武漢中心城區(qū)城市空間結(jié)構(gòu)特征研究

熊鷹，張坤，楊天浩 （長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114）

1 基于大數(shù)據(jù)的城市空間結(jié)構(gòu)研究

城市是人造的復(fù)雜系統(tǒng)，擁有復(fù)雜的社會屬性和物理屬性，城市內(nèi)部人口實(shí)際分布和各類人群對城市功能區(qū)的實(shí)際使用情況等社會屬性可以從本質(zhì)上體現(xiàn)城市空間結(jié)構(gòu)。目前我國許多學(xué)者都嘗試運(yùn)用手機(jī)信令、poi興趣點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)地圖等大數(shù)據(jù)研究城市結(jié)構(gòu)特征，并通過arcgis軟件空間分析、地理探測器模型等方法實(shí)現(xiàn)了影響因素分析和機(jī)制探討[1-3]。

目前，大數(shù)據(jù)在城市空間結(jié)構(gòu)研究方面已有較好研究基礎(chǔ)，但在此基礎(chǔ)上增加新方法、新視野、新技術(shù)進(jìn)行深入研究還很必要：首先對于武漢、重慶、西安等中西部大城市城市空間結(jié)構(gòu)社會屬性方面研究尚薄弱，而隨著城市化進(jìn)程加快，這些省會城市有著復(fù)雜的人口流動(dòng)、功能分區(qū)建設(shè)和多中心發(fā)展趨勢，空間結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，急需社會屬性研究的指導(dǎo)[4]；同時(shí)目前相關(guān)研究多著重于長間隔、少量、固態(tài)的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，少用實(shí)時(shí)、充分、動(dòng)態(tài)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行研究[5]。

考慮到上述不足，本文依靠實(shí)時(shí)、充分、動(dòng)態(tài)的百度地圖熱力圖數(shù)據(jù)，將城市復(fù)雜的人口流動(dòng)、多中心發(fā)展趨勢和功能分區(qū)建設(shè)相結(jié)合，從本質(zhì)上深究武漢中心城區(qū)空間結(jié)構(gòu)特征。

2 研究對象與數(shù)據(jù)選擇

2.1 研究范圍

相比于廣大的城郊結(jié)合部，中心城區(qū)具有明顯的空間結(jié)構(gòu)特征和社會屬性，且擁有主要的區(qū)域功能中心和社會引領(lǐng)地位。因此研究范圍選取為武漢中心城區(qū)。根據(jù)土地利用總體規(guī)劃以及最新出臺的相關(guān)規(guī)劃報(bào)告，共包括江漢、漢陽、武昌、硚口、青山、洪山、江岸等7個(gè)主城區(qū)。

圖1 武漢中心城區(qū)

2.2 數(shù)據(jù)選擇

本文追蹤2019年4月8日-14日（星期一至周末）武漢市人口熱力圖數(shù)據(jù)，并通過自編程序截取整點(diǎn)數(shù)據(jù)（共168份），以此作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與賦值

首先對人口熱力數(shù)據(jù)進(jìn)行了坐標(biāo)系定義，地理配準(zhǔn)，投影柵格和矢量化處理。考慮到真實(shí)數(shù)據(jù)與人口熱力圖數(shù)據(jù)間有誤差（基于巨大的用戶量和普及度也僅能較精確的反映人群時(shí)空變化特征和分布趨勢），因此本文著重研究人群分布及聚集的相對情況。同時(shí)，用熱力度代表人口相對密度，對熱力圖中7種顏色（白、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅）依次進(jìn)行1～7的熱力度賦值，數(shù)值越大反映人口密度越大。其中1～3為低熱區(qū)、4～5為次熱區(qū)、6～7為高熱區(qū)。

圖2 人口熱力圖截取（4月8日）

3 城市熱力度分布的時(shí)空變化

通過相關(guān)資料梳理和大量文獻(xiàn)研究，結(jié)合武漢市現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)人群行動(dòng)狀況主要分周末及工作日兩種，且相差較大、各具特點(diǎn)。因此在研究武漢市中心城區(qū)人群行動(dòng)特征時(shí)，運(yùn)用對比分析法深入探討周末和工作日不同人群時(shí)空分布特征。

圖3 矢量處理及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后的熱力數(shù)據(jù)（4-13-13：00）

3.1 工作日數(shù)據(jù)分析

周一至周五由于固定工作安排，人群行動(dòng)狀態(tài)和時(shí)空分布特征高度相似。其特征以周一（4月8日）人口熱力數(shù)據(jù)為例：通過9點(diǎn)到23點(diǎn)經(jīng)空間分析處理后的人口熱力數(shù)據(jù)（15張）可以發(fā)現(xiàn)，各級人口熱力度數(shù)量、空間位置、大小等都隨時(shí)間變化而明顯變動(dòng)，具體特征如圖4所示。

圖4 周一數(shù)據(jù)矢量轉(zhuǎn)換后的熱力分級效果圖

3.1.1 面積變化分析

由圖5可見，周一次熱、高熱區(qū)面積9:00-10:00增幅較大，是工作人群早上從住宅區(qū)向各中心商業(yè)區(qū)和商務(wù)辦公區(qū)快速集聚的體現(xiàn)，反映出上班高峰期為上午九點(diǎn)且工作人群為工作日人口流動(dòng)的主力的特點(diǎn)。9點(diǎn)和23點(diǎn)次熱、高熱區(qū)面積相似，人群聚集在居住區(qū)休息，但集聚度低于11：00-17：00人群在中心商業(yè)區(qū)的集聚度。而集聚度在13：00最高，前后呈現(xiàn)先升后降趨勢，這是休閑消費(fèi)群體在工作人群聚集后進(jìn)一步推動(dòng)商業(yè)中心、休閑公園、餐飲區(qū)人口的聚集。下午17：00后聚集度加速下降，并隨著人群聚集到商業(yè)中心、休閑公園、居住區(qū)形成另一個(gè)穩(wěn)定聚集狀態(tài)，直到22：00返回到居住區(qū)。同時(shí)高熱區(qū)面積23：00高于9：00，說明繁華區(qū)域存在較強(qiáng)的夜間娛樂現(xiàn)象。而次熱區(qū)9：00面積遠(yuǎn)高于23：00，反映出次繁榮地區(qū)23：00以后人群主要集中在居住區(qū)。

圖5 次熱、高熱區(qū)面積變化折線圖（周1）

3.1.2 城市高熱區(qū)的空間分布

為更深入探討中心城區(qū)城市功能空間利用情況，本文使用arcgis軟件建立150mx150m的漁網(wǎng)覆蓋整個(gè)城區(qū)，并使用區(qū)域分析、空間疊加分析等分析工具進(jìn)行計(jì)算研究，最后計(jì)算各格網(wǎng)的整日數(shù)據(jù)（24個(gè)整點(diǎn)數(shù)據(jù)）平均值(1)。

u:單元i的整日平均熱力度；Hix:單元i

在X點(diǎn)時(shí)刻的熱力度；X=1，2，…，24;

i=1，2，…，n。

根據(jù)圖6所示，周一連續(xù)高熱區(qū)為：黃鶴樓、關(guān)山荷蘭風(fēng)情園、中山公園、街道口商圈、光谷廣場、漢正街、楚河漢街、漢口站、中南路、武昌火車站等10處中心集聚點(diǎn)及周邊區(qū)域。通過10處連續(xù)高熱區(qū)主要城市功能發(fā)現(xiàn)，各中心聚集點(diǎn)均有發(fā)達(dá)的商務(wù)功能，是城市主副功能中心或區(qū)域綜合性功能中心，輻射帶動(dòng)周邊區(qū)域及整個(gè)城區(qū)發(fā)展。以商務(wù)為主導(dǎo)功能，兼?zhèn)渫晟频穆糜巍⑿蓍e娛樂、交通等功能。如漢正街是區(qū)域的商務(wù)核心區(qū)，更是綜合性的地區(qū)乃至全國金融中心。而街道口商圈匯聚了強(qiáng)大的電子、科技、新材料等企業(yè)，擁有良好的區(qū)位條件、政策優(yōu)勢。周一中心聚集點(diǎn)的功能特征反映出工作日人群聚集以商務(wù)辦公為主，同時(shí)旅游餐飲、休閑娛樂也擁有較強(qiáng)的聚集功能。

圖6 周一整日熱力度平均值

3.2.周末數(shù)據(jù)分析

相關(guān)研究表明，周六、周日人群活動(dòng)具有較強(qiáng)的相似性，所以為進(jìn)一步分析周末相比工作日人群不同的活動(dòng)特征，本文以周日(4月14日)為例，通過arcgis軟件強(qiáng)大的空間分析、空間數(shù)據(jù)處理功能，探討武漢市周末人口熱力度特征。

3.2.1 面積變化分析

圖7反映出周末人群聚集度呈單波峰變化現(xiàn)象，峰值在15:00左右，且較為對稱，對各整點(diǎn)面積對比分析可見，次熱、高熱區(qū)9：00的聚集面積與23：00基本相等，說明周末人群早晚活動(dòng)強(qiáng)度基本相同，且為了休閑娛樂，人群有晚出晚睡、活動(dòng)范圍大、韌性高等特征。且人群主要聚集時(shí)段為13:00-20:00，表明周末人群一般在午餐時(shí)段外出進(jìn)行餐飲娛樂活動(dòng)，并于晚餐后返回住宅區(qū)，大部分綜合性服務(wù)功能中心在早晨使用率較低。

圖7 次熱、高熱區(qū)面積變化折線圖（周日）

3.2.2 城市高熱區(qū)的空間分布

根據(jù)圖8，周日武漢市連續(xù)高熱區(qū)為：漢正街、光古廣場、中山公園、街道口商圈、漢口站、中南路、徐東片區(qū)、黃鶴樓等8處中心集聚點(diǎn)及周邊區(qū)域。

圖9和圖6對比可以看出，工作日人群高度聚集時(shí)間比周末長且空間上更分散，各人口集聚中心面積相比周末較小。區(qū)域綜合商務(wù)功能中心在工作日成為連續(xù)高熱區(qū)，同時(shí)公園、廣場等重點(diǎn)休閑娛樂中心以及武昌火車站、漢口站等核心交通樞紐是人群持續(xù)匯聚的城市主要功能中心。

圖9 周日整日熱力度平均值

3.3 周末與工作日的數(shù)據(jù)比較

對比分析一周內(nèi)人口流動(dòng)時(shí)空變化特點(diǎn)，武漢市城市空間結(jié)構(gòu)特征如下：

①周末人群早晚活動(dòng)強(qiáng)度基本相同，且為了休閑娛樂，人群有晚出晚睡、活動(dòng)范圍大、韌性高等特征；

②周末商業(yè)娛樂功能中心區(qū)域利用度顯著高于其他城市功能中心，而工作日商務(wù)辦公、旅游服務(wù)、商業(yè)餐飲、休閑娛樂等區(qū)域重點(diǎn)功能中心均有較強(qiáng)的使用強(qiáng)度；

③工作日人群高度聚集時(shí)間比周末長且空間上更分散，各人口集聚中心面積相比周末較小；

④武漢市城市已逐步發(fā)展為多核多中心城市，商業(yè)化繁榮特征明顯。