基于POI数据的合肥市主城区交通设施空间分布特征研究

2024-01-10张力群

河南城建学院学报 2023年6期

张力群

（安徽建筑大学建筑与规划学院，安徽合肥 230601）

《数字交通“十四五”发展规划》指出，“城市需推进综合交通大数据中心体系建设，加强数据资源的整合共享和智能应用”［1］。城市交通设施作为人们日常活动的出行载体，其空间分布对城市的健康发展有着至关重要的影响［2］。了解城市交通设施的空间布局，研究其分布特征科学与否具有一定的现实意义［3］。因此，提取城市交通设施空间分布的影响要素，研判其分布特征，能够为城市未来的交通设施布局提供一定的理论参考。

近年来，不少学者对城市交通设施开展研究。在城市空间可达性方面，朱瑞琳等［4］基于百度热力图和实地调研从街道、街廓、建筑3个层级探讨上海滨江街区的可达性。白梅等［5］利用GIS网络分析工具对邯郸市中心区各层级社区生活圈的公共服务设施空间可达性进行分析。在研究城市空间分布方面，徐竞等［6］利用全局莫兰指数、区位熵等空间分析方法对郑州市金水区公共设施进行分析和评价。吴嘉丽等［7］利用局域Getis-Ord指数等空间分析方法对福州市公共交通设施空间分布进行研究。POI兴趣点是包含空间和地理坐标的实体点状数据，可从中提取有价值的空间地理信息，发掘其分布模式和特征，现已被广泛应用于城市空间形态和布局分析等方面。戢晓峰等［8］运用标准差椭圆、核密度分析等方法对昆明市主城区的交通设施分布特征进行研究。钟广锐等［9］基于POI数据使用平均最近邻分析法、核密度分析法和热点分析法分析汕头市公共设施的空间格局。当前，对交通设施空间分布和聚散特征等研究逐渐增多，但城市交通设施种类繁多且分布复杂，对其空间分布特征进行分析仍有难度。

本文基于交通设施类的POI数据，通过ArcGIS10.8.1软件，在合肥市主城区范围内，采用核密度分析、标准差椭圆和热点分析3种方法，对比分析2020年和2022年合肥市主城区的交通设施在空间、方向及热点的分布特征，研究合肥市主城区交通设施空间的分布情况，以期为合肥市交通设施空间优化提供理论依据和数据支撑。

1 研究内容概况

1.1 研究对象及范围

研究对象为安徽省合肥市主城区，地理坐标为北纬31°51′，东经117°16′。截至2022年底，合肥市常住人口为963.4万人，城镇化率84.64%。合肥市主城区总面积为1 451.97 km2，包括包河、蜀山、庐阳和瑶海4个辖区（见图1），下辖44条街道、10个乡镇、2个工业园区以及2个开发区，共计58个街道片区。本文对此区域内的交通设施分布特征进行研究。

图1 研究范围

1.2 数据来源

在合肥市主城区行政边界范围内，运用Python代码网络爬虫技术，从高德地图开放平台API接口分别爬取2020年和2022年的交通设施POI数据9 622条、11 842条，爬取的数据包含POI点的名称、经纬度和属性分类等信息。交通设施POI数据包括地铁站、停车场、公交站及其他类别（如火车站、机场、汽车站和收费站等），因其他类别的POI设施点占比较小且两年间变动情况不大，故本文仅选取地铁站、公交站、停车场等三类交通设施进行分析。通过对数据进行清洗整理，最终筛选出2020年和2022年的有效交通设施POI数据分别为7 849条、11 189条。

2 空间分析方法选取

2.1 核密度分析

核密度分析是一种通过距离衰减来展现空间内点或线的连续变化图示的方法［10］。本文使用Arc-GIS中的核密度分析方法对合肥市主城区内的交通设施POI数据进行分析，分级方法采用自然间断点分级法将其分为6级，并使用GIS平台中的重分类工具将分类结果分为高、中、低3级，方便后期的统计数据比较与分析。

2.2 标准差椭圆分析

标准差椭圆是一种常用的空间分析方法，主要通过提取椭圆的偏移角、面积以及长轴长度和短轴长度等4个参数，揭示交通设施分布格局的空间方向特征［11］。此分析方法能够全面揭示城市交通设施空间的方向特征，有利于更好地理解交通设施空间在城市中的方向分布情况。

2.3 热点分析

在ArcGIS中，热点分析是分析相邻环境中的所有要素，如果某个要素的值比周围的要素高，且周围分布了其他高值的要素，即可识别出空间数据集中的高值或低值，通过比较每个点周围的邻域值与整个数据集的平均值和标准差来确定研究范围内冷点和热点的分布情况［12］。本研究将合肥市主城区的社区边界作为研究的地理单元，基于反距离插值法获取每个单元内POI数据的密度，采用Getis－Ord G*i指数研究合肥市主城区交通设施空间冷热点的变化情况、发展趋势及分布特征。

3 交通设施空间分布特征分析

3.1 集聚特征

采用核密度分析法对合肥市主城区内的交通设施POI数据进行分析，以1 000 m为搜索半径，得到整体交通设施的核密度分布情况（见图2）。由图2可知，2020年和2022年合肥市交通设施总体上均集聚于主城区二环线以内，且以二环为中心向外逐级扩散，部分边缘地区出现散点分布的趋势。为便于比较，采用自然间断点分级法将2020年整体的交通设施核密度划分为6级。由于2022年的各类交通设施点均有显著增加，故2022年的交通设施核密度划分等级的最高值均在2020年的基础上增加。由于各类设施点的密度及分布特征略有差异，本文在经过多轮实验后最终选定1 000 m、2 000 m、3 000 m等3个层次的搜索半径分别对停车场、公交站、地铁站进行核密度分析。

图2 整体交通设施核密度分析

3.1.1 整体空间集聚特征

从整体上看，两年间整体交通设施的分布情况和发展趋势基本一致，均以二环内为核心，并向西北方向和滨湖新区扩散。核密度聚集区覆盖范围从2020年的22.86%增至2022年的29.26%，交通设施的分布特征由2020年的整片聚集分布转为2022年的连片聚集并散点分布趋势，覆盖范围向外略有扩散。在高值区周围也出现了点状分布的核密度高值集聚区域，以滨湖世纪新区、高新区和蜀山产业园区较为显著。

分析高值核密度区发现，2022年核密度最高值与2020年相比增加了52.37%。2020年，核密度高值区主要分布于明光路街道、莲花社区、笔架山街道、双岗街道等19个街道，占街道总数的32.76%。而2022年已增至27条街道，占街道总数的46.55%。其中荷叶地街道、南七街道、笔架山街道已形成小组团聚集趋势，滨湖新区聚集程度也显著上升。

从中值核密度区来看，经过重分类后2022年的核密度中值区围绕核密度高值区向外扩张，呈片状分布，集聚分布于七里塘街道、海棠街道、义城街道及骆岗街道等18条街道，占街道总数的31.03%。而2022年中值区已增至24条街道，占街道总数的41.38%。其中政务区和滨湖新区的核密度中值区扩散程度略有增长，且庐阳工业区、磨店乡及三十头镇等5条街道出现散点状分布的核密度中值区。

研究发现，合肥主城区的交通设施布局存在不足。交通设施核密度高值区主要集聚于二环内的19条街道，包括莲花社区、明光路街道、笔架山街道和双岗街道等，形成了交通设施空间集聚的核心区。部分位于偏远城区的街道交通设施点数量较少，交通设施空间布局不均衡，如蜀山区的小庙镇、高刘镇，瑶海区的磨店乡、三十头镇等属于偏远城区，部分交通设施处于在建状态，交通体系还未完善，所以呈散点分布且规模较小。

3.1.2 三类交通设施集聚特征

地铁站总体呈点状放射状分布特征（见图3（a）、图3（b））。2020年呈“T字”聚集状，以东西方向分布为主，并向南方延伸出两条带状分布区域。由于2号线、3号线站点分布密集且均为东西走向，故东西方向核密度高值区聚集显著。南北方向只有一条1号线，站点分布稀疏，故核密度值较低。2022年合肥市整体分布呈多核心片状扩散分布，由于新增的4号和5号两条地铁线均为南北方向，主城区核密度高值区占比为2020年的3.18倍。地铁站经过两年发展聚集程度增强，并同时向周边发散，核密度高值区呈多组团共同发展趋势，覆盖范围均逐级向外扩大，主要原因是2020年合肥市仅有3条运营地铁线，到2022年已有5条运营地铁线，还有3条在建新线路，合肥市的地铁网络得到了进一步完善。

图3 三类交通设施核密度分析

公交站总体呈现从高到低的中心扩散式结构（见图3（c）、图3（d））。公交站主要集聚于二环以内，该区域核密度值最高，向外呈逐级递减趋势，城市边缘区域呈散点状分布。其中，2020年核密度高值区分布在三孝口街道、逍遥津街道、双岗街道等22条街道，占街道总数的37.93%；核密度值中值区覆盖29条街道，占街道总数的50%。2022年核密度高值区分布街道有36条，占总数的62.07%，比2020年增长78%，核密度值中值区覆盖有18条街道，占街道总数的31.03%，比2020年增长17.2%。2022年整体核密度值增加，分布范围向外有所扩张，呈片状发展趋势。蜀山区及瑶海区出现大量散点分布的核密度中值区。

停车场设施点的分布特征及发展趋势（见图3（e）、图3（f））与整体交通设施较为相似，因为停车场设施点数量占交通设施的80%以上，其空间分布反映了整体交通设施的分布情况。2020年停车场设施点主要聚集于二环内的中心城区，向边缘地区略有发散。核密度高值区覆盖17条街道，占所有街道的29.31%。相比2020年，2022年核密度高值区覆盖范围增大，覆盖25条街道，占街道总数的43.1%，海棠街道、笔架山街道和稻香村街道等7条街道的核密度由中值区逐渐转为高值区。

3.2 方向特征

使用标准差椭圆对2020年和2022年合肥市各类交通设施进行分析，得出空间方向分布对应的情况（见图4）。合肥市交通设施空间整体方向呈东北—西南走向。2020年标准差椭圆的长轴长为8 050.18 m，短轴长为6 586.31 m，偏移角呈33.92°。2022年长轴长为8 866.90 m，短轴长为8 285.12 m，偏移角呈43.14°。对比两年标准差椭圆的参数变化情况，发现相较于2020年，2022年椭圆面积增大38.56%，表明整体交通设施空间的分布情况仍呈聚集趋势，但聚集程度逐渐降低；长轴增长25.79%，短轴增长10.15%，说明合肥市主城区交通设施空间整体分布逐渐扩散，且东西方向的扩散趋势大于南北方向。以上分析可知，合肥市交通设施空间发展方向与《合肥市国土空间总体规划（2021—2035年）》中提出的将形成“两翼齐飞”的空间发展格局基本一致，可知合肥市交通设施空间的分布将逐步向政务区以西和瑶海区的东北角拓展。

图4 交通设施标准差椭圆分析

2020年地铁站标准差椭圆的方向分布与总体交通设施空间分布情况大致相同，均为东北—西南走向。因合肥轨道交通4号线、5号线工程的建设运营，2022年地铁站的标准差椭圆的方向分布呈西北—东南分布走向，偏移角由东向西方向偏移91.09°，与总体交通设施空间分布格局差异显著。对比两年的地铁站数据，可见椭圆的长轴增加46.68%，短轴减少1.94%，椭圆面积增加43.84%，呈扩散趋势，表明2022年地铁站整体向庐阳区、蜀山区、包河区均有扩展趋势，且向包河区扩展最为显著。

2020年公交站方向分布与总体交通设施空间基本一致，相较于总体交通设施空间，2022年公交站的标准差椭圆偏移角由北向西偏移了40.79°。对比分析可知，2020年公交站椭圆面积为三类交通设施中的最大值，分别是地铁站和停车场的1.04倍、1.63倍；到了2022年，公交站椭圆面积持续增大，是地铁站和停车场的1.23倍、2.17倍，表明公交站的站点分布离散程度持续增强。这是因为合肥市公交站发展方向与《合肥市域最新综合交通规划（2021—2030年）》提出的公交优先通道规划一致，已逐步形成“一环十四射八连”布局。2022年椭圆长轴、短轴较2020年分别增长52.94%、10.61%，椭圆面积增大69.17%，表明公交车站分布情况逐渐由聚集向分散趋势发展，分布范围向外扩展较大；偏移角由北向东偏移59.07°，表明公交站的分布趋势由东北—西南方向逐渐向东西方向扩展。

2020年和2022年的停车场标准差椭圆与总体交通设施的方向分布相似度最大。2020年长轴长为7 656.59 m，短轴长为6 236.64 m，2022年长轴长为8 248.83 m，短轴长为7 366.41 m，长轴、短轴相比于2020年分别增长18.12%、7.74%，短轴增长距离为长轴的52.42%，说明停车场在长轴方向发展更为显著。停车场椭圆面积为三类交通设施空间中的最小值，说明聚集程度最为显著。但椭圆面积变化率最小，仅增加27.25%，表明两年间停车场的扩散趋势最弱，整体仍呈显著聚集分布。椭圆由东向北偏转了7.31°，表明停车场设施点的空间分布有向瑶海区和蜀山区扩展的趋势。

3.3 热点特征

两年间蜀山区和包河区均为交通设施热点区域，热点区域呈聚集分布（见图5）。热点高值区主要聚集于政务区周边，以其为核心向周边地区逐级递减，二环范围外无热点区域。2020年交通设施热点区域为常青街道和笔架山街道。常青街道和笔架山街道位于合肥市政务区，该区域的省市机关、学校、企事业单位众多，合肥市政府、合肥市图书馆、安徽省广电中心等均位于此，交通出行需求量大，交通设施分布密集。2022年热点分布比2020年更加分散，有明显向西向南扩散趋势，主要因为高新区和滨湖新区的快速发展，交通设施配套逐渐完善。随着时间的推移，热点区域增多，冷点地区减少，说明合肥市主城区的整体交通设施空间分布更均衡且趋向健康发展。

图5 交通设施热点分析

交通设施空间冷点区域多位于边缘城区，分布较分散，由主城区二环向边缘地区逐级递减。2020年冷点区域多位于北部，共有4处，其中高刘镇的冷点区域置信度为99%；三十岗乡、杏花村街道和七里站街道冷点分布相对分散，3处置信度均为90%。2022年置信度为99%的冷点区域已不存在，除城区西侧边缘的高刘镇外，剩下4处冷点区域均位于瑶海区，具体位置在西二环东西两侧，呈明显聚集趋势。

交通设施空间热点不显著的区域（冷点区和热点区之间的区域）在两年间均大片聚集于热点区周边。2020年交通设施点不显著区以瑶海区分布最为密集。2022年交通设施点不显著区域覆盖面积增加，占主城区总面积的63.73%，庐阳区分布最为密集。

4 交通设施空间分布特征演变

合肥市交通设施空间的分布特征是政策、环境和社会等多种因素综合作用的结果。因此，从宏观市域、中观街道以及微观设施等3个维度进一步分析合肥市交通设施空间分布特征的演变过程。

从宏观市域范围来看，合肥市交通设施空间具有明显的集聚趋势。老城区的空间集聚程度持续加强，主要原因是老城区人口分布密集且流动性大，交通设施建设较为完善。滨湖区和政务区作为合肥市空间发展轴线上的重要节点，作为合肥市发展的重点区域，其集聚程度也在逐步增强。其中，政务区为合肥市政府驻地，市政府、图书馆、博物馆等均位于此，交通设施分布密集。因此，在合肥市交通空间演变过程中，交通设施以公共交通和轨道交通为导向，以老城区为核心逐步向滨湖新区扩散，逐渐形成了“一核多心”的发展趋势。

在中观街道层面上，交通设施在空间上的集聚区位可分为商业消费集聚区、公园绿地集聚区以及科教文化集聚区。各个区域内人员流动性强，居民出行需求频率高，交通设施建设较为完善。其中，包工街道、逍遥津街道、胜利路街道等为商业消费集聚区，区域内大型商超和购物中心分布较多；常青街道、稻香村街道、望湖街道等为公园绿地集聚区，合肥市大部分绿地公园分布于此；科教文化集聚区包括双岗街道、三里庵街道、芜湖路街道等，众多科研教育机构集聚。

从微观交通设施来看，合肥市交通设施正逐步形成以轨道交通为骨干、绿色公交为主体、慢行交通为延伸的城市公共交通体系。其中，关于地铁建设，轨道交通的开通和运营改善了交通状况，也加强了城区的交通基础设施配套建设；关于公交建设，坚持发展公交优先战略，积极推进BRT公交系统建设；关于停车场建设，以适度满足停车需求为主、扩大停车供应为辅，加大公共停车场建设力度。

总体上，合肥市主城区交通设施空间分布呈核心扩散式格局，各类交通设施空间聚集特征差异显著，以老城区为核心，政务区、滨湖新区等多个节点为组团，呈一核心多组团趋势。地铁站分布情况呈放射状片状发展；公交站为圈层散点式分布结构，主要集聚在主城区二环范围内，呈片状连接分布，边缘城区有部分散点分布趋势；停车场设施点数据占总体交通设施比值较大，故分布特征与整体交通设施特征基本一致，呈中心扩散式集聚。两年间，交通设施空间趋向东西两轴发展，且东西走向分布的交通设施点更为密集，东西方向为交通设施空间的主要扩散方向，可以预见合肥市主城区的交通设施空间将逐步向政务区以西和瑶海区的东北角拓展。交通设施空间的热点区域呈聚集分布，冷点主要分散于主城区北部。热点区分布向西部和南部扩散且数量增多，冷点和热点不显著区域减少，交通设施空间整体建设趋向健康均衡发展。

5 交通设施空间优化策略

（1）推进城乡交通一体化建设。

得益于合肥市近年来社会经济的快速发展和城市规模的持续扩张，原本处于中心城区的产业、文化及城市公共服务设施等配套功能均向外围发展，主城区与村庄乡镇等城市边缘组团的联系也在不断加强，相邻组团间联络严密，城乡居民的交通出行需求与联系会进一步提升。未来交通发展应突出人本优先发展理念，打造多层交通网络，建立主城与边缘组团之间的交通廊道，创建慢行友好、环境交融、城湖相拥的大湖名城。

（2）加强公共交通全面化发展。

合肥市公共交通空间布局集中于合肥市二环周边，两年间地铁公交的分布均有向南边滨湖新区扩张的趋势，但主城区西侧和北侧的新开发区和城乡接合部还存在部分公共交通覆盖盲点，公共交通系统建设发展形式单一，场站建立滞后，效劳程度较低，这对合肥市公共交通分布的公平性及居民出行的满意度存在较大影响。因此要对合肥市主城区的公共交通线路站点等进行合理布局规划，扩大地铁线路的覆盖范围，提升公交网络的使用效率，减少重复路线，提升公交300 m覆盖率，满足居民日常出行需求，均衡合肥市主城区公共交通设施空间的分布，力求达到交通公平化、居民满意化、出行幸福化。

（3）完善停车供需合理化配置。

停车设施总体供需不平衡，《合肥市域最新综合交通规划（2021—2030年）》指出老城区、包河区、蜀山区仍存在较高停车缺额，停车设施高值区主要分布的区域即合肥市二环内车辆车位比仍处于较低水平。由核密度分析可知，尽管两年间停车设施的总量略有增长，但高值分布的街道仍未超过半数。首先从政策层面对停车进行分时、分区、分类、分价的差异化管理，其次制定合理的停车规划策略，形成以配建为主体，公共泊位为重要补充，建成新城适度、老城控制的停车供给体系。