基于POI数据的小学空间分布特征及可达性分析——以苏州市区为例.pdf
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1、第40 卷第3 期2023年9 月doi:10.12084/j.issn.2096-3289.2023.03.007基于POI数据的小学空间分布特征及可达性分析苏州科技大学学报(自然科学版)Journal of Suzhou University of Science and Technology(Natural Science Edition)Vol.40 No.3Sep.2023以苏州市区为例沈飞1,尚正永2*(1.苏州科技大学建筑与城市规划学院,江苏苏州2 150 11;2.苏州科技大学地理科学与测绘工程学院,江苏苏州2 150 0 9)摘要:基于苏州市区数字高程数据、小学兴趣点数据和道
2、路数据,借助ArcGIS技术,通过核密度分析、可达性分析,研究苏州市区小学的空间分布。结果表明:小学的数量增长明显慢于学生人数的增长,致使优质学区房价格迅速上涨;苏州市区小学在空间上呈不均勾斑点状分布,不同分区受自然要素的影响差异较大,高新区(虎丘区)和吴中区较为明显,总体呈现“内密外疏”的发散式空间分布特点;苏州市区的小学总体可达性水平良好,其中姑苏区可达性最高,工业园区和高新区(虎丘区)次之,整体服务水平呈现老城区高、新城区低、核心高边缘低的态势。小学的空间分布及可达性水平与城市历史发展基础、经济发展实力和未来发展方向都有较高的关联性,合理地配置小学设施能有效引导城市居民的生产生活。关键词
3、:兴趣点;小学;核密度;可达性;苏州市中图分类号:TU984兴趣点(Point of Interest,POI)作为地理信息系统的重要组成部分,附有各类信息和空间属性,具有精准性、时效性等年鉴数据无法比拟的优势。随着GIS、网络地图、电子导航地图的快速发展,人们可以通过多种途径,获得自已感兴趣、空间精准、信息多样、内容可视的POI信息;同时在大数据时代也有利于反映城市发展的实际情况,为城市空间研究提供更加多样的思路与方法 3。白永平等对兰州市2 0 19 年零售药店的POI数据进行了分析研究及可达性评价,指出合理配置零售药店资源可以进一步提高人们的生活质量!;张晶宇等基于高德地图POI数据,对
4、大连市中心城区服务设施的分布与城市空间格局进行了研究,为此后的规划设计指明合理优化方向3;曹芳洁等运用以POI数据构建的不规则三角网进行了快速提取城市建成区方法的探索,并证实了POI数据在城市边界特别是在全国地级市尺度城市边界识别的可行性4;赖长强等利用广州酒店POI数据分析了广州地区酒店的总体及各类星级酒店的空间布局特征、集聚离散程度、时间演化特征及相关影响因素 5;淳锦等借助POI数据与人口数据间的相关性,提出了人口分布格网化模型并能较好地拟合街道和建筑物人口统计值,为微观和更精确的人口估算奠定了基础;刘杨等基于夜间灯光数据和POI数据,运用值赋权和代用数据空间展布的方法,比较分析了不同数
5、据对格网化社会经济活动空间分布精度差异性的影响;徐冬等基于百度地图POI数据,运用空间点格局分析,探讨了南京市休闲旅游空间特征 8;严朝霞等基于上海POI数据,利用多种方法在不同视角下分析了上海城市道路对消费活力的影响。可见POI数据不仅可单独用来分析城市各空间要素,还可与其他要素信息相结合,进行更深层次的人文分析。可达性被定义为从一个交通节点到另一个交通节点的便利程度 10 ,也有多种测算方式。郑智成等通过计算多种交通模式平均可达时间和公交服务频次,分析了居住区尺度的公园景点可达性,从而划定开封市游憩空间的交通出行圈肖华斌等通过结合地理信息系统中的空间分析工具,提出了空间可达性和服务面积的收
6、稿日期 2 0 2 1-11-2 8基金项目 国家自然科学基金面上项目(4137 117 1作者简介 沈飞(19 9 7 一),男,江苏泰州人,硕士研究生,研究方向:区域发展与规划,E-mail:。*通信作者:尚正永(19 6 8 一),男,博士,教授,硕士生导师,E-mail:。文献标志码:A文章编号:2 0 9 6-32 8 9(2 0 2 3)0 3-0 0 54-0 8第3期绿地评价指标I2;李小马等基于GIS的网络分析法,结合道路和人口分布分析了沈阳及其各行政区城市公园的可达性和服务状况 13;李保杰等利用GIS空间分析技术,结合改进的潜能模型,对徐州市养老机构的空间可达性进行分析,
7、指出研究区养老设施空间布局上特征14;刘常富等将城市公园可达性研究中常用的可达性计算方法分为4类6 种,分别评述了其原理和优缺点,为城市公园可达性研究中方法的选择提供参考,并探讨了未来城市公园可达性研究的重点U15,王宇环等结合Space-P复杂网络模型与Python语言,借助ArcGIS网络分析模块对南京市现状和二期建设轨道进行换乘可达性实证研究 10 ,张少鹏等通过调用高德地图API程序接口,从面积可达性和时间可达性结合的维度出发,评价了不同交通测度方式下各商业中心的可达性及时空联系。目前可达性技术在城市公共服务均衡研究中已经得到广泛应用,在强调就近人学的背景下,利用可达性技术对小学可达性
8、时间成本进行计算,还需要更多的实证案例。小学是我国义务教育的第一阶段,是基础教育的重要组成部分,也是城市当中必不可少的公共服务设施。赵洋以深圳市龙华区为例,采用GIS缓冲区分析法和区位熵等方法,对小学空间布局的公平性进行了评价17;靳波以太原市小学为例,分析其现状建设情况,结合城市改造和规划,提出了规划布局的相关建议18;毛蒋兴等以南宁市中心城区为例,以多源大数据为支撑,基于覆盖度模型及人口耦合度分析,评估了南宁市小学服务效率,揭示了南宁市小学服务范围与覆盖度、人口耦合度间存在的问题,并提出了优化建议 19 ;魏伟等以武汉市为例,采用回归分析等方法辨识小学供需双方的满意度共识,验证基于供需匹配
9、的小学最优服务半径范围,同时利用典型社区要素提取、对比和回归分析方法,通过人口密度、道路网密度和社区用地混合度等空间要素的优化,提出了人居环境优化的策略 2 0。当前,许多城市学区房已经成为支撑房价上涨的重要因素,利用大数据技术、GIS空间分析与可达性分析方法,对城区小学的空间格局特征进行分析,有一定的现实意义。鉴于此,笔者以苏州市中心城区6 个区为基本单元,选取2 0 19 年苏州市区小学POI数据,利用核密度分析、可达性分析,探究小学的空间分布特征以及可达性水平,希望以此对小学空间的布置提供参考,促进初等教育空间的优化转变。1数据来源与研究方法1.1研究区概况苏州位于长江三角洲中部、江苏省
10、东南部,地处东经119 55 12 12 0,北纬30 47 32 0 2 之间,东傍上海,南接浙江,西抱太湖,北依长江,总面积8 6 57.32 km。全市地势低平,境内河流纵横,湖泊众多,太湖水面绝大部分在苏州境内,河流、湖泊、滩涂面积占全市土地面积的36.6%,是著名的江南水乡。苏州地处亚热带季风海洋性气候区,2 0 19 年平均气温17.5,降水量12 16.2 mm,四季分明,气候温和,雨量充沛,土地肥沃,物产丰富,自然条件优越。苏州是国务院批复确定的中国长江三角洲重要的中心城市之一、国家高新技术产业基地和风景旅游城市,按统计口径,苏州市区下辖姑苏区、虎丘区、吴中区、相城区、吴江区和
11、工业园区,截至2 0 19 年末,苏州全市常住人口共有10 7 4.9 9 万人,市区常住人口为557.6 6 万人,苏州全市地区生产总值19 2 35.8 0 亿元,市区生产总值为9 0 48.6 8 亿元。1.2数据来源与处理文中研究所用的基础数据包括5部分:(1)苏州市统计局(http:/ 0 15年1月6 日发布的30 m分辨率全球数字高程数据(ASTERGDEMV2);(4)基于高德开放平台(https:/ 0 19 年9 月2 日的苏州市区小学的POI数据,经过数据清洗、坐标转换,得到苏州市区小学数据2 6 3条,其中,工业园区18 条,高新区(虎丘区)2 8 条,姑苏区52 条,
12、吴江区8 2 条,吴中区53条,相城区30 条(根据2 0 19 苏州统计年鉴显示,苏州市区小学2 17 所,其中吴江区55所,通过踏勘、资料查阅等方法洗去在建、撤销以及重复的学校数据,但部分学校存在多个校区的情况,为了确保分析的客观性,在空间分析部分依旧采用此POI数据);沈飞,等:基于POI数据的小学空间分布特征及可达性分析5556(5)通过BBBick extracts OpenStreetMap(https:/extract.bbbike.org/)截取苏州市区OSM数据,得到苏州市区各类交通方式道路矢量数据,所得数据如图1所示。苏州科技大学学报(自然科学版)Nkm02.552023年
13、昊中区图例小学POI高速公路快速路主干道次干道支路其他道路在建道路图1苏州市区概况及小学分布图1.3研究方法1.3.1核密度分析利用核密度分析计算要素(点或线)在其周围邻域中的密度,可以有效地分析出要素在空间上分布的特征,通过计算要素在单位面积的量值以将各个要素拟合为连续分布的密度栅格数据,常用作探讨要素空间分布的规律,计算公式如下(1)nh台h式中,f()为空间位置x处的核密度计算函数;h为距离衰减阈值;n为与位置的距离小于或等于h的要素点数;h则表示空间权重函数,一般是距离衰减函数,其几何意义为密度值在每个核心要素x;处最大,并且在远离x过程中不断降低,直至与核心x;的距离达到阈值h时核密
14、度值降为0。文中采用ArcGIS软件进行核密度分析,结合小学的服务范围,选择50 0 m作为阈值(每千米邻域)进行分析。1.3.2可达性分析文中运用ArcGIS网络分析工具下的服务区分析,即基于矢量网络的计算,根据小学地理位置和道路长度推算小学实际可服务范围,从而间接计算苏州市区各小学的可达性。整理苏州市区内小学POI与矢量路网,构建网络数据集;添加字段L(km)赋予通过计算几何所得的道路实际长度;添加字段V(kmh-)按数据提供最高速度(max speed)字段赋予速度,其余按不同类型、等级道路赋予理想速度,其中高速公路设为110kmh-,快速路设为8 0 kmh-,主干道设为6 0 kmh
15、-l,次干道设为40 kmh-l,支路设为30 kmh-l,其他道路设为2 0 kmh-;添加时间字段T(min)计算得到理想速度下通过道路所花费的时间,计算公式(2)并将其作为可达性计算中的默认成本字段。最终借助ArcGIS网络分析中的服务区分析,对空间插值得到小学以时间为成本的可达分布图,即反映研究范围内各小学的可达性水平。2结果及分析2.1小学生人数增长较快,小学校数量增长较慢根据2 0 19 苏州统计年鉴,截至2 0 19 年末,苏州全市有小学42 4所,在校小学生8 2 12 40 人,占常住人苏州市区河流水系苏州市区DEM高:349低:1(x)T=(L/V)x60(1x-x:l)第
16、3期口的比例为7.6 4%,市区在校小学生438 90 7 人,占市区常住人口的7.8 7%。近10 年来,随着苏州城市规模的扩大,外来人口的增长,在校小学生人数增长较快(如图2 所示)。市区小学生数量从2 0 0 9年的1348 36 人增长到2 0 19年的438 90 7 人,学校数量从2 0 0 9年的157 所(含吴江县)增长到2 0 19年的2 17 所,小学数量增长明显低于学生人数的增长,导致苏州城区小学学位紧张,苏州市学区房价格普遍上涨,特别是优质学校的学区房价格上涨幅度大。900000800000700000334600000500000400000300000F370224
17、388353156663200000F134836143482100000日120020092.2小学校空间集聚分布态势明显截至2 0 19年9月,苏州市区小学分布不同分区差异较大,运用平均最近邻工具测算得出整体和各地区最邻近比率(见表1)。由表1可知,整体比率为0.7 4,其中姑苏区最邻近比率最高为1.13,吴江区、吴中区和高新区(虎丘区)的最邻近比率低于1,分别为0.90.0.57 和0.8 8,说明整体存在聚集分布的特征。分片区的聚集现象明显,其中吴中区集聚程度最高,而相城区、工业园区分布相对均匀,姑苏区则较为离散。究其原因高新区与吴中区拥有大片水域(太湖)与山体,城市建设用地本就局促,
18、故小学等公共服务设施在空间分布上相较于其他区存在明显集聚。总体上呈现“内密外疏”的发散式空间分布特点。自然要素(山体、水面等)是影响着城市发展的重要因素,城市的发展又直接影响小学的布置。行政区姑苏区工业园区高新区(虎丘区)相城区吴江区吴中区苏州市区2.3小学校空间布局区际差异明显利用ArcGIS的核密度分析工具做出苏州市区小学的核密度图(如图3所示)。小学的总体分布表现出发展核心高密度集聚,其他片区沿主要发展方向发散布置的特征。其中,高密度斑主要集中在姑苏区、高新区(虎丘区)东部、相城区南部、工业园区中部、吴中区中部、吴江区北部和南部,可以看出各区小学数量和集聚差异大,空间分布发散性较强:姑苏
19、区常住人口不是最多,但常住人口密度高,生活集聚,故小学数量较多;吴江区相对比较特殊,2 0 12 年吴江市撤市设区,成为苏州市吴江区,在南部盛泽镇和北部松陵镇都有较高密度的小学聚集,其他地带由于自然地形未形成连片城区,故大都沿城市内部主要交通道路分散布置;相城区、高新区(虎丘区)、吴中区与老城区之间有一定承接,可以有效地缓解老城压力,所以在老城周边的密度较高,随着与老城的距离拉大,集聚程度逐步降低;工业园区除金鸡湖东岸,学校布置比较均衡,没有明显高密度区域,且大都分布于西部,这与西部密集的商业中心相适应。显然,小学的布置除与城市发展基础存在密切关联沈飞,等:基于POI数据的小学空间分布特征及可
20、达性分析420400383387317306G414972219982239030日11311520102011全市数量图2 苏州市近10 年小学基本情况表1苏州市区小学平均最邻近比率总面积/km83.42278.19332.37489.961 237.442.231.464652.845742445039140082124078127435030473061729469365765073060625147241832856235748544040030311114715120122013市区数量全市人数市区人数小学数量/所521828308253263300小学数量/414193438907
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