基于POI数据的北京城市文化设施空间分布特征研究
2020-08-17廖嘉妍张景秋
廖嘉妍 张景秋
[摘要]文化设施是进行文化活动的重要场所，文化设施的建设在一定程度上是城市文化软实力的重要体现。以2018年高德地图文化设施兴趣点为研究对象，分析北京各行政区空间分布的数量差异，利用核密度估计方法分析北京文化设施的总体空间分布形态，最后结合热点分析（Getis-Ord Gi*）统计指数法进一步探究北京中心城区文化设施及各类型文化设施的空间分布格局。得出以下结论：中心城区文化设施数量分布较多，周边城区分布较少;北京文化设施的核密度值随着与中心城区距离的增加呈现圈层式衰减;不同类型文化设施在中心城区的集聚特征不同。在城市化发展的作用下，当前北京城市文化设施集聚范围随着城市交通干线进一步向外围扩张，而不同类型文化设施集聚特征的偏向性更加明显，但是中心城区文化设施空间分布的南北城差异仍然存在。
[关键词]POI数据;文化设施;空间分布;北京
[中图分类号]G127 [文献标志码]A [文章编号]1005-0310（2020）01-0023-11
0 引言
文化设施是城市空间结构的重要组成部分[1]，是文化活动发生的物质载体，具有为人们提供阅读、展览、表演等活动空间的功能，一定程度上满足人们对知识、美学和精神的需求。文化设施的建设在一定程度上反映着城市经济与社会发展水平[2]，不仅能够满足人们精神文化生活的需求，丰富居民的文化生活，而且对于提高城市核心竞争力、突破“千城一面”的发展困境、增强城市的文化活力有着重要的作用[3]。
国内外学者在文化设施方面已经有大量的研究。由于国内外城市发展阶段和社会背景不同，两者关于文化设施的研究侧重点也有所不同。国外学者对于文化设施的研究主要集中在城市文化设施的规划布局模式[4]，文化设施更新与再利用[5-6]，文化设施的建设与管理政策[7-8]，影响文化设施布局的因素[9]等方面;而国内关于文化设施的研究，主要从文化设施发展战略[10-11]，文化设施的空间布局与影响因素[3，12-14]，文化设施的规划布局[15-16]，文化设施的空间公平性[17-18]、服务水平与效率[19-20]，特定城市的文化产业空间布局[21-22]或特定的文化设施空间布局[23-25]等方面进行研究。国内学者在关于北京城市文化设施的研究中，张景秋等[26]利用大型公共文化设施空间分布的演变，把北京城市文化功能格局演变分成了三个阶段，并利用调查问卷指出影响大型公共文化设施利用的非空间因素。何丹等[12]分析了北京中心城区公共文化设施深层次的空间联系和数学关系，并对公共文化服务水平空间格局进行了探究[21]。苗凯[15]通过对比伦敦、东京、纽约以及上海城市文化设施空间布局，分析了北京首都功能核心区文化设施空间布局的现状及存在的问题，并提出相应的建议。这些研究大多数是把大型的公共文化设施如博物馆、图书馆、美术馆等作为研究对象，很少关注街道级、社区级的或者一些盈利性质的、规模较小的文化设施，人们对基层文化设施的需求也常常受到忽略。规模较大的市级和区级文化设施虽然为大量人口服务，其服务能力却随着辐射半径的增加而下降。街道和社区的文化设施虽然规模较小，但数量很多，主要为周围居民的日常生活提供服务。因此，为了更能直观有效地反映各类城市文化设施的空间分布状况，也需要考虑基层的、规模较小的文化设施。
近年来，随着互联网技术不断发展，大数据时代的到来，新兴的地理数据源不断出现，如手机信令数据、网络口碑数据、基于位置的兴趣点数据（Point of Interest，POI）等，这些数据相对其他数据源来说数据量大、精度高、覆盖面广，为城市地理学提供了新的研究思路，进一步推进了城市空间分析的精细化[27-29]。本文利用2018年高德地图POI数据，通过研究分析，以期探索北京当前城市文化设施空间分布现状较已有研究的变化，存在的问题是否得到缓解以及产生哪些新的问题，为北京城市文化设施配置和优化空间布局提供更科学合理的参考和现实依据，更好地建设全国文化与创新中心。
1 研究区域、数据与方法
1.1 研究区域概况与数据
本文以北京市作为研究区域，包括东城区、西城区、朝阳区、海淀区、丰台区、石景山区、通州区、大兴区、顺义区、昌平区、房山区、门头沟区、平谷区、怀柔区、密云区、延庆區等16个行政区，总面积1.641万km2。北京作为全国的文化中心，经历了20世纪50年代至70年代、80年代至90年代和90年代以后这3个文化设施建设的主要阶段，其不同时期文化设施的布局具有不同的特点[26]。随着经济发展水平不断攀升，人民精神文化需求与文化活动消费力的日益增加，文化设施建设也随之进入到子快速增长时期。文化设施类型也从单一的、传统的转变为多元的、具有新时代文化特色的。文化设施的发展也呈现出区域分异化的趋势，文化设施的建设情况在一定程度上体现了该区域文化功能的发展[26]。
文化设施用地的相关规范，不同城市文化设施规划布局的实践，都会影响到文化设施的分类标准[30]。在现行的规范中，《城市用地分类与规划建设用地标准》（GB50137-2011）[31]、《北京市城乡规划用地分类标准》（DB 11/996-2013）[32]都把A2文化设施用地分为了两小类：A21图书展览设施用地和A22文化活动设施用地;而在《城市公共设施规划规范》（GB50442-2008）中把文化娱乐用地分为了广播电视出版类，图书展览类，影剧院、游乐、文化艺术类等三小类，同时把公益性和非公益性等经济学性质运用到文化设施的分类当中[33]。可见，当前文化设施的分类在国内并没有形成统一的标准，根据不同的学科、不同的研究目的，文化设施分类有所不同。城市中的文化设施种类繁多，并承担着不同的文化娱乐和休闲的功能，而以上相关规范对于文化设施的分类是远远不够的，文化设施按功能分类，将会更加有利于城市文化功能空间分异的研究。笔者在《北京市城乡规划用地分类标准》（DB11/996-2013）、《城市公共设施规划规范》（GB50442-2008）对文化设施分类的基础上，将文化设施主要分为6类：图书与展览类、文化艺术类、文化娱乐与产业类、群众文化活动类、体育运动类以及新闻传媒类（表1）。本文利用POI数据对北京城市文化设施空间布局进行分析。通过高德地图（http：//ditu.amap.com/）获取2018年的23类POI数据，并根据上述分类，通过纠偏、去重与空间匹配等操作，最终获得了研究区内2018年北京文化设施的POI数据共巧731条：图书与展览类2262条、文化艺术类1080条、文化娱乐与产业类3151条、群众文化活动类727条、体育运动类7476条以及新闻传媒类1035条，并通过抽样调查确定了数据的真实可靠性。文化设施总体分布和各设施类型分布如图1所示。
1.2 研究方法
本文先对数据进行清洗与处理，然后通过文化设施数量统计，分析北京各行政区空间分布及其文化设施构成结构的差异，利用最近邻指数分析北京文化设施空间分布的集聚特征，再通过核密度估计方法分析北京文化设施以及各类型文化设施空间分布形态，探索其空间分异特征与形成机理，最后，结合Getis-OrdGi*统计指数法进一步详细探究北京中心城区文化设施及各类文化设施的空间分布格局。
1.2.1 最近邻指数
任何点要素在空间中都具有着集聚、分散或随机的状态。最近邻指数能用于测量点在空间中的分布模式，同时可以对比不同数据的聚集程度。最近邻指数是根据每个要素与其最近邻要素之间的平均距离与随机分布状态下的与其最近邻距离进行比较[34]。公式如下：公式中DE表示在随机分布状态下平均预期距离，n为样本数量，A为研究区域面积。公式中DO表示实际数据的平均最邻近距离，di为每个要素与其最近邻要素之间的平均距离，n为样本数量。若最近邻指数NNI=1，则表示样本点在研究区域随机分布;NNI>1，样本点的分布模式趋向于离散;NNI<1，样本点的分布模式趋向于集聚。而这个指数，越接近1，就表示随机的几率越大。
1.2.2 核密度估计法
核密度分析是计算点或者要素在其周围邻域中的密度的工具。在点要素计算中，核密度分析可以计算出每个输出栅格像元周围的点要素的密度[35]。本文运用核密度估计法识别北京市文化设施分布的集聚区域，并进一步根据核密度结果改变搜索半径识别不同类型文化设施分布集聚的中心，其公式为式中，f（x）为研究区域内文化设施分布的核密度估计值，k为核函数，i为研究区域内的各个地区，h为宽带（即核密度函数的搜索半径），n为POI数量总数，x-xi为点x到样本xi處的距离。宽带的选取对于核密度曲线的形状和平滑程度有很大的影响，本文在进行多次实验的基础上，选择3000m作为本次分析的值。
1.2.3 Getis-Ord Gj*统计指数法
热点分析工具可对数据集中的每一个要素计算Getis-Ord Gj*统计，通过得到的z得分和p值，可以知道高值或低值要素在空间上发生聚类的位置[36]。对北京市中心城区文化设施POI集聚热点区域情况进行分析，反映研究区内高低值的聚集情况，充分体现区域之间文化设施布局的差异程度。计算公式为
其中xj是要素j的属性值，wi，j是要素i和j之间的空间权重，n为要素总数，且
为数据集中的每个要素返回的Gj*统计就是z得分。对于具有显著统计学意义的正z得分，z得分越高，高值（热点）的聚类就越紧密。对于统计学上的显著性负z得分，z得分越低，低值（冷点）的聚类就越紧密。
2 结果与分析
2.1 北京文化设施空间分布特征
2.1.1 北京文化设施空间分布数量统计
通过北京文化设施空间分布在各区的数量对比（表2），可以看出文化设施数量空间分布极不平衡，文化设施数量在中心城区分布较多，周边城区分布较少。主要集中于中心城区的朝阳区、海淀区和丰台区，而处于中心城区以外的门头沟区、延庆区和平谷区数量较少，还有部分街道或者乡镇没有覆盖文化设施点。值得注意的是，作为城市发展新区的昌平区、通州区、大兴区文化设施的数量也较多，尤其是昌平区文化设施数量已经超过了东城区，随着城市发展新区城市化进程的不断推进，文化设施也逐渐得到完善。按类型分，各行政区都分布着不同类型的文化设施，除了群众文化活动类文化设施的数量为海淀区最多之外，其他几种类型的文化设施都为朝阳区的数量最多，文化设施类型的数量区际差异也较大。
文化设施空间分布数量与人口分布状况存在着正相关的关系，即城市的人口分布状况在一定程度上影响着其文化设施的空间分布格局[12]。表3数据显示，北京常住人口密度较大的东城区和西城区其文化设施密度也较大，而常住人口密度较小的门头沟区和延庆区，其文化设施分布较为稀疏。文化设施密度区际差异较大，人口密度也最大且文化设施最密集的是东城区，达到2553处/100km2，而人口密度最小且文化设施密度最小的是延庆区，为8处/100km2。文化设施密度与人口密度高度一致，人口分布高密度区对应着文化设施分布密集区。
2.1.2 北京文化设施空间分布形态
从以上文化设施数量统计分析来看，北京文化设施空间数量在各个城区之间差异较大，集聚特征明显。利用平均最近邻指数分析北京文化设施聚集程度以及不同类型文化设施空间分布聚集程度（表4）。结果显示北京文化设施总体空间分布最近邻指数（NNI）为0.261，明显小于1，且z值得分为-177.42，明显小于-2.58，并且通过0.01的显著性水平检验，说明北京文化设施的空间分布呈现集聚状态，且集聚特征非常明显。此外，对不同类型的文化设施进行最近邻指数计算发现，北京各类型文化设施空间分布均表现出很强的聚集性，且不同类型的文化设施空间分布集聚程度略有差别，其中，空间集聚程度排名为：体育运动类（0.258）>新闻传媒类（0.288）>文化娱乐与产业类（0.306）>图书与展览类（0.347）>文化艺术类（0.348）>群众文化活动类（0.427）。体育运动类最近邻指数最小，表明该类设施空间聚集程度最大，群众文化活动类最近邻指数最大，表明该类设施离散程度较高。
通过以上平均最邻近分析可知，北京市文化设施在空间上聚集程度较高。为了进一步分析文化设施总体空间分布格局以及不同类型文化设施的空间分布形态，采用核密度估计法进行分析（图2）。结果显示，北京文化设施总体空间分布极不平衡，形成中心城区向外围区域圈层式递减的趋势。中心城区核密度值最高，随着与中心城区的距离的增加，外围地区的核密度值不断降低;北京文化设施呈多集聚核心、连片式分布特征，文化设施多集聚于主要居住、办公、商业集聚地区，如中关村地区、望京地区、三里屯地区以及国贸地区，同时也在长安街及其延长线形成了一条横轴集聚带。不同类型的文化设施空间分布在空间的总体形态与总体特征方面基本相似，但不同类型文化设施空间分布形态略有不同。体育运动类文化设施集聚程度最大，其形成单核心沿交通环线分布的模式，主要向北、向东北方向连片式的空间集聚;图书与展览类、文化娱乐与文化产业类的文化设施主要呈现“大集聚，大分散”的特征，主要在城中心形成大片的环状式集聚，形成几个显著的密集中心;新闻传媒类的文化设施形成“大集聚，小分散”分布模式，大块型集聚在城中心;文化艺术类的文化设施空间分布形成几个分散的集聚中心，集聚程度相对较少;而群众文化活动类的文化设施集聚程度最低，形成分散式的多组团空间集聚特征。
2.2 北京中心城区文化设施空间集聚特征分析
通过以上分析可以看出，北京文化设施主要集中分布在中心城区（东城区、西城区、朝阳区、海淀区、丰台区、石景山区）。为了进一步探究分析中心城区文化设施空间分异特征，采用Getis-Ord Gj*统计指数法探索北京中心城区文化设施的热点区域。将北京中心城区130个街道作为基本研究单元，基于空间自相关得出冷热点分析结果（图3）。紅色热点区域表示该区域内本身文化设施数量较多，且相邻区域内的文化设施数量也较多;蓝色冷点区域表示区域内本身文化设施数量较少，且相邻区域内数量也较少;黄色部分表示不存在明显的冷点或热点聚集区的区域。
从北京中心城区全部文化设施热点分析可以看出，文化设施布局在中心城区较不均衡，文化设施热点区域主要集聚在北城。中心城区二环以北、以西、以东地区文化设施的显著性热点分布较为集中，出现海淀区与朝阳区相连的较多的大面积聚类区块类型，其中北太平庄街道、安贞街道、和平里街道、学院路街道、中关村街道等16个街道形成一级热点区域，这些街道的文化设施分布最密集，且被其他同样具有高文化设施密度的相邻街区所包围，是统计意义上的高密度文化设施的聚集区。究其原因，文化设施的分布与常住人口数、GDP、人均可支配收人与消费支出[37]以及政府主导[38]有着紧密联系。海淀区和朝阳区作为城市功能拓展区，人口密集，经济发展水平较其他行政区高，且海淀区集中着高新技术产业与高校和科研所，朝阳区商业氛围浓厚且集中分布着文化创意产业园区，刺激着人们对文化设施的需求，因此这两区文化设施资源相对集中。而石景山区的苹果园街道、古城街道、五里坨街道，丰台区的大红门街道等4个街道形成文化设施分布一级冷点区域，这些街道及其相邻街道文化设施数量较少，分布较为稀疏。从分类型来看，不同类型的文化设施在中心城区呈现不一样的集聚特征。
1）图书与展览类设施包括了图书馆、博物馆、展览馆、科技馆、天文馆以及会展中心等，呈现从城中心向西北方向连片集聚的特征。图书展览类文化设施主要是受到政府主导、历史文化、周边环境等因素的影响。如学院路街道属于高等院校密集区域，由于学校配套设施的需要，在这些区域有大量图书馆以及会展中心的分布;什刹海街道属于北京旧城地区，有着皇城文化历史积淀，分布着许多宗教寺庙、名人故居等历史文化场所;而次级热点区域如金融街街道、西长安街街道，在政府规划下沿长安街建设着首都博物馆、人民大会堂等大型展览类文化设施。
2）文化艺术类文化设施没有明显的冷点区域，热点区域在中心城区东北方向呈现组团集聚的形态。崔各庄乡、平房乡、东湖街道、酒仙桥街道等23个街道形成文化艺术类文化设施集聚区。文化艺术类文化设施包括大剧院、歌舞团、音乐厅、美术馆、艺术专业院团等。朝阳区是北京市重点发展的文化创意基地，在政府的大力资助下建设成了许多艺术区，如798艺术区、北京一号国际艺术区、草场地艺术区、环铁国际艺术区等，在艺术区里集聚着许多大大小小的美术馆或者画廊，废弃的工厂或者小村庄在政府的政策支持下逐渐被改造成为艺术类的创意文化空间。而次级热点区如三里屯街道，艺术文化氛围也较为浓郁，在作为大型文化活动举办地的工人体育场周边也分布着一些不同规模的话剧场、音乐厅。
3）文化娱乐与文化产业类文化设施与其他类型集聚特征不同，并没有较为显著的热点区域。其热点区域主要在北三环与四环附近，沿着交通干线集聚。文化娱乐类设施以营业性娱乐场所为主，是现代人们文化休闲生活方式的空间承载地，而以书店、影视基地为主的文化产业类设施是文化创意经济产生的平台。具有盈利性的文化娱乐与文化产业设施如电影院、KTV、书店等场所布局倾向于各个大型商业中心或高等院校附近，交通通达度高，拥有较大的人口密度和人流量，如中关村街道、学院路街道、酒仙桥街道等。
4）群众文化活动类文化设施空间集聚特征最为分散且呈现出明显的东西差异。此类型文化设施主要集聚在二环以西地区，大部分的热点区位于海淀区和西城区，其中八里庄街道、紫竹院街道集聚特征最为显著。群众文化活动类设施包括青少年宫、文化馆（站）、老年活动中心、文化广场等，该类型设施的建设与社区关系最为密切。从另一个角度可以说明，相对于朝阳区来说，海淀区、西城区的群众文化活动设施数量较多，这两个行政区对于丰富基层群众的文化活动，加强基层群众的文化修养，满足基层群众文化需求的工作较为重视。
5）体育运动类文化设施是文化设施里数量最多的一类，所以其与全部文化设施有着相似的空间聚集模式，热点区域主要集中在中心城区的北部，北四环与东北四环附近地区。健身类的休闲公园、运动场馆、健身中心，均主要分布于中心城人口密度较大的地区。主要热点区域有中关村街道、学院路街道、东湖街道等，这些街道是主要的办公区、高校密集区、居住区，人口密度大，人们对体育运动需求相对也大。
6）新闻传媒类文化设施主要向城中心团块式集聚，主要在首都核心功能区高度集聚，尤其是西城区的展览路街道、新街口街道和海淀区的北太平庄街道。西城区与东城区是传统的城市核心区，集聚了大量的出版社、报社与电视台等，承担了大量的城市信息传递、文化传播的职能。
3 结论与讨论
北京作为全国的文化中心，文化设施的建设对于促进文化事业的发展，满足人民群众日益增长的精神文化需求具有重要的意义。本文利用服务于居民的文化设施POI数据，在对北京文化设施空间分布数量统计的基础上，运用了核密度估计法分析北京文化设施总体空间分布的形态，并运用Getis-Ord Gi*统计指数法进一步探究全部文化设施以及不同类型的文化设施在中心城区的空间集聚特征，主要有以下结论：
1）在文化设施空间分布的数量上，中心城区分布较多，周边城区分布较少，主要集中于中心城区的朝阳区、海淀区和丰台区，还有部分街道或者乡镇没有建设文化设施点，文化设施的数量与类型区际差异较大。与此同时，文化设施的密度与人口密度高度一致，人口分布高密度区对应着文化设施分布密集区。
2）北京文化设施空间分布表现出明显的向心集聚性。从空间集聚程度来看，通过最近邻指数分析得出北京文化设施的空间集聚特征非常明显，且对于不同类型的文化设施来说，体育运动类最近邻指数最小，空间聚集程度最大;群众文化活动类最近邻指数最大，空间离散程度较高。从空间分布形态上看，北京市文化设施的核密度值随着与中心城区距离的增加呈现圈层式衰减，不同类型的文化设施空间分布在空间的总体形态与总体特征基本相似，但不同类型文化设施空间分布形态略有不同。
3）不同类型文化设施在中心城区的集聚特征不同。图书与展览类文化设施呈现从城中心向西北方向连片集聚的特征;文化艺术类文化设施没有明显的冷点区域，热点区域主要组团式集聚在中心城区的东北地区，位于朝阳区798艺术区附近;文化娱乐与文化产业类文化设施与其他类型集聚特征不同，并没有较为显著的热点区域，其主要集聚在北三环与四环附近，沿着交通干线分布并依附着人流量较大的商业圈;群众文化活动类文化设施空间集聚特征最为分散且呈现出明显的东西差异;文化设施里数量最多的体育运动类主要集中在中心城区的北部，北四环与东北四环附近;而新闻传媒类文化设施主要向城中心团块式集聚，主要在首都核心功能区高度集聚，尤其是在西城区。
4）与之前学者的研究成果对比发现，随着城市化的发展，北京城市文化设施空间分布进一步向外围扩张，集聚范围随着北京城市交通干线向外扩张而继续扩张，这也符合北京城市发展的实际情况。同时，不同类型文化设施集聚特征的偏向性更加明显，各城区体现着其不同的文化功能定位。海淀区由于图书与展览类文化设施较为集聚，且高校科研所密集，是北京重要的科教文化功能区;朝阳区文化艺术类、体育运动类设施较密集，文化艺术交流与健身休闲功能并重;西城区拥有丰富的历史文化资源和许多广播中心、出版社，是北京历史文化的重点区域。但是中心城区文化设施空间分布的南北城差异仍然存在，北京城发展“北重南轻”现象仍未得到解决。
总体来说，北京文化设施的建设较为完善，设施类型也越来越丰富，虽然具有较强的向心集聚发展特征，但是文化设施建设在外围地区也进一步扩张，逐步满足人民群众日益增长的文化需求。而不同类型的文化设施形成不同的集聚特征，一定程度上反映了北京城市发展的功能格局和文化功能布局的区域差异性。本文只是基于2018年的兴趣点数据对北京文化设施空间分布特征进行定量分析，研究仍然存在很多不足。研究方法欠缺对当前文化设施发展与人们的可支配时间、文化水平、选择偏好等非空间要素的定性与定量相结合的分析，未能反映城市文化设施实际发展情况，还应加强对影响文化设施集聚特征的社会属性因素的研究。在当前地理信息大数据与现代数据技术快速发展的背景下，如何更好地结合传统人文地理理论和大数据来探讨城市文化空间结构的时空演变，以及社会因素对城市文化空间格局的影响等问题尚待深入探讨。
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（责任编辑 李亚青） [收稿日期]2019-10-15
[基金项目]国家自然科学基金面上项目“北京城市文化空间的形态演进及其动力机制研究”（41771187）。
[作者简介]廖嘉妍（1995-），女，广东佛山人，首都师范大学资源环境与旅游学院人文地理学硕十研究生，主要研究方向为城市地理学、城市与区域规划。
[通讯作者]张景秋（1967-），女，甘肃兰州人，北京联合大学应用文理学院教授，硕士生导师，博士，主要研究方向为城市地理学、城市与区域规划。E-mail：jingqiu@buu.edu.cn
