基于多源數(shù)據(jù)的武漢市濱湖景觀空間集群特征與潛力研究

武靜 李婧雯 馬悅

1 引言

隨著城市增量規(guī)劃轉(zhuǎn)向存量規(guī)劃，城市空間品質(zhì)提升與空間價(jià)值挖掘已成為當(dāng)今城市建設(shè)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一[1-3]。如何精細(xì)化、精準(zhǔn)化、科學(xué)化地挖掘城市空間價(jià)值，提升城市空間品質(zhì)已成為當(dāng)前城市空間發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái)基于數(shù)字化、參數(shù)化、虛擬化等大數(shù)據(jù)方法開(kāi)始廣泛應(yīng)用于城市空間問(wèn)題的研究上[4-6]，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注城市景觀空間價(jià)值潛力的研究，相關(guān)研究開(kāi)始逐漸增多，研究方法主要以實(shí)證調(diào)查與可達(dá)性分析方法為主。而隨著對(duì)城市空間的研究推進(jìn)，從科學(xué)領(lǐng)域看，多源數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用為解決城市空間問(wèn)題、提升空間質(zhì)量、挖掘空間價(jià)值提供了新的途徑。目前，針對(duì)多源數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別城市空間分布、空間熱度、可達(dá)性等方面已經(jīng)開(kāi)展了一系列研究[7-9]，而從人的行為需求出發(fā)研究城市濱湖空間集群特征與其潛力值的研究則基本未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。因此，如何客觀準(zhǔn)確地從人使用和體驗(yàn)空間的行為軌跡數(shù)據(jù)與空間熱度的設(shè)施興趣數(shù)據(jù)中，挖掘出濱湖景觀空間的分布特征、集群特征與空間潛力價(jià)值是未來(lái)城市建設(shè)與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 研究區(qū)域

本文以武漢市三環(huán)線內(nèi)21個(gè)主要湖泊的濱湖景觀空間為研究區(qū)域。武漢市素有“百湖之城”的雅稱，江湖格局豐富，市內(nèi)水資源豐富，江河縱橫，湖港交織。武漢現(xiàn)有大小湖泊166個(gè)，其中中心城區(qū)有43個(gè)[10]。武漢的水域面積共2 217.6 km2，超過(guò)全市面積的1/4，其中湖泊面積為803.17 km2，湖泊水面率居中國(guó)各大城市首位[11]。故本項(xiàng)目選取武漢市濱湖景觀空間作為研究區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源和預(yù)處理

本文選取的多源數(shù)據(jù)包括反映人的行為軌跡的新浪微博簽到點(diǎn)數(shù)據(jù)與反映濱湖景觀空間設(shè)施點(diǎn)的POI數(shù)據(jù)。其中人的行為軌跡數(shù)據(jù)是通過(guò)新浪微博官方開(kāi)放API獲取到微博簽到數(shù)據(jù)800 W條，總簽到次數(shù)1.6億次。獲取數(shù)據(jù)包括簽到點(diǎn)的名稱、實(shí)際地址、空間坐標(biāo)等信息。POI數(shù)據(jù)則是通過(guò)中國(guó)POI數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://www.poi86.com/）獲得。利用地理坐標(biāo)將從微博獲取的位置數(shù)據(jù)截取到武漢市三環(huán)線內(nèi)，剩余約12萬(wàn)條。將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)校正等預(yù)處理后進(jìn)行可視化，并將三環(huán)線內(nèi)的POI進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和整理后分為娛樂(lè)、公共服務(wù)、餐飲、交通、教育、醫(yī)療、生活服務(wù)、住宿八類，用同樣的方法進(jìn)行處理。可以看到漢口地區(qū)用戶地理位置和POI的分布最為密集，武昌次之，漢陽(yáng)地區(qū)的聚集程度最低。行為軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)與POI的分布點(diǎn)基本重疊。

2.3 加權(quán)平均法

首先計(jì)算八類設(shè)施POI 的親水性f：

其中m是某一類設(shè)施POI在武漢市三環(huán)線內(nèi)所有濱湖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)個(gè)數(shù)，n是此類設(shè)施POI在武漢市三環(huán)線內(nèi)出現(xiàn)的總數(shù)。計(jì)算出該類設(shè)施POI在濱湖區(qū)中出現(xiàn)的個(gè)數(shù)在三環(huán)內(nèi)總個(gè)數(shù)中的占比f(wàn)，用此數(shù)值代表這類設(shè)施POI 的親水性，并以此作為加權(quán)平均法中的權(quán)重。利用權(quán)重f繼而可分別得到21個(gè)湖泊的潛力值計(jì)算公式：

其中x1至x8分別代表某一指定濱湖空間內(nèi)娛樂(lè)設(shè)施、餐飲設(shè)施、交通設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、教育設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施及住宿服務(wù)設(shè)施的數(shù)量；f1至f8分別代表八類POI的權(quán)重；k代表八類POI的權(quán)重和。根據(jù)公式計(jì)算得到y(tǒng)即是該濱湖空間的潛力值。

3 武漢市濱湖景觀空間聚集特征分析

3.1 濱湖景觀空間范圍界定

通過(guò)ArcGIS10.5進(jìn)行多次試驗(yàn)后，確定武漢市三環(huán)線內(nèi)21個(gè)主要湖泊邊界向外延伸，以半徑200 m、400 m、600 m的同心圓為緩沖區(qū)，這也是 本研究的濱湖景觀空間范圍。在這樣三級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)的濱湖景觀空間能涵蓋到數(shù)量合適的微博用戶簽到點(diǎn)和POI設(shè)施點(diǎn)，并且也可以最大程度避免濱湖景觀空間之間的重疊情況。

3.2 三級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)施點(diǎn)的分布特征

對(duì)武漢市三環(huán)線內(nèi)21個(gè)主要濱湖景觀空間的八類POI（娛樂(lè)設(shè)施、餐飲設(shè)施、交通設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、教育設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施、住宿服務(wù)設(shè)施）進(jìn)行分類分析。將200 m、400 m、600 m緩沖區(qū)內(nèi)各類POI的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由結(jié)果（表1）可見(jiàn)，在八類設(shè)施中餐飲設(shè)施的POI點(diǎn)數(shù)最多，達(dá)到15 992個(gè)；公共服務(wù)設(shè)施相對(duì)最少，僅有1 139個(gè)。在三級(jí)緩沖區(qū)中發(fā)現(xiàn)200 m緩沖區(qū)相較其他兩級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)各類設(shè)施點(diǎn)的個(gè)數(shù)最少。距離濱湖邊界較遠(yuǎn)的區(qū)域，在200～400 m緩沖區(qū)和400～600 m緩沖區(qū)內(nèi)各類設(shè)施點(diǎn)的數(shù)目都有所增長(zhǎng)，餐飲設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施和住宿服務(wù)設(shè)施的增長(zhǎng)尤為明顯。這說(shuō)明娛樂(lè)設(shè)施、交通設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施、教育設(shè)施的分布受濱湖距離的影響較小，也可能距離濱湖區(qū)越近，會(huì)有更多和水相關(guān)的娛樂(lè)設(shè)施。

3.3 濱湖景觀空間的集群分級(jí)及分布

為進(jìn)一步分析武漢市濱湖景觀空間的集群特征，研究團(tuán)隊(duì)將0～600 m緩沖區(qū)內(nèi)的八類POI進(jìn)行核密度分析，根據(jù)單位面積的量值將點(diǎn)的聚集程度由高到低分為一至九級(jí)，把各類設(shè)施點(diǎn)集群按級(jí)別統(tǒng)計(jì)（表2）。

根據(jù)等級(jí)劃分結(jié)果，各類POI普遍呈現(xiàn)出低級(jí)別的集群數(shù)量較多，越高級(jí)別的集群數(shù)量越少，餐飲設(shè)施和生活服務(wù)設(shè)施甚至出現(xiàn)了中高等級(jí)集群缺失的情況（圖1）。而且高級(jí)別的設(shè)施點(diǎn)集群普遍都出現(xiàn)在漢口地區(qū)商務(wù)中心，也說(shuō)明了漢陽(yáng)和武昌兩地區(qū)在各類設(shè)施上都存在缺乏高等級(jí)集群的現(xiàn)象。

值得注意的是，公共服務(wù)設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施和教育設(shè)施都出現(xiàn)了多個(gè)一級(jí)集群。除了在漢口地區(qū)出現(xiàn)一級(jí)集群之外，公共服務(wù)設(shè)施和醫(yī)療設(shè)施在武昌區(qū)的紫陽(yáng)湖附近出現(xiàn)了一級(jí)集群，這是由于紫陽(yáng)湖位于武昌老城區(qū)中心，周邊居民聚集較多，是一個(gè)主要的休閑娛樂(lè)場(chǎng)所，因此出現(xiàn)了高密度聚集的設(shè)施集群。東湖西南側(cè)有武漢大學(xué)、武漢理工大學(xué)、華中師范大學(xué)等多所高校，也導(dǎo)致教育設(shè)施在此處出現(xiàn)了一級(jí)集群。而且這三種設(shè)施的低等級(jí)集群數(shù)量相比其他設(shè)施也較少，說(shuō)明公共服務(wù)設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施和教育設(shè)施在武漢市三環(huán)線內(nèi)濱水區(qū)中的分布呈現(xiàn)多中心而集群性強(qiáng)的特點(diǎn)。交通設(shè)施、餐飲設(shè)施、娛樂(lè)設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施和住宿服務(wù)設(shè)施在漢口和漢陽(yáng)地區(qū)的濱水區(qū)都出現(xiàn)了比較強(qiáng)的聚集性，主要集中在漢口東南側(cè)和漢陽(yáng)北側(cè)，但是在武昌區(qū)的分布比較分散，幾乎是在濱湖景觀空間內(nèi)連綿分布。

表1 武漢市濱湖景觀空間各級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)設(shè)施點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

表2 八類設(shè)施點(diǎn)集群分級(jí)統(tǒng)計(jì)表

1

1. 九級(jí)設(shè)施點(diǎn)集群分布圖

4 濱湖景觀空間的潛力值

4.1 濱湖景觀空間的親水性

通過(guò)對(duì)三級(jí)緩沖區(qū)與三環(huán)線內(nèi)設(shè)施點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，判定八類設(shè)施POI的親水性（表3）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見(jiàn)，八類設(shè)施POI的親水性基本都在38%至43%之間，其中教育設(shè)施點(diǎn)位于濱湖景觀空間內(nèi)的個(gè)數(shù)占比最大，交通設(shè)施、娛樂(lè)設(shè)施、餐飲設(shè)施、生活服務(wù)設(shè)施的親水性次之，公共服務(wù)設(shè)施、醫(yī)療設(shè)施、住宿服務(wù)設(shè)施的占比最小。

4.2 武漢市濱湖景觀空間的潛力值

以各類POI親水性計(jì)算結(jié)果的數(shù)值作為各類設(shè)施POI的權(quán)數(shù)，通過(guò)加權(quán)平均法得到武漢市三環(huán)線內(nèi)21個(gè)主要湖泊的濱湖景觀設(shè)施潛力值。由結(jié)果（表4）可見(jiàn)，東湖的潛力值得分遠(yuǎn)高于其他濱湖景觀空間。鯇子湖、機(jī)器蕩子、北湖、菱角湖、沙湖、南湖的濱湖景觀空間潛力值也是比較高的。但是塔子湖和龍陽(yáng)湖卻出現(xiàn)得分極低的情況，與其他濱湖景觀空間的差距非常大。

4.3 武漢市濱湖景觀空間的價(jià)值挖掘策略

基于本文分析結(jié)果，武漢市濱湖景觀空間存在一定問(wèn)題，主要表現(xiàn)在聚集度等級(jí)高的設(shè)施集群過(guò)度集中于漢口地區(qū)，武昌區(qū)與漢陽(yáng)區(qū)缺少各類設(shè)施點(diǎn)的高等級(jí)集群。因此，未來(lái)的城市濱湖景觀規(guī)劃中需要加大力度繼續(xù)促進(jìn)漢口濱湖空間的各類設(shè)施點(diǎn)向外疏解。在城市總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，漢陽(yáng)地區(qū)以漢江南岸為切入點(diǎn)，充分利用漢陽(yáng)地區(qū)優(yōu)越的自然資源和深厚的歷史底蘊(yùn)，繼續(xù)建設(shè)以月湖文化藝術(shù)區(qū)為代表的特色項(xiàng)目。武昌區(qū)則建議繼續(xù)開(kāi)展“南湖城市副中心”的城市設(shè)計(jì)項(xiàng)目，建立以環(huán)東湖為代表的郊野公園群，使之與城市綠地系統(tǒng)形成有機(jī)整體，依托山水脈絡(luò)向外延伸。更要強(qiáng)調(diào)東湖一帶的文化藝術(shù)定位，應(yīng)該承辦更多的體育賽事、文藝活動(dòng)，吸引更多的游客，提高市民對(duì)濱湖空間的喜愛(ài)度。

表3 各類POI設(shè)施點(diǎn)親水性統(tǒng)計(jì)表

表4 武漢市主要濱湖景觀空間潛力值統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

本研究利用多源數(shù)據(jù)對(duì)武漢市濱湖景觀空間價(jià)值展開(kāi)研究，研究結(jié)果表明，人的行為軌跡與各類POI設(shè)施點(diǎn)布局之間的空間關(guān)聯(lián)可以清楚地展現(xiàn)現(xiàn)有武漢市濱湖景觀空間的潛在價(jià)值，并發(fā)現(xiàn)其未能得到充分利用的空間區(qū)域。本研究結(jié)果對(duì)未來(lái)城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)具有重要意義，并可以空間潛力為建設(shè)前提協(xié)助其確定優(yōu)先規(guī)劃區(qū)域，提出空間潛力挖掘措施，以確保武漢市濱湖景觀空間得到充分的利用，為改善武漢市濱湖景觀空間規(guī)劃提供有用的信息。由于城市環(huán)境具有高度可塑性，因此平衡和提高武漢市濱湖景觀空間價(jià)值是一個(gè)實(shí)現(xiàn)空間品質(zhì)提升的有效途徑。