为综合功能地块.

2.4 城市街道类型的识别方法

同一街道在经过不同城市功能片区时，街道类型也会发生变化.因此，为减少误差，本文以交叉路口为分界将街道切分为不同街段，共计3 590个.参考龙瀛[21]的方法，以街道100 m缓冲区域为界，提取落到街道缓冲区内的地块属性及面积，计算不同类型地块在街道缓冲区内的面积占比(计算方法同式(2))，再识别出缓冲区类型(具体流程同2.3)，最后将缓冲区类型赋值给对应街道，以此完成街道类型的精细化识别.

3 结果分析

3.1 城市地块属性识别

依据上文将福州主城区的地块属性识别为居住功能地块、公共管理与服务功能地块、商业服务功能地块、工业功能地块、交通功能地块、绿地功能地块、综合功能地块7类(图3).其中，晋安区北部和仓山区东南部的数据缺乏，因此，识别结果较少，删除空值单元后，获得有数值的网格共25 108个.由于考虑了POI数据的空间实体信息，且采用了100 m×100 m的小尺度渔网划分方式，相比以路网为单位划分的城市用地性质，地块属性识别的精细度有效提升，能有效识别地块的功能主体及其功能的单一性和综合性.本文主要研究街道类型识别，故在地块属性识别结果部分不过多讨论.

图3 福州主城区地块属性识别结果

3.2 街道类型的识别与空间分布特征

3.2.1 街道类型总体识别与分布特征

参考《上海市街道设计导则》[22]及街道缓冲区识别结果，综合考虑街道沿线活动功能、空间特征等因素，将福州主城区的街道划分为5类单一性街道和2类综合性街道(图4)，单一性街道包括生活性、商业性、工业性、景观休闲性、交通性街道，综合性街道包括商住综合性、其他综合性街道(未知性街道不纳入分类结果).其中，由于居住性街道和公共管理与服务性街道均以服务城市居民的日常生活为主，因此，合并为生活性街道[22]；而在综合性街道中商住综合性街道(即商业地块和居住地块面积占比之和超过80%的街道)占比高达1/3，故将其单独划分为一种类型.通过将功能相似或特征突出的街道类型精简提炼，有助于后续更精确地分析其分布特征.此外，还有少量缓冲区范围内无明确地块属性的街道被识别未知性街道，但仅占比1.80%，对整体结果无明显影响，因此，不纳入分类结果.

图4 福州主城区街道类型识别结果

分析可知，福州市主城区以单一性街道为主，其中，商业性街道占比最多(46.10%)，工业性街道占比最少(0.71%)，这与福州三次产业占比及工业集约化发展的形式有关.不同单一性街道分布特征各异，综合性街道则主要依附于单一性街道布局，且多分布于单一性街道中生活性和商业性街道的过渡区域，呈“均匀依附式”布局.

3.2.2 大分散、小集聚的生活性街道

福州主城区生活性街道呈现大分散、小集聚的分布(占比13.04%).该类型沿线以居住地块和公共管理与服务地块为主，是居民日常生活的延伸空间.其在全城各处均有分布，其中，仓山区西部金山公园周边和晋安区北部是生活性街道集聚区域，对比电子地图发现该区域集中分布了各类居住区及中小学.生活性街道集聚区通常是人口高密度区域，在规划时应着重考虑居民对城市多样空间发展的需求.

3.2.3 内集聚、外辐射的商业性街道

福州商业性街道呈现出内集聚、外辐射的分布特征(占比46.10%).由于街道两侧的临街商铺是城市常见的商业形态，加之第三产业在福州三次产业中占比达53%，因此，商业性街道占比较多.该类型集聚区域与福州各商圈分布总体一致，呈现出越往城市中心分布越多、并逐渐向外扩散的特性，如东街口、万宝商圈等众多商圈均分布在城市中心区域.但在福州历史城区如上下杭历史文化街区中商业性街道占比仍然较多，不利于塑造福州历史文化名城的形象.

3.2.4 显著区域集聚的其他单一性街道

在分布上呈现显著区域集聚的福州主城区街道包括交通性街道、工业性街道、景观休闲性街道3类.交通性街道在福州各车站及仓山区东南部边缘处呈现明显集聚分布(占比7.04%).火车站、汽车站周边交通性街道除承担城市车辆通行、集散人流车流功能外，也是外来旅客认知福州城市形象的重要空间；而仓山东南部边缘处路网稀疏且数据量较少，和电子地图对比后发现该区域有大量未完全开发地块，识别结果可能与实际情况有一定差异.

工业性街道在识别结果中占比较少(0.71%)，在仓山西部、鼓楼区东北部、晋安区金鸡山公园南部呈现明显集聚特征.和电子地图对比发现以上区域主要为仓山区金山工业区、浦上园区，鼓楼区福州软件园以及晋安区鼎新创意园等各工业集中区，工业集约型发展的特点决定了该类型街道主要以区域集聚形式出现.工业性街道使用人群多为企业职工，若街道工业氛围浓厚且空间功能过于单一，不利于职工日常情绪放松甚至影响工作效率.

景观休闲性街道在福州各公园绿地周边以及闽江两岸有明显集聚特征(占比14.68%).在闽江北港两侧和南港东部有多条滨水景观休闲性街道，发扬了福州依山傍水的地理优势；但晋安区东北部和仓山区东南部该类型街道分布较少，可考虑提升该区域街道绿化.从整体来看，福州主城区每隔一定间距就有景观休闲性街道分布，说明在地理空间层面可以满足城市居民对绿地公平性的需求，塑造福州生态园林城市形象.

3.2.5 均匀依附式的综合性街道

综合性街道包括商住综合性街道(占比5.30%)与其他综合性街道(占比11.33%)，空间分布均匀依附于各类单一性街道，且位于多种单一性街道相交区域.商住综合性街道在鼓楼区乌山西路周边和台江区白马河两侧分布最多，是生活性街道和商业性街道的过渡区域；其他综合性街道在仓山区中部分布密集，该区域有万达商圈、榕城广场、仓山区政府等多种不同性质的建筑.综合性街道周边地块功能混杂程度高，有利于促进街区多种功能复合，形成活跃的街区空间.

4 结论

街道类型对城市空间规划有重要影响，从街道层级视角下认知城市空间、开展高质量的城市体检要求实现街道类型精细化识别.本文以POI点数据为依据，结合周边地块属性，将其空间信息拓展至福州主城区线性街道空间，以此识别街道类型并分析空间分布特征.主要结论如下：

(1)应用多源数据认知街道，有助于实现城市空间精细化管理.基于POI点数据精细化识别城市线性空间类型的方法，可以从街道尺度更好地认知城市空间并进行精细化体检.因此，可继续挖掘POI在内的多源数据，融合其他指标进行更精细的街道分类，并结合识别结果进行深入研究，如探讨不同类型街道的空间设计模式、街道要素构成特征等，为城市空间精细化管理提供更多参考；

(2)引入多元多样空间体验，可有效提升城市街道活力.福州主城区街道类型总体分布以单一性街道为主，但单一性街道过多会造成街道功能复合性差、缺乏空间多样体验等问题，需要引入多元多样空间体验，打破单一功能的枯燥感.如将相邻街区功能联动，或在同一街道增设不同功能的沿街出入口；也可将各街道与周边绿地结合形成街边广场，增加行人驻留的可能性.通过丰富空间体验，满足居民对城市空间多样性的需求，有效提升城市街道活力；

(3)发挥街道意象感知优势，有利于打造城市个性化品牌形象.福州主城区交通性街道、工业性街道、景观休闲性街道均有显著集聚特征，能充分发挥街道意象感知优势.如景观休闲性街道有利于集中展示城市自然山水，因此，可以通过水系、地形塑造自然的线性街道空间，打造福州滨江滨水生态园林城市形象.在城市空间规划时应充分发挥街道意象的感知优势，打造城市个性化品牌形象.