文/湖南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院 何韶瑤 朱俊霖

0 引言

20世紀(jì)中期，我國城市功能區(qū)識別主要采用專家評分、調(diào)研統(tǒng)計(jì)等定性研究方法，通過權(quán)威專家打分和統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域內(nèi)各產(chǎn)業(yè)占比等基本信息進(jìn)行城市功能區(qū)識別，體現(xiàn)出較強(qiáng)的主觀性。隨著遙感技術(shù)興起，城市功能區(qū)識別由定性研究轉(zhuǎn)向定量研究，人們可快速提取城市用地的自然屬性信息，開始重視生態(tài)功能分區(qū)研究，苗李莉等[1]運(yùn)用遙感、基礎(chǔ)地理、野外實(shí)測和社會(huì)統(tǒng)計(jì)等多源數(shù)據(jù)，分別對北京濕地的功能類別進(jìn)行評價(jià)；王傳輝等[2]通過遙感數(shù)據(jù)對研究區(qū)域土地利用信息進(jìn)行提取，得出巢湖流域生態(tài)功能分區(qū)方案。但遙感技術(shù)在城市功能區(qū)識別研究中有一定缺陷，未能精確捕捉社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性信息。

2012年，“大數(shù)據(jù)”一詞在建筑、規(guī)劃等行業(yè)越來越多被提及，國內(nèi)許多學(xué)者利用POI、OSM、GPS等大數(shù)據(jù)探討城市功能區(qū)的識別方法。目前，基于POI大數(shù)據(jù)的城市功能區(qū)識別主要以O(shè)SM城市路網(wǎng)和GIS空間網(wǎng)格為主，丁彥文等[3]以南京市中心城區(qū)為研究對象，基于核密度估計(jì)算法提出融合OSM路網(wǎng)與POI數(shù)據(jù)的城市功能區(qū)識別方法；駱少華等[4]將北京西城區(qū)分割為25m×25m及50m×50m的空間格網(wǎng)，采用樣方密度法和頻數(shù)密度、類型比例2個(gè)指標(biāo)對研究區(qū)域進(jìn)行功能識別。

本文以長沙市岳麓區(qū)為例，對其POI數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)賦值，采用GIS空間格網(wǎng)的方法，通過核密度估計(jì)識別長沙市岳麓區(qū)功能分布，并通過頻數(shù)密度、類型比例2個(gè)指標(biāo)識別長沙市岳麓區(qū)功能分區(qū)，通過將識別結(jié)果與規(guī)劃圖、現(xiàn)狀街景圖進(jìn)行對比，驗(yàn)證其精確度。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)域

長沙市是我國長江中游地區(qū)的中心城市，湘江從中穿過，將長沙市一分為二。本文的研究區(qū)域位于湘江西部，總面積約154.31km2。研究范圍劃分來自長沙市岳麓區(qū)老版行政界限，整個(gè)區(qū)域處于《長沙市城市總體規(guī)劃（2003—2020年）》中心城區(qū)范圍，為長沙市東西發(fā)展軸線的副中心，主要承擔(dān)綜合服務(wù)、旅游度假、科研文化、技術(shù)研發(fā)等功能，為城市高校集聚區(qū)。因此，本文選擇該區(qū)域作為研究對象（見圖1）。結(jié)合本文研究區(qū)域與實(shí)際情況，采用250m×250m的正方形方格作為基本研究單元，研究區(qū)域單元共計(jì)2469個(gè)?？紤]到POI數(shù)據(jù)中無水域數(shù)據(jù)，但研究區(qū)內(nèi)河流、湖泊等水域面積較大，應(yīng)提前提取出水域以減少誤差，共劃出水域159個(gè)。

圖1 研究區(qū)范圍選取

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源與分類

研究使用的POI數(shù)據(jù)來自2020年高德地圖，共13個(gè)分類，總計(jì)約4.4萬條，包括住宅（2100+），政府（1100+），教育（3000+），體育（1400+），醫(yī)療（1400+），餐飲（9800+），購物（12500+），金融（730+），公司（4300+），娛樂（6400+），工業(yè)（200+），交通設(shè)施（800+），公園廣場（400+）。本文參考池嬌等[5]采用的POI分類方法，基于GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》[6]，將所獲取的POI數(shù)據(jù)分為居住用地（R）、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地（A）、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地（B）、工業(yè)用地（M）、道路與交通設(shè)施用地（S）、綠地與廣場用地（G）六大類（見表1）。

表1 POI數(shù)據(jù)分類細(xì)則

研究選取建筑一般面積、公眾認(rèn)知度作為POI數(shù)據(jù)的權(quán)重因子，通過文獻(xiàn)閱讀及對比遙感圖像確定各類POI點(diǎn)的一般面積評分（見表2）；參考趙衛(wèi)鋒等[7]構(gòu)建的POI顯著度度量模型及薛冰等[8]建立的公眾認(rèn)知度表格，確定本文各類POI數(shù)據(jù)公眾認(rèn)知度（見表3）；并借鑒李強(qiáng)等[9]的權(quán)重比例研究，將本文權(quán)重比例設(shè)為5:5。通過計(jì)算得出不同大類POI權(quán)重占比：居住用地（R）15，公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地（A）30，商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地（B）5，工業(yè)用地（M）50，道路與交通設(shè)施用地（S）15，綠地與廣場用地（G）100。

表2 一般面積評分

表3 公眾認(rèn)知度

2 研究方法

2.1 核密度估計(jì)

核密度估計(jì)是點(diǎn)模式分析中最常用也最有效的方法之一，該方法的計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)出距離核心越近的區(qū)域所受中心輻射值越大的特征[10]，即離核心越近的位置獲得的權(quán)重越高，體現(xiàn)中心強(qiáng)度隨距離衰減的特點(diǎn)，計(jì)算公

式如下：

2.2 分區(qū)識別法

利用頻數(shù)密度fi和類型比例Ci兩個(gè)指標(biāo)識別單元格功能區(qū)，計(jì)算公式如下：

式中：i表示POI類型；ni表示單元格內(nèi)第i種類型POI數(shù)量；Ni表示第i種類型POI總數(shù)；Fi表示單元格內(nèi)第i種類型POI占該類型POI總數(shù)的比值；Ci表示第i種類型POI的頻數(shù)密度占單元格內(nèi)所有類型POI頻數(shù)密度的比值。在識別城市功能分區(qū)時(shí)，若單元格某一類POI數(shù)據(jù)的Ci大于50%，則為該類型單一功能用地；若單元格所有POI類型的Ci值低于50%，則為混合功能用地，具體分為2，3，4，5，6功能混合用地；若單元格沒有POI數(shù)據(jù)，則為無數(shù)據(jù)用地。

3 結(jié)果與分析

3.1 功能分布結(jié)果

通過核密度估計(jì)得到長沙市岳麓區(qū)POI數(shù)據(jù)六大功能分布（見圖2），各類用地的集聚程度、空間分布及布局模式存在以下特征。①在集聚程度上，居住用地、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、道路與交通設(shè)施用地呈“多中心”聚集，密度中心規(guī)模相對較大，且出現(xiàn)大幅度重合；工業(yè)用地、綠地與廣場用地呈“單中心”聚集，密度中心規(guī)模相對較小。②在空間分布上，除工業(yè)用地、綠地與廣場用地外，其他四類用地均沿湘江呈線性分布且向內(nèi)部逐漸擴(kuò)散。其中，居住用地主要集中于咸嘉湖、觀沙嶺、銀盆嶺、岳麓、天頂、西湖等街道，尤以咸嘉湖、觀沙嶺、岳麓街道最密集；公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地主要集中在岳麓山大學(xué)城附近，學(xué)校、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園等科教文化設(shè)施較多；商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地主要集中在岳麓區(qū)梅溪湖北側(cè)和北部湘江處，擁有許多大型商場和辦公大廈；道路與交通設(shè)施用地主要集中在岳麓區(qū)地鐵、公交路線附近，如長沙地鐵2號和4號線所覆蓋區(qū)域；工業(yè)用地主要集中在岳麓區(qū)西北部麓谷街道周邊，包括中聯(lián)重科麓谷工業(yè)園、興工國際產(chǎn)業(yè)園等；綠地與廣場用地主要集中在岳麓山風(fēng)景區(qū)附近，其余均質(zhì)穿插分布在岳麓區(qū)內(nèi)。③在布局模式上，居住用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、道路與交通設(shè)施用地表現(xiàn)出“小集聚、小分散”的布局模式；公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地表現(xiàn)出“大集聚、小分散”的布局模式；工業(yè)用地、綠地與廣場用地表現(xiàn)出“大集聚、大分散”的布局模式。

圖2 長沙市岳麓區(qū)功能分布

3.2 功能分區(qū)結(jié)果

根據(jù)單元格Ci值判斷該單元為單一功能用地、混合功能用地或無數(shù)據(jù)用地，如圖3所示，可明顯看出岳麓區(qū)3種類型功能用地大致呈線性同心圓分布，沿湘江線性發(fā)展，從內(nèi)到外分別為“混合功能用地-單一功能用地-無數(shù)據(jù)用地”。對3種功能分區(qū)單元數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單一功能用地單元數(shù)量最多，為1083個(gè)，占比46.88%；混合功能用地單元數(shù)量為307個(gè)，占比13.29%；無數(shù)據(jù)用地單元數(shù)量為920個(gè)，占比39.83%，這些區(qū)域多為林地、耕地，分布在岳麓區(qū)外圍。

圖3 長沙市岳麓區(qū)功能分區(qū)

其中，單一功能用地包括單一R類用地250個(gè)，單一A類用地185個(gè)，單一B類用地172個(gè)，單一M類用地120個(gè)，單一S類用地191個(gè)，單一G類用地165個(gè)。對比功能分布圖可知，單一居住用地、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、道路與交通設(shè)施用地總數(shù)較多，均質(zhì)分布在岳麓區(qū)內(nèi)部和湘江附近，說明岳麓區(qū)整體功能復(fù)合度不高；單一工業(yè)用地?cái)?shù)量最少，集中在岳麓區(qū)西北部，且常常與無數(shù)據(jù)用地接壤，說明岳麓區(qū)工業(yè)用地在中心區(qū)分布較少，主要分布在岳麓區(qū)外圍，這與一般城市的工業(yè)分布相符；單一綠地與廣場用地多分布于岳麓區(qū)外圍，內(nèi)部風(fēng)景區(qū)數(shù)量較少，集中在東南部的岳麓山景區(qū)，說明岳麓區(qū)內(nèi)部景觀較少，應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)。

將混合功能用地分為2，3，4，5，6種功能混合類型，依據(jù)排列組合，2種功能混合形式有15種，共0個(gè)；3種功能混合形式有20種，共124個(gè)，其中RAB有105個(gè)，ABS有12個(gè)，RAS有1個(gè)，RBS有6個(gè)，其他形式個(gè)數(shù)為0；4種功能混合形式有15種，共157個(gè)，其中RABS有133個(gè)，RABG有18個(gè)，RABM有2個(gè)，ABSG有1個(gè)，RBSG有3個(gè)，其他形式個(gè)數(shù)為0；5種功能混合形式有5種，共25個(gè)，其中，RABSG有5個(gè)，RABSM有20個(gè)，其他形式個(gè)數(shù)為0；6種功能混合形式僅有1種，共1個(gè)。由此可知，RAB和RABS混合用地最多，占混合功能用地的77.52%，這與上文分析的“R、A、B、S用地大幅度重合”極度吻合，其多分布在梅溪湖北部和湘江附近，說明梅溪湖北部和湘江附近是岳麓區(qū)的核心發(fā)展地區(qū)，與《長沙市城市總體規(guī)劃(2003—2020年)》中的“一軸兩帶、湘江發(fā)展帶和北部發(fā)展廊帶”的描述相符。

3.3 識別結(jié)果檢驗(yàn)

3.3.1 岳麓區(qū)大學(xué)城片區(qū)

岳麓山國家大學(xué)科技城是落實(shí)“創(chuàng)新引領(lǐng)、開放崛起”發(fā)展戰(zhàn)略的重要部署，包括岳麓山風(fēng)景區(qū)、大學(xué)城及周邊配套服務(wù)設(shè)施三部分。選定識別A岳麓山風(fēng)景區(qū)和B部分大學(xué)城區(qū)域（見圖4），在功能區(qū)識別中，圖4a中主要為A、G類用地，A類用地周圍附有B類用地及少量功能混合用地；圖4b中A區(qū)域?yàn)镚類用地，B區(qū)域?yàn)锳類用地；圖4c中A區(qū)域?yàn)樵缆瓷斤L(fēng)景區(qū)，B區(qū)域主要為湖南大學(xué)、湖南師范大學(xué)等高等院校。識別結(jié)果較準(zhǔn)確。

圖4 岳麓區(qū)大學(xué)城片區(qū)識別結(jié)果檢驗(yàn)

3.3.2 岳麓區(qū)梅溪湖片區(qū)

梅溪湖是大河西先導(dǎo)區(qū)開發(fā)的重點(diǎn)片區(qū)，周邊為綠色生態(tài)示范城區(qū)。選定識別A沿湖區(qū)域、B工業(yè)園區(qū)和C部分大學(xué)城區(qū)域（見圖5），在功能區(qū)識別中，圖5a中主要為R、B類用地，有部分A、G類用地及大量功能混合用地；圖5b中A區(qū)域?yàn)锽、R類用地，B區(qū)域?yàn)镸類用地，C區(qū)域?yàn)锳類用地；圖5c中A區(qū)域?yàn)殚L沙金茂大廈、福晟翡翠灣等，B區(qū)域?yàn)橹新?lián)重科麓谷工業(yè)園等，C區(qū)域?yàn)楹洗髮W(xué)北校區(qū)。識別結(jié)果較準(zhǔn)確。

圖5 岳麓區(qū)梅溪湖片區(qū)識別結(jié)果檢驗(yàn)

4 結(jié)語

在快速城鎮(zhèn)化背景下，城市涌現(xiàn)大量功能，如何準(zhǔn)確識別城市功能分區(qū)并進(jìn)行管理面臨挑戰(zhàn)。本文基于POI大數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)，識別長沙市岳麓區(qū)功能分布與功能分區(qū)，研究表明：①岳麓區(qū)功能分布及發(fā)展不均衡，整體呈圈層式地域分布特征，由內(nèi)向外單一功能用地密度中心規(guī)模逐漸減弱，其中公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地等呈“多中心”聚集和綠地與廣場用地“單中心”聚集形成鮮明對比，即城市內(nèi)部空間資源不合理，生活空間發(fā)展迅猛，生態(tài)空間發(fā)展停滯；②岳麓區(qū)功能分區(qū)呈現(xiàn)“線性同心圓”式分布特征，混合用地多分布在岳麓區(qū)中心與沿江處，單一功能用地多沿混合功能用地外圍分布，且單一功能用地單元數(shù)量遠(yuǎn)大于混合功能用地?？梢姡缆磪^(qū)中心外圍需合理結(jié)合其他功能布局，提高城市用地復(fù)合度與緊湊度。總體來看，利用POI大數(shù)據(jù)可以更好地幫助規(guī)劃人員和管理人員理解城市復(fù)雜的空間功能結(jié)構(gòu)，對城市規(guī)劃發(fā)展具有指導(dǎo)和借鑒價(jià)值。