李席锋 林晓玲 张帅娟 古晓蓓

摘  要  城市公共服务设施是影响居民生活质量的重要因素之一。利用GIS空间分析方法（如圈层分析、核密度估计、多距离空间聚类分析等）分析城市公共服务设施的空间分布格局特征，对区域公共服务设施的布局和服务区位选择有着重要作用。研究通过收集地理国情监测、基础测绘、地名普查和土地利用总体规划等相关数据和资料，对岳阳市中心城区2011-2018年城市公共服务设施变化和2018年城市公共服务设施空间分布格局进行研究。结果表明：从空间分布和数量变化来看，岳阳市中心城区城市公共服务设施与房屋建筑的空间分布具有较高相关性，设施数量总体上由中心向外围呈圈层式发展递减趋势，其他公共服务设施数量变化较大;从空间聚集情况来看，各类公共服务设施密度呈中心区域集聚，高密度区沿道路组团式分布的空间特征，聚集尺度和聚集强度差异明显，学校聚集尺度最大，但强度相对较小，其他公共服务设施聚集强度最大。研究成果可为区域城市规划提供参考依据。

关键词  岳阳市;城市公共服务设施;圈层分析;核密度估计;多距离空间聚类分析

中图分类号：F299.24          文献标识码：A

Abstract： Urban public service facility is one of the important influencing factors of residents' life quality.Analyzing the spatial distribution characteristics of public service facilities by using GIS spatial analysis methods， such ascircle distance analysis， kernel density estimation， multi-distance spatial cluster analysis，plays an important role in public service facilities arrangement and location selection. Data collected on geographical information monitoring，basic survey-mapping， toponymic census， land use planningwere used to analyze the variation of public service facilitiesfrom 2011 to 2018 and the spatial distribution characteristics of public service facilitiesin 2018 in YueYang. The results showed：the spatial distribution of public service facilitieswas highly correlated with buildings， and the number of other types of public service facilitiesincreased larger than schools and hospitals; public service facilities concentrated in central districts and distributed mainly along roads; different types of public service facilities clustered at different scales with different degrees， schools clustered at a larger scale with a lower degree，while other types of public service facilities clustered with a higher degree. The results can provide a reference on urbanplanning in Yueyang.

Keywords： Yueyang; public service facilities; circle distance analysis; kernel density estimation; multi-distance spatial cluster analysis

1  引言

城市是現代产业和人口聚集的地区，城市公共服务设施是服务于大众的教育、医疗、文体等城市社会性基础设施，是城市运行的重要支撑。城市公共服务设施的数量、规模和布局，对居民生活质量有着重要影响[1-2]。随着经济和社会的迅速发展，城市人口和用地规模不断扩大，城市公共服务设施的规划和建设也需要进一步完善和提升。同时，城市公共服务设施用地作为城市功能用地的重要组成部分，与城市的空间扩展有着突出的反馈关系，公共服务设施的时空分布特征和变化情况也是城市地理、城市规划等学科始终关注的重要研究领域[3]。对城市公共服务设施配置进行研究，不仅是实践公共服务设施均等化的需要，也是促进城市人居环境建设、提升国家新型城镇化质量和改善城市居民生活质量的内在要求[4]。

城市公共服务设施涵盖面极其广泛，包括为公民提供公共服务产品的教育、医疗卫生、文化娱乐、交通、体育等多种公共性、服务性设施。国外对城市公共服务设施的研究多关注政治体制和社会公平[5-7]。国内对城市公共服务设施的分布研究多围绕医疗、教育、文化等方面开展，如翟秀娟等利用兴趣点数据对淄博市中心城区文化设施的数量、类型和空间分布特征进行了研究[2]，刘倩综合运用多种空间分析方法，分析了长春市医疗设施的空间格局及演化特征[8]，杨雅钧等结合路网数据，对福州市医疗设施的空间分布和可达性情况进行了分析[9]。

岳阳市是湖南省融入长江经济带的“桥头堡”，中心城区人口密度大[10]，近年来，随着经济和社会的快速发展，城市公共设施不断得到完善和提高，但也还存在着一些不足，如数量相对较少，整体发展不均衡等[11]。本研究综合选择与居民生活密切相关的教育、医疗卫生、文化娱乐、交通和体育等基本公共服务设施，分析岳阳市中心城区范围内主要城市公共服务设施的空间分布形态、集聚特性，为城市公共服务设施合理配置与优化提供参考依据。

2  数据与方法

2.1 研究区概况

岳阳古称巴陵，又名岳州，是湖南省地级市，现辖岳阳楼区、云溪区、君山区三区，岳阳县、华容县、湘阴县、平江县四县，代管汨罗市和临湘市二市。岳阳东西横跨177.84km2，南北纵长157.87km，总面积1.49万km2。2017年末，全市总人口为573.33万人。本研究以岳阳市中心城区规划控制范围为研究区（图1），总面积为393.62 km2。研究区以洞庭湖、长江为界，包括东部岳阳楼区-云溪区和西部君山区两部分，是全市政治、经济、文化中心。

2.2 数据来源

对《岳阳市土地利用总体规划》（2006-2020年）（2016年修订版）的岳阳市中心城区土地利用规划图进行校正、矢量化，获得岳阳市中心城区规划控制范围矢量数据。从1：2000基础地理信息数据、地理国情普查和基础性地理国情监测等项目的影像数据成果收集2011、2015、2018年高分辨率遥感影像数据。以2018年基础性地理国情监测地理要素成果数据为基础，参考天地图·湖南、第二次地名普查成果数据、高分辨率遥感卫星影像数据及各类电子地图数据，提取各年度公共服务设施矢量点数据（表1）。从1：2000、1：10000数字线划图中收集居民地数据，从基础性地理国情监测地表要素数据成果中收集国道、省道、县道和城市主干道等主要道路数据。

2.3 研究方法

（1）圈层分析法

公共服务设施空间布局的圈层分化特征突出，圈层分析有助于揭示城市公共服务设施的圈层布局分异特征[12]。以岳阳市政府驻地为中心，3 km为递增半径进行圈层分析，统计每个圈层内公共服务设施和房屋建筑用地分布情况。

（2）核密度估计法（Kernel Density Estimation，KDE）

KDE是一种非参数估计方法，常用的点密度计算方法之一，广泛应用于点数据空间分析研究中。KDE区别于其他常用的点密度计算方法，如样方密度法、基于V图的密度法等，充分考虑了设施点对其周围位置服务影响的距离衰减作用，更适合对城市服务设施影响等连续性地理现象的密度估计[13]。

（3） 多距离空间聚类分析（Ripleys K函数）

Ripleys K函数也是常用的点格局分析方法，是用来分析一定尺度范围内空间点过程数据的工具，可分析在不同空间尺度上，点数据分布所表现出来的特定模式[14]。计算公式如下：

式中：K（d）为距离d下的K函数值，n为点数量，wij （d）为距离d范围内点i与点j之间的距离;A为研究区面积。L（d）用于检验在d距离范围内点的空间分布格局，L（d）>0时为聚集分布，L（d）<0时为离散分布，L（d）=0时为随机分布。

3   结果分析

3.1 空间分布格局

2018年岳阳市中心城区学校共208所，医院133所，其他公共服务设施323处，相比2015年分别增加了4所，3所和16处，相比2011年分别增加了11所，8所和74处，公共服务设施数量明显增加，其中其他公共服务设施数量增加尤为明显。在中心城区范围内，岳阳楼区、云溪区和君山区房屋建筑区面积分别占房屋建筑区总面积的75.84%、17.10%和7.06%，三区的公共服务设施数量占比分别为86.30%、9.34%和4.37%。由此可见，岳阳市中心城区公共服务设施分布与房屋建筑区分布显著相关，岳阳楼区公共服务设施服务水平要相对较高。

从公共服务设施空间分布来看，各圈层公共服务设施分布差异显著，第1、2圈层公共服务设施分布最为集中;从公共服务设施类型变化来看，其他公共服务设施点位数量增长最大，2011-2018年仅第二圈层就增加了37处（图2）。从各圈层公共服务设施数量和房屋建筑面积占比（图3）来看，第1、2圈層公共服务设施占比最大，分别约为35.7%和37.4%;第2圈层房屋建筑区面积占比最大，约为31.1%;第4圈层范围内（小于12 km半径）包含了76.0%的房屋建筑区和86.5%的公共服务设施。由于岳阳市中心城区分布的特殊性，存在相对离散的君山区和云溪区两个城市副中心，医院和其他公共服务设施数量在第6、7圈层也相对较多。总体而言，公共服务设施集中分布于房屋建筑和人口相对密集的城市中心区域，并随着与中心区域距离的增加而减少。

3.2 空间聚集特征

利用ArcGIS 10.1软件空间统计分析模块中的密度分析和聚类分析分别对城市公共服务设施进行核密度分析和Ripleys K函数分析，采用蒙特卡罗法来检验函数结果的显著性，置信区间设置为99%[14]。

从核密度分析结果（图4-图6）来看，不同类型公共服务设施的空间聚集特征相似性与差异性共存。岳阳市中心城区各类公共服务设施密度呈中心区域集聚，高密度区沿道路分布的空间特征。南至求索路，北至枫桥湖路，西至洞庭大道、学院路，东至洞庭湖，包含岳阳市政府所在的中心区域是各类公共服务设施密度最大的区域。各类公共服务设施密度从城市中心区域向外沿道路呈组团式下降趋势。其他类型公共服务设施聚集特征最为显著，中心区域最大密度高至19处/km2， 而学校和医院的最大密度分别为7.8所/km2和6.4所/km2。分区而言，城市公共服务设施在各辖区间呈不均衡分布，岳阳楼区范围内各类公共服务设施密度相对较高，君山区和云溪区范围内密度较低。

由Ripleys K函数分析结果（图7-图9）可见，各类公共服务设施L（d）曲线均整体大于上包迹线，由此可判断各类公共服务设施呈聚集分布特征。从聚集的空间尺度来看，依次为学校（5243.06 m）>其他公共服务设施（4672.25 m）>医院（4316.88 m），集聚规模差异较为明显，学校最大，医院最小;从相应的L（d）峰值来看，依次为其他公共服务设施（9376.21）>医院（9051.03）>学校（8727.38），学校的聚集强度最小，其他公共服务设施的聚集强度最大。

综合核密度分析和Ripleys K函数分析结果来看，无论是从集聚的整体水平，还是从集聚的规模和强度来看，不同类型城市公共服务设施呈现明显差异。其他城市公共服务设施包含除医院、学校外的多种交通、体育、文化和娱乐设施，点位数量多，核密度分析结果要远高于学校和医院;同时，其他城市公共服务设施包含的一些体育、文化、娱乐设施（如体育馆、博物馆、图书馆等）多集中分布在交通便利、人口密集的城市中心区域，聚集规模会相对较小，但聚集强度高。学校和医院（尤其是学校）作为与居民生活息息相关的基础公共服务设施，空间覆盖面相比其他城市公共服务设施更为广泛，分布也要相对均衡，聚集强度比其他城市公共服务设施要小。公共服务设施的空间分布差异固然与其自身属性特征密切相关，另一方面也反映了地区间公共服务设施发展的不均衡性。

4  结论与讨论

城市公共服务设施与居民生活密切相关，通过对其空间格局进行分析研究，有助于指导城市规划，提高公共设施服务水平及城市居民生活品质。本研究利用GIS的空间统计分析工具对岳阳市中心城区城市公共服务设施的空间分布和聚集特征进行了系统的分析，得出如下结论：（1）岳阳市中心城区城市公共服务设施数量由中心区域向外围呈圈层式递减趋势，与房屋建筑区的空间分布呈现一致性;（2）各类城市公共服务设施密度呈现高密度区从中心区域沿道路组团式分布的空间特征，云溪区和君山区城市公共服务设施密度相对较低;（3）各类城市公共服务设施聚集尺度和聚集强度差异明显，学校聚集尺度最大，但强度相对较小，其他公共服务设施聚集强度最大。研究结果可为岳阳市公共服务设施用地布局规划提供参考，也可为其他地区的相关研究提供借鉴。

尽管本研究对岳阳市中心城区城市公共服务设施的空间分布格局研究取得了一些有意义的结论，但也存在一些不足，今后可从以下方面进行更深入地研究：（1）本研究仅从教育、医疗、文化、体育、交通、娱乐等方面收集了部分城市公共服务设施，由于数据的限制，不能全面地反映城市公共服务设施的整体空间格局，后续研究可考虑增加公共服务设施种类，如公交站点等。（2）研究仅对房屋建筑、道路与城市公共服务设施的分布情况进行了分析，而城市公共服务设施的空间分布是受到多种因素影响的，如人口密度、政府决策等，未来对城市公共服务设施空间分布影响机制的研究有待深化。

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