何文娜

（吉林體育學(xué)院，吉林 長春 130022）

1 引言

公共體育場地指由政府主導(dǎo)或直接提供的可供居民大眾進(jìn)行體育活動的場地[1]。隨著人們生活水平提升，國家全民健身計劃推行，體育場地供給不足與大眾健身需求日益增強(qiáng)產(chǎn)生供需矛盾[2]。自2002年以來，國內(nèi)外學(xué)者對公共體育資源格局研究迅速增多，并取得一定的研究成果[3-5]。通過閱讀相關(guān)論文發(fā)現(xiàn)研究人員多采用文獻(xiàn)法[6-7]，導(dǎo)致定性研究結(jié)果難以精確反映真實情況。因為缺少體育空間數(shù)據(jù)而鮮用GIS分析方法研究空間格局等，對政府科學(xué)決策、科學(xué)研究、公眾健身等均帶來不便。為了更好地理解和分析長春市城區(qū)體育資源空間分布特征及資源配置情況，本文研究一種從百度地圖中抓取體育場地分布信息以構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫的方法，將為后續(xù)體育資源分析打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 構(gòu)建流程

由于當(dāng)前百度已禁止行政區(qū)名稱或按規(guī)則矩形區(qū)域抓取POI數(shù)據(jù)，故按照行政區(qū)名稱抓取的POI數(shù)據(jù)只返回少量隨機(jī)數(shù)據(jù)[8]，難以保證采集數(shù)據(jù)的完整性及數(shù)據(jù)質(zhì)量。但百度API 支持不規(guī)則圖形的抓取，可基于云計算[9]、GIS 自研算法等完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，以構(gòu)建長春市城區(qū)體育場空間數(shù)據(jù)。圖1為構(gòu)建長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫總體流程。

圖1 長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程

（1）合并行政區(qū)：把ArcGIS 格式的2021 年長春市城區(qū)的行政區(qū)合并成一個大的不規(guī)則多邊形。

（2）創(chuàng)建網(wǎng)格：以第一步合并形成的長春市城區(qū)多邊形為數(shù)據(jù)源，創(chuàng)建規(guī)則的小正方形（如邊長1公里或500米）。

（3）篩選網(wǎng)格：因創(chuàng)建網(wǎng)格默認(rèn)采用多邊形的外包絡(luò)線，行政區(qū)不規(guī)則邊界與外包絡(luò)線之間可能存在空隙，則建網(wǎng)格時此空隙亦由小單元格生成。采用第一步合并結(jié)果作為空間篩選條件，只選中被其包含或與其邊界相交的小方格。

（4）輸出選中網(wǎng)格：將選中的所有小方格（包含或相交）輸出到系統(tǒng)外，單位保存成ArcGIS Shapefile文件。

（5）生成重心：將第4步執(zhí)行結(jié)果作為數(shù)據(jù)源，批量計算每一個小方格的重點，得到一個重心點圖層。

（6）生成緩沖區(qū)：以第5步的重心點圖層作為輸入，按指定半徑生成緩沖區(qū)，保證所有緩沖區(qū)的區(qū)域融合后可全覆蓋整個長春市城區(qū)。

（7）按緩沖區(qū)抓?。罕闅v每一個緩沖區(qū)要素，用當(dāng)前緩沖區(qū)、關(guān)鍵詞（如體育場地）作為搜索參數(shù)，發(fā)給百度API 采集指令，百度云返回符合當(dāng)前抓取條件的數(shù)據(jù)。

（8）解析數(shù)據(jù)：對百度返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)按照名稱、坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）、地址、所在區(qū)、所在市、所在省等分別解算，解析結(jié)果臨時存于內(nèi)存對象中。

（9）保存數(shù)據(jù)：保存前根據(jù)編號及名稱判斷當(dāng)前要保存的數(shù)據(jù)是否已存在，若已存在則跳過，若不存在則保存到本地文件中，從而保證了抓取數(shù)據(jù)的唯一性。

（10）生成圖層：使用第9步生成的體育數(shù)據(jù)文件作為數(shù)據(jù)源，采用空間數(shù)據(jù)生成工具（如ArcMap），使用經(jīng)緯度空間數(shù)據(jù)生成點，同時將名稱、地址等數(shù)據(jù)項同步存入屬性表，最后生成ArcGIS Shapefile格式的體育場地點圖層。

（11）創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫：在開源空間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（如PostGIS）中創(chuàng)建專用數(shù)據(jù)庫，將體育場地點圖層數(shù)據(jù)用導(dǎo)入/導(dǎo)出工具等存入，形成長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫。

3 實現(xiàn)方法與技術(shù)

3.1 合并城區(qū)范圍

使用ArcMap 軟件打開保存長春市城區(qū)的ArcGIS 數(shù)據(jù)（如Changchun.shp），在編輯狀態(tài)下選擇城區(qū)所有面要素，使用合并工具將它們合成一個要素，將合并后要素存成shapefile文件輸出（如Changchun_Merged.shp）。圖2中（a）為長春市城區(qū)原始數(shù)據(jù)、（b）為城區(qū)合并后結(jié)果。

圖2 長春市城區(qū)合并

3.2 網(wǎng)格切分

（1）選擇長春市城區(qū)合并面要素為模板邊界范圍，自動提取圖層最小包絡(luò)矩形范圍。

（2）指定生成的網(wǎng)格要素類保存位置及名稱（如Changchun_FishNet.shp）。

（3）打開魚網(wǎng)工具（Fishnet）并設(shè)置創(chuàng)建魚網(wǎng)的參數(shù)：設(shè)置行列數(shù)各100，單元的高度和寬度設(shè)為0，則會自動將其分割成100 行、100 列共10000 個單元格，自動計算單元格的高度和寬度。

（4）輸出幾何類型設(shè)為面（POLYGON），且取消創(chuàng)建標(biāo)簽點復(fù)選框。

（5）確認(rèn)后將自動生成并輸出存有10000個單元格的面圖層。

圖3（a）顯示了創(chuàng)建魚網(wǎng)的參數(shù)設(shè)置窗口，（b）為創(chuàng)建的10000個小網(wǎng)格覆蓋長春市城區(qū)效果。

圖3 創(chuàng)建網(wǎng)格

3.3 網(wǎng)格篩選

因長春市城區(qū)邊界外的空余區(qū)域不在城區(qū)范圍內(nèi)，可將這些網(wǎng)格移除以提高抓取效率與精度。使用ArcMap的位置選擇（Select By Location）工具，設(shè)置被選擇的目標(biāo)圖層為生成的網(wǎng)格（如Changchun_FishNet.shp），位置源圖層選擇長春市合并城區(qū)（Changchun_Merged.shp），為目標(biāo)圖層要素設(shè)置的空間選擇方法為“與源圖層要素相交”，即可選中與長春市城區(qū)邊界相交及被其包含的所有小網(wǎng)格（如圖4（a）），圖4（b）展示了選中要素導(dǎo)出結(jié)果。

圖4 選擇長春市城區(qū)網(wǎng)格

3.4 計算重心

使用ArcMap 數(shù)據(jù)管理工具中要素轉(zhuǎn)點（Feature to Point）工具，它以篩選后的長春市城區(qū)網(wǎng)格作為輸入，批量計算每一個網(wǎng)格的重心到一點圖層中（如Changchun_Fish-Net_Circle.shp）。圖5（a）顯示了長春市城區(qū)邊界與所有網(wǎng)格重心。

3.5 生成緩沖區(qū)

重心點圖層作為ArcMap 的緩沖區(qū)工具（Buffer）的輸入要素，設(shè)置緩沖區(qū)半徑（如500 米），指定輸出路徑及圖層名（如Changchun_FishNet_CircleBuffer.shp），即可生成用于提取長春市城區(qū)體育場地的緩沖區(qū)（如圖5（b））。

圖5 長春市城區(qū)網(wǎng)格重心、緩沖區(qū)

3.6 采集數(shù)據(jù)與創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫

采用Python 語言編寫抓取代碼，將搜索關(guān)鍵詞數(shù)組、格網(wǎng)緩沖區(qū)等作為輸入?yún)?shù)，調(diào)用百度云API 接口，對返回的流式數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換、格式解析并保存在Excel 中。使用ArcMap將Excel中保存的體育空間數(shù)據(jù)加載到地圖時，指定正確的經(jīng)度、緯度及投影參數(shù)等（如WGS1984），再將顯示結(jié)果保存為點圖層（如圖6）。最后將保存長春市城區(qū)體育場地位置數(shù)據(jù)圖層導(dǎo)入到PostGIS 數(shù)據(jù)庫中，形成長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫。

圖6 長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)結(jié)果

4 結(jié)語

（1）受百度對POI 數(shù)據(jù)抓取的限制，本文提出一種采用非規(guī)則圖形采集并構(gòu)建長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)流程，主要包括合并行政區(qū)、創(chuàng)建網(wǎng)格、篩選網(wǎng)格、生成重心、生成緩沖區(qū)、按緩沖區(qū)抓取、保存數(shù)據(jù)、生成圖層、導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫等環(huán)節(jié)；

（2）使用Python語言編程實現(xiàn)了具體抓取算法，通過調(diào)用百度API實現(xiàn)了長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)的采集；

（3）將采集的體育場地位置數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PostGIS數(shù)據(jù)庫中，初步構(gòu)建了長春市城區(qū)體育場地空間數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)開展體育資源空間分析等打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。