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【教你一招】POI分析快速识别城市功能区与时空变化

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2017-02-26

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POI在城市规划领域的应用很广泛。除了常见的以热力图为代表的密度分析(功能集聚分析),POI还有哪些玩法呢?本文借助位和POI挖掘分析云平台基于广州POI数据进行了基于机器学习的城市功能区识别、城市结构识别、以及城市功能区、生态屏障、火车站和城市中心的时空变化分析。


对广州2011年、2014年和2016年的高德POI数据(20大类),在位和POI挖掘分析云平台上通过简单的鼠标操作生成时空立方体。时空立方体的空间单元采用道路围合多边形,时间单元为年。研究区域功能单元共计9552个,分布规律为越靠近中心区域单元面积越小,路网密度越大。


关于何为时空立方体、为什么和如何把POI聚合到路网多边形,参见位和POI挖掘分析云平台介绍中的相关内容。



首先通过密度分析识别广州中心城区的时空变化。选择数据中所有POI分类,用空间单元的面积做归一化,设定分类精度,提交神经网络计算,得到以下广州各种POI密度的时空聚类。从左到右依次为2011年、2014年、2016年。


从图中可识别出广州城市中心和副中心的位置,以及中心区外延的变化。也可进一步识别出各种不同类型POI的密度分布,因不是本文重点,就不展开了。



接下来对广州进行功能区识别、城市功能结构识别和时空变化分析。选择数据中所有POI分类,用POI总数做归一化,设定分类精度,提交神经网络计算,迅速得到以下广州各种POI占比的时空聚类。从左到右依次为2011年、2014年、2016年。红色地区无数据。

如图所示,蓝色和粉色区块大量增加,绿色区块减少。粉色区块呈现向四个方向扩展的时空变化特征;部分中心城区的浅蓝色区块转化为粉红色;蓝色区块向北部和南部区域外延。浅绿色位于城市边缘的从化市县域和花都县域内,出现递减的时空变化特征,而且多转化为浅蓝色区块。


粉红色、蓝色和绿色,从内到外,形成圈层结构。下面对各个颜色所标志地块的主导属性进行识别。


广州中心城区主要由浅蓝色、粉色、深蓝色等颜色构成。


粉色地块是商业产业聚集区:在购物服务、体育休闲服务、生活服务、医疗保健服务、公司企业和公共设施中占比居中。


浅蓝色区块代表以居住为主要功能的区域:浅蓝色地块在商业住宅要素中占比较高,其它特征要素占比虽然比商业住宅要素低,但都处于中上的位置,尤其在生活服务、医疗保健、商务住宅方面占比都不算低,主要分布在广州市城区、花都城区、城区、南沙滨海城区外围。公共服务管理机构、相应的配套公共服务设施、居住设施、商业设施占比与其他线段相比均处于较前的位置,符合居住聚集地的特征。


深蓝色地块多是风景名胜区或者旅游休闲区域:深蓝色地区与浅蓝色相比,其购物服务、体育休闲服务、风景名胜服务占比较高,且多数穿插于浅蓝色地块中。


蓝粉系列颜色标志的地块,在POI特征曲线上呈现相似的波动特征,而且各个要素的占比基本处于相同水平,说明中心城区这几种颜色标志的地块为高度混合关联区,即区域中所有要素均相差不大,没有明显的功能倾向,多项要素联动发展。


绿色系列地块分布在广州市域的外围,在时空分布上呈现减少的趋势。绿色地块在POI各个要素的占比上总体小于蓝粉地块,而在特定要素上远远高出平均水平,功能较为单一,是具有单一功能倾向的区域,即一个或者几个要素作为主导要素带动其他要素发展的区域。


浅绿色地块是村落集聚的地方:浅绿色地块商务住宅的占比较高,其他设施要素占比较低,是居住生活功能区。因各项要素的占比较低,所以识别为村落聚集的地方。


深绿色地块是金融商业功能区:金融保险服务、公共设施、交通设施、摩托车服务占比偏高,其他要素占比偏低,主导产业为交通汽修,服务性和生活性商业不发达,主要功能是服务周围的地块。


黄绿色地块公共设施占比最高,分布在城市边缘,是村镇政府集中的公共设施服务区。


浅蓝色、深蓝色以及粉色地块各项要素差别不大,数值均衡,分别突出居住生活、风景名胜和购物休闲服务,且各项数据均处于较高的占比中,是广州城市中高度混合发展的主要区域。浅绿色、深绿色以及黄绿色地块代表功能单一的较落后的地区,呈现大面积缩减的时空变化特征。在市域范围内大量绿色地块转变为蓝色地块;在城区范围大量蓝色地块转变为粉色地块;这种时空变化体现了广州市整体的商业功能和居住功能的提升。


广州四大生态屏障的时空变化特点为,从深绿色向浅绿色和蓝色转变;即由单一功能区转变为以风景名胜或旅游休闲为主要功能的混合区域,区域各项要素得到提高。增城北部生态屏障发展较为缓慢。广州市绿核发展迅速,大量转化为风景名胜功能区。花都北部的生态屏障区,发展快速,地块功能几经变化,呈现出良好的发展态势。从化北部生态屏障区,开发较早,在2011年就已经有大量的浅蓝色地块,5年发展较为平缓,无太大变化,保护开发较好。从2011年至2016年,广州市域中生态功能保护功能逐步完善,在边开发边保护的原则下,城市生态屏障区域得到了充分的发展。


广州市区中共有四个火车站,分别是广州北站、广州南站、广州东站、广州站。广州北站周围地块大部分由功能单一的深绿色金融商业功能区转化为蓝粉色系以居住休闲商业为主的混合功能区。广州站和广州南站附近地块由深蓝色、浅蓝色向粉色转变,商业功能加强。广州东站附近深蓝色地块增多,变化不是很明显。总体来看,从2014年到2016年,火车站附近由单一功能逐渐向混合功能转变,且商业住宿、居住生活与企业办公功能在逐步强化。



广州各个中心的发展变化较大,副中心和新城中大量功能单一的黄绿色、深绿色、浅绿色地块转变为高度混合关联的浅蓝色和深蓝色地块,主城区中大量深蓝色和浅蓝色高度混合地块转化为粉色商业产业高度混合区。以上变化说明城区中的商业产业功能在加强,副中心功能城市功能逐步完善,整体上的商业居住功能在强化。


左图:轴线式发展的现状城市结构

右图:城市空间结构规划(2011-2020广州城市总体规划)


通过前面的时空分析,可以看出:

广州市城市发展结构为多中心结构,呈现轴线式发展。蓝色及粉色以居住和商业为主的高度混合功能区块位于各个主要的中心,绿色系以单一功能为主的功能区围绕中心发展;城市主要向北部、南部、以及东部发展,并且中心城市边缘不断扩大。



位和POI分析云平台

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业务洽谈:info@wayhe.com


城市数据挖掘应用交流QQ群:203181200

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