基于健身APP數據分析的慢行運動需求偏好研究

譚立 王子堯 李涼

摘要：文章以北京市海淀區為主要研究范圍，以KEEP健身APP的推薦路線大數據為數據源，結合GIS平臺，針對該數據特征設計了一個研究方法的框架，從空間分布格局、路線特征偏好和城市綠地影響3個方面對北京市海淀區的慢行運動進行研究，并提出未來提升改造的建議和參考。

關鍵詞：城市開放空間，大數據，空間統計，慢行運動空間

DOI：10.12169/zgcsly.2019.03.28.0002

1研究背景

當前，已有專家學者通過傳統調研、統計的方法對城市中跑步、散步等活動空間展開了研究，如符佳[1]研究了跑步者對城市公園的偏好，周密[2]研究了居住區慢跑道，戚路輝[3]研究了城市步行空間，徐璐[4]余子義[5]、李迎[6]等人以健身為主要視角，對城市的慢行系統展開了研究;還有專家學者通過大數據對城市步行空間展開研究，如郝新華[7]龍瀛[8]等的步行空間研究，余洋[9]和其團隊從時間和空間兩個角度探討了城市街道的健康服務功能。除此之外，目前由健身app數據為源展開的研究仍然罕見。

許多研究證明了戶外綠色空間對于提高運動健身效果的作用[10];運動和不同場景對血壓、自尊和情緒均有明顯影響[11];經常在綠色空間進行活動有利于產生更大的社會凝聚力，對身體活動水平產生積極影響[12];不同空間的綠地對人健康的影響也不一樣，街道與道路中樹木的密度對人的健康有著直接的影響[13];綠地可達性越高，居民的肝癌等病癥發病率越低，而綠地分布越集中，居民的肺炎發病率越低[14]。

本文一方面期望通過對推薦路線數據源研究方法的探索，補充已有大數據分析方法的不足和缺陷，另一方面拓展研究城市慢行運動空間和城市綠地格局的方法。

2研究方法

2.1數據來源

本文使用了KEEP運動app的推薦路線數據。KEEP是2015年登陸手機平臺的一個健身類app，其為使用者提供了多項健身管理服務，至2017年用戶已突破1億人（見KEEP官網）。本文分析所使用的推薦跑步路線數據源自KEEP的跑步管理功能模塊，該模塊允許并鼓勵有一定使用次數的用戶上傳自己跑步或步行后感受較為舒適的路線，并記載所有人在這條路線上的相關運動參數。研究所用的線路數據采集于2018年12月9日，范圍包括整個北京市海淀區，面積430.8km2。共采集到推薦跑步路線330條，其中包含的運動次數約25萬次。路線數據為線要素數據，每個要素均包含以下屬性：路線長度l，路線完成次數n，路線創建時間t，跑步運動占比kr，散步運動占比kw和海拔累積變化h。本文還使用了2018年9月海淀區高分遙感衛星影像數據作為提取用地類型的數據源。

2.2數據的分類提取與轉譯

本文將慢行運動分為跑步和散步兩種類型，將慢行運動的空間分為公園綠地、居住區與單位、城市街道、田徑場。KEEP中包含了每條推薦路線上完成的跑步和散步的次數比例，能夠分別提取跑步和散步的相關數據。慢行運動的空間主要根據不同空間所屬和未來開發管理的方式區分：公園綠地是城市中開放而集中的公共空間;居住區與單位是社區和企業內部的附屬公共空間;城市街道是城市開放但分散的公共空間;田徑場是健身運動集中發生的區域，有相對不變的形態特征。研究通過對推薦路線和城市現狀用地類型進行空間連接和人工識別，將推薦路線進行分類提取。

本文采用了每條路線每天被使用的次數即使用頻率P來評價，其計算公式如下：

公式（1）中，t0為數據采集時間，Pr和Pw分別為跑步運動的使用頻率和散步運動的使用頻率。

對于同一種類型的運動空間，P值所代表的使用頻率不能用于衡量人們對該路線的偏好，只能反映該路線的實際使用情況，因為人們選擇使用該路線時明顯受到路線空間分布的影響。

從4種類型推薦路線的數量與使用頻率比較結果可知，4種空間類型之間的差異明顯。田徑場的路線數量最少，但是使用頻率上田徑場遠遠超過其他3種類型，說明田徑場事實上是城市中人們跑步健身最為集中頻繁的區域，其對整體數據空間分布的影響很大，因此在后續分析中需要剔除考慮或單獨進行分析。

2.3需求與偏好分析方法

2.3.1基于空間密度與形狀指數的空間分布

該部分的研究包含3個方面，即慢行運動的現狀空間分布、慢行運動空間需求差異和慢行運動路徑空間形態偏好。

針對慢行運動的現狀空間分布，研究在Arcgis中，使用核密度分析工具分析推薦路線的空間分布核密度。核密度的計算函數由Silverman[I5]提出，用于計算要素在其周圍鄰域中的密度。在分析中采用推薦路線的使用頻率作為權重值，其結果能夠在一定程度上反映海淀區不同區域發生慢行運動的頻率差異。

針對慢行運動空間需求差異，研究通過計算海淀區不同街區路線使用頻率和人口比值，即每個街區的每日人均運動次數N，評估不同街區慢.行運動的頻繁程度。將海淀區的街區按照名稱首字母順序排序，依次編號1～29。街區的人口數量N，來源于海淀區第六次人口普查數據。每個街區的日人均運動次數N，計算公式如下：

公式（2）中，ls為該街區內多段路線的長度之和，l為跨過該街區的多段路線的總長度之和。

慢行運動路徑空間形態偏好包括路徑長度和路徑形狀兩部分。研究只針對公園綠地、城市街道和居住區與單位。推薦路線是APP里高等級用戶經過一定的經驗判斷主觀選擇得到的，因此能夠衡量使用者的偏好。在衡量路徑的形狀特征時，選取路徑的形狀指數作為指標，形狀指數LSI是景觀生態學中常用的衡量斑塊形態復雜程度的指數[16]。LSI值越大，其形狀越復雜，其計算公式如下

公式（3）中，l為跑步路線的長度，S為跑步路線閉合區域的面積。

在統計不同LSI的路徑使用頻率時，研究劃分5個區間：LSI在0.886～1區間，說明路線十分接近于一個完整的圓形或者方形;LSI在1～1.061的范圍，路線的形態仍然比較完整;LSI在1.061～1.25范圍，路線的形態已經比較復雜，或呈現出明顯帶狀特征;LSI超過1.25后，路線的形態已經呈現明顯帶狀或十分復雜的形狀;LSI=∞時，即路線為開放型路徑。

2.3.2慢行運動路徑與城市綠地關系

本部分的研究旨在，從綠化覆蓋度偏好與實際使用差異、公園綠地類型偏好與實際使用差異兩方面分析海淀區推薦路線的選擇和城市綠地之間的關系。由于田徑場受到其區位分布的影響較大，且綠化情況較為相似，故不納人研究范圍。

通過對比計算每條推薦路線周邊綠地的面積，可間接地了解推薦路線周邊的綠化環境質量，從而獲取人們對慢行運動空間綠化環境的選擇偏好。研究以遙感衛星影像為數據源，使用ENVI的監督分類功能提取綠地要素。在ArcGIS中，以推薦路線為核心制作半徑8m的緩沖區，計算緩沖區綠地面積與緩沖區面積的比值，以此得到該路徑周邊半徑8m范圍內用地的綠化覆蓋率。經過現場調研，推薦跑步路線的道路半徑所在的步行道均在8m以內，考慮到實際跑步路線在步行道剖.面上的最大偏移，研究選取了8m作為判斷的半.徑，計算出每條路徑的覆蓋度后，計算0～1不同區段內推薦路線數量的總和與推薦路線的平均使用頻度（即每個區段內平均每條路線每日的使用次數）。

公園的運動道路一般都有較好的綠化環境，是人們進行慢行運動的重要綠色空間。根據《城市綠地分類標準》，公園綠地細分為綜合性公園、社區公園、專類公園、游園4個大類。公園的類型定位是城市綠地規劃和設計需要考慮的重要要素，不同類型的公園綠地有著不同的偏好與實際使用差異。由于北京專類公園數量繁多，本研究也統計了專類公園下的子類。

3研究結果

3.1慢行運動的空間分布

3.1.1慢行運動的現狀空間分布

從圖1可以看出，推薦路線的核密度分布趨.勢和城市空間位置有較大的相關性，即在靠近城市中心區的區域（海淀區東南角），慢行運動的活動更加集中。4種空間類型的推薦路線核密度差異較大，其中公園綠地的核密度顯著集中于東南角，說明公園綠地跑步路線的使用和空間位置有顯著的相關性;城市街道的核密度分布較為分散，呈現多核的結構，說明城市街道的使用和其在城市中的空間位置相關性不大，城市街道跑步和散步的核密度分布有明顯的差異，說明其具有明顯的偏好選擇;居住區與單位的核密度分布狀.況介于城市街道和公園綠地之間;而田徑場的核密度則顯著集中于海淀區東側，該區域是海淀區高校云集的區域，可能是造成該現象的原因。

3.1.2慢行運動空間需求差異

經過計算，各個街區日人均運動次數如圖2所示。目前海淀區綜合的以及不同空間類型下的日人均運動的分布狀況為不同街區未來的發展方向提供建議。以24號街區為例，該街區綜合N，值較高，說明該街區的慢行活動是比較活躍的，而觀察24號街區的4個空間類型的N.值大小可以得知，該街區大部分慢行活動空間是由田徑場提供的，其公園綠地的慢行活動空間較少，因此未來該區域的公園綠地有更大的改造和提升需求。

3.1.3慢行運動路徑空間形態偏好

1）路徑長度。為了更清晰地展示比較結果，研究將跑步路線的長度以0.5km為差值劃分26個區間，分別對不同空間類型下屬于每個區間的路線數量進行統計（圖3）。總體而言，推薦運動路線的長度集中在0.5～2.5km的范圍，0～5.5km范圍的路線均有一定數量，長度長于5.5km的路線很少，這說明人們并不偏愛特別長的路線，中等長度的路線更能被大多數人所接受。但是在不同空間類型下，人們對路徑長度存在不同的偏好特征，如在居住區和單位中，人們更多選擇的是較短的路徑;而城市街道中，人們對于路徑長度的選擇更加多樣化，且偏向于有一定長度的路徑;公園綠地的路徑長度偏好則介于這兩者之間。

2）路徑形狀。從圖4可以看出，總體而言，，開放型路徑（LSI=∞）的路線明顯少于閉合型路線（LSI≠∞），即人們偏愛環形的而非線形的跑步路線;而在閉合型路線中，人們大多數選擇的是有一定復雜程度的路線，即LSI范圍在1.061～1.25的路線。但在不同空間類型下，該偏好也有定差異，如人們對于公園綠地和居住區與單位而言，更加偏愛相對曲折和復雜的路線，而城市街道中的開放型路徑是最多的。

3.2慢行運動路徑與城市綠地關系

3.2.1綠化覆蓋度偏好與實際使用差異

路線數量反映了人們對某個區段綠化覆蓋度的偏好程度，平均使用頻度反映了人們對不同路線的實際使用情況，其與路線聚集和變化的趨勢差異是由慢行運動空間分布的差異造成的。從圖5可以看出，人們更喜愛綠化覆蓋度較高的區域，低于0.3的綠化覆蓋度的道路均不是特別受人喜愛。此外，人們在居住區和單位中對綠化覆蓋度的要求（最高區段0.7～0.8）明顯高于城市街道（最高區段0.5～0.6）中的綠化覆蓋度要求。而對于實際使用的情況，居住區和單位中對綠化覆蓋度的平均使用頻度變化趨勢與路線數量的變化趨勢是接近的，但城市街道的趨勢則是相反的，這說明大部分城市街道綠化環境并不能滿足人們的需求。

3.2.2公園綠地類型偏好和實際使用差異

從圖6可以看出，公園數量和路徑數量是密切相關的，即不同類型公園的路徑數量受限于公園數量，并不能反映出人們的偏好。從平均使用頻度可以看出綜合公園和體育健身公園是使用頻度最高的公園類型，這兩種公園往往有著更完整的跑步設施，如指示牌和塑膠跑道，因此更容易吸引人們前往。在數量上更具優勢的社區公園和游園，事實上更具有增設和完善相關設施、增強吸引力的潛力。此外，其他類型的專類公園中，遺址公園的使用頻度亦較高，其主要是因為海淀區的遺址公園多為城墻遺址，具有明顯的慢行特征，因此，這類公園的開發除了應該注重對遺址本身的保護之外，也可以利用其特征疊加更多綜合的使用功能。

4研究展望

1）因地制宜提升不同地區、不同類型的慢行運動空間質量和數量。可根據地區的現狀特征和城市發展的需求，彈性選擇提升、增加不同空間類型的慢行運動場所。對于目前人均運動次數較小的地區，有必要及時針對其當前慢行運動空間，的缺陷提出改善策略。

2）根據人們對慢行運動的偏好特征，建設更.加符合使用者需求的慢行運動場所。在未來城市公園、街道和小區的改造建設中，建議針對不同，場地增設更符合使用者偏好的路徑，對于北京海淀區而言，0.5～2.5km范圍的路線是人們較為偏愛的路線;在城市中，不僅要布局市級和區級的長綠道，也要重視對城市中小循環、適宜尺度的社區慢行系統的建設。此外，盡可能增加閉合的可循環路徑，以環為單位而非以線為單位考慮慢行系統的建設，在城市中增加微循環的慢行系統。

3）調整城市綠地空間布局，營造更加健康的運動環境。人們在選擇路線時更偏愛綠化覆蓋度較高的運動空間，而城市街道的綠化環境比居住區和公園更能影響人們的健康，但在海淀區，城市街道的綠化狀況與居住區和公園相比還不能滿足人們的偏好需求。因此，應更加注重提升街道的綠化環境，并通過增加綠地之間的連接度優化城市綠地格局。對于公園綠地，建議注重數量眾多的社區公園和專類公園的運動環境和設施的營造。

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