基于多源数据的邯郸城市空间结构识别

张苏妍，申双喜，王晓冬

（河北工程大学，河北 邯郸 056038）

随着我国城镇化的快速发展，城市内部组成要素相互作用变得日益复杂，城市空间结构发生重构。城市空间结构是城市中物质环境、功能分区、区域分布等组成要素的相互作用及表现方式，是自然环境、社会经济、功能布局等因素综合影响下的结果，空间结构的优劣影响着城市功能、资源配置等问题。随着地理信息与数字化的不断发展，多源数据与空间分析在城市与建筑研究中得到了广泛应用，也为城市空间结构研究提供了新的思路与方法。通过城市空间结构识别，探究城市发展机制、各要素影响规律，对优化空间结构和城市风貌起到重要作用。

1.1 理论溯源

城市空间结构主要基于空间视角对城市形态、物质分布和要素相互作用进行研究［1］。地理学提出了空间相关性、空间异质性和地理相似性，认为空间距离越相近，地理环境越相似，相关性和相似性越高；
中心地理论提出城市中心为交通网络关键位置、具有较强的商品和服务供应能力的地区；
区域理论提出城市通过极化效应、扩散效应发展，不平衡的发展会形成城市核心。各种理论阐述了自然环境、人、区位、资源等相互影响关系，为城市空间结构研究的多元化和完善发展提供了支持。

城市空间结构研究在早期通过文献检索、实地考察、图形分析、人口与就业数据等对形态演变［2］、人口聚集［3］、就业中心［4］等进行识别，刻画城市空间结构，但是存在成本高、时间周期长、主观性强、数据不易获取和时效性差等局限。随着数字化、物联网、大数据技术的广泛应用，深刻影响着城市、人、物质之间的相互关系，人与城市联系日益紧密，城市空间结构发生改变［5］。学者逐渐转向结合遥感数据［6］、手机信令数据［7］、夜间灯光数据、地理信息系统［8］、交通数据等数据，使用空间句法、分形理论［9］、空间分析等方法进行特征识别，探索城市职住平衡、人群分布、功能分区、城市中心等，且多源数据比单一数据更加有效。

总的来看，城市空间结构研究逐步从实地调研等传统方法向结合多源数据研究方法转变，研究内容与范围也扩大到城市中心体系、多种组合要素相互关系、理论与实践结合等。但目前研究多针对城市空间结构单一维度，对城市空间结构识别体系研究较少；
采用定性角度研究演化机制较多，针对性优化策略较少。因此基于多源数据的城市空间结构多维度研究是可行且必要的。

1.2 模型构建

（1）测度模型

多学科领域对城市空间结构研究侧重点不同。如城市研究领域侧重于土地利用、城市空间表征，人文地理领域侧重于人地关系，经济学领域侧重于产业经济结构形态。综合来看，城市空间结构就是研究人群活动、地块开发、业态功能的综合关系［10］。城市空间结构识别就是建立人、地、业测度模型，探索要素与多源数据之间耦合关系。

人是城市活动的主体，城市为人活动提供空间与物质载体，人群活动与聚集在一定程度上可以反映城市空间结构。百度人口热力图是以颜色划分人群聚集程度等级的图像，通过特殊的高亮颜色显示某一空间地理被访问量占划定区域的比例。百度地图通过实时监测并进行反馈，用以体现人群活动情况［11］。

地是城市中物质空间载体，包括地块和建筑。一般来说，由于城市空间的极化与扩散作用，城市核心开发强度较大，建筑呈现高耸密集的特征。城市建筑数据和地块数据可以反映城市用地情况，得到城市地块开发特征。数据可以通过地图平台进行获取［12］。

业是城市中政治、文化、商业等活动产生物质流与信息流的场所，业态聚集程度反映了城市空间的利用情况，不同的业态集合反映了城市空间结构的特征。兴趣点数据（POI）是城市中地理实体位置的抽象点数据，通常包含了名称、地址、类别和地理空间坐标，可以反映城市业态功能［13］。

（2）技术线路

首先运用Python语言获取人口热力数据、建筑矢量数据和POI数据，对数据进行清理工作，去除数据噪声，进行数据规范化，最后导入ArcGIS软件进行量化分析和可视化。采用城市研究常用尺度和空间分辨率，将城市划分为500m×500m的格栅，选取500m作为分辨率，运用密度分析、空间分析等方法识别划分城市高聚类集聚区域，进行城市评估，判断城市中心、设施分布公平性和城市地块开发情况。通过多源数据进行城市研究，可以反映经济、建设和人口聚合关系，对城市空间结构进行识别。

2.1 研究对象

邯郸为千年古都，国家历史文化名城，城市实体地域具有传统格局与现代发展相结合的特点。本文以多源数据为支持，研究对象为邯郸城市空间结构，研究范围为邯郸市实体地域，大致为邯郸主城区范围。

2.2 基础数据

（1）人口热力数据

人口热力数据可以反映城市中人口聚集分布与状态变化。研究以2020年连续一周时间（11月30日周一至12月6日周日）的邯郸主城区人口热力数据作为基础数据，以1小时为时间间隔，从早上7时至晚上24时的人口热力图切片。数据来源为百度地图平台。将数据聚集以自然间断法划分为8个等级，热力值赋值为0至7，图像颜色为蓝色至红色代表人群聚集由低到高，其中0值热力数据较少，赋予为无颜色值0。

（2）地块建筑数据

运用Python语言获取2021年邯郸主城区建筑矢量数据，共1.43万栋城市建筑物矢量数据。城市建筑数据为面数据，包括建筑轮廓形状信息、经纬度空间信息、建筑层数、建筑高度和面积等属性信息。辅助数据有邯郸市城市总体规划、市辖区面积等公开数据。数据来源于国家地理信息公共服务平台、政府公开数据和百度地图平台。

（3）POI数据

本研究采集获取邯郸市主城区范围内2021年POI（兴趣点）数据作为基础数据。数据包含了行业分类、名称、地址、标签、区域和坐标字段等信息，共计21种分类，1.48万个POI信息数据。数据来源于百度地图平台。根据业态特征和国家行业分类标准，将POI数据清洗筛选并划分为政府服务、生活服务、社会服务、生产服务四类。

2.3 特征识别

（1）人群活动

通过对人口热力数据进行分析，邯郸主城区人群活动呈现工作日和休息日两种特征，并且以7时、9时、19时、22时为一天内典型代表（如图1）。在工作日，7时城市活动开始逐渐增强，人口热力聚集呈散点分布，主要区域为居住社区、中小学和高校。9时城市人群活动快速聚集，商业区域、办公区域、工厂区域热力聚集特征有了明显提升，热力高峰集中于人民路的城内中街至东柳大街段、和平路的浴新大街至滏河北大街段、中华大街的联防路至学院北路段等。19时为晚高峰，主城区各大商业圈与居住社区热力连接成片，城市主干道中心区域具有较强热力聚集特征。22时人群返回居住区域进入休息阶段，热力值全面降低。全天热力低谷出现在城市公园和邯钢工业园区。

图1 邯郸主城区人口热力

在休息日，7时城市热力值较低，且呈散点分布，主要位于居住社区。9时热力高峰主要集中于居住社区和新世纪、美乐城、天鸿、康德几大商圈，形成斑块状，随后逐渐蔓延，连接成片，形成面状热力高峰。19时城市热力聚集为面状特征，集中于居住社区、主城区商圈和高校区域，随后逐渐降低。22时，主城区热力大幅度下降。

主城区人口热力特征在工作日和休息日呈现一定聚集区域差异性和发展趋势相似性。工作日人群聚集区域集中在主城区中心区域，在休息日分布则更加广泛与均衡。邯郸主城区人口热力总体特征为高集中、小分散、不均衡，多集中于主城区中部和南部，在其他区域分散有一些高聚集区域。人口热力高值点有医院、学校、政府、办公楼等，高值区域有新世纪商圈、天鸿商圈、美乐城商圈、大型居住社区以及相应周围区域联结形成大片区域，人口热力低值有公园、工厂、城中村等，主城区北部有较多工业厂区和城乡结合处，以及西南部邯钢工业园区和赵王城遗址，形成了邯郸多核心的布局。

（2）地块开发

邯郸市主城区总面积约为150平方千米，为邯郸市集中建设区域。经过对邯郸建筑矢量数据进行特征分析，低层建筑占比为35.47%，多层建筑占比为50.78%，高层建筑占比为13.74%，超高层建筑占比为0.01%，建筑以多层为主。主城区中建成区域比较集中，中心区域较为饱和，城市建设发展不均衡，周边区域有待开发。邯郸市道路系统以两环两轴为骨架，纵横交错、四通八达。2021年，邯郸市城市道路网密度为8.43千米/平方公里，达到了国家提出的城市建成区道路网密度应大于8千米/平方公里的标准要求，属于较好水准。

邯郸主城区为网格式布局，以中华大街为对称轴，城市地块开发呈多心高聚集状态。高层在中心区域以散点分布，主要为办公楼、综合体、商场等，部分为居住社区；
在主城区周围多集中式分布，多为居住社区，少数商业办公。主城区地块开发核心为城市中心区，开发强度大，但部分区域缺乏活力，空间闲置化，没有足够的人群与业态支撑。城市中心区周边地块开发强度相对较低，仍需进一步优化与提升，如图2所示。

图2 邯郸主城区地块

（3）业态功能

根据核密度和热点分析，邯郸主城区业态聚集度和热点区域以主城区中心为核心，为康德和新世纪商圈，人民路与中华大街交叉中心，向四周辐射扩散，周围多处次核心，城市北部和西南部业态功能较为单一、活力欠缺。城市显著性热点区域有康德-新世纪商圈、王郎东社区、学步桥区域、天鸿商圈、邯山区政府区域，显著性冷点主要分布于主城区外围环路附近，有北部与南部的学校区域、东北部的工厂区域、西北部的前进大街区域。

政府服务类集中于主城区东南部兴华路与汇通巷、陵园路与陵西大街、展览路与光明大街、联防路与世纪大街，分布较为均衡。生活服务类主要包含餐饮商场、休闲娱乐等，分布较为广泛，数量众多，聚集特征比较明显，主要集中于各大商圈、城市公园、沿街等区域，具有多核心特征，北部和西部较为欠缺。社会服务类主要包括医疗教育、文化旅游等业态功能，分布较为均衡。生产服务类主要包括企业工厂等，多集中于主城区西部，以中心铁路界限划分，其他区域较少，如图3所示。

图3 邯郸主城区POI数据分析

邯郸主城区城市空间结构总体特征为网格布局，中轴对称，一心多核，环状辐射。邯郸主城区空间体系呈现中心区域强四周弱，主城区中部被京广线铁路贯穿，将城市划分为东西两部分，为城市发展带来一定限制。西南部的邯钢工业园区和赵王城遗址由于功能原因，导致城市空间结构出现了明显的区块划分。

均衡城市发展。邯郸主城区中心区域开发强度较高，老城区、城中村和中心区域周边开发强度较低、活力不足，应均衡城市发展。对老城区进行独立规划，塑造串城街历史文化街区和武灵丛台特色历史城区，修缮与打造赵王城遗址特色公园、赵苑历史文化公园。邯郸应启动工业企业退城搬迁改造工程，遗存工业园区具有重要历史意义和现实价值，主城区西部打造邯钢工业文化特色园区，北部打造邯郸热电厂工业文化特色片区，保留城市记忆，增强文化氛围，塑造优质城市风貌［14］。

构建生态绿都构架。邯郸拥有丰富的自然、历史、人文资源，依托资源打造历史文化名城、旅游发展带、城市滨水与公园绿地景观，突出地域文化与特色。构建“水-绿-路-城”为一体的空间构架，营造自然人文城市。主城区有沁滏两河、丛台公园、龙湖公园、滏阳公园、赵苑等多处城市公共绿地，构筑高低视角良好环境。加强对主城区水文水系等自然环境的利用，提升滨水空间区域特色，形成线状特色空间。

提升城市整体活力，注重主城区各区域均衡发展，中心带动周边，提升城市竞争力，优化城市风貌，形成生态化、集约化、系统化的城市空间结构。

城市空间是一个复杂的系统，综合全面考虑影响要素进行城市空间结构识别更加客观与准确。本研究通过人口热力数据、地块建筑数据、POI数据综合识别城市空间结构，与实际相符且简明可行，对相似研究具有一定参考意义。在后续研究中要考虑各数据之间的误差叠加，提高数据精度，还可与遥感数据、手机信令数据和交通数据等结合识别城市空间结构，定量分析各要素联系，逐步建立标准化、系统化城市信息分析模型。

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