基于POI數據的長沙市文化設施時空分布格局研究

楊 勇，湯 軍，李志遠，高賢君，李外賓

（長江大學 地球科學學院，湖北 武漢 430100）

文化設施作為文化服務與文化活動相互作用的物質空間，是城市空間結構的重要組成部分［1］。我國“十四五”規劃綱要提出，要繁榮發展文化事業和文化產業、提升公共文化服務水平、健全現代文化產業體系，表明當前和今后一個時期，將是國家推動文化設施高質量建設的關鍵期。文化設施空間布局對激發城市活力、凸顯城市特色、提升城市宜居指數有著不可或缺的效用。

國內外學者關于城市文化設施方面進行了大量實證研究。國外研究最早可追溯到20 世紀70 年代［2］，關注公眾 與 文 化 設 施 的 關 系［3，4］，討 論 文 化 設施的規劃布局與管理模式［5，6］，注重文化設施的改造和多用途開發［7，8］。國內大規模研究主要集中在近20年［9］，起步雖然較晚，但是受關注程度較高。具體表現為：一是研究對象多聚焦于公共文化設施或文化產業企業。如，陳麗霞、趙彪在梳理成都市公共文化服務設施發展歷程的基礎上，借助ArcGIS 軟件對其空間布局特征及其影響機制進行了探討［10］；李留通、權東計、羅伊等從企業微觀視角出發，運用空間分析工具深入研究了2018 年西安市核心區文化產業空間集聚特征及其影響因素［11］。二是研究范圍大多探究市—區或城市中心城區，較少涉及街道級、社區級基層文化設施。三是研究方法側重于運用地理數學方法和空間分析工具對文化設施的空間分布格局進行測度。如，何丹、張景秋、孟斌選取北京市中心六城區公共文化設施為研究對象，采用基尼系數、區（帶）別特化系數、區（帶）間差異系數測算其分布均衡狀況［12］；陸唐信、朱佩娟、崔樹強等選用平均最近鄰指數、核密度估計法、空間自相關法、Ripley′s K（d）函數、區位商指數等分析方法描述了長沙市文化創意產業的空間格局特征［13］。

近年來，隨著地理位置大數據的興起，利用興趣點（Point of Interest，POI）數據進行城市地理研究已成為眾多學者關注的重要議題［14］。開源POI 數據作為地理點數據的抽象表達，具有空間屬性信息，且數據量大、準確度高、覆蓋面廣、易于獲取［15］。國內學者基于POI數據對文化設施空間布局的研究主要集中在空間分異探討［16］、影響因素分析［17］、均衡性與可達性評價［2］3 個方面，但大部分研究基準是單個時間節點，很少有長時間序列的動態分析。此外，研究區域多集中在北京、上海、深圳、西安等城市，對中部地區的研究較少。長沙市作為我國中部地區重要的中心城市，是國家首批歷史文化名城、楚文化和湖湘文化的始源地，人文資源豐富。近年來，長沙市城市化水平不斷提高，文化設施建設正處于蓬勃發展的階段。本文基于POI數據，以5 年為時間跨度，應用空間分析方法探究了長沙市2010—2020 年間文化設施的數量變化和空間格局演變，以期為長沙市文化設施的布局規劃提供參考，更好地夯實文化設施建設。

1 研究區域、數據與方法

1.1 研究區域與數據處理

長沙市是湖南省的省會，地處湘江下游，轄6 區1 縣2 縣級市，共計94 個街道67 個鎮7 個鄉。中心城區屬于城市緊密層范圍內的區域［18］，依據2020 年最新行政區劃圖和《長沙市城市總體規劃（2003—2020）》都市區界定，涵蓋芙蓉區、開福區、雨花區、天心區全區和岳麓區、望城區、長沙縣部分街道。截至2019年，長沙市常住人口為839.45 萬人，總面積達11819km2，其中建成區面積567.32km2，城鎮化率為79.56%。近年，長沙市以文立城、創業興文，先后獲得“世界媒體藝術之都”和“東亞文化之都”的稱號，文化產業發展走在全國省會城市前列。公開數據顯示，長沙市現有文化產業總產值突破3000 億元，產業增加值占GDP 比重達9%，成為經濟建設的支柱性產業，引領城市創新升級。

關于文化設施用地的分類，當前國內還沒有形成統一的規范，根據不同的學科和研究目的有所不同［19］。本文以《城市用地分類與規劃建設用地標準》（GB50137－2011）和《文 化 及 相 關 產 業 分 類（2018）》為指導，并結合地理空間和文化產業研究視角，將長沙市文化設施主要劃分為4 大類：文化傳媒類、文化旅游類、文娛消費類和文藝平臺類。通過百度地圖API 獲取2010 年、2015 年和2020 年長沙市POI數據，包含名稱、設施類型、地址和經緯度等信息，對數據進行篩選、去重和坐標轉換，得到可準確分類的數據共5731 個。其中，2010 年848 個、2015年1855 個、2020 年3028 個（表1）。影響分析中的2015年GDP和人口空間分布數據來自于中國科學院資源環境科學與數據中心［20，21］，路網數據來源于Open Street Map（OSM）歷史數據，數據地理坐標系均采用WGS－1984。

表1 長沙市文化設施POI數據具體分類

1.2 研究方法

標準差橢圓：創建標準差橢圓可準確識別長沙市總體文化設施及各類文化設施的空間分布重心及擴張方向等趨勢，以揭示其空間分布形態。計算公式為：

式中，（Xi，Yi）為文化設施POI 的空間區位；SDEx，SDEy為文化設施POI 的分布重心；σx和σy為橢圓長短軸的標準差，分別反映文化設施POI 在二維空間上的分布趨勢和離散程度。

平均最近鄰：以歐氏公式計算文化設施POI 間的實際平均距離與假設隨機分布模式下的期望平均距離進行比較，判斷區域內文化設施POI分布模式。計算公式為：

式中，di為點到最近鄰點的距離；n 為文化設施POI點個數；A為研究區面積；ND 為實際平均距離；PD為期望平均距離。最近鄰指數（NNI）若大于1，表現模式趨于離散；若小于1，表現模式為聚類，且NNI值越小，聚集程度越高。

ArcGIS空間統計：以街道（鄉鎮）作為基本研究單元，將清洗處理后的各年份各類文化設施POI 數據通過ArcGIS 進行空間連接，以街道單元包含的POI數量表征密度，利用自然斷點法由高到低分為3—5 類，在街道尺度上直觀分析長沙市文化設施空間分布格局。

地理探測器：地理探測器由中國科學院王勁峰研究員等研發，廣泛用于探究空間分異特征，并揭示其驅動因素，核心思想是對數值量有重要影響的類型量與數值量在空間分布上具有相似性［22］。探測器主要包括探測分異及因子、交互作用、風險區和生態4 個模塊。運用地理探測器工具可有效識別相關因素對文化設施POI空間布局的影響強度。

2 長沙市文化設施時空分布格局研究

2.1 整體發展動態分析

各區文化設施空間分布不均衡：通過長沙市各區縣文化設施POI 的數量對比（圖1），可以觀察到10年間雖然區縣文化設施總體擴增明顯，但是空間分布一直不夠均衡，持續存在“中心城區分布較多，周邊城區分布較少”的特征。文化設施發展勢頭主要集中在中心城區的岳麓區、雨花區、開福區、芙蓉區，建設較早的天心區和中部的長沙縣發展較為平穩。隨著城鄉區域一體化協調推進，距離中心城區較遠的望城區和瀏陽市的文化設施分布情況逐步改善，完全處于中心城區以外的寧鄉市則屬于典型的“洼地”。

圖1 長沙市文化設施POI分區縣統計

各類文化設施數量增幅有差異：2010—2020 年，長沙市4 類文化設施的總量增長不一（圖2）。10 年間，文化傳媒類設施呈指數型增加，占比從29%躍升至43%，“廣電湘軍”與“出版湘軍”保持積極向好的發展態勢；2010—2015 年文化旅游類設施的增幅大于2015—2020 年的增幅，但總量一直最少，占比不足10%；文娛消費類設施占比保持在50%左右，2010—2015 年設施數量增幅顯著，2015—2020 年略微下降，對比具體數據條目，發現這與24 小時自助圖書館和親子書店大力推行，但音像市場日漸衰落有關；文藝平臺類設施2015—2020 年的增幅明顯高于2010—2015 年的增幅，占比先降后升，2020 年總量占比達22%。

圖2 長沙市文化設施POI分類統計

2.2 空間分布形態變化分析

對2010 年、2015 年、2020 年長沙市總體文化設施分布進行標準差橢圓分析（圖3），結果顯示：其分布重心持續東移，但總體偏移幅度較小，重心仍在芙蓉區內。橢圓長半軸在輕微外擴的基礎上保持同行政區一致的“東—西”走向，表明2010—2020 年長沙市文化設施的總體布局結構變化不大；橢圓短半軸下端點基本重合，橢圓形狀趨近規整，說明10 年間通過對望城區、長沙縣、瀏陽市的規劃建設，長沙市文化設施的整體覆蓋面有均衡分布的態勢。

圖3 2010—2020 年長沙市總體及各類文化設施標準差橢圓

從2010 年、2015 年和2020 年各類文化設施空間分布形態對比來看，文化傳媒類設施橢圓長半軸大幅內縮，反映出設施向中心城區聚攏的趨勢明顯；文化旅游類設施分布重心由雨花區與芙蓉區的交界處往東北方偏移至開福區，橢圓涵蓋范圍總體偏大，這是由于該類設施大部分由政府投資建設，在規劃建設時期首要考慮的是最大化滿足市民的文化需求，因此分布最為分散；文娛消費類橢圓分布重心、形態大小基本與長沙市總體文化設施分布類似，究其原因是研究樣本在數量上占明顯優勢；文藝平臺類設施分布重心從開福區持續東移至芙蓉區，分布形態上大幅外擴后輕微內縮，表明2015 年以開展文化活動為特點的文化設施空間分布最為均衡，外擴幅度明顯傾向寧鄉市、望城區、長沙縣、瀏陽市4 個區，這與2013 年起圍繞“美麗鄉村”進行新農村建 設，進而帶動鄉鎮級基礎文化設施興起有關。

2.3 空間集聚特征變化分析

本文利用平均最近鄰指數測度了長沙市文化設施的聚集程度（表2）。

表2 2010—2020年長沙市各類文化設施的平均最近鄰指數

表2 結果顯示：2010 年、2015 年、2020 年3 個時點文化設施總體分布的NNI 值分別為0.26、0.23、0.27，均小于1，Z檢驗值的結果也均小于－2.58，在1%的顯著性水平下通過檢驗，說明文化設施的空間布局具有集聚性，2015 年集聚程度最高。

對各年份各類文化設施進行最近鄰指數計算統計（圖4），發現NNI值大范圍落在0.2—0.6 區間，表現出較強的集聚特征。其中，文化傳媒類和文藝平臺類在2020 年聚集程度最高，而文娛消費類在2015年最為集聚。值得注意的是，2010 年文化旅游類設施的NNI 值為1.02，呈隨機狀態。一方面，可能與研究樣本數據過少有關；另一方面，2010 年大多數文化旅游類設施處于項目啟動建設階段。

圖4 2010—2020 年長沙市各類文化設施NNI統計

為了進一步探究各類文化設施各年份具體空間集聚情況，將長沙市168 個街道（鄉鎮）作為基本研究單元，采用ArcGIS 空間統計法對文化設施POI 進行可視化處理，顏色深淺表示該區域內文化設施數量的多少。從圖5 可見，2010—2015 年，長沙市文化設施空間格局總體上呈“核心集聚、邊緣分散，多中心發展”的分布格局，其聚集的高值區分別是以定王臺街道、桔子洲街道為核心的中心組團和獨立在望城區、寧鄉縣、瀏陽市3 地城區形成的次中心區。2015—2020 年，各中心區集聚程度加劇，向城市外圍不斷蔓延，呈現連區成片的態勢。與其他區縣相比，位于西部的寧鄉市發展偏弱，變化幅度不顯著。10年間，長沙市總體文化設施空間分布特征由“內密外疏”轉為“東密西疏”。

圖5 2010—2020 年長沙市總體及各類文化設施密度值

對比3 個時點各類文化設施的密度分布情況可知：①文化傳媒類設施在空間分布上一直表現出很強的中心城區集聚傾向，這與現代傳媒業要求高時效性、交通便捷最大化有關。具體表現為：10 年間高值區從核心繁華的定王臺街道周邊向可達性較好的麓谷街道和湖南廣電領銜的洪山街道兩側集聚分布。②文化旅游類設施涵蓋博物館、陳列館、科普中心等展館，基本規模大數量少，最具公益性質。2010年，該類設施的空間分布非常零散，高值區落在中心城區的清水塘街道和侯家塘街道，周邊主要集中在以“紅色旅游”為專題的花明樓鎮、雷鋒鎮、黃興鎮、開慧鎮和中和鎮。隨著各區縣文旅項目的并行推進，2015 年設施數量顯著增加，且呈均衡發展的特征，到2020 年高值區主要集中在岳麓區的桔子洲街道和望城區的銅官街道。③文娛消費類設施以書店、音像店、影劇院等營業性文娛休閑場所為主，與經濟消費水平和教育資源高低密切相關。2010 年，設施在全市范圍內分布較為分散，后因音像行業受到線上模式的強烈沖擊；2015—2020 年，設施分布明顯往各區縣經濟中心塊狀聚攏，總體側重在長沙市中心城區內擴展。④文藝平臺類設施主要包括少年宮、文化站、文化活動中心等設施，其核心是搭建文化民生活動場所。該類設施建設與社區聯系最為緊密，分布范圍也最為廣泛，空間延展性上與行政區的“東—西”走向一致，從側面反映出城市發展注重基層文化需求，人居環境建設較好。以上表明，文化設施的空間分布與其自身特點和城市實際發展情況關聯密切。

（續圖5 2010—2020 年長沙市總體及各類文化設施密度值）

3 影響因素探究

根據數據典型性和可獲取性的原則，選取2015年長沙市GDP 密度、人口密度和路網密度3 項因子，通過地理探測器探究其對2015 年總體文化設施POI及各類文化設施POI 空間分布的影響力度（圖6）。由于地理探測器擅長分析分類變量，將自變量通過ArcGIS的自然斷點法離散為5—8 類，進一步比較發現定為8 類時交互作用解釋力最大（圖7），因變量為每個街道單元所包含的文化設施POI 數量。

圖6 地理探測器各項因子類型量分布

探究發現：①比對交互探測結果（表3），GDP 密度與人口密度對2015 年總體文化設施POI 的解釋力分別為0.29 和0.26，兩者共同對總體文化設施的解釋力達到0.31。依此類推，具體文化類別中任何兩種變量對文化設施空間分布的交互作用都要高于單變量的獨自作用，且大于二者中的最大值，交互作用類型為雙因子增強，表明長沙市文化設施的空間分布是受多重因素協同作用的結果。②統計各項因子解釋力（圖7），數值呈現“GDP 密度＞人口密度＞路網密度”的特征，說明經濟發展水平對各類文化設施分布的影響強度最大。③在各類文化設施的因子解釋力中，文化傳媒類的數值最高，文娛消費類和文藝平臺類的數值和總體文化設施數值基本相接近，而文化旅游類的數值最低，這充分反映出文化傳媒類設施的空間布局受參考因素的約束較多；文娛消費類和文藝平臺類設施具有大眾性，所受影響強度相似；文化旅游類設施的區位選擇則更多地來自政府規劃決策。

表3 地理探測器交互探測結果

圖7 地理探測器各項因子解釋力

4 結論與討論

本文基于2010 年、2015 年、2020 年的長沙市文化設施POI數據和2015 年GDP、人口和路網數據，在對長沙市文化設施分類整理及數量統計的基礎上，采用標準差橢圓分析、平均最近鄰工具、ArcGIS空間統計方法對2010—2020 年間長沙市文化設施POI的空間分布形態、集聚特征等進行了研究，并運用地理探測器對影響文化設施POI空間分布的因素進行了探究，得出以下主要結論：①從發展動態上看，長沙市文化設施總體一直呈現“中心城區分布較多，周邊區域分布較少”的特征，逐步往區縣均衡方向發展完善；各類文化設施的增幅差異顯著，2010—2015年文娛消費類增幅最明顯，2015—2020 年文化傳媒類增幅最明顯。②從分布形態上看，長沙市文化設施總體分布重心偏移幅度不大，主趨勢與行政區的“東—西”走向具有高度一致性；各類設施中，文化傳媒類向中心城區聚攏的趨向非常明顯，文化旅游類分布重心偏東北移動，文娛消費類橢圓的分布形態變化不大，而文藝平臺類發展速度快、覆蓋面廣。③從集聚特征看，總體文化設施由“核心集聚、邊緣分散，多中心發展”的分布，向城市外圍不斷蔓延，演變為連區成片的態勢，集聚程度也由“內密外疏”轉為“東密西疏”，區間差異較大。在各類文化設施分布格局演變中，文化傳媒類高值區從核心繁華的定王臺街道周邊向可達性較好的麓谷街道和湖南廣電領銜的洪山街道兩側集聚分布，文化旅游類設施由隨機轉向集聚分布，文娛消費類設施則以各區縣的經濟重心呈塊狀集聚，文藝平臺類設施建設與社區聯系最為緊密，分布逐漸均衡。④從影響分析看，交互探測結果顯示作用類型為雙因子增強，表明長沙市文化設施的空間分布是受多重因素協同作用的結果；數值呈現“GDP 密度＞人口密度＞路網密度”的特征，說明經濟發展水平對各類文化設施分布的影響強度最大；比對各類文化設施因子解釋力發現，文化傳媒類設施的空間布局受參考因素的約束較多，文娛消費類和文藝平臺類設施具有大眾性，所受影響強度相似，文化旅游類設施的區位選擇則更多地來自政府規劃決策。