基于POI的街道類型精細化識別和分布特征研究
——以福州主城區為例

張家瑜，袁 陽，周夢涵，楊 釔，朱里瑩

(福建農林大學 園林學院，福建 福州 350002)

中國城鎮化快速發展帶來了資源緊缺、空氣污染、交通擁堵等城市病，亟需推進精細化、智能化、實時化的城市體檢，查找城市建設的短板并提出相應整治措施[1].城市體檢能夠及時發現并改善城市問題、提高城市精細化治理能力和人居環境品質.與強調車輛和行人交通功能的道路不同，街道更注重道路及兩側建筑的空間界面和功能活動，體現著城市獨特的歷史風貌與人文風情，也反映了城市空間的使用狀況[2].不同街道在發展定位、土地使用、服務設施配置等方面存在差異性，因此對街道進行精細化分類，不僅能提高對城市空間的認知，而且能對不同街區提出差異化維護策略[3-4]，是從街道層級進行高質量城市體檢必不可少的環節.實現城市街道類型精細化識別需要科學高效的方法，既能從街區層級及時全面地評估城市發展狀況，提高城市體檢評估的有效性，也能綜合客觀地引導街道微觀層面決策，完善城市空間治理.

傳統街道類型劃分以交通功能為主導，20世紀60年代布坎南從街道機動化和可達性角度提出道路蜂窩布局概念，隨后美國將道路分為主干路、次干路、集散路、地方性道路[5]，并影響了北美、歐洲等城市道路分類；日本依據區域地形、交通量、車速等指標劃分街道[6]；近年來，自動駕駛作為新興交通工具也被考慮到街道分類中[7].隨著人們對城市空間功能的認知與多樣性需求不斷增加，以交通為主的街道分類逐漸暴露出其忽略了城市場所功能和街道社會價值的問題，各國學者開始探索更加合理的街道分類方法.彼得·瓊斯等提出基于街道鏈路-空間的二維分類法，利用街道空間功能和場所特性探索街道分類矩陣[8]；美國部分州在街道設計中考慮土地利用和街道使用方式[5]；Liu等[9]從街道場所活力、機動化和綠色交通三個維度探索街道分類；葉慧[10]根據街道位置和使用功能將街道分為交通性、生活性、現代商業步行街、傳統地域文化街及濱水景觀街5類.雖然方式各異，但均將周邊用地和空間功能作為街道類型識別的主要依據.然而，由于受到數據獲取范圍和時效性的限制，現有街道識別方式對人為統計依賴性高，不但需要大量時間、人力成本的投入，還無法滿足大規模精細化識別街道類型的需求，導致現有城市街道分類仍然相對粗略.

近年來POI的興起為城市街道研究帶來了新的視角，因其時效性、可操作性等優勢而受到了廣泛應用[11].通過分析POI的分布密度，研究街道空間便利性[12]和分布特征，能實現城市大規?？臻g測度評價；結合面積等因子對POI賦值可識別與評價城市功能區[13]和居住環境[14]，有利于城市空間更新和治理；疊加機器算法完成城市空間動態變化監測[15]和用地自動識別[16]，可方便快捷實現城市勘查工作.但是，目前關于POI在城市領域的研究仍多集中于功能區、空間格局等宏觀尺度[13]，未能充分發揮POI點狀數據的精度和時效性優勢，若能將POI的特性拓展至城市街道這一線性微觀尺度，將大大提高街道類型劃分的精細化程度.基于此，本文探索了利用POI數據精細化識別城市街道的方法，對POI權重賦值后完成街道緩沖區分類，由此實現街道類型的精細化識別.為街道視角下進行城市體檢提供了新的思路；也深化了POI數據在城市街道尺度方面的應用.

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區域概況

福州是福建省省會、國家歷史文化名城、濱江濱海生態園林城市，也是全國首批城市體檢試點之一.本文以福州市主城區為研究范圍，包含晉安區部分區域、臺江區、鼓樓區、倉山區，東西長18.5 km，南北寬24.9 km，面積約398 km2(圖1).該區域位于福州城市中心，有完善的交通體系和道路系統，因此對其開展街道分類研究較有意義.

圖1 研究區域

1.2 數據來源及處理

1.2.1 POI數據

本文于2021年1月從高德地圖獲取福州市主城區POI數據共123 818條，每條數據由經度、緯度、名稱、具體地址、行政區劃、類型6個屬性組成.由于原始POI種類繁多且存在數據交叉重復等問題，依據《城市用地分類與規劃建設用地標準(GB50137-2011)》[17]、《POI的分類標準研究》[18]對POI進行重分類；剔除在城市中影響范圍和關注人群相對較少的類型如報刊、電話亭等，及商業街等無法用點數據表示的類型.最終梳理成6大類、15中類、28小類共102 817條POI數據(表1).

表1 POI重分類及公眾認知度

1.2.2 城市形態數據

為減少利用POI識別地塊屬性時由于缺乏空間實體的考量或忽略城市建筑與用地間關聯性而導致的識別結果誤差[16]，本文引入了能反映城市三維實體空間信息的城市形態數據，于2020年12月從開源地圖分別爬取建筑形態數據(包含高度、地理位置、面積等屬性)、路網數據(包含道路名稱、長度等屬性)和綠地分布數據，3種數據在空間疊加形成城市形態數據.為避免坐標偏差引起的數據誤差，本文統一采用WGS_1984坐標系.

2 研究方法

2.1 POI點數據的空間化處理

本文先通過GIS空間連接法建立POI點數據與城市形態數據的空間關系，賦予POI以空間實體屬性，以此完成POI的空間化處理.由于POI與城市形態數據的來源差異導致了兩種數據存在輕微錯位現象(圖2)，在連接前需用膨脹法進行糾偏[16]，在考慮本文數據偏差情況后將形態數據邊界延展定為20 m，并刪除空間化處理后無空間實體信息的POI數據.

圖2 POI與城市形態數據空間錯位

2.2 POI點數據的權重賦值

由于不同類型POI代表的實體對象在面積和影響范圍方面的差異較為顯著，因此，本文引入面積屬性和公眾認知度作為POI賦值的2個影響因子對POI重新賦值，以極值標準差確定因子分值，根據李強等[19]提出的方法按5∶5分配因子權重，完成POI數據的權重賦值.

2.2.1 面積屬性賦值

目前，大多數學者根據行業平均面積確定各類POI面積屬性，雖然精確了不同類型POI的實體面積，但每類POI內部仍存在較大面積差異，如同屬餐飲業類的奶茶店和大酒樓.本文將POI數據空間化處理后，即可得到每個POI對應空間實體的精確面積，并對少量偏差較大的數值按照行業平均面積重新賦值.采用極值標準差計算面積分值時，由于本文99.48%的POI面積小于10 000 m2，故設置10 000 m2為極大值，大于10 000 m2的面積分值定為1.

2.2.2 公眾認知度賦值

不同類型POI的影響范圍和人群不同，造成了POI公眾認知程度的差異，而通過廣泛的調查能夠了解公眾對各類POI的認知狀況[20].本文通過問卷的方式請受調查者對各類POI是否符合城市標志物特征作出判斷，依據李克特5級量表法，1分為不符合，5分為很符合.共發放問卷230份，收回有效問卷218份，有效率達94.78%，信度0.919，效度0.914，表明問卷數據真實可信，受調查者性別比例適中，其中有89%的公眾日常居住地為城市或城鎮.對數據極值標準差處理后得到各類POI的公眾認知度(表1).與以往有關POI公眾認知度的研究對比發現，居住區類型的認知度有所提升，由于近年來房地產產業的快速興起及公眾對社區生活圈的關注顯著提升，因此作為承載居民主要生活場所的居住區認知度也明顯提高.

2.3 地塊屬性定量識別

在識別城市地塊屬性時，不同空間單元的選取會導致差異化的識別結果 目前，常見的空間單元劃分方式有路網和漁網2種，路網劃分極易引起地塊分布不均勻，不適用于街道尺度精細化劃分的要求.為提高地塊屬性識別的精確性，本文采用100 m×100 m小尺度劃分漁網，將水域空間取出后共得37 396個漁網網格.對每個網格內不同類型的POI進行分類加權匯總(公式1)，統計各類POI權重總分數并計算占比(公式2)，從而識別出不同地塊屬性.

(1)

(2)

式中：Nk表示第i類中第k個POI的權重分數；Fi表示該網格內第i類POI的權重總分數；Di表示該網格內第i類POI分數和所有POI權重總分數占比.若網格中某類型分值占比超過50%，或某類型占比超過45%且其他類型占比均小于20%，則識別為某個功能為主的單一功能地塊；其他則識別為綜合功能地塊.

2.4 城市街道類型的識別方法

同一街道在經過不同城市功能片區時，街道類型也會發生變化.因此，為減少誤差，本文以交叉路口為分界將街道切分為不同街段，共計3 590個.參考龍瀛[21]的方法，以街道100 m緩沖區域為界，提取落到街道緩沖區內的地塊屬性及面積，計算不同類型地塊在街道緩沖區內的面積占比(計算方法同式(2))，再識別出緩沖區類型(具體流程同2.3)，最后將緩沖區類型賦值給對應街道，以此完成街道類型的精細化識別.

3 結果分析

3.1 城市地塊屬性識別

依據上文將福州主城區的地塊屬性識別為居住功能地塊、公共管理與服務功能地塊、商業服務功能地塊、工業功能地塊、交通功能地塊、綠地功能地塊、綜合功能地塊7類(圖3).其中，晉安區北部和倉山區東南部的數據缺乏，因此，識別結果較少，刪除空值單元后，獲得有數值的網格共25 108個.由于考慮了POI數據的空間實體信息，且采用了100 m×100 m的小尺度漁網劃分方式，相比以路網為單位劃分的城市用地性質，地塊屬性識別的精細度有效提升，能有效識別地塊的功能主體及其功能的單一性和綜合性.本文主要研究街道類型識別，故在地塊屬性識別結果部分不過多討論.

圖3 福州主城區地塊屬性識別結果

3.2 街道類型的識別與空間分布特征

3.2.1 街道類型總體識別與分布特征

參考《上海市街道設計導則》[22]及街道緩沖區識別結果，綜合考慮街道沿線活動功能、空間特征等因素，將福州主城區的街道劃分為5類單一性街道和2類綜合性街道(圖4)，單一性街道包括生活性、商業性、工業性、景觀休閑性、交通性街道，綜合性街道包括商住綜合性、其他綜合性街道(未知性街道不納入分類結果).其中，由于居住性街道和公共管理與服務性街道均以服務城市居民的日常生活為主，因此，合并為生活性街道[22]；而在綜合性街道中商住綜合性街道(即商業地塊和居住地塊面積占比之和超過80%的街道)占比高達1/3，故將其單獨劃分為一種類型.通過將功能相似或特征突出的街道類型精簡提煉，有助于后續更精確地分析其分布特征.此外，還有少量緩沖區范圍內無明確地塊屬性的街道被識別未知性街道，但僅占比1.80%，對整體結果無明顯影響，因此，不納入分類結果.

圖4 福州主城區街道類型識別結果

分析可知，福州市主城區以單一性街道為主，其中，商業性街道占比最多(46.10%)，工業性街道占比最少(0.71%)，這與福州三次產業占比及工業集約化發展的形式有關.不同單一性街道分布特征各異，綜合性街道則主要依附于單一性街道布局，且多分布于單一性街道中生活性和商業性街道的過渡區域，呈“均勻依附式”布局.

3.2.2 大分散、小集聚的生活性街道

福州主城區生活性街道呈現大分散、小集聚的分布(占比13.04%).該類型沿線以居住地塊和公共管理與服務地塊為主，是居民日常生活的延伸空間.其在全城各處均有分布，其中，倉山區西部金山公園周邊和晉安區北部是生活性街道集聚區域，對比電子地圖發現該區域集中分布了各類居住區及中小學.生活性街道集聚區通常是人口高密度區域，在規劃時應著重考慮居民對城市多樣空間發展的需求.

3.2.3 內集聚、外輻射的商業性街道

福州商業性街道呈現出內集聚、外輻射的分布特征(占比46.10%).由于街道兩側的臨街商鋪是城市常見的商業形態，加之第三產業在福州三次產業中占比達53%，因此，商業性街道占比較多.該類型集聚區域與福州各商圈分布總體一致，呈現出越往城市中心分布越多、并逐漸向外擴散的特性，如東街口、萬寶商圈等眾多商圈均分布在城市中心區域.但在福州歷史城區如上下杭歷史文化街區中商業性街道占比仍然較多，不利于塑造福州歷史文化名城的形象.

3.2.4 顯著區域集聚的其他單一性街道

在分布上呈現顯著區域集聚的福州主城區街道包括交通性街道、工業性街道、景觀休閑性街道3類.交通性街道在福州各車站及倉山區東南部邊緣處呈現明顯集聚分布(占比7.04%).火車站、汽車站周邊交通性街道除承擔城市車輛通行、集散人流車流功能外，也是外來旅客認知福州城市形象的重要空間；而倉山東南部邊緣處路網稀疏且數據量較少，和電子地圖對比后發現該區域有大量未完全開發地塊，識別結果可能與實際情況有一定差異.

工業性街道在識別結果中占比較少(0.71%)，在倉山西部、鼓樓區東北部、晉安區金雞山公園南部呈現明顯集聚特征.和電子地圖對比發現以上區域主要為倉山區金山工業區、浦上園區，鼓樓區福州軟件園以及晉安區鼎新創意園等各工業集中區，工業集約型發展的特點決定了該類型街道主要以區域集聚形式出現.工業性街道使用人群多為企業職工，若街道工業氛圍濃厚且空間功能過于單一，不利于職工日常情緒放松甚至影響工作效率.

景觀休閑性街道在福州各公園綠地周邊以及閩江兩岸有明顯集聚特征(占比14.68%).在閩江北港兩側和南港東部有多條濱水景觀休閑性街道，發揚了福州依山傍水的地理優勢；但晉安區東北部和倉山區東南部該類型街道分布較少，可考慮提升該區域街道綠化.從整體來看，福州主城區每隔一定間距就有景觀休閑性街道分布，說明在地理空間層面可以滿足城市居民對綠地公平性的需求，塑造福州生態園林城市形象.

3.2.5 均勻依附式的綜合性街道

綜合性街道包括商住綜合性街道(占比5.30%)與其他綜合性街道(占比11.33%)，空間分布均勻依附于各類單一性街道，且位于多種單一性街道相交區域.商住綜合性街道在鼓樓區烏山西路周邊和臺江區白馬河兩側分布最多，是生活性街道和商業性街道的過渡區域；其他綜合性街道在倉山區中部分布密集，該區域有萬達商圈、榕城廣場、倉山區政府等多種不同性質的建筑.綜合性街道周邊地塊功能混雜程度高，有利于促進街區多種功能復合，形成活躍的街區空間.

4 結論

街道類型對城市空間規劃有重要影響，從街道層級視角下認知城市空間、開展高質量的城市體檢要求實現街道類型精細化識別.本文以POI點數據為依據，結合周邊地塊屬性，將其空間信息拓展至福州主城區線性街道空間，以此識別街道類型并分析空間分布特征.主要結論如下：

(1)應用多源數據認知街道，有助于實現城市空間精細化管理.基于POI點數據精細化識別城市線性空間類型的方法，可以從街道尺度更好地認知城市空間并進行精細化體檢.因此，可繼續挖掘POI在內的多源數據，融合其他指標進行更精細的街道分類，并結合識別結果進行深入研究，如探討不同類型街道的空間設計模式、街道要素構成特征等，為城市空間精細化管理提供更多參考；

(2)引入多元多樣空間體驗，可有效提升城市街道活力.福州主城區街道類型總體分布以單一性街道為主，但單一性街道過多會造成街道功能復合性差、缺乏空間多樣體驗等問題，需要引入多元多樣空間體驗，打破單一功能的枯燥感.如將相鄰街區功能聯動，或在同一街道增設不同功能的沿街出入口；也可將各街道與周邊綠地結合形成街邊廣場，增加行人駐留的可能性.通過豐富空間體驗，滿足居民對城市空間多樣性的需求，有效提升城市街道活力；

(3)發揮街道意象感知優勢，有利于打造城市個性化品牌形象.福州主城區交通性街道、工業性街道、景觀休閑性街道均有顯著集聚特征，能充分發揮街道意象感知優勢.如景觀休閑性街道有利于集中展示城市自然山水，因此，可以通過水系、地形塑造自然的線性街道空間，打造福州濱江濱水生態園林城市形象.在城市空間規劃時應充分發揮街道意象的感知優勢，打造城市個性化品牌形象.