董鵬程，劉曉慧

（1.蘭州交通大學(xué) 建筑城市規(guī)劃學(xué)院；2.蘭州交通大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院）

1 引言

百度公司在2011年新推出的一款以現(xiàn)代智能手機用戶在使用百度相關(guān)搜索引擎或具有定位地理位置信息的手機百度軟件為基礎(chǔ)的百度熱力圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品，通過空間定位聚集方式以不同的色塊及亮度動態(tài)反映研究區(qū)域內(nèi)城市人口空間聚集程度，從而表征出研究區(qū)域內(nèi)城市人口實時的空間聚集程度及空間差異。該數(shù)據(jù)產(chǎn)品在推出之初是為用戶在節(jié)假日出游提供決策的智能工具，深受廣大用戶的喜愛[1]。此外，作為一個基于手機用戶地理位置的大數(shù)據(jù)新應(yīng)用，百度熱力圖在不同專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的研究價值也在被持續(xù)地挖掘和開發(fā)[2]。相較于依賴傳統(tǒng)人口普查數(shù)據(jù)或問卷調(diào)查的研究方法，百度熱力圖數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的逐漸應(yīng)用研究彌補了傳統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的時效性或動態(tài)性不足等問題。同時，由于百度熱力圖是用戶使用百度產(chǎn)品時后臺記錄的數(shù)據(jù)軌跡，從這一角度來講，是城市人口在日常生活中無意識的規(guī)劃參與，研究百度熱力圖數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的實際空間與城市空間規(guī)劃的耦合程度，也是一種將自下而上的決策機制與自上而下的決策機制相結(jié)合的研究方式[3]。

因此，基于百度熱力圖所帶有的實時人口空間分布數(shù)據(jù)，研究檢測其不同時段、不同中心城市區(qū)域的實際空間使用情況，通過對比與蘭州第四版城市空間規(guī)劃實施的耦合度，為蘭州市城市中心區(qū)空間優(yōu)化提供實時的動態(tài)依據(jù)。

2 研究對象與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究對象

本研究對象為蘭州市中心城區(qū)，即為蘭州市區(qū)行政轄區(qū)內(nèi)的城關(guān)、七里河、安寧、西固四區(qū)的部分地區(qū)，以及榆中縣的和平鎮(zhèn)、定遠鎮(zhèn)和皋蘭縣的九合鎮(zhèn)的部分地區(qū)，面積688.9km2[4]，形成“一河，三城，六組團”的空間格局,如圖1所示。

圖1 第四版蘭州市中心城區(qū)空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

隨機對2018年7月21—7月23日連續(xù)3天7:00～23:33期間的百度熱力圖數(shù)據(jù)進行爬取，爬取時間間隔約為33min，作為本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以ArcGIS 10.2中模型建構(gòu)器為主要處理工具，以WGS_1984_UTM_Zone_48N為投影坐標(biāo)系，進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及投影校正，再根據(jù)蘭州中心城區(qū)的百度地圖中的以城關(guān)區(qū)中慶陽路、南冰河?xùn)|路等為例的多條路線圖進行批量地理配準(zhǔn)鏈接，從而得到研究所需的百度熱力圖。采用熱力度衡量熱力圖反映的密度情況，熱力度越高表明人口在城市空間聚集程度較高。由此，將熱力值大小按自然間斷法進行重分類，將原有的熱力值分為1～7級，其中，熱力值為6～7級的定義為高熱區(qū)，熱力值4～5級的定義為次熱區(qū)，高熱區(qū)和次熱區(qū)在一定程度上分別代表了城市內(nèi)人群高度集中的區(qū)域和較為集中的區(qū)域，高熱區(qū)和次熱區(qū)的面積越大反映城市人群的的聚集程度越高，也進一步表征了城市空間的實際使用強度越高，反之，則反映城市人群的離散程度較高，城市實際空間使用強度較低，3天處理結(jié)果如圖2所示。

圖2 蘭州市中心城區(qū)3天平均百度熱力圖

3 城市熱力度空間分布分析

3.1 休息日不同熱力度區(qū)域面積隨時間變化情況

根據(jù)眾多學(xué)者的研究，城市人口的空間聚集在一定程度上呈現(xiàn)以周為基本單位的活動規(guī)律，并且休息日（周六和周日）及工作日（周一至周五）的城市人口空間聚集表現(xiàn)出一定程度的差異性，由此，為進一步刻畫蘭州中心城區(qū)城市空間功能實際使用強度，以2018年7月21日（周六）熱力圖數(shù)據(jù)為例（周日與周六的人群聚集活動相對相似），采用ArcGIS 10.2工具將蘭州市中心城區(qū)進行柵格單元劃分，通過柵格計算器工具，將一天中每個單元的數(shù)據(jù)熱力值進行平均值和計算[5]，平均值計算公式為：

式中，Hi為單元的整日平均熱力度；Hix為單元i在x時刻的熱力度數(shù)值，其中，x=7:00、7:33、8:08、8:24、9:17、…、23:32；i=1、2、3、…、n。計算結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在休息日(7月21日)7:00～23:32的研究時段內(nèi)，從整體變化趨勢方面，蘭州市中心城區(qū)的城市高熱區(qū)和次熱區(qū)的面積隨著時間的變化有著明顯的波動，其中，高熱區(qū)波動軌跡最為明顯，城市人口早上的空間聚集程度波動明顯，且整體波動幅度略低于晚間，城市人口的空間集聚熱力值在13:17～14:25之間出現(xiàn)較大的差值，且在9:51～10:59和20:40～21:50時段高熱區(qū)與次熱區(qū)面積占比同時增加達到峰值。從具體時段來看，高熱區(qū)面積占比在7:00～14:25時段之間波動頻繁且在13:51時間點達到最低值，而后在14:25～20:40時段內(nèi)形成大約持續(xù)6h15min的相對穩(wěn)定期，隨后在21:15時刻達到一天的峰值；與高熱區(qū)不同，次熱區(qū)在7:00～10:59時段內(nèi)經(jīng)歷2次小波峰且在10:59～20:40時段內(nèi)形成持續(xù)長達8h以上的穩(wěn)定期，隨后在21:15時刻達到一天的峰值且與高熱區(qū)峰值極為相近。

3.2 休息日城市高熱區(qū)的空間分布

圖3 休息日（7月21日）高熱區(qū)和次熱區(qū)面積變化

城市高熱區(qū)作為城市中人口空間集中度最高的區(qū)域，在一定程度上表征了城市空間結(jié)構(gòu)中人口聚集的重要節(jié)點。為了進一步探究城市人口在城市中的空間聚集特征，結(jié)合第四版蘭州城市空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃與經(jīng)賦值的蘭州市中心城區(qū)休息日百度熱力圖，對比高熱區(qū)的地理分布特征進行考察，結(jié)合圖1，蘭州市中心城區(qū)休息日范圍內(nèi)高熱力區(qū)域按照面積大小依次集中在城關(guān)中心區(qū)、七里河中心區(qū)、東崗中心區(qū)、雁灘中心區(qū)、西固中心區(qū)。

通過考察蘭州第四版城市總體規(guī)劃的城市功能可知，上述高熱力區(qū)具有較強的行政辦公、商業(yè)金融及文化娛樂功能，尤其在城關(guān)中心區(qū)，還包含了相對較多的醫(yī)療衛(wèi)生、教育科研、體育設(shè)施、交通設(shè)施及文物古跡用地，集多功能于一身的城關(guān)中心區(qū)因此也成為整日高熱力面積分布最大的區(qū)域。特別的是，從高熱力分布持續(xù)時間長短來看，位于城關(guān)中心區(qū)的蘭州火車站及七里河區(qū)的蘭州西站成為高熱力持續(xù)時間最長，面積變化最小的區(qū)域，綜合交通集中是其保持穩(wěn)定的主要原因。由此可見，休息日蘭州市中心城區(qū)的主要城市人口集聚空間分布集中于商業(yè)、娛樂、購物及休閑等區(qū)域，表征了商業(yè)娛樂區(qū)域是城市人口高強度聚集的主要原因。

3.3 工作日不同熱力度區(qū)域面積隨時間變化情況

相較于休息日，工作日的熱力值數(shù)據(jù)分析結(jié)果呈現(xiàn)出更強的相似性，在此以7月23日數(shù)據(jù)處理結(jié)果為例（見圖4），分析工作日蘭州中心城區(qū)城市空間實際使用強度的變化特點。

從圖4可以得出，工作日（7月23日）的高熱區(qū)與次熱區(qū)的面積變化在7:33～8:07、8:07～8:40和9:14～10:23時段內(nèi)出現(xiàn)3次顯著增幅，推測在前2h段為上班早高峰時間城市人口從居住區(qū)向商務(wù)辦公區(qū)等崗位密集區(qū)域進行大量聚集，在第3個時段為商業(yè)服務(wù)區(qū)等崗位密集區(qū)進行再一次聚集，表征了在工作日，崗位密集區(qū)域所能達到的城市人口聚集程度高于居住區(qū)。高熱區(qū)與次熱區(qū)的面積大約自 12:05～13:48和 14:57～18:56期間為工作日相對平穩(wěn)的時段，并在18:56～19:30期間達到工作日的第二波峰，隨之在20:05～21:14出現(xiàn)最高峰。由此，在工作日，受到工作時間的影響，高熱區(qū)和次熱區(qū)面積達到峰值的時段耦合程度相對較高。在工作日，城市人口集聚度首先由于工作性質(zhì)的不同從居住區(qū)域向工作區(qū)域集中出現(xiàn)2次顯著提升，隨后在晚間受到休閑消費人群向餐飲、娛樂等休閑區(qū)域集中的影響出現(xiàn)新的2次提升并達到整日的峰值，在城關(guān)中心區(qū)最為顯著，表現(xiàn)出城關(guān)中心區(qū)集多功能于一體的對城市人口具有強大的空間吸引。

3.4 工作日城市高熱區(qū)的空間分布

圖4 工作日（7月23日）高熱區(qū)和次熱區(qū)面積變化

結(jié)合圖1與圖2，蘭州市中心城區(qū)工作日范圍內(nèi)高熱力區(qū)域按照面積大小依次集中在城關(guān)中心區(qū)、東崗-雁灘中心區(qū)、七里河中心區(qū)、安寧中心區(qū)、西固中心區(qū)?？梢钥吹?，在工作日，城市人口的空間集聚在各空間功能區(qū)呈現(xiàn)出彼此聯(lián)系程度相較于休息日高且相對均勻，但空間分布除了安寧中心區(qū)出現(xiàn)一定程度的空間聚集，城關(guān)中心區(qū)及其他中心區(qū)的城市人口空間分布與休息日并與明顯差異，表征了商務(wù)辦公及休閑娛樂區(qū)域?qū)Τ鞘腥丝诘木奂潭雀哂谛菹⑷?，且傳統(tǒng)的商業(yè)、娛樂及醫(yī)療等區(qū)域呈現(xiàn)出強大的吸引力。

3.5 規(guī)劃空間與實際空間的比較

通過將上述休息日和工作日時段的熱力圖數(shù)據(jù)分析結(jié)果與蘭州中心城區(qū)空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃圖進行比較可以發(fā)現(xiàn)，休息日或工作日表征的實際空間與第四版蘭州市中心城區(qū)的規(guī)劃空間均呈現(xiàn)出相對較高的相似性，一定程度上反映出第四版蘭州市城市總體規(guī)劃實施程度與實際建設(shè)耦合度較高，基本符合“一河、三城、六組團”的空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃。從百度熱力圖呈現(xiàn)的結(jié)果來看，城關(guān)城區(qū)承擔(dān)的城市職能遠大于其他城區(qū)，且城關(guān)中心區(qū)承擔(dān)的城市職能遠高于雁灘片區(qū)和東崗片區(qū)，從地理位置來看，安寧-七里河城區(qū)對于城關(guān)城區(qū)的面臨的各項壓力緩解效果相對較低，城關(guān)單一中心的現(xiàn)象依舊存在。而規(guī)劃設(shè)計的安寧-七里河城區(qū)實際更傾向于七里河中心區(qū)，實際空間與規(guī)劃空間存在較大的差異，對此，蘭州城市今后的建設(shè)與發(fā)展中心應(yīng)當(dāng)在安寧-七里河城區(qū)，加強2個城區(qū)的各項聯(lián)系，優(yōu)化城區(qū)空間，提升城區(qū)內(nèi)各項功能區(qū)域的吸引力，才能逐漸緩解城關(guān)單一中心的現(xiàn)狀。

4 結(jié)語

本研究利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對蘭州市中心城區(qū)空間結(jié)構(gòu)分析的探索，在百度熱力圖數(shù)據(jù)的處理分析及方法上還有諸多的不成熟之處，相較于傳統(tǒng)蘭州城市空間結(jié)構(gòu)研究方法，百度熱力圖提供了一種集動態(tài)的、易獲取的、海量的等特征于一體的研究方法，為城市規(guī)劃更加“智慧”實施建設(shè)和發(fā)展提供支有力的技術(shù)支撐。當(dāng)然，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用研究依舊存在一定的缺陷，但在城市研究和城市規(guī)劃領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用。