李立峰

摘 要 城市人群的空間移動(dòng)大部分是為了獲取城市服務(wù)，隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出聚集和消散的分布特征，也受到城市規(guī)劃要素的影響作用。本文基于百度地圖和騰訊位置數(shù)據(jù)，以重慶市為例，運(yùn)用空間自相關(guān)法識(shí)別人群聚散顯著的區(qū)域，討論人群聚散與土地利用布局的關(guān)系;采用SOM聚類法分析不同的人群聚散模式與土地利用構(gòu)成的關(guān)系。主要結(jié)論包括：①早高峰時(shí)段，不同城市功能集聚區(qū)對(duì)吸引人群聚集的時(shí)間段存在差異;②重要交通設(shè)施用地和部分行政用地吸引人群聚集受空間距離的影響較小;③在人群聚散變化頻繁的城市區(qū)域，居住用地對(duì)人群集散的影響最大;④城市人群聚散是土地利用構(gòu)成與空間分布綜合疊加的結(jié)果。該研究從人群聚散的視角討論人群移動(dòng)與空間要素的關(guān)聯(lián)，為城市規(guī)劃和交通的精細(xì)化管理提供了依據(jù)，具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)位置數(shù)據(jù);人群聚集消散;土地利用

引言

人群聚集和消散的時(shí)空變化是人們位移過程的空間表現(xiàn)形式，與社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市管理等息息相關(guān)，城市人群分布的數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、道路交通等領(lǐng)域。分析不同時(shí)間、不同空間城市人群分布的動(dòng)態(tài)變化，可進(jìn)一步明晰城市的運(yùn)行規(guī)律，為城市土地利用規(guī)劃、公共安全事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)急指揮等提供重要的決策依據(jù)[1]。

目前，關(guān)于人群活動(dòng)與建成環(huán)境互動(dòng)關(guān)系的研究主要存在以下瓶頸：①人群活動(dòng)數(shù)據(jù)獲取的限制。此方向的研究最重要的是人口活動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方式主要是問卷日志等形式，然而，大規(guī)模問卷調(diào)查需耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，調(diào)查執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，被調(diào)查者負(fù)擔(dān)重。另外，問卷調(diào)查的樣本量大都集中在幾百至幾千個(gè)之間。相較于國(guó)內(nèi)大中型城市的人口總量，大規(guī)模增加研究樣本量對(duì)提高分析結(jié)果的廣泛代表性和可靠性十分必要。因此學(xué)界認(rèn)為其具有持續(xù)有效的支撐大規(guī)模居民活動(dòng)模式分析的潛力。但是，手機(jī)定位數(shù)據(jù)對(duì)于一般研究者而言，極難獲取，需通過組織間的戰(zhàn)略合作才能實(shí)現(xiàn)，這阻礙了更多的研究者參與此方向的討論。②特征分析視角的局限，主要對(duì)人群活動(dòng)數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間維度上的變化做統(tǒng)計(jì)分析，可以得出不同地域的人口流量、聚集度、人口重心的變化，這些結(jié)論可以為居民出行和規(guī)劃決策與檢驗(yàn)提供參考，但建成環(huán)境還是被當(dāng)作一個(gè)整體對(duì)象，較少研究提及建成環(huán)境要素的人群活動(dòng)的互動(dòng)關(guān)系，這對(duì)于進(jìn)一步揭示人與環(huán)境的互動(dòng)規(guī)律是不足的[2]。

因此，本文針對(duì)城市土地利用要素，以較易獲取的網(wǎng)絡(luò)位置數(shù)據(jù)為人口活動(dòng)數(shù)據(jù)的來(lái)源，探討人口活動(dòng)與土地利用的時(shí)空互動(dòng)關(guān)系;引入自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析方法，對(duì)人口聚散的核心區(qū)域進(jìn)行土地利用構(gòu)成分析，揭示土地利用與人口活動(dòng)的互動(dòng)規(guī)律，為城市公共服務(wù)改善、交通擁堵應(yīng)對(duì)和規(guī)劃管理提供決策的依據(jù)。

1研究范圍與數(shù)據(jù)

根據(jù)本文的研究視角，探討土地利用與人群分布關(guān)系的技術(shù)路線主要分為以下三個(gè)步驟：第一，人群分布基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理。聯(lián)合使用百度和騰訊位置數(shù)據(jù)，提高準(zhǔn)確性。在GIS平臺(tái)上，使用重分類后的百度位置柵格數(shù)據(jù)對(duì)騰訊位置矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值，對(duì)新生成的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度分析后，得到人群時(shí)空變化柵格數(shù)據(jù)。第二，土地利用與人群分布關(guān)系的度量。分別從整體協(xié)調(diào)性、板塊活躍性和片區(qū)吸引性視角，使用重心協(xié)調(diào)分析、時(shí)間序列分析和聚散分析，建立土地利用與人群分布互動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第三，土地利用與人群分布關(guān)系的特征。從整體協(xié)調(diào)性、板塊活躍性和片區(qū)吸引性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中，分析土地利用與人群分布在時(shí)間與空間的關(guān)聯(lián)性，總結(jié)兩者的互動(dòng)特征。

研究數(shù)據(jù)為重慶市主城區(qū)內(nèi)環(huán)快速路內(nèi)及其周邊地區(qū)工作日的網(wǎng)絡(luò)位置數(shù)據(jù)。重慶市主城區(qū)內(nèi)環(huán)快速路內(nèi)及其周邊地區(qū)是重慶市民通勤活動(dòng)的主要區(qū)域（重慶市主城區(qū)交通運(yùn)行分析年度報(bào)告，2015）。網(wǎng)絡(luò)位置數(shù)據(jù)來(lái)源為騰訊位置數(shù)據(jù)和百度地圖位置數(shù)據(jù)，兩者記錄了騰訊和百度產(chǎn)品使用者的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為2017年8月24日，天氣晴朗，采集時(shí)間始于早上7點(diǎn)整，止于晚上11點(diǎn)整，采集間隔為1小時(shí)[3]。

本文采用的土地利用數(shù)據(jù)為重慶市2013都市區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。根據(jù)2012年《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》將其綜合成7個(gè)大類，居住用地、商業(yè)用地（包括商場(chǎng)、商務(wù)辦公等）、公共用地（教育用地、政府用地、醫(yī)療用地等）、公園廣場(chǎng)用地、交通用地（包括交通站場(chǎng)、道路用地等）、工業(yè)用地（包括工業(yè)用地和物流用地）以及其他用地（包括待建用地、非建設(shè)用地、市政設(shè)施用地）。

2土地利用與人群分布關(guān)系的分析

2.1 土地利用與人群分布的協(xié)調(diào)性

（1）重心分析法

重心也稱為加權(quán)平均中心 （Weighted Mean Center），人口重心的計(jì)算完全仿照重力的分解與合成法則進(jìn)行。假設(shè)某地區(qū)包含i個(gè)子區(qū)，各子區(qū)人口總量為Mi，地理坐標(biāo)（經(jīng)緯度坐標(biāo)或直角坐標(biāo)）為（xi，yi），則該區(qū)人口重心的坐標(biāo)（X，Y）計(jì)算公式為：

（2）重心的協(xié)調(diào)性

本文通過重心計(jì)算公式計(jì)算了總建設(shè)用地和各類建設(shè)用地的重心，包括居住用地、商業(yè)用地、公共用地、工業(yè)用地、廣場(chǎng)綠地和其他用地的重心。結(jié)果表明：①研究范圍內(nèi)建設(shè)用地總體呈不均衡分布。總建設(shè)用地重心位于研究范圍幾何重心的北偏西方向，城市建設(shè)用地向北、向西集聚。②居住用地、公共用地和商業(yè)用地的重心十分接近總建設(shè)用地重心，居住用地、公共用地和商業(yè)用地的分布較為均衡。③廣場(chǎng)綠地和工業(yè)用地分布不均衡。廣場(chǎng)綠地和工業(yè)用地重心分別位于總用地重心的北向和南向，表明主城內(nèi)環(huán)及其周邊區(qū)域內(nèi)廣場(chǎng)綠地北多南少，工業(yè)用地北少南多。

人群分布的重心主要涵蓋了從7：00到23：00，共17個(gè)時(shí)間點(diǎn)的重心軌跡變化，分析研究范圍內(nèi)人群空間上的聚集變化。結(jié)果表明：①人群總體呈“偏心”分布。人群分布重心的變化范圍位于總用地重心和幾何重心的北面，且偏移距離相對(duì)較遠(yuǎn)，總體特征為人群北多南少。②除廣場(chǎng)綠地外，其余用地重心均位于人群重心南向，表明人口密度均呈現(xiàn)出北高南低的狀況。

（3）人群分布重心的軌跡變化

從圖2來(lái)看，7：00到23：00的人口重心變化范圍較小，表明人群在區(qū)域內(nèi)的分布沒有出現(xiàn)重大的偏移，但不同時(shí)間點(diǎn)仍然呈現(xiàn)出各自的特征，具體可分為以下三個(gè)階段：第一階段（7：00-10：00）——人群重心不斷北移。此階段為早高峰時(shí)段，人群移動(dòng)跟工作地有密切關(guān)系。人群重心的北移表明相當(dāng)部分人群的工作地位于研究區(qū)域的北部，并且人群聚集在10：00達(dá)到峰值。第二階段（10：00-18：00）——人群重心東移。此階段包括午餐時(shí)間和下午工作時(shí)段。人群重心在10：00到11：00時(shí)段向東南移動(dòng)，并且重心不斷小幅徘徊，表明這一時(shí)段研究區(qū)域的東南部分人群活動(dòng)變得激烈。第三階段（18：00-23：00）——人群重心的南移。此階段涵蓋晚高峰，重心先向西南偏移，再向東南偏移，表明工作結(jié)束后大部分返回居住區(qū)，此過程與第一階段正好相反。

總的來(lái)看，人群與用地重心偏移距離較小，人群分布與土地利用基本協(xié)調(diào)，但北部地區(qū)（江北區(qū)、渝北區(qū)）聚集了大量的工作目的地，人群在工作日內(nèi)整體呈現(xiàn)出南北向的通勤“潮汐”活動(dòng)[4]。

2.2 功能板塊的活躍性

聚類分析是將數(shù)據(jù)分類到不同的類或者簇這樣的過程，同組內(nèi)的對(duì)象有很大的相似性，而不同組間的對(duì)象有很大的差異性。首先，土地利用聚類分析需確定最佳的分組數(shù)，即分組有效性。分組有效性通過Calinski-Harabasz偽F統(tǒng)計(jì)量來(lái)測(cè)量，它是一個(gè)反映組內(nèi)相似性和組間差異性的比率[5]。

2.3 特定片區(qū)的吸引性

（1）局部自相關(guān)

本研究采用Anselin Local Moran′I法對(duì)所有網(wǎng)格進(jìn)行局部自相關(guān)分析，以便識(shí)別出在人口在空間位置上的高值集聚和低值集聚區(qū)域，其計(jì)算公式為（1）：

Ii為局部自相關(guān)指標(biāo);xi為空間單元要素的屬性值，在本文中采用每個(gè)網(wǎng)格的人口柵格數(shù)據(jù)值作為要素分析屬性。該方法可以將人群變化顯著的區(qū)域分為四類：HH、HL、LL和LH。HH和HL表示人群流入量大于流出量，即人群的集聚;LL和LH表示人群流出量大于流入量，即人群的消散。使用500m×500m的網(wǎng)格對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行劃分，提取人口時(shí)空變化柵格數(shù)據(jù)總值至各個(gè)網(wǎng)格，使用Anselin Local Moran′I法識(shí)別各個(gè)網(wǎng)格人群聚散變化。

（2）人群的聚散變化

7：00-9：00早高峰時(shí)間段，公共用地和商業(yè)用地在集聚區(qū)的用地占比處于全天的高值，對(duì)人群的吸引作用也最強(qiáng)。9：00-10：00時(shí)間段最明顯的特征是工作人流區(qū)域穩(wěn)定，對(duì)外交通設(shè)施出現(xiàn)明顯的人群集聚現(xiàn)象，即重慶北站南廣場(chǎng)與北廣場(chǎng)，說明市民更偏好在此時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行跨區(qū)域出行。人群在10：00-11：00時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)了由城市核心區(qū)向東、向南移動(dòng)的趨勢(shì)，李家沱片區(qū)、南岸區(qū)政府區(qū)域、巴南區(qū)政府區(qū)域、大渡口區(qū)政府區(qū)域人群集聚明顯，這些區(qū)域從此時(shí)間段開始更具活力。11：00-14：00午間時(shí)段，居住區(qū)和學(xué)校人群大量集聚，如照母山居住片區(qū)、大龍山居住片區(qū)、首創(chuàng)洪恩片區(qū)和沙坪壩片區(qū)，商圈人群消散明顯。14：00-16：00時(shí)間段內(nèi)，居住區(qū)人群開始消散，人群再度向商務(wù)區(qū)和商圈集聚。工作日晚高峰從16：00-17：00時(shí)段逐漸開始，部分商業(yè)區(qū)、商務(wù)區(qū)出現(xiàn)人群消散，部分居住區(qū)出現(xiàn)人群集聚，到L12時(shí)段達(dá)到高潮，到19：00-20：00時(shí)段趨于結(jié)束。20：00-21：00時(shí)段商業(yè)用地、公園廣場(chǎng)用地在集聚區(qū)域的占比達(dá)到全天的高值10.7%、7.1%，推測(cè)該時(shí)段是居民進(jìn)行休閑活動(dòng)的主要時(shí)段，集聚區(qū)包括南坪商圈、解放碑商圈以及南濱路。21：00-23：00時(shí)段出現(xiàn)了人群第3次向大型居住區(qū)的大規(guī)模集聚，工作日的出行活動(dòng)趨于結(jié)束，集聚區(qū)包括民心佳園、三峽廣場(chǎng)-天星橋、二郎、石坪橋-巴國(guó)城、石油路、大龍山-紅土地、環(huán)南坪商圈、七星崗-上清寺居住片區(qū)。

總的來(lái)說，城市人群聚散與土地利用布局存在如下關(guān)系：①早高峰時(shí)段，不同城市功能集聚區(qū)對(duì)吸引人群聚集的時(shí)間段存在差異，中小學(xué)聚集區(qū)、商業(yè)區(qū)最早，商務(wù)區(qū)次之。②重要交通設(shè)施用地和部分行政用地吸引人群聚集受空間距離的影響較小。③發(fā)現(xiàn)人群主要的休閑活動(dòng)時(shí)間段是20：00-21：00，工作日的活動(dòng)在22：00-23：00趨于結(jié)束。

3結(jié)束語(yǔ)

本文基于百度地圖和騰訊位置數(shù)據(jù)，以重慶市為例，運(yùn)用空間自相關(guān)法識(shí)別人群聚散顯著的區(qū)域，討論了各個(gè)時(shí)段人群聚散與土地利用布局的關(guān)系，識(shí)別出不同時(shí)段重慶市重要的人群集聚區(qū)和消散區(qū)。同時(shí)，采用SOM聚類法分析將人群聚散規(guī)律分為6種模式，討論了每種模式與土地利用構(gòu)成的關(guān)系。本文使用了較易獲取的百度地圖數(shù)據(jù)和騰訊位置數(shù)據(jù)，探索了新型數(shù)據(jù)運(yùn)用于城市空間分析的可能性，也更加生動(dòng)地展現(xiàn)了人群的時(shí)空活動(dòng)變化，幫助城市管理者了解人群時(shí)空分布的特點(diǎn)，優(yōu)化聚集區(qū)、消散區(qū)的公共服務(wù)設(shè)施（公交站、地鐵站等）配置，實(shí)現(xiàn)城市高效的、精細(xì)化管理。

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