禚保玲，劉冬杰，張志敏，王 振

(1.青島市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，青島 266071；2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))第七設(shè)計(jì)院有限公司，青島 266005)

城市活力是一種受城市空間形態(tài)影響的城市活動(dòng)，即空間特征及其背后社會(huì)活動(dòng)的同構(gòu)體，可從居民活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)其進(jìn)行界定[1-2]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于城市活力的研究較多，王勇等從濱水空間、街道、社區(qū)、商圈多空間維度研究活力特征[3-6]。黃先梅等基于燈光遙感數(shù)據(jù)、年鑒等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，研究城市經(jīng)濟(jì)-人口活力-用地重心變化及耦合特征，研究時(shí)間多為5年、10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間跨度[7-11]。吳志強(qiáng)等利用百度熱力圖數(shù)據(jù)[12-14]、手機(jī)信令數(shù)據(jù)[15-17]、網(wǎng)絡(luò)簽到數(shù)據(jù)[18-19]等多源新型大數(shù)據(jù)，研究城市活力空間活力分布特征及演變規(guī)律。

總體來(lái)看目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市活力進(jìn)行多維度研究，多停留于單一時(shí)間截面的靜態(tài)研究或者長(zhǎng)時(shí)間跨度動(dòng)態(tài)研究，對(duì)于細(xì)粒度時(shí)間尺度、高精度空間尺度活力研究較少。本文利用大數(shù)據(jù)時(shí)代帶來(lái)的機(jī)遇，將新型數(shù)據(jù)融合應(yīng)用于城市研究，從更細(xì)小的時(shí)間和更精準(zhǔn)的空間維度上探索城市活力特征，對(duì)理解城市空間、布局服務(wù)設(shè)施、提升城市活力提供技術(shù)支撐。

1 研究數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究范圍

選取《青島市城市總體規(guī)劃(2011—2020)》劃定的中心城區(qū)作為本次研究區(qū)域(圖1)，包括東岸城區(qū)、西岸城區(qū)、北岸城區(qū)，總面積1481 km2，人口576萬(wàn)，是青島市最重要的活力聚集區(qū)。其中東岸城區(qū)包括市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、嶗山區(qū)，西岸城區(qū)為原黃島區(qū)(2012年原黃島區(qū)與原膠南市合并為現(xiàn)黃島區(qū))，北岸城區(qū)為城陽(yáng)區(qū)。

圖1 中心城區(qū)范圍示意

鑒于統(tǒng)計(jì)單元太小計(jì)算繁瑣，太大又喪失數(shù)據(jù)精確性，本文綜合青島實(shí)際情況和多次測(cè)試，選取500 m×500 m網(wǎng)格作為基礎(chǔ)單元，將中心城區(qū)按0.25 km2劃分網(wǎng)格，共計(jì)5920個(gè)，作為分析基礎(chǔ)單元，通過(guò)分析基礎(chǔ)單元每個(gè)時(shí)刻活躍人次來(lái)表征該區(qū)域活力。

1.2 主要數(shù)據(jù)來(lái)源

基于傳統(tǒng)方法獲取人口數(shù)據(jù)存在統(tǒng)計(jì)口徑不同、抽樣率低、成本較高、更新速度慢等問(wèn)題。在大數(shù)據(jù)的發(fā)展浪潮下，百度地圖擁有強(qiáng)大的位置定位能力，平均每天響應(yīng)超過(guò)800億次位置定位需求，其定位設(shè)備來(lái)自115萬(wàn)開(kāi)發(fā)者，65萬(wàn)App及網(wǎng)站，市場(chǎng)占有率可達(dá)70%。依靠百度基于位置的服務(wù)數(shù)據(jù)(Location Based Services，LBS)獲取的實(shí)時(shí)人口分布情況具有動(dòng)態(tài)、連續(xù)、易識(shí)別的特征，可以較好反映人們相對(duì)空間行為規(guī)律，滿足研究需要。

本研究采用青島市2019年3月20日—3月27日共計(jì)1 周全市LBS數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)小時(shí)內(nèi)去重復(fù)，數(shù)據(jù)包含0：00—23：00每個(gè)時(shí)刻人口位置信息，屬性有經(jīng)緯度、人口數(shù)量、時(shí)刻信息等，累計(jì)統(tǒng)計(jì)人次達(dá)到11億人次。

1.3 研究方法

1.3.1 核密度模型

核密度分析(kernel density)是通過(guò)創(chuàng)建連續(xù)圖層代表設(shè)施分布的密度值，其優(yōu)勢(shì)是落入搜索區(qū)的點(diǎn)具有不同的權(quán)重，越靠近搜索中心的點(diǎn)，被賦予的權(quán)重越大，反之權(quán)重越小，計(jì)算結(jié)果分布較平滑，其計(jì)算公式為

(1)

式中：fn為核密度值；n為搜索半徑范圍內(nèi)的樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；r為搜索半徑；K為核參數(shù)； (x-xi)為估計(jì)點(diǎn)x到樣本點(diǎn)xi的距離。

1.3.2 活力重心模型

重心指區(qū)域空間存在某點(diǎn)，其前、后、左、右、上、下各方向的力量保持均衡，1874年美國(guó)學(xué)者F.Walker首次將重心概念應(yīng)用于城市研究中。城市活力重心模型是把區(qū)域空間活力分布簡(jiǎn)化為具有權(quán)重的散點(diǎn)集群，通過(guò)將活力值和面積加權(quán)計(jì)算，獲取活力重心坐標(biāo)，其計(jì)算公式為

(2)

(3)

2 青島市中心城區(qū)活力時(shí)間特征

由于居民商務(wù)、辦公、休閑、娛樂(lè)選擇不同時(shí)間進(jìn)行，因此城市同一區(qū)域不同時(shí)間段存在活力差異性，本文引入活力強(qiáng)度值指標(biāo)，分析研究城市活力在不同時(shí)間的變化特征。具體計(jì)算如下：

(4)

(5)

式中：Vih為單元i在h時(shí)平均活躍人群數(shù)；i=1,…,n，表示n個(gè)統(tǒng)計(jì)單元；h=0,1,…,23，表示一天24 h；j=1,2,…,7，代表一周7 d；Nihj為單元i在第j日h時(shí)活躍人群數(shù)；Qih代表單元i在h時(shí)活力強(qiáng)度。

以活力強(qiáng)度Qih為縱坐標(biāo)，以一天24 h為橫坐標(biāo)繪制空間活力強(qiáng)度1 d波動(dòng)幅度示意圖，數(shù)據(jù)點(diǎn)與折線反映城市空間強(qiáng)度在1 d中隨時(shí)間順序的波動(dòng)。

由圖2可知，中心城區(qū)活力強(qiáng)度總體呈現(xiàn)日間高夜間低的特征，日間活力存在小幅波動(dòng)，分別在7：00—9：00，11：00—13：00，17：00—19：00存在凸起峰值。21：00至次日凌晨7：00，活力強(qiáng)度驟減，其中凌晨2：00—3：00達(dá)到最低，主要是由于這個(gè)時(shí)段居民陸續(xù)進(jìn)入休息狀態(tài)，手機(jī)使用頻率較低，獲取數(shù)據(jù)也相對(duì)較小，一定程度上也反映了青島夜間活力相對(duì)較低的狀況。

進(jìn)一步引入活力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)，表示一個(gè)區(qū)域活力強(qiáng)度變化幅度，值越低代表該區(qū)域不同時(shí)刻活力強(qiáng)度變化幅度越小，時(shí)變曲線越平緩，反之則代表該區(qū)域不同時(shí)刻活力強(qiáng)度變化幅度大。具體計(jì)算如下：

(6)

(7)

由表1可知市南區(qū)和嶗山區(qū)標(biāo)準(zhǔn)差明顯高于其他四區(qū)，說(shuō)明市南區(qū)和嶗山區(qū)活力強(qiáng)度變化幅度較大。這是由于市南區(qū)和嶗山區(qū)相較而言，城市功能相對(duì)單一，用地偏崗位，白天工作時(shí)間人口聚集，到了晚上人去樓空，空間活力強(qiáng)度變化幅度大。而對(duì)于其他四區(qū)，用地混合性更好，工作時(shí)間和休息時(shí)間空間活力強(qiáng)度變化幅度小。

表1 不同行政區(qū)空間活力值描述

3 青島市中心城區(qū)活力空間特征

城市活力不僅在時(shí)間維度存在差異，在空間維度同樣存在差異，引入活力密度指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算日均活躍人次與所屬區(qū)域面積之比反映單位土地面積上活躍人群密集程度，值越高，則活力越大，反之則越小(圖3)。結(jié)果顯示中心城區(qū)日均活力密度為3.4萬(wàn)人次/km2，其中市北區(qū)日均活力密度最高，達(dá)15萬(wàn)人次/km2，為中心城區(qū)日均活力密度的4.4倍；市南區(qū)次之，13.8萬(wàn)人次/km2，為中心城區(qū)日均活力密度的4倍；李滄區(qū)第三，為7.6萬(wàn)人次/km2，為中心城區(qū)日均活力密度的2.2倍；城陽(yáng)區(qū)、原黃島區(qū)和嶗山區(qū)日間活動(dòng)密度均低于中心城區(qū)日均活力密度。

從空間分布來(lái)看(圖4)，各行政區(qū)呈現(xiàn)不同聚集特征：市南、市北區(qū)空間活力聚集態(tài)勢(shì)明顯，連綿成片；嶗山區(qū)人群聚集空間較少，呈現(xiàn)一帶多點(diǎn)的特征；李滄區(qū)呈現(xiàn)一團(tuán)多點(diǎn)特征；城陽(yáng)區(qū)總體空間活力較弱，呈雙中心向外輻射聚集特征；原黃島區(qū)則形成多核串聯(lián)聚集特征。

圖4 青島市中心城區(qū)活力密度空間分布示意

對(duì)活力聚集空間形態(tài)進(jìn)一步總結(jié)，可以分為帶狀延續(xù)、單中心放射、單中心聚集、雙中心放射、多核串聯(lián)5種模式。

1) 帶狀延續(xù)模式為2個(gè)及以上活力聚集點(diǎn)在空間上呈直線分布的形態(tài)，典型區(qū)域?yàn)閸魃絽^(qū)深圳路沿線。

2) 單中心放射模式為1個(gè)較強(qiáng)活力聚集點(diǎn)單中心向外輻射的形態(tài)，典型區(qū)域?yàn)槔顪嫔倘Α?/p>

3) 單中心聚集模式為1個(gè)強(qiáng)活力聚集點(diǎn)且明顯高于周邊區(qū)域的形態(tài)，典型區(qū)域?yàn)榍鄭u科技大學(xué)。

4) 雙中心放射模式為2個(gè)較強(qiáng)的中心向外發(fā)散形成放射狀的形態(tài)，典型區(qū)域?yàn)榕_(tái)東商圈、市北區(qū)中央商務(wù)區(qū)。

5) 多核串聯(lián)式為多個(gè)活力集聚區(qū)距離較近、連綿成片的形態(tài)，典型區(qū)域如原黃島區(qū)沿海區(qū)域。

4 青島市中心城區(qū)活力重心變化規(guī)律

從地理空間上看，青島地勢(shì)較為特殊，環(huán)膠州灣發(fā)展，地理中心是膠州灣，所以單純直接引用數(shù)學(xué)上的重心概念不甚合理。因此本文對(duì)青島市東岸城區(qū)、北岸城區(qū)、西岸城區(qū)分別進(jìn)行重心分析。

4.1 東岸城區(qū)活力重心變化規(guī)律

東岸城區(qū)活力重心主要集中在雙山附近，工作日(圖5(a))和周末(圖5(b))活力重心移動(dòng)規(guī)律相似，沿順時(shí)針?lè)较虺虱h(huán)形移動(dòng)。其中工作日6：00活力重心到達(dá)一天中最北，證明北邊是東岸城區(qū)主要居住聚集區(qū)，隨后活力重心開(kāi)始向東南方移動(dòng)，8：00—20：00活力重心呈現(xiàn)往返式波折，證明人群活動(dòng)辦公區(qū)域主要集中在城區(qū)南側(cè)且位置相對(duì)固定。呈現(xiàn)這種重心移動(dòng)特征主要與目前青島市東岸城區(qū)南部沿海區(qū)域聚集大量商業(yè)辦公區(qū)域，北部和西部則為老城居住區(qū)的用地格局有較大關(guān)系。周末與工作日人群活動(dòng)規(guī)律基本相似，波動(dòng)范圍小，且全天重心位置較工作日偏北，這主要是由于休息日居民活動(dòng)多為娛樂(lè)休閑，伴隨著百麗海信商圈、香港中路商圈的衰落，臺(tái)東商圈、新都心商圈、李村商圈的崛起，青島市居民休閑空間較工作空間北移。

圖5 東岸城區(qū)活力重心移動(dòng)軌跡

4.2 西岸城區(qū)活力重心變化規(guī)律

西岸城區(qū)活力重心主要集中在保稅港區(qū) ，工作日(圖6(a))和周末(圖6(b))活力重心移動(dòng)規(guī)律相差較大。工作日沿逆時(shí)針?lè)较虺虱h(huán)形移動(dòng)，6：00活力重心到達(dá)一天中最北，證明北邊是西岸城區(qū)主要居住聚集區(qū)，隨后活力重心向南移動(dòng)，8：00—20：00活力重心呈現(xiàn)波折往返式運(yùn)動(dòng)，證明目前西岸城區(qū)居民就業(yè)崗位主要集中于城區(qū)南側(cè)。周末活力重心總體呈逆時(shí)針移動(dòng)，12：00—16：00活力重心向南移動(dòng)，這主要是由于休息日居民活動(dòng)多為娛樂(lè)休閑，而西岸城區(qū)佳世客、海上嘉年華、新城吾悅等眾多商場(chǎng)和金沙灘、啤酒城娛樂(lè)空間均位于西岸城區(qū)南部。

圖6 西岸城區(qū)活力重心移動(dòng)軌跡

4.3 北岸城區(qū)活力重心變化規(guī)律

北岸城區(qū)活力重心主要分布在青島奧林匹克雕塑文化園附近，工作日(圖7(a))和周末(圖7(b))活力重心變化規(guī)律相似，均沿順時(shí)針?lè)较虺虱h(huán)形移動(dòng)。其中工作日夜間活力重心位于青島奧林匹克雕塑文化園附近，隨著時(shí)間推移逐漸向西移動(dòng)，17：00活力重心達(dá)到最西側(cè)之后開(kāi)始向東移動(dòng)，23：00再次到達(dá)青島奧林匹克雕塑文化園附近。周末較工作日重心偏東且波動(dòng)范圍小，這說(shuō)明北岸城區(qū)休閑娛樂(lè)空間相對(duì)工作空間位置偏東。

圖7 北岸城區(qū)活力重心移動(dòng)軌跡

對(duì)比三岸城區(qū)重心移動(dòng)規(guī)律，東岸城區(qū)和北岸城區(qū)重心移動(dòng)范圍更大，西岸重心分布更為密集。從時(shí)間上來(lái)看，同一地區(qū)在工作日和周末活力重心變化總體方向一致，或順時(shí)針或逆時(shí)針，局部細(xì)節(jié)存在不同，如西岸城區(qū)周末中午活力重心明顯向南部沿海方向移動(dòng)，這與城市用地布置存在較大關(guān)系。

5 結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代為城市研究者帶來(lái)新的機(jī)遇，使得關(guān)于高空間精度、細(xì)時(shí)間粒度的城市研究成為可能。本文作為一次LBS數(shù)據(jù)融合應(yīng)用于城市活力方面的探索，從更細(xì)小的時(shí)間和更精準(zhǔn)的空間維度上研究城市活力特征，對(duì)理解城市空間、布局服務(wù)設(shè)施、提升城市活力具有實(shí)際意義。