基于POI分布特征的成都市戶外休閑健身空間探索

胡 敏, 姜 峰, 陳 喬, 鄧雨佳

(1. 成都工業職業技術學院 建筑工程學院, 四川 成都 610213; 2. 長安大學 建筑學院, 陜西 西安 710064; 3. 四川農業大學 風景園林學院, 四川 成都611134)

“健康中國 2030”規劃綱要明確提出把健康城市和健康村鎮建設作為推進健康中國建設的重要抓手,保障與健康相關的公共設施用地需求,完善相關公共設施體系、布局和標準,把健康融入城鄉規劃、建設、治理的全過程,促進城市與人民健康協調發展[1].城市中的戶外休閑健身空間是加強居民參與休閑體育、增強人民身體健康、營造城市體育名片的關鍵環節.

隨著政府部門對此的關注和重視,學術界也對此開展了大量的相關研究.目前,國內在研究方法上,主要采用地理學、規劃學、數理統計學等方法對城市公園、綠道空間等方面進行研究[2-3];在研究對象上,針對不同性別、文化、年齡、民族等類別的居民進行研究[4-7];在研究尺度上,以全國為主要尺度,探討體育休閑健身產業的發展趨勢[8-10].目前,國外在綠道休閑運動場所的建設正朝著系統化、人性化、多樣化、特色化以及休閑體驗等趨勢發展[11];在研究上,更重視體育文化意識的發展[12],并善于開發合理的數學模型對休閑空間、健身空間進行實用性分析[13-14].盡管國內外各學者都認可休閑健身空間在城市化進程中對城市居民具有一定的健康價值,但存在研究尺度相對有限,研究范圍不具有特殊性等方面的情況.本文主要以市域為研究尺度,針對正在大力發展“公園城市”的成都市為范圍和對象,主要采用POI(point of intersesting)數據分析技術,其數據(非人員流調、訪談等其他類型數據)主要從互聯網平臺獲取.同時對戶外休閑健身空間進行界定,參考楊曉培等[6]提出的定義:城市健身休閑空間是有健身活動發生的用地空間的集合,既包括室內外健身活動場所及設施,也包括空地、道路、公園等不提供健身設施與服務的場地.篩選出具有典型戶外休閑健身空間特征的要素:“公園、城市廣場、公園廣場以及植物園”.運用空間點特征分析,從宏觀層面上對成都市現有戶外休閑健身空間分布特點以及與住宅區的關系進行分析,以期對成都市規劃建設“體育公園城市”和“世界賽事名城”[15]提供相應參考.

1 研究區與數據來源

1.1 研究區以成都市12個市轄區、3個縣、代管5個縣級市為研究區域,其總面積為14 335 km2,常住人口2 119.20 萬人,2021年末城鎮化率高達79.48%[16].成都市建設有世界城市最長綠道 1.69萬 km[17].公園城市已經成為成都市面向全球的重要城市名片,在公園、廣場等地方進行休閑健身活動已經成為成都市民休閑生活的重要組成部分.

1.2 數據來源與處理

1.2.1數據初始來源與分類 通過高德地圖開放API接口,筆者在2022年3月24日爬取了成都市20 455條POI數據,依據高德地圖POI分類編碼表的分類方式,選取了3 366條具有戶外休閑健身空間典型特征的公園、公園廣場、城市廣場以及植物園的POI數據.17 089條POI數據為成都市商務住宅行業大類下的住宅區數據(宿舍、社區中心、住宅區、住宅小區、別墅的基礎數據).

1.2.2數據篩選與處理 1) 戶外休閑健身空間POI數據篩選和處理.通過對已有的3 366條戶外休閑健身空間POI數據進行糾偏、篩選、去重和實地調研后,最終得出的1 324個POI數據(表1),并選取了POI的name、address、location、type所屬的信息進行分析和處理(圖1).

表1 成都市戶外休閑健身空間類型及比重

2) 成都市住宅區POI數據篩選和處理.通過對17 089條成都市住宅區POI數據進行糾偏、篩選、去重和實地調研后,得出15 981個POI數據,為后續研究休閑健身空間和住宅區關系作基礎數據準備.

2 數據處理與研究方法

2.1 研究方法

2.1.1NNI指數法 NNI(nearest neighbor indicator)指數法可以有效地量化點要素之間空間分布的集聚與離散程度[18].該研究通過測定各種類點空間最近距離的均值,確定其分布模式與特點.計算公式為

(1)

其中,Inn為NNI指數,nn為最近鄰的縮寫,dnn為觀測平均最近鄰距離;ran為隨機的縮寫,dran為空間隨機分布條件下的理論平均距離,min(dij)為點i到最近鄰點j的距離,n為樣本點數量,A為研究區面積.

當Inn<1,點空間趨于集聚;Inn=1,點要素呈隨機分布;Inn>1,點空間趨于離散.通過“Z檢驗”驗證研究結果的可靠性,若Z<-2.58,則該點模式在99%的置信區間屬于集聚模式.

2.1.2DBSCAN聚類算法 DBSCAN(density-based spatial clustering of application with noise)法是一種代表性的基于密度的聚類算法[19].可以通過它發現任意形狀的聚類.該算法需要EPS和MINPTS兩個參數的調節.EPS代表“ε-鄰域搜索"(ε-neighborhood search),這個參數用于確定領域的大小,是重要的區域范圍.MINPTS(minimum points),這個參數是確定研究對象是否為核心對象的重要參數,核心對象是指在研究對象EPS區域內,樣本的點數≥MINPTS.

DBSCAN算法將簇定義為:密度相連點的最大集合,能夠把具有足夠高密度的區域劃分為點簇,最終可表現為任意形狀的聚類.而在區域內樣本數

2.1.3核密度估計法 核密度估計(kernel density estimation)法是分析研究對象單元點的空間密度變化[21],能夠確定戶外休閑空間在研究區中的分布聚集情況,并采用Silverman的“經驗法則”根據點空間的數目和研究區域面積合理確定帶寬[22].對于數據x1,x2,…,xn,核密度估計的計算公式為

(2)

其中,xi表示戶外休閑健身空間i(i=1,2,…,n)的點位置坐標,n表示戶外休閑健身空間數量,h為核密度計算的搜索半徑,K表示核函數.

2.1.4鄰近性分析法 鄰近性分析法主要應用于研究中心主體與周圍一定距離的事物之間的關系[23].通過QGIS軟件,建立以戶外休閑健身空間點位為中心,住宅點空間圍繞其中的點線拓撲關系.統計出圍繞中心的住宅區點空間的數量和距離,并對其進行數理分析,最終研究出兩類型點空間的關系特征.

3 點空間特征與住宅區關系分析

3.1 點空間聚集特征

3.1.1總體軸線聚集于老城區和新城中心區,散布于其他區域 成都市戶外休閑健身空間總體上呈現為主城區密集,周邊城區呈點狀聚集的特征,觀測到平均距離為898.81 m,而預期的平均距離為1 895.90 m,兩者比值為Inn=0.47<1,點位數為1 324,Z值得分為-36.63,P值<0.01,總體空間分布類型為顯著聚集(表2).

表 2 成都市戶外休閑健身空間聚集性特征分析

3.1.2各類型休閑健身空間聚集特征差異明顯 公園和城市廣場點位數較多分別為569和675,Z值為-24.41和-25.03,都小于-2.58,通過99%的顯性檢驗,都呈現出顯著聚集的空間分布特征.公園和城市廣場的NNI指數和總體分布狀況相近,說明公園和城市廣場是成都市人民最重要的戶外休閑健身空間,也是人民需求量最大的戶外休閑健身空間.公園的NNI指數小于城市廣場的NNI指數,說明公園的聚集性比城市廣場的聚集性要大,這是成都市創建公園城市的有效成果,也是有別于其他城市的重要特點;城市廣場的點位數最多且聚集性也較大,這是成都作為新一線城市,其良好的經濟發展水平及濃厚的城市商業氛圍所造成的.

公園廣場和植物園點位數相對較少,分別為41和39,Z值都大于-2.58,但Inn<1.說明他們呈現出非顯著的聚集性空間分布特征.公園廣場和植物園NNI指數都趨近于1,趨向于隨機性,造成這樣的原因主要是點位數較少且兩者的建設具有一定的特殊性,植物園的建設需要相應的林業分類標準,公園廣場和公園界限不明確,且需要利用零散城市角落.根據計算結果說明公園廣場的建設和植物園的建設不夠充分,人們對兼具多功能并具有特殊要求的戶外休閑健身空間的需求尚不明確.

3.2 點空間聚集形狀運用DBSCAN聚類算法分析發現戶外休閑健身空間的各核心點簇區呈現出不規則形狀.聚集度最高、面積最大的點簇區其形狀具有典型的中心軸線,且軸線呈現出向南延展的特點;其他核心點簇區呈不規則點狀分布,主要聚集于市郊縣城區的老城區域,其建設發展時間較早,分布相對比較密集;更多的邊界點及噪聲點都散布在成都市各區域(圖2).

圖 2 成都市戶外休閑健身空間聚類分析圖

3.3 點空間分布特征

3.3.1總體呈現大聚集“一心擴散”,局部“多點分散”的分布特征 點空間總體分布主要以五環路以內為聚集分布區(圖3).一環路以內區域是成都傳統的老城區范圍,是主要商業和城市旅游聚集區,其發展較早較成熟,有較多的城市廣場、公園廣場,但面積較大的公園和植物園相對較少.一環路以內區域是整個點空間的主要聚集中心區域.

一環路至三環路之間的區域呈現出以中心區域向外擴散的散狀形式,北聚集區比南聚集區稀疏,西南和東南聚集區域相對密集.一環路至三環路內以中學、高校、沿錦江區域以及各老小區為主要聚集區,整體呈擴散型分布.

三環路至四環路區域主要呈現出以四環兩側為主的環狀分布形式,以面積較大的公園、公園廣場、植物園等為主要類型.四環兩側是成都市主要的繞城生態帶,也是成都市建設公園城市的重點地區.

四環到五環的區域分布以“多點分散”的特征為主.四環到五環以高新區和天府新區的新城區為主要聚集區域,建設時間較晚,但規劃建設理念較完善,充分考慮了戶外休閑健身空間的配套和布局,所以整體呈現相對均勻的散狀分布形式.

五環路以外的區域為郊縣區域,主要以“散狀分布”特征為主,其分布以老城區、老縣城區為主.根據各郊縣經濟情況不同,聚集的數量和強度各不同.

圖 3 成都市戶外休閑健身空間分層分析圖

3.3.2各類戶外休閑健身點空間的分布特征差異性較大 從總體分布來看,各類戶外休閑健身點空間的布局特征差異性較大,其各具特點(圖4).

公園熱力分布圖具有“一大心二小心”和“多點分散”的特點,且都分布于成都市五城區以內.其中“一大心”和總體熱力分布圖的中心位置相似,“二小心”分別位于金牛區和武侯區,形成了南北方向上的兩個相對較小的新中心區域.公園熱力分布圖的中心擴散強度比總體熱力分布圖的強,且表現為總體向南擴散的趨勢.

城市廣場的分布圖和總體分布圖相似度高,都為“一心多點”的分布格局,由于成都市郊縣區域的經濟情況和居住密度不如中心城區,所以城市廣場中心聚集強度高,且向外擴散弱.

公園廣場和植物園的分布圖雖然為非顯著性聚集分布特點,但仍然具有一定的中心位置,公園廣場的中心位置和城市廣場相似,植物園的中心位置不再位于五城區范圍內,而是位于新都區和金牛區的交界處,五城區以北的位置.

3.4 成都市戶外休閑健身空間與住宅區的關系分析

3.4.1總體統計分析 通過構建以A點位(戶外休閑健身空間)和B點位(住宅區空間)的點線拓撲關系,發現原有的15 981的B點位中共有15 759個點位和A點位呈現出相接的關系.說明成都市全市有98.60%的小區周邊配套有戶外休閑健身空間,但仍然有222個小區缺乏戶外休閑健身空間.以1 324個A點為空間中心,統計與其相接的B點位的數量和距離,得出以下結論:A點位中聚集最多的B點位數量為129個,最少數量為1個,平均個數為14個;最遠距離為15.576 km,最近距離為0.001 6 km,平均距離為0.942 km.

審圖號:圖川審(2016)018號

中國在開展的15 min生活圈規劃提出,1～1.5 km(15 min步行時間)是居民使用公共設施與綠色空間的適宜范圍[24].通過將統計研究結果與其進行對比,A點位和B點位的平均距離小于1.5 km,說明整體符合該規劃的要求,但最遠距離較遠,且仍然有222個小區缺乏戶外休閑健身空間,說明成都市的戶外休閑健身空間的數量及其與人居空間的距離仍然不完全符合15 min生活圈規劃的要求.

3.4.2關系特征分析 從統計圖(圖5)中可以看出,越靠近城市中心,適配的鄰近住宅區距離越近、數量越多,這符合成都市戶外健身休閑點空間的總體聚集和分布特征.通過圖表分析,大部分住宅區到戶外休閑健身空間的最近距離小于2 km,最遠距離小于8 km,平均距離小于4 km,且大部分戶外休閑健身空間基本上適配數量小于20個住宅區.

對低強度的散步活動水平而言,居民體力活動水平整體是越靠近越高,距離越遠,散步活動水平越低;中強度體力活動在1.6～2.4 km接近度范圍最高,其次為0.8 km;高強度體力活動在2.4 km以內范圍基本趨勢是遞增的,2.4 km以外的活動量大幅減少[25].結合已有的研究結論可發現:成都市中心城區休閑健身活動空間的建設符合人們的基本需求規律,但部分郊縣區域數量較少且距離相對較遠,人們的休閑健身需求以及積極性不能得到很好的滿足.

4 結論與討論

以成都市1 324個較典型的戶外休閑健身空間和15 981住宅區空間為主要研究對象,將他們抽象為地理空間質點,主要研究戶外休閑健身空間的分布特點及其與住宅區空間的關系,得出以下結論:

1) 成都市戶外休閑健身空間主要聚集于主城區及城南新區,散布于周邊城區,整體呈現出“一心擴散,多點分散”的空間特征,具有明顯的核心區域和向外擴散的空間分布模式,且主要核心點簇區位于主城區,其形狀呈現出以軸線為中心并向南延展的特點,其他核心點簇區呈現不規則形狀且散布于郊縣城區的老城中心.

2) 公園和城市廣場呈現出顯著性聚集分布特點,公園廣場和植物園呈現出非顯著性聚集分布特點,這是由成都市各區經濟發展不均衡、城市零碎化土地改造不完善、多功能園區經營特點等因素造成的.

3) 成都市全市98.60%的小區周邊配套有戶外休閑健身空間.總體上滿足人們對戶外休閑健身的需求,但基于戶外休閑健身的分布特點和統計分析發現,越靠近城市中心,適配的鄰近住宅小區距離越近、數量越多;越遠則數量和距離相對較少.成都市的戶外休閑健身空間的數量及其與人居空間的距離仍然不完全符合15 min生活圈規劃的要求.成都市中心城區基本符合人們的活動規律,但部分郊縣居民的休閑健身需求以及積極性不能得到很好的滿足.

通過對具有針對性的戶外休閑健身空間POI數據進行空間特征分析,并將其空間特征和以人為本的設計理念相融合,針對研究結果提出以下對策和策略,以期為成都市公園體育城市建設的發展政策和科學布點作出一定的貢獻.

1) 從規劃環境空間布局的角度出發,成都市戶外休閑健身空間“一心擴散,多點分散”的特征明顯受制于地方經濟發展不均衡和政策重點方向的因素影響,成都市城市建設的扶持政策應該多往郊縣區域傾斜,加強郊縣區域的城市建設.

2) 合理利用城市零碎化土地,對其進行可持續、多功能地改造利用,充分合理化進行空間規劃設計.

3) 配套建設郊縣居住區戶外休閑健身空間的數量,使其保持在合理距離范圍內,努力實現15 min生活圈的規劃建設.

由于公園體育城市的概念是一個涉及范圍較廣、界限模糊以及綜合性較強的城市定位名片,且當前沒有固定的范圍和定義對其進行解釋.本研究所獲取的數據多為點空間數據,只考慮了數據中的定位點,且定位點可能存在一定的誤差,而體量較大的線空間和面空間沒有進行研究.在后續研究中將豐富各類型數據,并將線空間和面空間作為重要的研究方向,繼續進行深化和探索.