基于POI分布特征的成都市户外休闲健身空间探索

胡 敏, 姜 峰, 陈 乔, 邓雨佳

(1. 成都工业职业技术学院 建筑工程学院, 四川 成都 610213; 2. 长安大学 建筑学院, 陕西 西安 710064; 3. 四川农业大学 风景园林学院, 四川 成都611134)

“健康中国 2030”规划纲要明确提出把健康城市和健康村镇建设作为推进健康中国建设的重要抓手,保障与健康相关的公共设施用地需求,完善相关公共设施体系、布局和标准,把健康融入城乡规划、建设、治理的全过程,促进城市与人民健康协调发展[1].城市中的户外休闲健身空间是加强居民参与休闲体育、增强人民身体健康、营造城市体育名片的关键环节.

随着政府部门对此的关注和重视,学术界也对此开展了大量的相关研究.目前,国内在研究方法上,主要采用地理学、规划学、数理统计学等方法对城市公园、绿道空间等方面进行研究[2-3];在研究对象上,针对不同性别、文化、年龄、民族等类别的居民进行研究[4-7];在研究尺度上,以全国为主要尺度,探讨体育休闲健身产业的发展趋势[8-10].目前,国外在绿道休闲运动场所的建设正朝着系统化、人性化、多样化、特色化以及休闲体验等趋势发展[11];在研究上,更重视体育文化意识的发展[12],并善于开发合理的数学模型对休闲空间、健身空间进行实用性分析[13-14].尽管国内外各学者都认可休闲健身空间在城市化进程中对城市居民具有一定的健康价值,但存在研究尺度相对有限,研究范围不具有特殊性等方面的情况.本文主要以市域为研究尺度,针对正在大力发展“公园城市”的成都市为范围和对象,主要采用POI(point of intersesting)数据分析技术,其数据(非人员流调、访谈等其他类型数据)主要从互联网平台获取.同时对户外休闲健身空间进行界定,参考杨晓培等[6]提出的定义:城市健身休闲空间是有健身活动发生的用地空间的集合,既包括室内外健身活动场所及设施,也包括空地、道路、公园等不提供健身设施与服务的场地.筛选出具有典型户外休闲健身空间特征的要素:“公园、城市广场、公园广场以及植物园”.运用空间点特征分析,从宏观层面上对成都市现有户外休闲健身空间分布特点以及与住宅区的关系进行分析,以期对成都市规划建设“体育公园城市”和“世界赛事名城”[15]提供相应参考.

1 研究区与数据来源

1.1 研究区以成都市12个市辖区、3个县、代管5个县级市为研究区域,其总面积为14 335 km2,常住人口2 119.20 万人,2021年末城镇化率高达79.48%[16].成都市建设有世界城市最长绿道 1.69万 km[17].公园城市已经成为成都市面向全球的重要城市名片,在公园、广场等地方进行休闲健身活动已经成为成都市民休闲生活的重要组成部分.

1.2 数据来源与处理

1.2.1数据初始来源与分类 通过高德地图开放API接口,笔者在2022年3月24日爬取了成都市20 455条POI数据,依据高德地图POI分类编码表的分类方式,选取了3 366条具有户外休闲健身空间典型特征的公园、公园广场、城市广场以及植物园的POI数据.17 089条POI数据为成都市商务住宅行业大类下的住宅区数据(宿舍、社区中心、住宅区、住宅小区、别墅的基础数据).

1.2.2数据筛选与处理 1) 户外休闲健身空间POI数据筛选和处理.通过对已有的3 366条户外休闲健身空间POI数据进行纠偏、筛选、去重和实地调研后,最终得出的1 324个POI数据(表1),并选取了POI的name、address、location、type所属的信息进行分析和处理(图1).

表1 成都市户外休闲健身空间类型及比重

2) 成都市住宅区POI数据筛选和处理.通过对17 089条成都市住宅区POI数据进行纠偏、筛选、去重和实地调研后,得出15 981个POI数据,为后续研究休闲健身空间和住宅区关系作基础数据准备.

2 数据处理与研究方法

2.1 研究方法

2.1.1NNI指数法 NNI(nearest neighbor indicator)指数法可以有效地量化点要素之间空间分布的集聚与离散程度[18].该研究通过测定各种类点空间最近距离的均值,确定其分布模式与特点.计算公式为

(1)

其中,Inn为NNI指数,nn为最近邻的缩写,dnn为观测平均最近邻距离;ran为随机的缩写,dran为空间随机分布条件下的理论平均距离,min(dij)为点i到最近邻点j的距离,n为样本点数量,A为研究区面积.

当Inn<1,点空间趋于集聚;Inn=1,点要素呈随机分布;Inn>1,点空间趋于离散.通过“Z检验”验证研究结果的可靠性,若Z<-2.58,则该点模式在99%的置信区间属于集聚模式.

2.1.2DBSCAN聚类算法 DBSCAN(density-based spatial clustering of application with noise)法是一种代表性的基于密度的聚类算法[19].可以通过它发现任意形状的聚类.该算法需要EPS和MINPTS两个参数的调节.EPS代表“ε-邻域搜索"(ε-neighborhood search),这个参数用于确定领域的大小,是重要的区域范围.MINPTS(minimum points),这个参数是确定研究对象是否为核心对象的重要参数,核心对象是指在研究对象EPS区域内,样本的点数≥MINPTS.

DBSCAN算法将簇定义为:密度相连点的最大集合,能够把具有足够高密度的区域划分为点簇,最终可表现为任意形状的聚类.而在区域内样本数

2.1.3核密度估计法 核密度估计(kernel density estimation)法是分析研究对象单元点的空间密度变化[21],能够确定户外休闲空间在研究区中的分布聚集情况,并采用Silverman的“经验法则”根据点空间的数目和研究区域面积合理确定带宽[22].对于数据x1,x2,…,xn,核密度估计的计算公式为

(2)

其中,xi表示户外休闲健身空间i(i=1,2,…,n)的点位置坐标,n表示户外休闲健身空间数量,h为核密度计算的搜索半径,K表示核函数.

2.1.4邻近性分析法 邻近性分析法主要应用于研究中心主体与周围一定距离的事物之间的关系[23].通过QGIS软件,建立以户外休闲健身空间点位为中心,住宅点空间围绕其中的点线拓扑关系.统计出围绕中心的住宅区点空间的数量和距离,并对其进行数理分析,最终研究出两类型点空间的关系特征.

3 点空间特征与住宅区关系分析

3.1 点空间聚集特征

3.1.1总体轴线聚集于老城区和新城中心区,散布于其他区域 成都市户外休闲健身空间总体上呈现为主城区密集,周边城区呈点状聚集的特征,观测到平均距离为898.81 m,而预期的平均距离为1 895.90 m,两者比值为Inn=0.47<1,点位数为1 324,Z值得分为-36.63,P值<0.01,总体空间分布类型为显著聚集(表2).

表 2 成都市户外休闲健身空间聚集性特征分析

3.1.2各类型休闲健身空间聚集特征差异明显 公园和城市广场点位数较多分别为569和675,Z值为-24.41和-25.03,都小于-2.58,通过99%的显性检验,都呈现出显著聚集的空间分布特征.公园和城市广场的NNI指数和总体分布状况相近,说明公园和城市广场是成都市人民最重要的户外休闲健身空间,也是人民需求量最大的户外休闲健身空间.公园的NNI指数小于城市广场的NNI指数,说明公园的聚集性比城市广场的聚集性要大,这是成都市创建公园城市的有效成果,也是有别于其他城市的重要特点;城市广场的点位数最多且聚集性也较大,这是成都作为新一线城市,其良好的经济发展水平及浓厚的城市商业氛围所造成的.

公园广场和植物园点位数相对较少,分别为41和39,Z值都大于-2.58,但Inn<1.说明他们呈现出非显著的聚集性空间分布特征.公园广场和植物园NNI指数都趋近于1,趋向于随机性,造成这样的原因主要是点位数较少且两者的建设具有一定的特殊性,植物园的建设需要相应的林业分类标准,公园广场和公园界限不明确,且需要利用零散城市角落.根据计算结果说明公园广场的建设和植物园的建设不够充分,人们对兼具多功能并具有特殊要求的户外休闲健身空间的需求尚不明确.

3.2 点空间聚集形状运用DBSCAN聚类算法分析发现户外休闲健身空间的各核心点簇区呈现出不规则形状.聚集度最高、面积最大的点簇区其形状具有典型的中心轴线,且轴线呈现出向南延展的特点;其他核心点簇区呈不规则点状分布,主要聚集于市郊县城区的老城区域,其建设发展时间较早,分布相对比较密集;更多的边界点及噪声点都散布在成都市各区域(图2).

图 2 成都市户外休闲健身空间聚类分析图

3.3 点空间分布特征

3.3.1总体呈现大聚集“一心扩散”,局部“多点分散”的分布特征 点空间总体分布主要以五环路以内为聚集分布区(图3).一环路以内区域是成都传统的老城区范围,是主要商业和城市旅游聚集区,其发展较早较成熟,有较多的城市广场、公园广场,但面积较大的公园和植物园相对较少.一环路以内区域是整个点空间的主要聚集中心区域.

一环路至三环路之间的区域呈现出以中心区域向外扩散的散状形式,北聚集区比南聚集区稀疏,西南和东南聚集区域相对密集.一环路至三环路内以中学、高校、沿锦江区域以及各老小区为主要聚集区,整体呈扩散型分布.

三环路至四环路区域主要呈现出以四环两侧为主的环状分布形式,以面积较大的公园、公园广场、植物园等为主要类型.四环两侧是成都市主要的绕城生态带,也是成都市建设公园城市的重点地区.

四环到五环的区域分布以“多点分散”的特征为主.四环到五环以高新区和天府新区的新城区为主要聚集区域,建设时间较晚,但规划建设理念较完善,充分考虑了户外休闲健身空间的配套和布局,所以整体呈现相对均匀的散状分布形式.

五环路以外的区域为郊县区域,主要以“散状分布”特征为主,其分布以老城区、老县城区为主.根据各郊县经济情况不同,聚集的数量和强度各不同.

图 3 成都市户外休闲健身空间分层分析图

3.3.2各类户外休闲健身点空间的分布特征差异性较大 从总体分布来看,各类户外休闲健身点空间的布局特征差异性较大,其各具特点(图4).

公园热力分布图具有“一大心二小心”和“多点分散”的特点,且都分布于成都市五城区以内.其中“一大心”和总体热力分布图的中心位置相似,“二小心”分别位于金牛区和武侯区,形成了南北方向上的两个相对较小的新中心区域.公园热力分布图的中心扩散强度比总体热力分布图的强,且表现为总体向南扩散的趋势.

城市广场的分布图和总体分布图相似度高,都为“一心多点”的分布格局,由于成都市郊县区域的经济情况和居住密度不如中心城区,所以城市广场中心聚集强度高,且向外扩散弱.

公园广场和植物园的分布图虽然为非显著性聚集分布特点,但仍然具有一定的中心位置,公园广场的中心位置和城市广场相似,植物园的中心位置不再位于五城区范围内,而是位于新都区和金牛区的交界处,五城区以北的位置.

3.4 成都市户外休闲健身空间与住宅区的关系分析

3.4.1总体统计分析 通过构建以A点位(户外休闲健身空间)和B点位(住宅区空间)的点线拓扑关系,发现原有的15 981的B点位中共有15 759个点位和A点位呈现出相接的关系.说明成都市全市有98.60%的小区周边配套有户外休闲健身空间,但仍然有222个小区缺乏户外休闲健身空间.以1 324个A点为空间中心,统计与其相接的B点位的数量和距离,得出以下结论:A点位中聚集最多的B点位数量为129个,最少数量为1个,平均个数为14个;最远距离为15.576 km,最近距离为0.001 6 km,平均距离为0.942 km.

审图号:图川审(2016)018号

中国在开展的15 min生活圈规划提出,1～1.5 km(15 min步行时间)是居民使用公共设施与绿色空间的适宜范围[24].通过将统计研究结果与其进行对比,A点位和B点位的平均距离小于1.5 km,说明整体符合该规划的要求,但最远距离较远,且仍然有222个小区缺乏户外休闲健身空间,说明成都市的户外休闲健身空间的数量及其与人居空间的距离仍然不完全符合15 min生活圈规划的要求.

3.4.2关系特征分析 从统计图(图5)中可以看出,越靠近城市中心,适配的邻近住宅区距离越近、数量越多,这符合成都市户外健身休闲点空间的总体聚集和分布特征.通过图表分析,大部分住宅区到户外休闲健身空间的最近距离小于2 km,最远距离小于8 km,平均距离小于4 km,且大部分户外休闲健身空间基本上适配数量小于20个住宅区.

对低强度的散步活动水平而言,居民体力活动水平整体是越靠近越高,距离越远,散步活动水平越低;中强度体力活动在1.6～2.4 km接近度范围最高,其次为0.8 km;高强度体力活动在2.4 km以内范围基本趋势是递增的,2.4 km以外的活动量大幅减少[25].结合已有的研究结论可发现:成都市中心城区休闲健身活动空间的建设符合人们的基本需求规律,但部分郊县区域数量较少且距离相对较远,人们的休闲健身需求以及积极性不能得到很好的满足.

4 结论与讨论

以成都市1 324个较典型的户外休闲健身空间和15 981住宅区空间为主要研究对象,将他们抽象为地理空间质点,主要研究户外休闲健身空间的分布特点及其与住宅区空间的关系,得出以下结论:

1) 成都市户外休闲健身空间主要聚集于主城区及城南新区,散布于周边城区,整体呈现出“一心扩散,多点分散”的空间特征,具有明显的核心区域和向外扩散的空间分布模式,且主要核心点簇区位于主城区,其形状呈现出以轴线为中心并向南延展的特点,其他核心点簇区呈现不规则形状且散布于郊县城区的老城中心.

2) 公园和城市广场呈现出显著性聚集分布特点,公园广场和植物园呈现出非显著性聚集分布特点,这是由成都市各区经济发展不均衡、城市零碎化土地改造不完善、多功能园区经营特点等因素造成的.

3) 成都市全市98.60%的小区周边配套有户外休闲健身空间.总体上满足人们对户外休闲健身的需求,但基于户外休闲健身的分布特点和统计分析发现,越靠近城市中心,适配的邻近住宅小区距离越近、数量越多;越远则数量和距离相对较少.成都市的户外休闲健身空间的数量及其与人居空间的距离仍然不完全符合15 min生活圈规划的要求.成都市中心城区基本符合人们的活动规律,但部分郊县居民的休闲健身需求以及积极性不能得到很好的满足.

通过对具有针对性的户外休闲健身空间POI数据进行空间特征分析,并将其空间特征和以人为本的设计理念相融合,针对研究结果提出以下对策和策略,以期为成都市公园体育城市建设的发展政策和科学布点作出一定的贡献.

1) 从规划环境空间布局的角度出发,成都市户外休闲健身空间“一心扩散,多点分散”的特征明显受制于地方经济发展不均衡和政策重点方向的因素影响,成都市城市建设的扶持政策应该多往郊县区域倾斜,加强郊县区域的城市建设.

2) 合理利用城市零碎化土地,对其进行可持续、多功能地改造利用,充分合理化进行空间规划设计.

3) 配套建设郊县居住区户外休闲健身空间的数量,使其保持在合理距离范围内,努力实现15 min生活圈的规划建设.

由于公园体育城市的概念是一个涉及范围较广、界限模糊以及综合性较强的城市定位名片,且当前没有固定的范围和定义对其进行解释.本研究所获取的数据多为点空间数据,只考虑了数据中的定位点,且定位点可能存在一定的误差,而体量较大的线空间和面空间没有进行研究.在后续研究中将丰富各类型数据,并将线空间和面空间作为重要的研究方向,继续进行深化和探索.