基于POI和OSM路网的住宅生活便利度评价——以郑州市主城区为例

朱慧儒 ， 张金炳 ， 张鹏岩,b,c ， 娄媛媛 ， 周志民,b,c ， 王倩倩

(河南大学a.地理与环境学院;b.黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室;c.区域规划与发展研究中心，河南 开封 475000)

0 引言

随着我国以人为核心的新型城镇化战略进一步实施和经济社会的快速发展[1]，城市发展水平也随之提高，但同时也引发了环境污染、交通拥堵等一系列“城市病”问题[2]。城市环境的恶化以及人们对生活质量追求的提高促使宜居城市的相关研究成为了人们的关注热点[3]。生活便利度作为评价宜居城市的重要指标，主要指居民在日常生活中对公共服务设施的满意度与可接近性[4]。生活便利度的研究对加深宜居城市的理解起到了一定促进作用，对居民在住宅的选择上以及相关城市规划者在对城市的未来规划上有着重要意义[5]。同时，经济的快速发展以及居民生活水平的提升，使得生活便利度的内涵日益丰富，涉及范围广泛。因此，生活便利度逐渐成为国内外宜居城市研究的重要主题。

国外对于居民生活质量的研究起源已久，二战后长时间内国外将经济发展作为居民生活质量的首要指标，认为经济增长就是评价居民生活质量的主要方面[6]。D.L.Smith在其著作《宜居与城市规划》中从环境和物质两大角度对宜居性进行了定义[7]。1961年世界卫生组织(World Health Organization, WHO)将民生福祉和社会服务质量同宜居性理念进行了相关探讨[8]。国外对城市宜居性的研究主要从居住满意度、城市可持续发展、生态环境[9]及城市类型对宜居性的影响[10]等方面展开。基于此，相关学者从宜居性的影响因素等微观尺度上进行了大量实证研究，有学者认为生活便利性的优劣是居民对居住地选择的关键因素[11]，也有学者将城市与经济的发展同便利的生活相关联进行研究[12]。

国内关于城市宜居性的研究起源于20世纪90年代，吴良镛院士首次提出了“人居环境科学”概念以及相应的学术理论框架[13]。随后，我国学者对宜居城市的关注度逐渐增多，研究重点主要集中在城市宜居水平的影响机制和对宜居城市的多角度评价等方面。近年来，国内众多学者针对不同城市宜居性展开了多维度研究，如张文忠等[14]在以往国内外相关研究的基础上构建了“国际一流的和谐宜居之都”评价体系，并基于此对北京进行了实证研究；张欢等[15]则从宜业和生态宜居两方面构建了生态宜居宜业水平测度指标体系并对长三角城市群宜居宜业水平进行分析。在这些研究中，研究方法多以构建客观评价指标体系为出发点确定各指标权重对城市或城市群进行实例研究[16-17]，且生活便利度都是其中重要的评价标准。随着研究的推进，更多学者意识到居民作为宜居城市的受益者与影响者[18]，其主观意向尤为重要，可通过问卷调查的方法建立较为主观的指标体系[19-20]。但受到问卷调查样本少、范围小所局限，近年来，有不少学者从规划领域深入探索，以求在微观尺度上通过对城市进行合理规划使城市宜居性得到提升。从数据来源方面来看，POI数据以范围大、覆盖广及获取容易等特点受到学者的广泛应用[21]，结合空间分析方法对单一设施的可达性空间差异展开研究[22]。

郑州市作为国家中心城市，近年来人口的不断增多导致交通拥堵、住房困难、环境恶化和资源紧张等问题不断涌现出来，对居民的日常生活产生了重要影响，宜居城市的建设已成为了城市未来发展的目标[23]。宜居城市作为一个多维系统，国内外关于城市宜居性尚未具有统一评价标准[24]，生活便利度作为城市宜居性评价中的重要指标，较少有学者系统全面地对生活便利度进行研究。随着互联网时代的到来，地理大数据具有时空粒度细、时空广度大和时空密度高的优点被广泛应用于城市研究中[25]。本研究主要采用POI数据、道路路网数据等开放数据，相较以往的研究拓展了对城市相关问题探索的数据来源渠道，利用GIS空间分析等方法对不同出行方式下的郑州市主城区生活便宜性进行评价，有助于把握不同功能分区的空间布局特征，以期为郑州市城市规划及国家中心城市宜居性建设提供建议和参考。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

郑州市是河南省省会，国务院批准确定的中国中部地区重要的中心城市[26]。作为国家重要的综合交通枢纽，郑州市每年客流量庞大，促进了住宿餐饮与批发零售业的发展。总面积7 446 km2，据第七次人口普查公报显示，郑州市城镇化率达到了78.4%。因此，本研究在考虑可行性与精度的前提下，选择郑州市主城区为研究区，包括金水、二七、中原、惠济和管城回族5个行政区。

1.2 数据来源

1.2.1OpenStreetMap(OSM)路网数据。本研究所需路网数据来源于Open Steet Map网站(http://download.geofabrik.de/asia.html)。OSM路网数据具有较高的时效性、较强的可操作性和较高的分辨率等特点[27]。本研究在结合高德地图(https://www.amap.com/)的基础上采用人工目视解译与实地踏勘等方法提取出研究区内各级路网作为后续研究的基础数据。为使后续分析符合真实情景，将道路岔口延误时间成本即等候时间设置为30 s[28]。对步行与车行速度进行设置，其中步行速度设置为4 km/h，车行速度设置为30 km/h[29]。

1.2.2兴趣点(point of interest，POI)数据。POI泛指一切与人们生活密切相关并可被抽象为点的地理实体，含有名称、类别、地址及经纬度等基础信息[30]。凭借着易获取、覆盖范围广、样本量大等特点，POI被广泛运用到公共设施的空间分析中[31]。研究将居民住宅区作为研究主体，日常生活服务设施作为研究对象，并以马斯洛需求理论为理论基础筛选出满足居民日常生活的各类公共服务设施进行后续生活便利度分析，运用大数据技术从高德地图开放平台(https://lbs.amap.com/)上获取到2021年郑州市住宅、餐饮设施、日常购物、金融服务、便民服务、休闲娱乐、教育设施、医疗设施和交通设施共9类POI数据，共109 501条，通过对数据进行整理，筛选出97 953条有效数据。根据高德地图POI分类细则与已有文献对除住宅以外的其他8类POI进行分类并设置相应权重[32](表1)。

表1 服务设施POI数据分类

1.2.3其他数据。本研究中有关洪涝灾害的相关数据来源于国家地球系统科学数据中心针对河南省特大降雨建立的河南暴雨洪涝救灾专题数据直通车(http://www.geodata.cn/apps/hn2021/index.html)，其他相关数据来源于中华人民共和国住房和城乡建设部(https://www.mohurd.gov.cn/)发布的信息与网络信息。

1.3 研究方法

1.3.1核密度估计。核密度估计法是用作估计未知的密度函数[33]，是一种最为常用且能有效反映一定范围内点数据分布密度的方法[34]。

1.3.2OD成本矩阵。OD成本矩阵中O(origin)代表起点，D(destination)代表目的地点，反映了起始点与目的地点间的最短路径[35]。输出线属性表中显示的时间成本或距离成本反映的是实际通行时间或距离而不是沿直线通行的时间或距离。因此，虽然OD线输出只能表现为直线，但对结果不造成影响，本研究中最短出行时间以分钟为计时单位，设置住宅为起始点，各类公共设施为目的地点，设定不同出行方式下的时间容忍阈值，进行路径求解，得出最短出行时间[36]。

1.3.3反距离权重法。反距离权重法是众多插值模型中较为常用的一种，它以插值点与样本点之间距离作为权重进行加权平均，离插值点越近的样本点会被赋予较大权重[37]。因可达性受目标点间的空间距离因素影响，对通过OD成本矩阵计算得到的结果进行空间插值分析，可有效对住宅至不同公共服务设施可达性变化进行空间整合和模拟[38]。

2 结果分析

2.1 POI空间分布特征

2.1.1住宅区分布。对研究区内住宅POI数据进行核密度分析，可直观反映出住宅分布状况(图1)。住宅区密度高值区呈椭圆集中分布，其中心点位于金水、二七、管城回族三区交界处，此区域内多为人口聚集、交通便利以及商业集聚区域(图1a)。

2.1.2服务设施核密度分析。基于住宅区分布状况，对8类服务设施的空间分布依次进行分析(图1)。各类设施的空间分布差异显著，密度高值区所处区域相对固定。餐饮设施多集中分布在主城区内的大型商圈、车站、医院以及学校等人员密集区域(图1b)；尽管郑州存在众多大型商圈，但购物与娱乐设施整体上依旧由二七、火车站、花园路和曼哈顿四大商圈占据明显优势，呈现出由商圈区域中心向外围圈层递减的趋势(图1c，图1f)；相较其他各类服务设施密度分布状况，金融与交通设施集中分布在金水区，表现出近年来此区域对金融企业具有明显的吸收集聚作用，同时公共交通及停车场等配套公共设施的大力建设也促进了区域内发展(图1d，图1i)；便民服务设施整体覆盖度远高于其余设施，高值区主要集中于北三环、西三环、南三环与中州大道所围区域，在外围呈现出点状式分布(图1e)；教育设施的密度高值区呈片区式分布，与学校周边相应教育机构普遍较多相关(图1g)；医疗设施整体分布情况与住宅区分布有着较高相似性，这同现如今社区诊所与社区卫生服务中心的广泛建设相关，且高值区分布与郑州市三甲医院的分布高度重合，同实际情况相符(图1h)。

图1 设施核密度分布

2.2 住宅至服务设施可达性分析

在现有公共交通基础上，居民日常出行方式的选择具有多样化，本研究从步行与公共交通2个模块对可达性进行分析。运用ArcGIS 10.6中Network Analyst的OD成本矩阵工具对住宅至各类服务设施可达性水平进行测算，得出可达性水平。

2.2.1步行可达性。在日常生活中居民选择步行作为出行方式的情况下其到达各类服务设施有一定容忍阈值。参考《上海市15分钟社区生活圈规划导则(试行)》，将步行方式下容忍阈值设置为15 min进行计算。通过计算可知，高值区域呈以京广铁路沿线为界的东北—西南两片区式分布，集中分布在郑州市三环内。研究区内各类服务设施的可达性水平在空间上差异显著，外围区域可达性普遍较低，尽管如此，外围依旧存在少许突出区域，例如郑州市西北角高新区域、东部龙子湖大学城与北部北大学城三大区域的高值区较周边区域均呈现高值(图2)。① 基于高新区可达性分析，此区域在餐饮、教育与交通设施方面拥有较高可达性，与其所在区域内存在较多中小学、大学和大量科研机构有明显关联。但日常购物与休闲娱乐两类设施的可达性呈现出较低水平，鉴于这二者均较多出现在大型商场内，高新区内大型商场数量较少，故对此产生了不小影响。② 基于龙子湖大学城可达性分析，此区域多由高等院校组成，住宅区较少，该区域主要定位为教育科研区域。因此，区域内各类设施步行可达性范围较为集中，其中医疗设施、日常购物与便民服务可达性水平处于低值区，尤其是医疗设施在此区域内可达性数值几乎为零，因此，要着重注意此区域内相关医疗配套设施的建设。③ 基于北大学城可达性分析，发现尽管此范围内各类服务设施可达性水平与周边区域相比呈现高值，但从整体来看其可达性水平依旧处于中值区域，尤其在医疗设施方面，相关设施相对匮乏，医疗在人民日常生活中的重要性不言而喻，理应加大该区域内医疗基础设施建设。

图2 步行方式下的住宅区可达性分布

除3个典型区域外，对研究区整体进行分析发现娱乐设施可达性水平的高值区有明显区域差异，与郑州市大型商圈分散式分布相关。餐饮、购物、便民、教育与医疗设施的可达性均呈现由中心向四周扩散态势。另外，金融服务与交通设施可达性具有明显的向东发展态势。2.2.2公共交通可达性。上述研究通过对步行方式下的可达性分析发现各类服务设施15 min内可达范围与各自核密度分析得出的边界范围有着较高重合度。因此，单纯地将15 min内步行可达范围作为居民日常生活范围会存在一些问题：首先，不同受众群体对服务设施是否会有着同样的选择？其次，在当今社会打车软件盛行及公共交通选择具有多样化的大环境下，居民日常出行更加便捷且选择具有多样化，使得居民日常生活出行范围有所扩大。在参考相关文献的基础上将居民远距离出行通勤时间的容忍阈值设置为40 min进行分析[39]。

整体来看，选择公共交通出行方式下的居民至各类服务设施的可达范围相较步行更为广泛，空间上的长度与宽度均明显增长。高值区主要聚集在以二七广场为中心向东北与西南方向的扇形区域内。高值区范围中出现了以“中州大道—黄河路—京广铁路—南三环”所包围的低洼区域，此区域内住宅区密集，道路纵横交错，交通拥堵现象较其他区域突出，因此，对区域内的公共交通可达性产生较大影响(图3)。从分析结果看出郑州市外围区域的可达性大多处于低水平，相较于步行出行方式，以公共交通为出行方式下的可达性水平整体呈现增加趋势，但最外围区域可达性水平依旧偏低，与其公共交通系统较为薄弱有一定关系，同时也反映出城区外围各类服务设施的建设过于薄弱，应加强其基础设施与公共交通建设。

图3 公共交通方式下的住宅区可达性分布

2.3 住宅区生活便利度评价

2.3.1住宅区灾害影响分析。郑州市在2021年遭遇7·20极端暴雨天气后，居民日常生活受到了严重影响。为能更好地反映住宅生活便利度水平，本研究将应急避难场所与自然灾害问题添加到对住宅生活便利度评价中。根据国家地球系统科学数据中心提供的郑州市积水与塌方数据可知，研究区内有48处积水点、135处塌方点，共183处受灾点，其中金水区与中原区受灾状况最为严重，分别占受灾总区域的35.4%与39.9%。

通过对汛情中郑州市受灾点统计可知，研究区内受灾情况十分严峻，同时也体现出了现有防灾规划的不足之处。避难场所的建设对城市健康发展起着不可替代的作用，根据郑州市地震局公布的数据，研究区内共有应急避难场所12处，地块面积为1.58 km2，有效面积0.90 km2，可容纳273 923人。按照中华人民共和国住房和城乡建设部发布的《北京中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要》中所提及的对室外应急避难场所服务半径要求，本研究将应急避难场所的服务半径定为2 km进行分析。通过分析计算可知研究区内应急避难场所的服务面积为71.37 km2，相较于研究区总面积过低，且服务范围偏向于京广路沿线。

2.3.2应急疏散通道规划模拟案例。自然灾害或突发应急事件发生时，居民能否安全迅速地转移至临近应急避难场所，很大程度上取决于最短与最优路径的选择。郑州市京广路隧道由京广北路、京广中路和京广南路3段不连续的隧道组成，全长共计4.3 km，在2021年7·20汛情中受灾最为严重，其中京广北路隧道由于地势最低，在汛情来临时不足5 min的时间内就被暴雨所淹没。因此，本研究以京广路隧道为例，模拟遭遇突发自然灾害时居民前往周边应急避难场所的最短路径。

研究选取隧道出入口共4处作为起始点由北至南依次命名为1号、2号、3号、4号出入口，设置京广路隧道沿线及地上部分道路禁止通行，对隧道出入口至应急避难场所的最短疏散路径进行分析(图4)。1号出入口至最近的避难场所2 168 m，步行约26 min；2号出入口至最近的避难场所共有3处可选择，距离在4 000～4 300 m，步行约50 min；3号出入口到达最近的避难场所有两处选择，距离约3 000 m，步行约35 min；4号出入口至最近的避难场所也有2处选择，尽管2个选择的距离相差较大，但考虑到灾害发生时的实际情况依旧将其纳入选择，长度分别为1 644 m和2 719 m，步行时间大概需要19 min和32 min。由分析可知，各出入口距最近避难场所的距离依旧过远，进一步反映出郑州市避难设施的缺乏，需加强对避难场所的建设。

图4 京广路隧道出入口疏散路径模拟

2.3.3住宅区生活便利度综合评价。在对步行与公共交通两类出行方式展开研究的基础上根据各自所占权重对总可达性进行叠加分析，并按照自然断裂法将生活便利度分为5个等级，其中一级代表低便利性，五级代表高便利性(图5)。从覆盖面积来看，一级覆盖面积最大，其余各等级覆盖面积从大到小分别为二级、三级、四级和五级，三环区域内京广路沿线住宅的便利性最好，研究区整体的住宅区生活便利度处于较低水平。大多数居民的每日出行要从住宅出发，在完成出行目的后返回至住宅。对应便利度等级不难发现，等级高的区域通常是人口密集或交通设施完善的区域，与之相对应的则表现为人口密度低或交通设施不完善的区域，其便利度水平较差。

图5 住宅区生活便利度评价

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)郑州市主城区内各类服务设施空间布局上差异明显。从设施空间分布上可明显看出各类设施中便民服务设施覆盖面最广，分布最均衡，休闲娱乐设施覆盖面最小，分布最不均衡；从行政区划可以明显看出惠济区内各类服务设施较其他区域密度值最小，设施配置状况最差，金水区内各类服务设施密度值最大，设施配置状况最完善。

(2)研究区内应急避难所的建设薄弱。从整体来看应急避难场所服务覆盖率过低，区域主要集中在中原区与二七区，其次为金水区，管城回族区仅有一处应急避难所供居民使用，惠济区尚未建设应急避难场所。

(3)目前郑州市主城区内生活便利度水平存在明显差异性。三环内生活便利度水平适中，主要集中在京广铁路沿线，三环外生活便利度则较差，主要由一级水平区域所覆盖。

3.2 讨论

生活便利性作为宜居城市的基础要素，是评价城市宜居水平不可或缺的因素之一。本研究依托住宅与各类公共服务设施的空间分布关系展开相关研究，对各类公共服务设施可达性进行分析，并根据可达性水平将研究区划分为5类便利性水平不等的区域。同时结合时事，将汛情反映出的城市建设与避难场所设立两方面对生活便利性造成的影响考虑在内，研究结果可为进一步提升郑州市未来城市规划与宜居城市建设提供一定的参考依据与指导作用。

本研究仍存在有待完善的地方，可作为进一步研究的重点：(1)本研究主要基于居民在生活需求方面对各类设施可达性进行研究并对住宅区进行分级分析，尚未考虑到安全性、健康性与舒适性三方面所产生的影响，与居民在实际生活中对住宅区的选择之间存在一定误差。(2)可达性分析因受资料与居民的主观性所限，未将居民对同类设施选择的主观意愿考虑在内。(3)本研究主要对设施点的数量及位置进行分析，对设施的承载能力无法清晰表示，考虑到实际生活中的需求，应从公共设施的规模、服务能力等方面对其进行分析。