一种POI数据驱动的商业点空间分布分析

雷 雳 钱 佩 张燕旋

（广东省国土资源测绘院，广东 广州 510500）

0.引言

在城市的快速建设和稳定发展中，商业起到了不可替代的作用。商业活动涉及社会经济生活的各个方面，例如，农业与工业、农村与城市、生产与消费等领域。研究商业点群的空间分布对于城市发展、资源分配等具有重要意义。

21世纪以来，国内众多专家对商业兴趣点的分布进行了一定研究，许学强等以国内一线城市为研究范围，以区域内的大型商业超市、大型购物中心等大规模的零售场所为研究对象[1-6]，研究了其空间分布；王堃等对北京市的农林牧渔企业、商业房屋、交通设施类型的城市设施兴趣点（POI）数据建立了针对居民农业源、生活源、交通源等非点源的排放清单分配方法，研究表明：利用POI数据进行空间分配可以更直观地反映出排放源的空间分布特征[7]；龙涛利用上海市的POI数据对上海市的中心游客分布特征进行分析，为研究游客的空间分布特征与时空分布特征提供了新的方法[8]。焦耀等利用POI数据的特征，构建相应的数据库，分析多种要素相互影响下广州市商业的空间布局[9]；赵晓彤在济南市零售业发展与演变的基础上，利用POI数据并运用多种定量分析方法，研究济南市零售业总体以及各业态空间布局特征，并对其影响空间布局的因素进行分析，为优化济南商业资源在城市内部的空间合理配置和商业规划提供参考[10]。然而现有的研究主要是以传统数据为基础的，主要以居民消费行为的热点值选择商业圈层，研究方法也比较单一，较少涉及城市内部不同商业形态空间集聚特征和热点识别的实证研究。

对于上述情况，为了对城市空间结构布局和商业资源的合理配置提供专业化建议，本文以衡阳市为主要研究区域，并将研究对象确定为研究区域内广大公众选择商业的兴趣点详细数据，将以此为基础深入分析城市内部商业聚居点及其主要的空间分布状况。

1.数据来源及研究方法

1.1 数据来源

POI（Point of interest）是利用实际位置的数据所获得的点状数据，该类数据中集合了实际地理位置的经纬度等。本文研究的数据通过网络爬虫技术，从高德地图上获取衡阳市的商业POI数据。

1.2 研究方法

1.2.1 核密度分析法

核密度估计（Kernel Density Estimation-KDE）是目前使用最广泛的无参数概率密度函数估计方法，该方法最大的特点就是能够根据实际收集到的数据分析出数据的实际分布。该计算方法核心思路是地理学第一定律，即距离越近的空间地物相似度越高，其计算结果与距离的长度之间呈反比。

核密度分析工具通常被用于分析周围邻域中出现要素的可能性（即密度）。在实际计算过程中，通过一个移动的单元格对该区域内实际密度进行近似的计算，设实际选择的样本变量为x1，x2，…xn，根据上述的核心估计能够计算出数据分布量，计算二维数据时取d的值为2，其公式如式（1）所示：

式（1）中，K为核函数；（x-xi）2+（y-yi）2为点（xi，yi）和（x，y）之间的距离；h为带宽；n为范围内的点数，其中，样本xn的维度为2。实际计算过程中h为上述所述的自由参数。

1.2.2 全局空间自相关

全局空间自相关用来判断空间现象是否具有聚集特性的方法。通常情况下，会使用莫兰指数计算衡量该指标，该参数也是整个评级体系中最重要的一个要素。莫兰指数（Moran’s I）可以利用式（2）进行计算：

其中，n为格网单元总数；xi为单元i的值；xj为单元j的值为格网单元的平均值；Wij为权重，当Wij=1表示i区域与j区域相邻，反之，Wij=0。I∈［-1，1］，其中，I>0时，表明邻域区域之间存在正相关相似属性值，反之，表示该区域与其邻域间的属性差异较大。

1.2.3 局部空间自相关

通常情况下，局部空间自相关是用来反映聚集空间单元与整体之间的关系的一个重要衡量指标，根据其相关性分析其显著性。LISA（Local Indications of Spatial Association）模型是空间热点分析的主要指标，这个标准是当前研究空间热点聚集性的指标，LISA图是将空间内的相关系数进行整合处理。当第i空间进行密度计算时，可以采用LISA公式，如式（3）、式（4）所示：

其中，n为样本数量；wij为权重矩阵系数；xi为观测值；x为格网单元的平均值。

2.结果与分析

利用ArcGIS软件将网络爬取的POI数据叠加到衡阳市行政图上，衡阳市POI数据的分布图（如图1所示）。可以大致看出：衡阳市商业POI点群的分布情况，以此为基础，运用统计学的相关方法对POI数据进行计算，得到相应的计算结果。

图1 衡阳市POI数据

从图1中看，衡阳市的商业点分布整体较为均匀，局部有聚集现象。衡阳市中心的聚集现象较为明显，祁东县、衡南县POI商业点群分布较为均匀。

2.1 商业分布的核密度分析

以衡阳市的POI数据为研究对象，运用ArcGIS核密度分析工具得到衡阳市核密度值（如图2所示）：

图2 衡阳市核密度值图

从图2中可以看出：衡阳商业点高度集聚分布区域主要集中在衡阳市中心和耒阳市的中心主城区，衡阳市主要商业点多分布在中山路和解放路等城市主要交通干道。衡阳市解放大道是衡阳市城区交通路网最密集的区域，主要是因为解放路是衡阳最悠久的商业集散地，昔日道路两旁聚集了国营、集体和个体近百个商店，其中，最为气派的是衡阳百货大楼。昔日的百货大楼旧址处变成了繁华的商业街区，解放路商圈重新焕发出蓬勃生机，更多充满现代气息的商业集群纷至沓来。其中，中山路是衡阳历史最悠久的商业街区，是衡阳目前人流量最大的商业街，解放路是衡阳的交通动脉，沿线商铺林立。耒阳市主要商业点多分布在五一东路、人民路等城市主要交通干道。商业点低度聚集区域主要集中在常宁市，常宁市商业网点聚集主要在常宁市城区，周围主要是常宁市市政府、中学、小学。

根据核密度估计法提取的商业中心在等级上与其商业发展水平基本一致。分析结果表明：随着城市中心距离增加，商业中心的核密度值会相应减少。商业中心在交通可达性、人文环境等商业活动影响因素上具有相对突出的区位优势。在交通因素方面，商业中心所处地段与城市别的商业中心的空间趋近性是城市商业点选址的重要因素。另外，考虑商业中心的距离总和是判断商业点区位的其中一个重要标准，总距离越短，其中，交通便捷度更高，表示汇集人气的能力越强。从图2中衡阳核密度值可以看出，衡阳市中心城区相对于衡阳市其他地区的核密度值最高。衡阳市与其他商业中心实际距离总和进行比较，解放路和中山路交通便捷度最高，其次以火车站为中心的批发区域。可见，中心城区商业中心汇集人气的能力强，对周围地区的商业辐射作用较大，外围城区商业点分布受距离等其他因素的限制，不具备发挥成为城市化高等级商业中心的条件。

2.2 商业分布点的莫兰指数分析

常宁市、耒阳市和衡阳市的POI值位于散点图中的第一象限中，这个区域中的具体数值代表了高观测值空间之间的具体联系；第二象限中的衡阳县是该区域内低观测值的区域代表。南岳区、祁东县、衡东县等位于低观测值关联区域的第三象限；而祁东县与周围低观测值之间具有一定的空间联系，它代表了高观测值与低观测值之间的空间联系。在图3中得到：莫兰指数Moran’s I=0.453，即衡阳市的商业发展水平较高的区域在空间上趋于明显集聚。其中，常宁市与耒阳市在空间分布上，都是属于高观测值，且数值接近于1，这是因为常宁市与耒阳市两市面积广阔，人口众多且经济发达，支柱性产业强硬，带动当地的经济发展，因此，常宁市与耒阳市的商业点分布较多且主要集聚在中心城区。衡阳市中心在经济最繁荣位置，地理位置优越，具有密集的商业网点、完善的经营服务功能、服务范围广，有着强大的内聚力、辐射力、集聚力和交通力成为广大消费者首选的购物场所。所以，衡阳市、常宁市、耒阳市在Moran指数分析中都属于高观测值区域，其他县级区域因为经济相对于比较落后，没有地理位置优越的先天条件，以及多方面的影响，在分析结果图中属于低值观测区域（如图3所示）：

图3 衡阳市各行政分区的商业点Moran散点图

2.3 LISA集聚图分析

根据Moran’s I散点图来判断衡阳各地区的关联程度是否紧密，利用GeoDa软件依据莫兰指数来表示衡阳市商业点经济发展水平的LISA集聚图。

通过衡阳市商业点分布LISA集聚图（如图4、图5 所示），衡阳市商业点分布与经济具有不同的局部空间自相关特征，耒阳市呈现出高—高的空间自相关特征；南岳区呈现出低—低的空间自相关特征，常宁市的该特征则表现为高—低的空间分布。LISA集聚图的绘制方法是从空间角度分析其是否通过了专业化的显著性水平检验。通过分析图4得到：各地区中的贸易交易较频繁的区域有多有少，呈不同状态。首先，耒阳市及其周边区域明显地呈现出贸易交易频繁，这种现象成为热点分布，其特征为高—高分布；南岳区及其周边区域明显地呈现出当地贸易交易量少，这种现象称为冷点分布，其特征是低—低分布；常宁市及其周边区域具有低—高空间自相关特征，与常宁市相邻的有耒阳市、衡南县、祁东县，说明常宁市与其周围市区的商业点分布的系统协同性相差较大。

图4 衡阳市商业点分布LISA集聚图

图5 衡阳市商业点分布的LISA集聚图的POI值

城市各级商业中心所在地与其人口密度呈正相关。耒阳市城区地理面积约36km2，为全省最大的县级城市。从衡阳市人口分布图（如图6所示）可以看出：耒阳市人口最多，人口超过11万。从LISA图中分析结果来看：耒阳市是属于热点区，呈现高—高空间自相关性。说明人口与商业点的地理联系较为密切，其空间分布较为类似。南岳区常住人口约为5.4万，地理面积约181.5km2，是衡阳市最小的区域面积，南岳区地理位置优越，南岳衡山人文旅游资源和自然旅游资源都十分丰富，在全国乃至世界都有一定的知名度。南岳区每年春节接待的游客数量达到75.87万人次，旅游业的发展带动经济发展，因此，衡阳市南岳区的商业点分布比较集中，商业网店较多。但是南岳区区域面积较小，旅游景点资源过于单一，导致南岳区与衡阳其周围的联系度不高。

图6 衡阳市人口数量图

3.结束语

本文基于POI数据对衡阳市商业点空间布局特征及其影响因素进行研究，从空间上看商业点呈现出不同布局特征，商业点分布在地理空间内不是均匀分布的，其空间分布特征趋向于地理集中的区域。商业点分布高度集中的区域可视为城市商业发展的热点区域，同时也是城市内部不同等级的商业中心。优化商业资源在城市内部空间的配置，摸清不同商业经营形态企业的集聚特征，对城市商业点空间规划与开发有重要的实践意义。

根据衡阳市的商业区域的密度的空间分布结果，清晰地展示了衡阳市的热点分布情况以及冷点分布情况，为衡阳市商业个体分布研究提供了思路，为政府部门前期对商业规划和商业点选址研究提供参考依据和科学的决策。