基于百度熱力圖的蘭州市中心城區(qū)空間結構研究

董鵬程，劉曉慧

（1.蘭州交通大學 建筑城市規(guī)劃學院；2.蘭州交通大學 藝術設計學院）

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的百度熱力圖數(shù)據(jù)產品，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)域內城市人口空間聚集程度，從而表征出研究區(qū)域內城市人口實時的空間聚集程度及空間差異。該數(shù)據(jù)產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)新應用，百度熱力圖在不同專業(yè)領域內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)或問卷調查的研究方法，百度熱力圖數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃領域的逐漸應用研究彌補了傳統(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)內的城關、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)空間結構規(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，作為本研究的基礎數(shù)據(jù)。以ArcGIS 10.2中模型建構器為主要處理工具，以WGS_1984_UTM_Zone_48N為投影坐標系，進行坐標轉換及投影校正，再根據(jù)蘭州中心城區(qū)的百度地圖中的以城關區(qū)中慶陽路、南冰河東路等為例的多條路線圖進行批量地理配準鏈接，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，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時段內經歷2次小波峰且在10:59～20:40時段內形成持續(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構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，結合第四版蘭州城市空間結構規(guī)劃與經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，結合圖1，蘭州市中心城區(qū)休息日范圍內高熱力區(qū)域按照面積大小依次集中在城關中心區(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、體育設施、交通設施及文物古跡用地，集多功能于一身的城關中心區(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，在城關中心區(qū)最為顯著，表現(xiàn)出城關中心區(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

結合圖1與圖2，蘭州市中心城區(qū)工作日范圍內高熱力區(qū)域按照面積大小依次集中在城關中心區(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)?？梢钥吹剑诠ぷ魅?，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，表征了商務辦公及休閑娛樂區(qū)域對城市人口的聚集程度高于休息日，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)分析結果與蘭州中心城區(qū)空間結構規(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耦合度較高，基本符合“一河、三城、六組團”的空間結構規(guī)劃。從百度熱力圖呈現(xiàn)的結果來看，城關城區(qū)承擔的城市職能遠大于其他城區(qū)，且城關中心區(qū)承擔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)對于城關城區(qū)的面臨的各項壓力緩解效果相對較低，城關單一中心的現(xiàn)象依舊存在。而規(guī)劃設計的安寧-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與發(fā)展中心應當在安寧-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)內各項功能區(qū)域的吸引力，才能逐漸緩解城關單一中心的現(xiàn)狀。

4 結語

本研究利用大數(shù)據(jù)技術對蘭州市中心城區(qū)空間結構分析的探索，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)蘭州城市空間結構研究方法，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”實施建設和發(fā)展提供支有力的技術支撐。當然，大數(shù)據(jù)技術應用研究依舊存在一定的缺陷，但在城市研究和城市規(guī)劃領域將發(fā)揮越來越重要的作用。