基于POI 数据的城市功能区识别研究——以呼和浩特市中心城区为例

张志沛

（ 1、内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古 呼和浩特010022 2、内蒙古自然资源学会，内蒙古 呼和浩特010010）

图1 研究区示意图

随着经济的快速发展，城镇化水平不断提高，也给带来一些问题，如交通拥堵、城市规划落后、环境污染、社区治理落后等[1]。城市作为人们的生产生活场所，在其发展过程中逐渐形成了各种功能区，准确识别城市街区功能及其空间结构，对于制定科学合理的规划促进城市可持续发展具有重要意义[2]。城市功能区识别与研究大多采用实地调研数据、土地现状数据和遥感影像等数据，这些传统数据和方法在城市功能区识别耗时耗力不能完全满足未来城市规划的需求。近年来，许多学者通过获取、整合、分析多源大数据进行城市计算，来解决城市出现的各种问题[3]。随着计算机信息技术的发展，定位数据、POI 数据、人口热力实时数据、实时交通态势数据等为城市功能和城市空间结构的研究提供了新途径[4]。POI 数据描述了地理实体的名称、类别、地址、经纬度坐标等信息，具有数据量大、信息丰富等特点，可有效反映城市区域的功能特征[5]。

综上，本文利用OSM路网数据对城市街区基本单元划分，然后基于POI 数据采用核密度和频数密度类型比例方法对呼和浩特市中心城区进行街区功能区识别，研究结果有助于展现城市街区功能分布，对呼和浩特市的未来发展有一定意义。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区域概况

2019 年末，呼和浩特市常住人口319.7 万人，城镇化率达71.63%。市辖区总面积2065.1 平方公里，建成区面积260.0 平方公里，是呼和浩特市的人口、经济活动承载地和城镇体系的核心地区，承担着呼和浩特市行政办公、医疗卫生、金融贸易、科研创新等重要功能。本文的研究区域为呼和浩特市中心城区，研究范围西至西二环路，北至北二环路，东至科尔沁快速路，向至滨河北路（图1）。

1.2 数据来源及处理

原始数据来源于2019 年高德地图，各类数据达177782 条。按照高德地图POI 分类体系，POI 数据大中小三个类别，其中大类包括交通设施、住宿服务、购物服务、医疗健康服务、政治机构和社会团体和科教文化服务等。种类包括停车场、旅馆、超级市场等。小类包括公交站点、高等教育、图书馆、展览厅等。因为原始POI 数据分类繁杂，各级小类中类之间存在归属不清的问题，因此需要对原始数据进行重新调整分类，将筛选后的POI数据重新分为8 大类，其中商业61574 个、居住3006 个、办公6241 个、公共管理与公共服务2714 个、科教文化3641 个、医疗2698 个、交通设施4167 个、绿地广场152 个。呼和浩特市道路数据采集于OSM（OpenStreetMap）网站，其中数据包含有铁路、高速公路、快速路、主干道、次干道和小区到路等。由于路网存在断头路、重复和缺失的问题，从而对获取的OSM路网进行拓扑处理，剔除重复道路和延长断头路等，并将最后结果与电子地图进行对比。

2 研究方法

功能指数（频数密度与类型比例模型），功能指数表示研究单元内每类功能所占的比重。借助Excel 进行计算，首先根据每一种POI 功能占整个基本研究单元数量比重，再基于功能占比求出这个基本研究单元的功能指数，从而对基本研究单元的功能性质进行划分[6]。计算公式如下：

其中，i 表示第i 种功能类型，ni 表示街区内第i 种POI 数量，Ni 表示第i 种类型POI 总量，CRi 为种街区功能的功能指数。

3 结果与分析

3.1 城市街区划分结果

经过处理过后的OSM路网数据，采用对城市有明显切割的道路作为街区单元划分的依据，以呼和浩特市中心城区快速路、主干路、次干路以及河道为边界，在研究范围内共划分出320 个城市街区单元。通过与2019 年的遥感地图对比观察，街区划分基本合理。

3.2 城市街区功能识别结果

图2 呼和浩特市街区功能类型分布图

以划分好的城市街区为基本研究单元，将POI 数据与街区面数据进行空间连接，统计每个街区落入街区各类功能POI 的数量，计算出每一个街区的功能指数，根据计算结果对街区功能类型进行划分识别，可得呼和浩特市街区单一功能用地、混合功能用地、未分类用地空间分布图。根据前人研究经验，设立功能指数为0.5 作为门槛来判断街区单元的功能性质，当街区单元内某类POI 功能指数大于0.5 时，则此街区为单一功能街区，并将该类功能作为街区的功能，如居住街区。如果算得该城市街区各种功能指数都小于0.5 时，此时该街区为混合功能街区，以此街区中功能指数排名前二的功能来表示，如商业居住街区；若该街区单元中没有设施分布，则划分该街区为未分类街区。通过上述方法，识别了研究区内城市街区功能类型（图2）；最后划分了222 个混合功能街区，划分了92 个单一功能街区，以及划分了6 个未分类街区。

3.2.1 单一功能街区空间分布

居住功能的街区有11 个，其中包括商务住宅、宿舍、别墅等，大多位于研究区外围二环路附近，城市中心有少量分布，主要有永泰城、青山水恋、富力华庭、金城百合、鄂尔多斯馨苑小区等街区。商业服务功能的街区有6 个，在空间上趋于集聚分布，主要集中在市中心，中心性明显，主要有海亮广场、开泰市场、美通农产品批发市场等街区。商业办公的街区有15 个，大多分布在城市中心和东部，主要包括公司、银行和商务写字楼等，其空间分布有明显的集聚，主要有内蒙古人民会堂、万正尚都、蒙元骑士城等街区。公共管理与公共服务功能的街区有14 个，主要包括政府机构、美术馆、展览馆等，大多分布于东部和北部两个区域，主要有呼和浩特市人民政府、新城区政府、内蒙古自治区人民政府、内蒙古美术馆等街区。医疗服务功能的街区有8个，包括医院、诊所、药店服务设施，空间分布较为均匀，无明显集聚，主要有内蒙古自治区人民医院、呼和浩特市第一医院等街区。科教文化功能的街区较少有6 个，分布较为分散，主要有东河御府、内蒙古工业大学等街区。交通设施功能的街区为13个，较为明显地体现出了呼和浩特站、呼和浩特东站、通达长途汽车南站等交通设施所在地，主要有呼和浩特东站、呼和浩特站等街区。绿地广场功能的街区数量最多，为19 个，空间上分布广泛，与其他功能混合较少，多为城市公园绿地、风景名胜，主要有锡林公园、新华公园、大召无量寺等街区。总体来说，单一功能街区分布在城市的外围，距离城市中心较远。

图3 呼和浩特市街区功能分布图

3.2.2 混合功能街区空间分布

呼和浩特市中心城区经济发达，人口集聚，城市功能多样，混合程度高，城市街区功能多以混合功能为主。混合功能街区主要集中分布在中心城区的中心和东部，这些地区交通便利，基础设施较为完备，功能多样化程度高，混合功能街区占比较高（图3）。其中包含居住功能的混合功能街区数量最多，为90个其中主要包括了居住商业、居住医疗居住科教等混合功能街区，主要分布在城市中心的外围和二环路附近。包含商业服务功能的混合功能街区有45 个，以商业医疗和商业科教为主，主要分布在新华大街和学校附近。包含商务办公功能的混合功能街区为31 个，包括办公公共、办公医疗等，主要分布在城市的中心和东部。总的来说，居住功能与商业服务功能之间多混合分布，绿地广场功能则较为独立存在，科教文化功能和医疗服务功能与大多数混合功能并存，单独的交通功能不多，研究区内混合功能街区总体布局较为合理。综上，混合功能街区在城市中心集聚，分布在新华大街地铁一号线上，以及地铁二号线上。其中典型的混合功能街区代表有民族商场街区、海亮街区和维多利摩尔长街区等。

4 结论

以呼和浩特市中心城区为例，建立POI 数据地理空间数据库，运用核密度分析法、构建功能指数（频数密度和类型比例模型），对呼和浩特市中心城区街区功能识别评价。研究结果表明：（1）城市街区功能分布呈近似环形空间分布。一环内的海亮广场是城市的中心，海亮广场附近以混合功能街区为主，二环附近则开始出现单一功能街区为主的环带。（2）城市街区功能聚集形成多个活力极。如东部的万达广场和摩尔城南部的七彩城等形成城市活力中心。（3）从城市中心至外围，城市街区功能复杂程度降低，集聚性减弱。从总体POI 核密度分析和各类功能POI 核密度分析来看，由内而外城市街区功能集聚性减弱，多样性减少。

总体而言，根据POI 数据识别城市街区功能性质及空间布局，可以比较真实的反映出城市街区功能的真实状态，对未来呼和浩特市城市规划调整具有参考意义。由于POI 数据有其局限性，不具有时间变化、使用情况、人员特征属性，并不能体现城市街区功能在时间上的变化和更为细化的研究。今后应加强多源大数据和人的空间感知相结合，提高识别技术手段，对城市街区功能进行更为深入而全面的研究。