基于POI的乌鲁木齐市公共服务设施布局研究

韩继霞， 连 华

(兰州交通大学 建筑与城市规划学院， 兰州 730000)

随着城镇化的快速发展，人民生活水平的不断提高，我国社会的主要矛盾已经转变为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。城市公共服务设施布局是否合理，不仅将在很大程度上影响居民的美好生活需要，同时对社会经济的发展具有极其重要的意义[1]。

近年来，在城市规划过程中，大数据凭借其数据容量大，覆盖范围广，获取方便快捷等特点越来越受到城市规划工作者的青睐，并广泛应用于城市规划和建设中。其中，兴趣点数据作为以点形式分析城市设施空间布局的重要数据基础开始受到重视，并在居民时空行为、城市结构、基础设施空间布局、城市等级体系等方面取得了较多的研究成果[2]。Kwan基于居民日常活动POI数据，对居民的活动范围和密度情况进行了时空模拟[3]；黄伟力利用北京市的银行、餐饮、零售等POI数据，在分析城市功能结构的基础上提出一些城市结构的分析方法[4]；张志斌等人爬取兰州市的百度POI商业网点数据，揭示了兰州市商业网点分布“东密西疏”、集聚态势明显的空间特征[5]；翟青等人以南京市服务业14个行业的兴趣点为基础数据，探测到南京市服务业“一主三副”的多核心空间分布特征以及“向心化”的集聚特征[6]；秦诗文等人以南京市的POI数据、城市建筑大数据、手机信令为基础数，构建了城市中心体系测度理论与技术框架[7]。

本文以乌鲁木齐市为研究对象，对该市的教育、医疗、文化体育、商业金融、社会福利、市政公用六类公共服务设施兴趣点空间分布进行研究，运用核密度估计法、标准差椭圆法分析了各类公共设施在其空间的分布特征和分布规律，对乌鲁木齐市城市规划、公共服务设施完善具有重要的现实意义。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市地处亚欧大陆中心，是新疆维吾尔自治区首府，是该区重要的政治、经济、文化、教育中心，也是欧亚大陆桥重要的交通中心和通信枢纽。乌鲁木齐市下辖“七区一县”，包括天山区、沙依巴克区、新市区、水磨沟区、头屯河区、达坂城区、米东区、乌鲁木齐县。全市总面积约14 216平方千米，常住人口约351.96万人[8]。

1.2 数据来源

城市公共服务设施兴趣点(point of interest,POI)是基于空间视角，描述城市各类公共服务设施的分布状况以及真实地理空间实体的点状数据，它包含了行政区、名称、详细地址、经度、纬度等信息，具有位置精确度高、代表性强、信息量全面的特点[9]。本文爬取2020年4月乌鲁木齐市的高德POI数据共10 758条，经过数据去重、纠偏，获取到有效POI数据共计8 054条，数据有效率为74.87%。结合《城市公共设施用地规范GB 50442—2008》、《乌鲁木齐市城市总体规划(2014-2020年)》公共设施用地分类以及实际情况，本文所研究的公共服务设施主要是指与居民生活密切相关的教育、医疗卫生、文化体育、社会福利、商业金融、市政公用设施共六类。

表1 乌鲁木齐市各类公共服务设施兴趣点分类详情表

2 研究方法

2.1 核密度估计法

ArcGIS软件中的核密度估计法(KDE)被广泛应用于空间热点的分析测算和POI数据可视化。为了测算出乌鲁木齐市各类公共服务设施的空间分布特征和密集程度，本文利用收集到的POI点数据，基于距离衰减作用，以每个要素点为中心，在一定范围内不断叠加不同的空间密度曲面,形成光滑曲面，计算公式为：

(1)

式(1)中，λ(s)是地点s处的核密度估计，r是指核密度函数的搜索半径，n为公共服务设施兴趣点总数，dls是指各POI点l与s之间的距离，φ是距离的权重。

2.2 标准差椭圆与质心分布

为了定量分析乌鲁木齐市公共服务设施在其整个区域上的总体发展方向和分布重心。利用标准差椭圆分析法，以平均中心为起点，对x坐标和y坐标的标准差进行计算，确定椭圆的长轴和短轴。椭圆的面积表示了POI点在空间上的离散程度，质心是要素点集在 x 轴和 y轴方向的平均值组成的点[11]。

(2)

(3)

tanθ=

(4)

(5)

(6)

3 公共服务设施空间分布特征分析

3.1 公共服务设施数量特征分析

将乌鲁木齐各区县公共服务设施分布数量进行对比分析(图1，表2)，可以得出，公共服务设施在空间分布集聚程度很高，存在明显的向心性。绝大部分公共服务设施分布在天山区、沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区、新市区。而米东区、乌鲁木齐县、达坂城区数量较少。其中人口密集的天山区、沙依巴克区、水磨沟区，教育、医疗卫生、商业金融、市政公用分布较多，而文化体育、社会福利分布较少。

图1 乌鲁木齐市公共服务设施分布及区位图

表2 乌鲁木齐市公共服务设施数量统计表

将各类设施的数量与行政区划面积相比得出其密度值，从而分析各类设施的分布密集程度。乌鲁木齐市公共服务设施分布密度为0.584，说明该城市公共服务较为发达，居民生活水平较高。其中商业金融和医疗卫生的分布密集程度大于其他四类，说明乌鲁木齐市的商业金融和医疗卫生水平相对发达，而社会福利和文化体育的密集程度低，反映出乌鲁木齐的社会福利和文化体育设施较为短缺，无法做到全面覆盖。

3.2 公共服务设施核密度分析

本文运用核密度估计法对乌鲁木齐市的六类公共服务设施POI数据进行可视化分析，经过反复测算，最终确定以1 000 m作为核密度分析的搜索半径，得到各类设施的空间分布情况[12]。

3.2.1 教育设施空间布局分析

根据筛选的2020年4月教育设施POI数据，运用GIS核密度估计法，分析整个乌鲁木齐市教育设施的分布特征(图2(a))，教育设施整体布局呈现出由主城区核心地带向外逐渐递减的趋势，并形成以大十字、新疆大学北校区、七道湾乡为中心的三个中高密度集聚区。整体布局倾向于城市住区与工业职住区周围，满足适龄儿童就近上学的需求。

3.2.2 医疗卫生设施布局分析

结合乌鲁木齐医疗卫生设施核密度图(图2(b))分析，绝大多数医疗设施分布在主城区的天山区和沙依巴克区，其中外环路以内密度最大，形成较大面积的高密度集聚区，同时在水磨沟区的七道湾乡形成小组团的集聚中心，其余区县均有分布，但未能形成密度较高的集聚区，整体集聚区布局方向呈现出沿吐乌大高速向北线性发展的趋势。

3.2.3 文化体育布局分析

根据图2(c)核密度分析可得，乌鲁木齐市的文化体育设施分布呈相对分散布局，仅在主城区的天山区中部形成一个小规模的集聚中心，集聚效应不是特别明显。进一步分析我们可以发现，乌鲁木齐市的文化体育设施在老城区、友好路、古牧地东路一带分布密度较大。主城区的南湖广场、红山公园、各商业中心等人口密集的区域分布了较多的影剧院、图书馆、文化活动中心、体育运动场所，而滑雪场等体育设施则主要分布在主城区以外的乌鲁木齐县。

3.2.4 社会福利布局分析

核密度分析可得(图2(d))，乌鲁木齐市的社会福利设施在整个区域内没有形成明显的集聚中心，整体呈现出主城区内分散式布局模式，主城区以外的乌鲁木齐县有几个较小面积的中低密度集聚区。多数社会福利设施分布在公园、风景区、医院等疗养条件便利的设施周围。

3.2.5 商业金融布局分析

从图2(e)可以看出商业金融设施以大十字为中心形成一个较大面积的高密度集聚区，区内为乌鲁木齐市大型商业、零售批发等购物中心，同时在以新疆北校区为中心的周边区域以及水磨沟区的七道湾乡形成了两个较小面积的集聚中心。即“面状+组团”的空间分布格局。商业金融类设施表现出明显的沿街道布局趋势[13]，在老城区、南湖路、友好路、青年路、建设路、和田街、大小西门、克拉玛依东街等交通可达性好，有较大人口密度和人流量的城市主干道附近分布密集，在次干和支路比较零散。

图2 乌鲁木齐市公共服务设施核密度分析图

3.2.6 市政公用设施布局分析

核密度分析可得(图2(f))，绝大多数的市政公用设施分布在主城区的天山区、沙依巴克区和水磨沟区，在此区域内形成一个较大规模的“面状”集聚中心。并以此为中心，向外逐渐递减。由于头屯河区、新市区、米东区与中心城区的道路连接不畅，其市政设施完善程度并不高[14]。

3.3 公共服务设施标准椭圆差与质心分布分析

为了挖掘乌鲁木齐市公共服务设施在研究区范围的覆盖情况，根据其设施在空间的分布情况，利用标准差椭圆分析方法对95%的兴趣点进行定量研究，并根据点数据获取到了各类设施的质心分布位置(图3(a))。

研究发现，教育类设施的面积最大，方向性较为明显，能服务到绝大多数的居民点。社会福利的次之。商业金融面积最小，与其他五类设施均有重叠，说明商业金融设施的分布最为集中。文化体育、医疗卫生、市政公用的椭圆面积相当，但文化体育类设施兴趣点的偏率远大于其他设施，说明文化体育的方向性特征和向心力程度最突出(图3(b))。

结合各类设施偏率(图3(b))以及图3(a)可以看出，文化体育及社会福利的长轴方向自东北—西南方向的夹角最小，说明朝这个方向发展的趋势最为明显。而其他四类设施的长轴方向与文化体育、社会福利的发展方向有一定偏差，这说明，各类设施分布的空间结构大致相似但仍有不同[15]。追溯乌鲁木齐市城市空间格局演变的历程，我们不难发现，在地形地貌、资源环境等自然因素的限制，以及社会经济发展水平、多民族和多元文化的综合作用下，形成了如今的城市空间形态格局[14]。四类公共服务设施发展方向，自西北—东南方向的夹角最小，与其城市空间格局发展方向基本吻合。这也进一步说明，目前乌鲁木齐市的公共服务设施大致的布局和发展方向具有一定的合理性和可持续性。对比各类设施的质心位置发现，六个质心的分布位置基本一致，说明各类设施的最佳服务范围是一致的，资源分布集中度很高，主要集中于天山和沙依巴克两个区。

图3 乌鲁木齐市公共服务设施标准差椭圆分析图

4 结论与讨论

本文使用专业爬虫软件收集高德地图乌鲁木齐市公共服务设施的POI数据，借助office、Arcgis等软件，经过数据筛选、纠偏、投影，建立空间数据库，并运用核密度估计法和椭圆标准差分析等方法，从不同角度分析了乌鲁木齐市六类公共服务设施兴趣点的空间分布特征。

1)乌鲁木齐市的商业金融类设施的数量和密度最大，从一定程度上说明该区域整体经济水平相对较高，但文化体育和社会福利设施整体比较匮乏。

2)乌鲁木齐市的公共服务设施空间格局主要表现为“面状+组团”的模式，主城区的天山区和沙依巴克区是公共服务设施密度最高的核心区域，但其空间布局特征还是有一些差别。①组团式布局的教育设施在每个区县均有分布，但主要集中在以大十字、新疆大学北校区、七道湾乡等为中心的住宅密集区。②绝大部分医疗设施分布在主城区，各区县之间差别较大。“面状+组团”的布局模式主要分布在南湖路、友好路、阿勒泰路等可达性好，人口密度大的区域周围。③文化体育设施集聚效应不是很明显，除滑雪场以外，多数设施分布在主城区，仅在南部商圈形成一个很小面积的集聚区。④社会福利设施在整个市域范围内呈分散式布局，没有明确的集聚中心，一般在医养条件较好的医院、风景区周围布局。⑤商业金融设施更倾向于沿城市主要道路和人口密集流动量大的区域布局，以餐饮、购物、购物、娱乐、银行为主的面状商业金融集聚区主要集中在以大十字为中心的老城区，组团式主要是指以新疆大学北校区和七道湾乡周围为核心的商圈。⑥市政公用在老城区形成一个大的“面状”集聚中心，并呈现向外不断递减的趋势。

3)从标准差椭圆分析结果来看，各类设施的集聚程度和发展方向存在一定差异。教育设施的椭圆面积最大，辐射范围广，商业金融分布最集中。文化体育和社会福利的方向性较为突出，并且与其他四类的发展方向存在一定夹角。

总体而言，乌鲁木齐市的公共服务设施数量分布各区县之间差异较大，向心性明显。整体表现出在主城区高度集聚并由核心区域向外辐射不断减少的态势。公共服务设施空间布局发展方向与总体规划提出的“T”字形发展趋势基本吻合，最佳服务范围在天山区与沙依巴克区。