基于POI數(shù)據(jù)的鄭州市羽毛球場空間分布特征及影響因素研究

(河南財經(jīng)政法大學資源與環(huán)境學院 河南 鄭州 450046)

一、引言

體育地理學作為地理學與體育的交叉學科從20世紀60年代就出現(xiàn)了，這類論文在1960年代中期就開始出現(xiàn),典型的有:“體育與棒球”(Shaw E,1963)和“體育地理的一種注解”(Burl-er.R,1966)等?！盵2]但是相比經(jīng)濟地理學、文化地理學、城市地理學等更受學者關(guān)注的其他人文地理學分支，體育地理學并沒有成為一個主流學科,學科的早期研究者也多為外國學者。我國地理學界目前體育地理學研究較多的有史兵、王東旭。其中史兵認為“體育地理學的研究內(nèi)容包括體育景觀研究,區(qū)域體育分異與聯(lián)系研究,體育的形成、發(fā)展與傳播研究，體育與環(huán)境問題研究,體育運動場所的空間聯(lián)系研究、體育地理信息系統(tǒng)等?！盵3-4]其中在《體育地理學理論體系構(gòu)建研究》[3]一文中提出建立體育地理信息系統(tǒng)，他認為，GIS(地理信息系統(tǒng))突出表現(xiàn)為一種空間管理系統(tǒng)，體育地理信息系統(tǒng)就是將GIS應用于體育科學的研究[5]。在此研究背景下，本文嘗試將GIS應用于體育場館分布[9]的研究，通過對鄭州市羽毛球場館的POI點數(shù)據(jù)[6-9]進行可視化，并進行核密度分析，以期找到以鄭州市為代表的二線城市[10-12]的羽毛球場館的空間分布特征，并對該空間分布特征的影響因素進行了簡單的分析。最后給出了一些建議。

此外，我國各個大中小城市各種體育設(shè)施的空間分布存在明顯的不充分或不均衡[13-14]的問題，這是我國社會主義現(xiàn)代化實踐中需要注意的問題。因大城市多出現(xiàn)集中度較高的經(jīng)營性體育場館，加之各區(qū)存在分布相對均勻的公共體育設(shè)施，所以居住在這里的人們可以在較短的時間和距離內(nèi)達到一個體育場館進行健身。居住于中小城市的居民往往可以在地級市或縣城的主城區(qū)找到一些公共的體育設(shè)施或經(jīng)營性運動場館，但其可達性要明顯低于大城市，農(nóng)村地區(qū)次之。本文選擇以鄭州市羽毛球場地的空間分布為切入點，對這一現(xiàn)象進行研究。綜合運用核密度制圖、圖層疊加分析、實地調(diào)研等方法，以鄭州市羽毛球場為對象，對其空間分布特征及成因進行了粗略探索。

二、數(shù)據(jù)來源、研究區(qū)概況與分析方法

(一)數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)主要為鄭州市含羽毛球館280個球類運動場地的POI點，包含了高德地圖中所有可找到的羽毛球場興趣點，但不完全包含高校內(nèi)的場地。POI數(shù)據(jù)通常包含名稱、地址、經(jīng)緯度、類別等信息，通過地圖處理軟件進行可視化之后被直觀的展現(xiàn)出來，可以很好的體現(xiàn)相應點數(shù)據(jù)的空間分布。目前在社會經(jīng)濟各個領(lǐng)域的研究中得到了廣泛的應用。本文所使用的POI數(shù)據(jù)來自于高德地圖。文章所涉及到的鄭州市羽毛球場數(shù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)是以高德地圖的POI點為依托進行統(tǒng)計所得。

由于高德地圖的坐標為加密之后的火星坐標，為了保證文章數(shù)據(jù)的客觀性，文章所使用的POI點數(shù)據(jù)及其他shpfile點、線、面數(shù)據(jù)均經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換后定義為WGS84坐標。數(shù)據(jù)處理步驟如下：①添加數(shù)據(jù):在Arc Map中創(chuàng)建新圖層→添加鄭州市的縣級行政單位邊界shpfile→添加轉(zhuǎn)換坐標后的羽毛球場POI數(shù)據(jù)；②對鄭州市所有球場進行地圖顯示，其中羽毛球場與其他球場使用不同標注；對鄭州市羽毛球場的數(shù)據(jù)進行核密度分析并成圖；對鄭州市所有球類的場地分布進行核密度分析并成圖。

圖1 鄭州市行政區(qū)劃輪廓圖

(二)研究區(qū)概況

鄭州市位于黃河以南，是中部地區(qū)重要的中心城市，為河南省省會城市，占地面積7446平方千米，介于東經(jīng)112°42′-114°14′、北緯34°16′-34°58′之間。截至2015年末下轄中原區(qū)、金水區(qū)、二七區(qū)、管城區(qū)、惠濟區(qū)、上街區(qū)6個市轄區(qū)、一個中牟縣，下轄鞏義市、滎陽市、新密市、新鄭市、登封市5個縣級市，常住人口956.9萬人。圖1為鄭州市地圖。

本文所獲取的63個鄭州市羽毛球場和280個其他(含前述63個羽毛球場，下文遵循此原則)球類興趣點數(shù)據(jù)可視化之后如圖2-a，280個全部球場興趣點數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一些較為明顯的分布特征，我們可以看到在惠濟區(qū)、金水區(qū)、中原區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)這5個市轄區(qū)連接的區(qū)域內(nèi)，興趣點主要集中在五個區(qū)相鄰市中心部分，此外在中原區(qū)西北部分的北大學城附近形成了一個興趣點的集中地，金水區(qū)東半部分的龍子湖大學城附近形成了環(huán)狀集中點群。而五個縣級市以及上街區(qū)、中某縣則表現(xiàn)出十分明顯的整體集中分布于各個行政中心、偶有分散的現(xiàn)象。其中新鄭市北部靠近主城區(qū)的邊緣存在六個興趣點，它們反映出了主城區(qū)對鄰近地區(qū)消費者的吸引力。此外，通過觀察圖2-a，我們可以發(fā)現(xiàn)羽毛球場的興趣點數(shù)據(jù)分布和所有球類興趣點數(shù)據(jù)的分布特征是整體吻合的。63個羽毛球場興趣點數(shù)據(jù)中有60個鄰近(圖上距離小于1cm)市中心或者縣級行政區(qū)中心，如圖2-b。

圖2-a 鄭州市羽毛球場與所有球場分布對比

圖2-b 鄭州市所有球場分布于各縣區(qū)行政中心對比

(三)研究方法

1.核密度制圖

常用的點密度計算方法有樣方密度法、基于V圖的密度法和核密度法，前兩類方法的實現(xiàn)過程中會產(chǎn)生兩個問題：一是單元空間內(nèi)的密度是一致的，無法看出其內(nèi)部不同位置處點聚焦強度的差異；二是單元連接處的密度變化突兀，忽略了空間現(xiàn)象發(fā)生的連續(xù)性。本文選取的核密度值是隨中心輻射距離的增大逐漸變小，以一種光滑曲面的形式漸進式傳輸中心強度，密度變化是連續(xù)的，考慮了設(shè)施點對它周圍位置服務影響的距離衰減作用。因此在實際應用中核密度法更適合于對諸如城市設(shè)施服務影響、交通路段風險評估等連續(xù)性地理現(xiàn)象的密度估計。核密度方法的計算方程可以表示為：

(1)

(2)

(1)(2)式中，f(s)為空間位置s處的核密度計算函數(shù)；h為距離衰減閾值；n為與位置s的距離小于或等于h的要素點數(shù)；k函數(shù)則表示空間權(quán)重函數(shù)。(2)式為空間權(quán)重函數(shù)。這一方程的幾何意義為密度值在每個核心要素ci處最大，并且在遠離ci過程中不斷降低，直至與核心ci的距離達到閾值h時核密度值降為0。核密度函數(shù)中存在兩個關(guān)鍵參量，即空間權(quán)重函數(shù)k與距離衰減閾值h。

2.空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)是指一些變量在同一個分布區(qū)內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)之間潛在的相互依賴性?？臻g自相關(guān)分析定量的能夠反映一個觀測對其周圍觀測的影響程度。當需要反映屬性值在整個區(qū)域的空間分布狀態(tài)是隨機、離散還是聚集時，通常采用全局空間自相關(guān)的度量指標。文章通過ArcGIS工具箱中的空間相關(guān)工具實現(xiàn)分析過程。Global Moran＇s I取值范圍為[-1，1]。根據(jù)相關(guān)程度，可分為空間正相關(guān)性和空間負相關(guān)性兩種情況。當?shù)乩憩F(xiàn)象的屬性值趨向于高值或低值的集聚分布時，會呈現(xiàn)出一種空間正相關(guān)性；而當屬性值趨向于高低錯落分布時，會呈現(xiàn)出一種空間負相關(guān)性。本文采用 Moran's I 統(tǒng)計量作為鄭州市羽毛球場分布狀況空間自相關(guān)的量化指標[9]，分析鄭州市縣域羽毛球場的空間聚集程度，據(jù)此判斷縣域中羽毛球場的空間位置，分析其空間分布特征以及相關(guān)影響因素，評估縣域范圍內(nèi)的中小學生乒乓球運動狀況。全局空間自相關(guān) Moran's I 指數(shù)的計算方法如公式(3)所示：

(3)

三、分析結(jié)果

(一)鄭州市羽毛球館近年來發(fā)展沿革

圖2-b可知鄭州市所有球場的分布與各縣級行政區(qū)的中心地緊鄰。鄭州市以羽毛球為例的球類運動場地的分布呈現(xiàn)出明顯的“以CBD為中心大集中，以各縣級城區(qū)中心為小聚集”的特點；高等教院校集中地也存在球類運動場地的集中分布；此外存在個別點零散分布，但數(shù)量較少。

圖3-a 鄭州市羽毛球場核密度分析

圖3-b 鄭州市所有球類球場分布核密度分析

核密度分析為ArcGIS空間分析工具下的密度分析工具，該工具用于計算要素在其周圍鄰域中的密度。使用核函數(shù)或折線要素計算每單位面積的量值以將各個點或折線擬合為光滑的錐狀表面。圖3-a為鄭州市羽毛球場的核密度分析結(jié)果，僅在CBD附近形成了連片平滑錐狀表面。峰值出現(xiàn)在中原區(qū)與二七區(qū)靠近CBD的臨界線上，次峰值出現(xiàn)在金水區(qū)與管城區(qū)分界線上，廣大白色區(qū)域即為低值區(qū)。鞏義市、新密市、新鄭市、上街區(qū)、滎陽市、中牟縣則出現(xiàn)明顯的“孤峰”，登封市全為白色區(qū)域。圖3-b為鄭州市所有球場的核密度分析結(jié)果，從圖中可以看出，鄭州市的羽毛球場分布僅在五個市轄區(qū)，即金水區(qū)、惠濟區(qū)、中原區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)形成了連續(xù)的錐狀表面，峰值集中出現(xiàn)在金水區(qū)、惠濟區(qū)、中原區(qū)三區(qū)交匯地帶，且中原區(qū)與金水區(qū)分別以大學城為核心出現(xiàn)了次峰值。廣大白色區(qū)域即為低值區(qū)。綜合分析圖3-a和圖3-b，發(fā)現(xiàn)了一些明顯的共性，即CBD的周圍出現(xiàn)連片峰值，各縣級行政中心出現(xiàn)“孤峰”，廣大非城鎮(zhèn)地區(qū)出現(xiàn)低值。核密度分析結(jié)果與圖2(a-b)。綜合以上圖2和圖3的讀圖分析，鄭州市羽毛球場分布存在以下特征：①大片集中分布于CBD周圍；②小片出現(xiàn)在各個縣級行政中心主城區(qū)；③非縣級及以上行政單位基本沒有羽毛球場出現(xiàn)；④主城區(qū)CBD以外，高校集中區(qū)域也有集中分布。

(二)鄭州市羽毛球場空間分布特征影響因素分析

根據(jù)以上分析，文章對鄭州市羽毛球場的空間分布特征做出以下假設(shè)：主要影響因子有城市等級、經(jīng)濟發(fā)展水平、常住人口數(shù)、體育文化環(huán)境等。第一、鄭州市羽毛球場的分布與縣級單位與CBD的距離有關(guān)。第二、鄭州市羽毛球場的分布與各縣級單位高校(這里包括了鄭州市25所本科院校與33所?？茖W校共58所)的分布有一定關(guān)系。第三、鄭州市羽毛球場的分布現(xiàn)狀與目前鄭州市各縣級單位的人口數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)展狀況的實際不相符。并在合理選取評價因子的基礎(chǔ)上對假設(shè)做了證明。

將12個縣級單位按照距離CBD遠近的準則劃分為了三個等級。第一類包括中原區(qū)、金水區(qū)、二七區(qū)、管城區(qū)、惠濟區(qū)，這五個市轄區(qū)的交界處即為CBD，所以相當于各站市中心的一部分，距離最近，故而劃分為第一等級。第二等級包括中牟縣、滎陽市、新密市、新鄭市，它們是與第一等級的各個縣級單位有共同邊界的縣或縣級市。分為第三等級的是上街區(qū)、鞏義市、登封市，它們距離市中心最遠，只與第二等級的各個縣或縣級市有共同邊界。隨后，通過IBM-spss將12個縣級單位的等級與12個縣級單位各自的羽毛球場數(shù)量進行了相關(guān)性分析，得出分析結(jié)果如下：縣級單位與離市中心的距離與該縣級單位的羽毛球場數(shù)量明顯相關(guān)，且相關(guān)性強度為0.726。同樣的，各縣級單位的羽毛球場數(shù)量與高校數(shù)量有顯著的相關(guān)性，相關(guān)強度為0.689，并且此結(jié)論不成立的概率小于5%。即各縣級單位與CBD的距離和高校數(shù)量是影響鄭州市羽毛球場分布的兩個重要因素兩點。

此外，其中表中第三行的相關(guān)系數(shù)為0.252，為弱相關(guān)，且顯著性為0.429，大于通常設(shè)定的0.05。第四行的相關(guān)系數(shù)為0.521，看似大于0.5為強相關(guān)，但是其顯著性性差異檢驗結(jié)果卻高大0.82，即這個相關(guān)性有82%的概率并不存在。這也就是說鄭州市各縣級行政單位的常住人口數(shù)、GDP指數(shù)與鄭州市各個縣級行政單位的羽毛球場數(shù)量不匹配，作者認為這體現(xiàn)出了鄭州市羽毛球場分布的不均衡性。

表 球場數(shù)量與其影響因子的相關(guān)性分析結(jié)果

四、結(jié)論與建議

根據(jù)POI點數(shù)據(jù)的可視化與核密度分析，得出鄭州市羽毛球場的分布存在四個特征：①大片集中分布于CBD周圍；②小片出現(xiàn)在各個縣級行政中心主城區(qū)；③非縣級及以上行政單位基本沒有羽毛球場出現(xiàn)；④主城區(qū)CBD以外，高校集中區(qū)域也有集中分布。又根據(jù)第五部分的實證分析，我們發(fā)現(xiàn)鄭州市的羽毛球場分布是與距CBD距離、各區(qū)高校數(shù)量存在相關(guān)性，但這種分布特征與各區(qū)的常住人口數(shù)量、GDP指數(shù)不相對應，反映出鄭州市羽毛球場分布的不均衡性。由于在廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)與農(nóng)村地區(qū)，類似羽毛球場地的體育設(shè)施很難像市中心那樣吸引此類設(shè)施的經(jīng)營者區(qū)投資，這些地區(qū)又非常缺乏此類體育設(shè)施，這個現(xiàn)象不符合我國目前鄉(xiāng)村振興的實踐要求，故而建議適當增加鄉(xiāng)鎮(zhèn)與農(nóng)村地區(qū)體育基礎(chǔ)設(shè)施的投入，協(xié)調(diào)城市地區(qū)公共體育設(shè)施的投入。