基于POI的昆明市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)特征分析

張一丁，金寶軒，宋煒煒

(1.昆明理工大學(xué)國土資源與工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2.云南省自然資源廳，云南 昆明 650224)

1 引 言

經(jīng)濟(jì)的增長推動(dòng)著我國城市商業(yè)空間規(guī)模的迅速擴(kuò)大，在原有空間格局的基礎(chǔ)上向外擴(kuò)展，并在不同的區(qū)域形成不同級(jí)別的聚集核心，促使城市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)在原有基礎(chǔ)上演變成為多元、復(fù)雜的城市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)[1]。對(duì)城市商業(yè)空間的組成結(jié)構(gòu)及其層次關(guān)系進(jìn)行科學(xué)的分析和評(píng)估，可以在支持城市活動(dòng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)及城市總體規(guī)劃方面提出科學(xué)化建議。我國自然資源管理組織機(jī)構(gòu)調(diào)整后的新空間規(guī)劃類型，對(duì)國土空間規(guī)劃中應(yīng)用的技術(shù)、方法等提出了新的挑戰(zhàn)[2]，目前對(duì)于國土空間規(guī)劃方法的研究主要集中在對(duì)國土空間承載力評(píng)價(jià)和國土空間適宜性評(píng)價(jià)方面，現(xiàn)有研究主要基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析、空間分析等方法。傳統(tǒng)的空間規(guī)劃理論，集中在單一因素的研究與控制領(lǐng)域，技術(shù)手段多應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方式，在針對(duì)人類活動(dòng)對(duì)城市發(fā)展的影響方面的研究尚不多見。

本文通過集成各類POI數(shù)據(jù)，分析其分布特征及互動(dòng)影響關(guān)系，能對(duì)規(guī)劃區(qū)實(shí)況的變化規(guī)律進(jìn)行科學(xué)模擬和分析。應(yīng)用科學(xué)的分析方法，基于城市POI數(shù)據(jù)對(duì)城市商業(yè)空間組成結(jié)構(gòu)、城市商業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及城市化程度進(jìn)行演化分析[3]，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市發(fā)展現(xiàn)狀、城市化程度等信息的全面掌握[4]。因此本文重點(diǎn)探討新時(shí)代國土空間規(guī)劃如何應(yīng)用各類POI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析，判定研究區(qū)商業(yè)發(fā)展規(guī)模及發(fā)展程度，將研究結(jié)果應(yīng)用于支撐國土空間規(guī)劃過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)決策，科學(xué)規(guī)劃。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

本文選擇昆明市作為研究區(qū)，昆明市是云南省的省會(huì)，西南地區(qū)的中心城市之一。位于云南省中部地區(qū)，東經(jīng)102°10′～103°40′，北緯24°23′～26°22′。東西最大橫距140千米，南北最大縱距 220 km，昆明市下轄7區(qū)、3縣、3自治縣、1市：盤龍區(qū)、五華區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)、晉寧區(qū)、東川區(qū)、安寧市、富民縣、嵩明縣、宜良縣、尋甸回族彝族自治縣、石林彝族自治縣、祿勸彝族苗族自治縣。昆明地理位置屬北緯亞熱帶，然而境內(nèi)大多數(shù)地區(qū)夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，具有典型的溫帶氣候特點(diǎn)，素以“春城”而享譽(yù)中外。

截至2018年，全市下轄7個(gè)區(qū)、3個(gè)縣、代管1個(gè)縣級(jí)市和3個(gè)自治縣，總面積 21 473 km2，常住人口685.0萬人，城鎮(zhèn)人口499.02萬人，城鎮(zhèn)化率72.85%，常住外來人口達(dá)219萬人。昆明市2018年地區(qū)生產(chǎn)總值為5 206.89億元，占云南省GDP總量的29.12%；GDP增速8.4%。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究過程中用到的數(shù)據(jù)主要來源于：

昆明市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒：包含了昆明市各轄區(qū)行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)(http：//www.resdc.cn/)、昆明市各區(qū)縣GDP數(shù)據(jù)；昆明市各區(qū)縣行政區(qū)；昆明市POI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表1)。

基于Python編程及ArcGIS 10.6軟件，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；根據(jù)餐飲、酒店、商場、寫字樓及銀行等五大類業(yè)態(tài)為基礎(chǔ)，研究不同類型的商業(yè)活動(dòng)在昆明市的主要聚集方式及存在區(qū)位，總結(jié)昆明市商業(yè)空間集聚模式及商業(yè)空間結(jié)構(gòu)特征的形成機(jī)制。

昆明市不同類型POI統(tǒng)計(jì)結(jié)果 表1

3 研究方法

3.1 基于K-means均值聚類的多中心分析

K-means均值聚類分析[5～8]，在分類評(píng)定、等級(jí)判斷方面的分析中具有廣泛應(yīng)用，本文研究過程中基于Python語言編程實(shí)現(xiàn)K均值聚類分析算法，對(duì)研究區(qū)的各種POI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分類，可以對(duì)POI數(shù)據(jù)樣本分布進(jìn)行直觀分析，有助于對(duì)昆明市現(xiàn)有發(fā)展規(guī)模、聚集程度、發(fā)展規(guī)律進(jìn)行科學(xué)的分析和判斷。

對(duì)于特定的數(shù)據(jù)集，基于研究目的確定K的類型數(shù)量，聚類分析的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(1)

式中：si為每一個(gè)聚類類型，xj為向量，μi為分類si的平均值。

3.2 基于POI點(diǎn)集的核密度分析

核密度分析法(kernel density estimation，KDE)[9～10]是點(diǎn)位數(shù)據(jù)空間分析中運(yùn)用較為廣泛的方法。該計(jì)算方法以某一特定點(diǎn)位為中心，該點(diǎn)密度估計(jì)值最高，隨著向外距離的增大而不斷衰減降低，當(dāng)距離中心達(dá)到某一范圍時(shí)密度為0。對(duì)所有點(diǎn)位進(jìn)行計(jì)算，相同位置處進(jìn)行疊加，得到最終核密度分布圖，并反映空間位置的差異，計(jì)算式為：

(2)

4 結(jié)果及分析

4.1 基于POI數(shù)據(jù)疊加分析的昆明市商業(yè)分布現(xiàn)狀分析

根據(jù)研究區(qū)POI數(shù)據(jù)疊加分析[12～13]的結(jié)果，昆明市各類POI呈現(xiàn)出明顯的聚類分布，聚類中心處POI密度大，隨著與聚類中心距離的增大，POI聚集程度逐漸降低，呈分散狀，基于多種類型的POI的分布形式，能準(zhǔn)確分析出昆明市目前商業(yè)發(fā)展的空間分布規(guī)律，研究結(jié)果表明(圖1)，昆明市目前發(fā)展的核心仍然主要集中在幾個(gè)主城區(qū)，整體上出現(xiàn)商業(yè)發(fā)展不平衡的態(tài)勢，沒有出現(xiàn)明顯的多商業(yè)中心共同發(fā)展的分布模式。

圖1 各類POI分布圖

從疊加結(jié)果中可以看出，雖然各類POI高度聚集在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)以及西山區(qū)相互交界的地段，但是在各自區(qū)域范圍內(nèi)卻沒有很好地形成聚集，在昆明市其他區(qū)域沒有形成明顯的聚集形式。①在餐飲業(yè)方面總體上分布較為均勻，除了在祿勸和東川沒有形成高度聚集外，其他區(qū)域均呈現(xiàn)出高度的聚集性。由此反映出昆明市餐飲行業(yè)的發(fā)展雖然在局部區(qū)域發(fā)展不平衡，但總體上呈現(xiàn)明顯的聚集特征。②在商場的建設(shè)方面，則高度聚集在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)以及西山區(qū)相互交界的地段，作為昆明市的主要城區(qū)，各大商場的聚集程度明顯高于其他區(qū)域，而且有向外擴(kuò)展的趨勢，由此可以看出昆明市是一個(gè)單一中心的城市，由內(nèi)向外擴(kuò)展發(fā)展。③在酒店行業(yè)方面，雖高度聚集在幾個(gè)主城區(qū)，但在其他區(qū)域也形成了程度不等的聚集中心，由此可見昆明市酒店行業(yè)除了在主城區(qū)高度發(fā)展以外，在其他城區(qū)也是均衡發(fā)展。④從圖1中可以看出寫字樓的分布高度集中在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)。在其他區(qū)域雖然分布零散，但在各自區(qū)域內(nèi)也形成了明顯的聚集性。說明寫字樓作為辦公點(diǎn)，往往被選擇安置在一個(gè)相對(duì)集中的區(qū)域，便于信息的發(fā)布和交流。⑤相對(duì)于其他幾類行業(yè)，銀行的分布特征更具有平衡性，雖然高度聚集在五個(gè)主要城區(qū)的交界處，但在其他區(qū)域也呈現(xiàn)出了均勻分布的特點(diǎn)，說明銀行作為其他產(chǎn)業(yè)的支撐產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展要比其他行業(yè)速度更快，更能體現(xiàn)出城市發(fā)展的規(guī)劃性和戰(zhàn)略性?？傮w來說各類POI既有自身的分布特色，也在整體上體現(xiàn)出規(guī)律性，這種規(guī)律正好提供了分析和判斷的可能，從POI聚集形式上分析，各類POI在各區(qū)的聚集程度，能夠明顯地反映出各區(qū)之間發(fā)展的不平衡性。從圖3能明顯地反映出昆明市各區(qū)域之間的相互聯(lián)系性，在聚集程度較高的區(qū)域發(fā)展程度高，金融聯(lián)系性強(qiáng)；在聚集程度較低的區(qū)域發(fā)展程度低，金融聯(lián)系性弱。

4.2 基于K-Means聚類的POI數(shù)據(jù)分析

由于POI數(shù)據(jù)疊加分析僅能在空間分布方面做出直觀的展示，而數(shù)據(jù)點(diǎn)本身之間的內(nèi)在聯(lián)系性卻得不到充分的展示，在發(fā)現(xiàn)空間內(nèi)置聯(lián)系性方面存在不足[14～16]。因此實(shí)驗(yàn)基于Python編程實(shí)現(xiàn)POI數(shù)據(jù)的K-Means聚類分析，以確定POI在分布上的聯(lián)系性，增強(qiáng)分析結(jié)果的可靠性。在POI疊加分析方面，能夠客觀地展現(xiàn)POI的分布以及POI的聚集特征，但是難以確定各個(gè)聚集區(qū)域的聯(lián)系性強(qiáng)弱，以及聚集中心對(duì)其輻射影響范圍的大小。K-Means聚類分析方法彌補(bǔ)了這一不足，基于K-Means聚類分析以及可視化分析結(jié)果，有助于判斷各聚集區(qū)的聯(lián)系強(qiáng)弱以及影響大小，基于本文的研究目的以及數(shù)據(jù)分布特征，將聚類類型K設(shè)置為7類[17～19]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(圖2)，各類型的POI數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不一致的聚類結(jié)果，各類型都具有獨(dú)立的聚集特性，表明各類型的商業(yè)業(yè)態(tài)，在不同區(qū)域有著不同的發(fā)展特色以及發(fā)展程度；雖然各類POI在各區(qū)域都有不同的聚集特性，但整體上依然表現(xiàn)出規(guī)律性，各類型POI的聚類中心依然出現(xiàn)在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)以及西山區(qū)相互的交界地段范圍附近，而且部分類型的POI聚類中心直接出現(xiàn)在交界處，結(jié)果表明，目前昆明市的高速發(fā)展雖然是以幾個(gè)主城區(qū)的交界處為主要方向進(jìn)行規(guī)劃，但依然可以看到各類型的聚類中心并沒有直接指向各區(qū)交界處，在其他區(qū)域同樣出現(xiàn)較多較弱的聚類點(diǎn)，這樣的現(xiàn)象表明目前昆明市的發(fā)展雖然以幾個(gè)區(qū)的交界為核心，但是有逐漸向外擴(kuò)展的趨勢，對(duì)于整體上的發(fā)展，這無疑是一個(gè)好的信號(hào)。一個(gè)核心，多個(gè)方向的發(fā)展模式適應(yīng)于目前昆明市發(fā)展的需要，也有助于在一個(gè)核心周圍形成許多小型的核心，基于微型推動(dòng)的發(fā)展戰(zhàn)略，在不久的將來，昆明市有望發(fā)展成為一個(gè)超級(jí)核心，多級(jí)小型核心的多層次、多功能型城市。

圖2 各類POI K-Means聚類分析圖

4.3 基于POI數(shù)據(jù)的核密度分析

核密度分析法[20～22]是判別事物聚集性，確定聯(lián)系性強(qiáng)弱的重要手段，對(duì)POI數(shù)據(jù)集進(jìn)行核密度分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，基于POI數(shù)據(jù)的核密度分析所得到的結(jié)果和預(yù)期保持高度一致，其中餐飲、商場、酒店、寫字樓、銀行等商業(yè)形態(tài)依然在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)以及西山區(qū)相互的交界地段范圍附近保持極高的聚集密度，而在其他區(qū)域卻沒有保持較高的聚集密度，由此可以說明，昆明市在當(dāng)前的發(fā)展規(guī)模下，商業(yè)中心依然聚集在幾個(gè)主城區(qū)的交界區(qū)域，雖有向外延伸的趨勢，但短時(shí)間內(nèi)商業(yè)中心不會(huì)發(fā)生太多的轉(zhuǎn)移。

由一個(gè)商業(yè)中心，逐層擴(kuò)張，向外延伸發(fā)展，形成多級(jí)商業(yè)空間結(jié)構(gòu)，是大多數(shù)城市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展模式，從圖3中體現(xiàn)的趨勢分析，昆明市目前正處于一個(gè)向外延伸、向外擴(kuò)張發(fā)展的階段。尚未形成全面、平衡的多層次、多中心的商業(yè)空間結(jié)構(gòu)。

圖3 各類POI核密度分析圖

5 討論

5.1 POI數(shù)據(jù)支持下的城市發(fā)展規(guī)模評(píng)估

本文基于POI數(shù)據(jù)，對(duì)昆明市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展程度進(jìn)行分析與判斷，借助POI數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地表達(dá)城市不同地區(qū)不同地理要素之間的相互影響關(guān)系及其聚集程度，能夠快速有效地識(shí)別城市商業(yè)空間結(jié)構(gòu)，劃分不同的功能區(qū)等等，基于位置的POI數(shù)據(jù)，為國土空間適宜性評(píng)價(jià)及分析提供了新的技術(shù)依賴，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法的不足；不足之處在于POI數(shù)據(jù)是三維實(shí)體的具體抽象，不具有大小屬性，在進(jìn)行分析的過程中需要借助一定的經(jīng)驗(yàn)分析，例如可以對(duì)點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，以此得到POI點(diǎn)集的服務(wù)輻射范圍或是點(diǎn)所代表三維實(shí)體的空間面積、體量、等級(jí)等信息[23]。本文側(cè)重從結(jié)構(gòu)、組成、規(guī)模等方面對(duì)昆明市的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)模進(jìn)行分析與判斷，在針對(duì)多時(shí)相分析方面依然有待加強(qiáng)，今后可以結(jié)合多源數(shù)據(jù)在空間聚類類型定權(quán)以及多層次多角度國土空間適宜性評(píng)價(jià)方面進(jìn)行深入的分析與研究。

5.2 POI數(shù)據(jù)支持下的城市規(guī)模評(píng)估的可靠性

POI數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體單元的點(diǎn)抽象，與現(xiàn)實(shí)實(shí)體之間存在一一對(duì)應(yīng)，是三維世界的客觀表達(dá)。應(yīng)用POI數(shù)據(jù)進(jìn)行與城市空間相關(guān)的研究與分析，具有客觀性，其研究和分析結(jié)果在一定程度上代表現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)變化，POI數(shù)據(jù)自身就具有全面、客觀的數(shù)據(jù)特征。本文基于昆明市POI數(shù)據(jù)，對(duì)昆明市現(xiàn)有的商業(yè)發(fā)展格局進(jìn)行分析和判斷，結(jié)果表明，各類型的POI數(shù)據(jù)都聚集在五華區(qū)、盤龍區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)以及西山區(qū)相互的交界地段及其附近范圍，在此區(qū)域具有高度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，各類型行業(yè)均在此區(qū)域聚集，形成昆明市的一個(gè)超級(jí)核心，并有向外繼續(xù)發(fā)展的趨勢。

POI數(shù)據(jù)的收集、整理及分析，完全基于客觀實(shí)體的統(tǒng)計(jì)記錄，是城市中各種商業(yè)業(yè)態(tài)存在的抽象表現(xiàn)，大量的POI記錄能夠客觀地反映城市業(yè)態(tài)的真實(shí)狀態(tài)，因此POI數(shù)據(jù)能很好地支持城市規(guī)模評(píng)估?；赑OI數(shù)據(jù)對(duì)城市規(guī)模評(píng)估，在實(shí)踐方面具有可行性，在理論方面具有科學(xué)性，在評(píng)估結(jié)果方面具有可靠性。

6 結(jié) 論

通過查詢分析昆明市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)(2015-2018)，昆明市地區(qū)生產(chǎn)總值逐年增長，約占云南省GDP總量的30%；GDP增速在8%以上。其中生產(chǎn)總值最高的是官渡區(qū)，同比增速約為8%；五華區(qū)和盤龍區(qū)位居第二和第三，增速分別約為5%和11%。從GDP增速方面來看，安寧市GDP增速約為25%，全市最高。從GDP總量方面來看，官渡區(qū)、五華區(qū)和盤龍區(qū)穩(wěn)居前三。

本文基于POI數(shù)據(jù)，利用疊加分析、點(diǎn)密度分析以及K-Means聚類等方法，根據(jù)POI數(shù)據(jù)在昆明的區(qū)域分布特征及聚集形式，對(duì)昆明市的商業(yè)發(fā)展規(guī)模及發(fā)展形態(tài)進(jìn)行分析與判斷，其研究結(jié)果表明：昆明市目前呈現(xiàn)出一個(gè)大型商業(yè)中心區(qū)，并不斷向外延伸，形成多級(jí)、多元的商業(yè)空間結(jié)構(gòu)。從一個(gè)高度發(fā)展的中心區(qū)域向外逐漸擴(kuò)展發(fā)展成為多層次，多級(jí)別的多功能型城市。其中與金融相關(guān)的行業(yè)，在一個(gè)超級(jí)核心范圍及其附近高度聚集，其他的以餐飲或休閑娛樂相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始逐漸向外發(fā)展。整體上，昆明市一個(gè)超級(jí)核心多個(gè)微型核心，多層次、多級(jí)別的城市商業(yè)空間格局已經(jīng)開始形成，核心區(qū)域的多功能特性已經(jīng)表現(xiàn)明顯，其他一些小型的聚集中心的發(fā)展程度有待強(qiáng)化，其多功能特性需要加強(qiáng)。

對(duì)比基于統(tǒng)計(jì)年鑒的GDP分析和基于POI數(shù)據(jù)的商業(yè)空間結(jié)構(gòu)分析，雖然表現(xiàn)的形式不同，但得出的結(jié)論在空間上保持高度一致?；赑OI數(shù)據(jù)的商業(yè)空間結(jié)構(gòu)分析，使分析對(duì)象更加具體，更加強(qiáng)調(diào)分析對(duì)象的時(shí)空性，強(qiáng)化各種商業(yè)業(yè)態(tài)之間的空間聯(lián)系性，得出的結(jié)論具體、客觀、可靠，是一種優(yōu)化的空間結(jié)構(gòu)分析途徑。