大數(shù)據(jù)支持下的超大城市職住平衡研究

潘蘭平，宋小冬，鈕心毅

（1. 上海市房屋土地資源信息中心，上海 200003；2. 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092）

1 研究背景

1.1 落實(shí)職住平衡是城市化進(jìn)程中的超大城市迫切現(xiàn)實(shí)需求

落實(shí)職住平衡是超大城市空間規(guī)劃體系中重要內(nèi)容。超大城市空間范圍大，居民職住分離現(xiàn)象嚴(yán)重導(dǎo)致交通擁堵、長距離通勤出行頻繁。落實(shí)職住平衡不僅提高居民對城市生活滿意度，也是提高合理優(yōu)化城市功能，促進(jìn)城市空間資源集約利用、降低交通能耗的重要措施。上海是一個(gè)近2400萬人口的超大城市，對職住平衡程度進(jìn)行監(jiān)測、評估，將其作為空間規(guī)劃體系中重要組成內(nèi)容，這是城市化、社會發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。

1.2 超大城市空間規(guī)劃體系編制、實(shí)施、評估全過程應(yīng)用建立需要有效的支撐技術(shù)

在超大城市空間規(guī)劃中，傳統(tǒng)的技術(shù)手段難以對空間規(guī)劃編制、實(shí)施、評估的全過程進(jìn)行支持。就落實(shí)職住平衡要求而言，由于城市居民數(shù)量、職業(yè)、交通設(shè)施變化，城市內(nèi)部職住平衡關(guān)系也是動態(tài)變化。由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)滯后，影響到規(guī)劃編制對未來趨勢的預(yù)判，導(dǎo)致規(guī)劃措施失當(dāng)。為此，需要有新的技術(shù)手段能支持對職住平衡狀況動態(tài)、較低成本監(jiān)測評估，支持超大城市空間規(guī)劃編制、實(shí)施、監(jiān)督。

2 研究目標(biāo)與內(nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

（1）實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)支持超大城市職住平衡動態(tài)監(jiān)測，提高空間規(guī)劃體系實(shí)施中對職住平衡監(jiān)測能力，支持在空間規(guī)劃體系中落實(shí)職住平衡

通過研究以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)職住平衡測算的關(guān)鍵技術(shù)，用大數(shù)據(jù)分析居民的居住地、工作地，將現(xiàn)有5-10年為周期普查數(shù)據(jù)測算職住平衡，提升到以季度為周期的職住平衡動態(tài)監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)在上海2035總體規(guī)劃編制、實(shí)施、評估中落實(shí)職住平衡要求。

（2）建立大數(shù)據(jù)支持超大城市空間規(guī)劃體系編制、實(shí)施、評估的全過程應(yīng)用平臺，有效提高空間規(guī)劃管理的信息化水平

以大數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測職住平衡關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，研究在上海2035總體規(guī)劃編制中職住平衡分析應(yīng)用技術(shù)方法、規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測中的職住平衡測算技術(shù)方法、規(guī)劃評估中的職住平衡技術(shù)方法；為現(xiàn)有空間規(guī)劃中優(yōu)化職住平衡提供全過程的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析平臺。職住平衡的全過程應(yīng)用平臺支持空間規(guī)劃的組織編制單位、規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、管理監(jiān)督單位使用，提高空間規(guī)劃信息化應(yīng)用水平。

2.2 研究內(nèi)容

基于研究目標(biāo)，本項(xiàng)目的研究內(nèi)容包括以下四個(gè)部分：（1）空間大數(shù)據(jù)支持超大城市職住平衡測算方法；（2）大數(shù)據(jù)監(jiān)測超大城市職住平衡狀況關(guān)鍵技術(shù)；（3）大數(shù)據(jù)支持超大城市總體規(guī)劃編制、實(shí)施、評估全過程職住平衡應(yīng)用體系；

（4）超大城市空間規(guī)劃體系的大數(shù)據(jù)支撐平臺。

3 空間大數(shù)據(jù)支持超大城市職住平衡測算方法

為了改進(jìn)職住平衡測算傳統(tǒng)方法，本項(xiàng)研究提出了密度函數(shù)估計(jì)法，以通勤距離為自變量，居住密度為因變量，建立密度估計(jì)函數(shù)，用交通調(diào)查資料校核函數(shù)的參數(shù)，從工作崗位估計(jì)職工的居住密度和實(shí)際居住密度相比較，利用兩者的偏差描述職住分離狀況。在上海中心城區(qū)的通勤范圍內(nèi)，以人口普查、經(jīng)濟(jì)普查為主要基礎(chǔ)資料，手機(jī)信令作為輔助資料，指數(shù)函數(shù)為密度估計(jì)函數(shù)，對上述方法做了實(shí)驗(yàn)性檢驗(yàn)，研究結(jié)果如下：

（1）計(jì)算得到的職住分離密度所反映的城市空間特征符合一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知，與軌道交通高峰客流方向相符，與公眾對城市交通的感受也基本一致。

（2）因函數(shù)連續(xù)，沒有邊界隔離。只要基礎(chǔ)資料精細(xì)，可基本化解單元尺度問題。

（3）本方法較傳統(tǒng)方法精確性有明顯提高。

（4）便于從密度的角度了解職住空間關(guān)系。

密度估計(jì)法適合于超大城市中心城區(qū)做全局評價(jià)，可同時(shí)觀察到局部特征；估計(jì)函數(shù)的參數(shù)要靠交通調(diào)查資料校核，居住人口、工作崗位的統(tǒng)計(jì)單元越小越好。

4 手機(jī)信令數(shù)據(jù)監(jiān)測超大城市職住平衡狀況的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 手機(jī)信令數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)清洗

手機(jī)信令作為大數(shù)據(jù)的一種，是典型的時(shí)空位置大數(shù)據(jù)，在規(guī)劃行業(yè)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。城市是人口集中的地方，也是手機(jī)用戶集中的地方，據(jù)手機(jī)信令和城市規(guī)劃的原理，凡是涉及到居民在時(shí)空上的移動和分布，使用手機(jī)大數(shù)據(jù)都可以準(zhǔn)確分析出來。這正好用于我們規(guī)劃、交通以及城市管理等各個(gè)方面的定量分析。與其他大數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)相比較，它與城市規(guī)劃領(lǐng)域的貼合度更加體現(xiàn)在全樣本、實(shí)時(shí)性、動態(tài)化、無群體性差別等。

本研究提出的大數(shù)據(jù)監(jiān)測超大城市職住平衡狀況的關(guān)鍵技術(shù)是利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)測算用戶工作地、居住地的算法。由于從移動通信運(yùn)營商提供的手機(jī)信令原始數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，可能存在記錄缺失、重復(fù)數(shù)據(jù)冗余等狀況，故第一步對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗。數(shù)據(jù)清洗包括數(shù)據(jù)的排序、刪除異常和去重。

4.2 手機(jī)信令數(shù)據(jù)的工作地、居住地的算法

以數(shù)據(jù)清洗后的表為基礎(chǔ)，進(jìn)行職住地的計(jì)算，核心是完成停留表的計(jì)算和職住地的計(jì)算。停留表是記錄用戶在有效停留點(diǎn)停留起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的一張表，是后面職住地計(jì)算的基礎(chǔ)。為了確保職住地計(jì)算盡量靠譜，研究分別采用累積時(shí)間法和特征時(shí)間點(diǎn)法對職住地進(jìn)行了測算和校驗(yàn)。最終輸出結(jié)果為職住地表，從該表就表示了出每一個(gè)用戶的居住地、工作地，進(jìn)而通過道路擬合運(yùn)算得出每一個(gè)手機(jī)用戶的通勤距離。

5 大數(shù)據(jù)在超大城市總體規(guī)劃編制、實(shí)施、評估全過程的應(yīng)用體系

5.1 大數(shù)據(jù)在超大城市總體規(guī)劃編制中的應(yīng)用

本研究提出了將大數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果用于超大城市單元規(guī)劃編制工作，即職住平衡五步分析法（表1）。

第一，利用人口普查、經(jīng)濟(jì)普查、手機(jī)信令等數(shù)據(jù)，采用通勤距離的密度函數(shù)估計(jì)法進(jìn)行主城區(qū)整體職住平衡評價(jià)；計(jì)算結(jié)果為密度零壹指數(shù)（或絕對零壹指數(shù)）柵格數(shù)據(jù)集、專題圖，按單元對指標(biāo)匯總。

第二，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對全市職住關(guān)系現(xiàn)狀提出原則性的定性指導(dǎo)意見。

第三，利用土地使用、建筑面積、人口、崗位轉(zhuǎn)換關(guān)系、零壹指數(shù)等方法對已批控規(guī)職住關(guān)系進(jìn)行評估。

第四，提出未來職住關(guān)系整體方案；提出主中心、副中心、地區(qū)中心、產(chǎn)業(yè)園區(qū)的性質(zhì)、規(guī)模，居住人口分布意見；提出規(guī)劃副中心、地區(qū)中心、產(chǎn)業(yè)園區(qū)，軌道交通和路網(wǎng)優(yōu)化建議。

第五，形成單元規(guī)劃職住關(guān)系評估結(jié)論，按單元、街坊計(jì)算密度零壹指數(shù)、絕對零壹指數(shù)，進(jìn)一步說明規(guī)劃思路、職住關(guān)系的變化趨勢及全局指導(dǎo)意見的落實(shí)情況。

上述技術(shù)方法納入了上海市規(guī)劃和國土資源管理局2017年12月頒布的《上海市主城區(qū)單元規(guī)劃編制技術(shù)要求和成果規(guī)范（試行）》法定文件中（以下簡稱法定文件），在國內(nèi)第一次把利用大數(shù)據(jù)落實(shí)職住平衡要求納入法定空間規(guī)劃體系。

表1 規(guī)劃編制中職住平衡分析步驟Table 1 The analytical procedure of jobs-housing balance in urban planning

5.2 大數(shù)據(jù)在超大城市總體規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測中的應(yīng)用

本研究中提出了將大數(shù)據(jù)用于上海2035城市總體規(guī)劃職住平衡監(jiān)測分析。在上海的空間規(guī)劃體系中，一般將市域以外環(huán)線為邊界，將上海市域分為外環(huán)以內(nèi)、外環(huán)以外兩個(gè)部分。這一劃分直接影響到了規(guī)劃編制標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃管理要求，外環(huán)線以內(nèi)、以外范圍分別制定了不同規(guī)劃指標(biāo)和規(guī)劃政策。本研究利用手機(jī)信令數(shù)據(jù)識別了上海中心城的通勤區(qū)，研究表明上海市域空間結(jié)構(gòu)在“中心城—郊區(qū)”之間還存在一個(gè)“中心城通勤區(qū)”層次，從而為上海各類規(guī)劃實(shí)施中在市域內(nèi)增加中間層次提供技術(shù)支持，便于分區(qū)域?qū)嵤┎煌?guī)劃政策。

研究發(fā)現(xiàn)，在上海市域內(nèi)的中心城以外區(qū)域存在一個(gè)較明顯的通勤區(qū)，通勤區(qū)以外屬于郊區(qū)。中心城居民通勤范圍集中在中心城及周邊的通勤區(qū)內(nèi)。在中心城及通勤區(qū)內(nèi)，超過97%的居民實(shí)現(xiàn)了職住平衡。郊區(qū)新城中居民主體仍是在新城內(nèi)部通勤，或者新城以外的本區(qū)域內(nèi)通勤。要優(yōu)化上海市域居民職住空間關(guān)系，需要在中心城內(nèi)合理布局就業(yè)次中心和安排居住人口，郊區(qū)新城應(yīng)以增加就業(yè)崗位為主要目標(biāo)。

5.3 大數(shù)據(jù)在超大城市總體規(guī)劃評估中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)為城市規(guī)劃提供了一種新的數(shù)據(jù)源和新的技術(shù)思路，能夠有效把握城鄉(xiāng)居民的居住地、就業(yè)地、通勤行為活動，為城市總體規(guī)劃的實(shí)施評估提供了新的數(shù)據(jù)源，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)城市規(guī)劃實(shí)施評估缺乏從主體活動需求角度動態(tài)考慮城市各類功能間的相互作用機(jī)制的缺陷。

本研究通過手機(jī)信令數(shù)據(jù)識測算的就業(yè)密度、新城就業(yè)者來源、新城就業(yè)勢力范圍、新城獨(dú)立指數(shù)等四個(gè)方面，分析新城的居住功能與產(chǎn)業(yè)功能的融合程度。對寶山新城、閔行新城、嘉定新城、青浦新城、松江新城、金山新城、南橋新城、臨港新城、城橋新城9個(gè)新城與中心城間職住空間關(guān)系進(jìn)行分析，評估了郊區(qū)新城“集聚人口”、“功能完善、產(chǎn)城融合”發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)度。研究發(fā)現(xiàn)，郊區(qū)新城已經(jīng)是郊區(qū)范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動的主要聚集區(qū)域，各新城的就業(yè)輻射范圍主要仍在本行政轄區(qū)內(nèi)。閔行新城、松江新城發(fā)展較好，提供就業(yè)崗位數(shù)量較多、就業(yè)密度也較高，寶山新城發(fā)展相對較差，新城范圍內(nèi)無就業(yè)密集區(qū)。尚沒有一個(gè)新城能從其他區(qū)縣吸引較高比例的就業(yè)者，上海郊區(qū)新城尚未能形成市域的就業(yè)次中心。

6 超大城市空間規(guī)劃體系規(guī)劃的大數(shù)據(jù)支撐平臺

平臺總體框架采用大平臺、微服務(wù)、輕應(yīng)用的核心架構(gòu)。大平臺是指建立了超大城市空間規(guī)劃大數(shù)據(jù)支撐平臺所需的基礎(chǔ)平臺，支持?jǐn)?shù)據(jù)、服務(wù)和應(yīng)用云化，構(gòu)建一個(gè)分布式、高并發(fā)、高性能、高可用的基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。微服務(wù)是考慮空間規(guī)劃涉及業(yè)務(wù)復(fù)雜，應(yīng)用范圍廣，應(yīng)當(dāng)在功能服務(wù)基礎(chǔ)上按“單一職責(zé)原則”進(jìn)一步拆分為微小粒度的、業(yè)務(wù)邏輯責(zé)任單一的、相互比較獨(dú)立的微服務(wù)，每個(gè)微服務(wù)相互隔離，且互不影響。隨著業(yè)務(wù)功能不斷增多，微服務(wù)的數(shù)量也會逐漸增加，平臺可實(shí)現(xiàn)對微服務(wù)自動化部署與監(jiān)控預(yù)警的能力，更加高效地管理微服務(wù)。輕應(yīng)用是指采用輕量級設(shè)計(jì)開發(fā)方式和開發(fā)框架，通過對微服務(wù)的合理組裝和調(diào)用，可以快速的搭建出具體應(yīng)用，從而支撐城市運(yùn)行監(jiān)測，輔助規(guī)劃編制、規(guī)劃實(shí)施監(jiān)管、城市體檢評估、城市模擬仿真，最后支持規(guī)劃決策。當(dāng)各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化時(shí)，可以快速調(diào)整服務(wù)組織和邏輯，快速應(yīng)對需求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的快速部署和運(yùn)行。

通過大平臺、微服務(wù)、輕應(yīng)用的總體架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與技術(shù)分離、按需組合、跨平臺及應(yīng)用開發(fā)全過程管理等特性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)高度靈活定制與技術(shù)體系統(tǒng)一管理的有機(jī)結(jié)合。

7 特色及創(chuàng)新性

本研究主要基于“大平臺、微服務(wù)、輕應(yīng)用”的總體框架，通過創(chuàng)新技術(shù)手段及應(yīng)用，完善空間治理體系，建立超大城市空間規(guī)劃大數(shù)據(jù)支撐平臺，服務(wù)于空間規(guī)劃編制、實(shí)施、監(jiān)督和評估業(yè)務(wù)全過程，實(shí)現(xiàn)對城市運(yùn)行以及自然資源的開發(fā)利用和保護(hù)的動態(tài)監(jiān)測、持續(xù)監(jiān)管。特色及創(chuàng)新性體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

7.1 業(yè)務(wù)方面

平臺以輔助空間規(guī)劃業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心，貫通空間規(guī)劃編制、實(shí)施、監(jiān)督與評估業(yè)務(wù)全過程，旨在實(shí)現(xiàn)橫向協(xié)同、上下聯(lián)動，為組織編制單位、規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、管理監(jiān)督單位提供數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐，提高空間規(guī)劃信息化應(yīng)用水平。

7.2 數(shù)據(jù)方面

融合傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)，兼顧結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通過平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、分析挖掘及可視化，從而支持城市運(yùn)行和自然資源的動態(tài)監(jiān)測與持續(xù)監(jiān)管。

7.3 技術(shù)方面

引入大數(shù)據(jù)、微服務(wù)及云技術(shù)。引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)倉庫；采用微服務(wù)架構(gòu)，增強(qiáng)平臺服務(wù)空間規(guī)劃業(yè)務(wù)的靈活性和可用性；通過平臺將數(shù)據(jù)、服務(wù)與應(yīng)用云化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)資源的統(tǒng)一。

7.4 應(yīng)用方面

發(fā)揮傳統(tǒng)數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)各自優(yōu)勢，開展大數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測分析，將職住平衡測算周期從5-10年縮短到季度為周期，達(dá)到動態(tài)監(jiān)測；制定了職住平衡評估五步法，并納入上海主城區(qū)單元規(guī)劃技術(shù)要求，在國內(nèi)第一次把利用大數(shù)據(jù)落實(shí)職住平衡要求納入法定空間規(guī)劃體系；建立了支持超大城市空間規(guī)劃全過程的大數(shù)據(jù)信息化應(yīng)用平臺，為整個(gè)空間規(guī)劃編制、實(shí)施和動態(tài)評估提供了基礎(chǔ)設(shè)施支撐。

8 結(jié)論

本研究采用的大數(shù)據(jù)職住平衡狀況動態(tài)監(jiān)測技術(shù)與國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)相比，具有更新周期短，成本低，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測的特點(diǎn)。在國內(nèi)第一次將落實(shí)職住平衡的要求納入了法定空間規(guī)劃體系，建立了空間大數(shù)據(jù)支持下超大城市總體規(guī)劃中的職住平衡測算方法，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)空間規(guī)劃中不足。建立支持超大城市空間規(guī)劃編制、實(shí)施、評估全過程的大數(shù)據(jù)信息化水平應(yīng)用平臺，與國內(nèi)相關(guān)技術(shù)相比，具有全過程、實(shí)用性的創(chuàng)新。

本研究成果是應(yīng)用于空間規(guī)劃中編制信息化支持、更是應(yīng)用于空間規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測、規(guī)劃評估的信息化支持，適用于超大城市空間規(guī)劃體系全過程應(yīng)用。將提出大數(shù)據(jù)方法技術(shù)應(yīng)用空間規(guī)劃管理和監(jiān)督，帶動行業(yè)更科學(xué)規(guī)范，對其他城市空間規(guī)劃管理信息化建設(shè)有示范作用。