多源數(shù)據(jù)支持下的城市濱水公共空間使用人群多樣性影響因素

劉頌 賴思琪

城市濱水公共空間是承載市民社會活動的重要開放空間，如何重塑濱水公共空間活力一直受到研究者的廣泛關(guān)注。公共空間中多元的人群是激發(fā)城市活力的核心要素[1]，因此建設(shè)支持不同群體活動的濱水公共空間具有積極意義。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社交媒體數(shù)據(jù)、移動定位數(shù)據(jù)等多源大數(shù)據(jù)已成為城市空間研究的重要來源數(shù)據(jù)。其中手機信令數(shù)據(jù)因其能覆蓋多年齡段群體已被廣泛用于研究不同年齡段人群的城市公共空間訪問行為。例如，姜佳怡等利用手機信令數(shù)據(jù)研究了上海社區(qū)公園中老年游客的活動差異[2]；史宜等以上海公園綠地為例，提出了基于三維活動空間的行為密度計算方法，提升了中小尺度下基于手機數(shù)據(jù)進行個體行為密度計算的精確性[3]。結(jié)合手機信令數(shù)據(jù)與其他多源數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對城市居民時空行為特征的研究[4]。然而，已有研究多關(guān)注濱水公共空間活力的聚集性與穩(wěn)定性[5]，在公共空間活力多樣性方面關(guān)注相對較少。本研究以上海市黃浦濱江核心段公共空間為例，基于手機信令數(shù)據(jù)與城市空間數(shù)據(jù)，結(jié)合SQL與Python語言的編程算法，測度并比較不同年齡人群的空間分布差異，進一步分析年齡多樣性的影響因素，最終提出全齡友好的濱水公共空間優(yōu)化策略。

1 研究區(qū)概況

本研究選取上海黃浦江濱江核心段公共空間作為研究對象。根據(jù)《黃浦江兩岸公共空間貫通開放概念方案》，黃浦江濱江核心段以“提供具有全球影響力的公共活動空間”為規(guī)劃目標(biāo)，北起楊浦大橋，南至徐浦大橋，長度約23 km，將從岸線至兩側(cè)第一條市政道路圍合的范圍作為濱水公共空間，總面積約568 hm2。本研究以垂直于河岸線的市政道路作為分割，將研究區(qū)域劃分為85個空間單元（圖1）。研究單元劃分依據(jù)主要為場地現(xiàn)狀邊界，可通過衛(wèi)星影像加以識別；對于沒有明顯邊界的場地，主要基于上海市規(guī)劃和國土資源管理局發(fā)布的《黃浦江兩岸公共空間貫通開放概念方案示意總圖》[6]，并根據(jù)實際建成情況進行相應(yīng)調(diào)整，最終劃定研究單元。

1 黃浦江核心段區(qū)位（1-1）和研究范圍（1-2）Huangpu River core section location (1-1) and study area (1-2)

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 濱水公共空間使用人群信息數(shù)據(jù)

本研究采用智慧足跡公司DaaS（dataset as a service）平臺提供的上海市2019年5月的聯(lián)通用戶匿名手機數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包含用戶屬性、駐留始末時間、出行信息、基站信息、采集日期等基本信息。該平臺支持查詢用戶年齡、出行頻次和出行時長等相關(guān)字段。研究范圍內(nèi)的基站空間精度為50～200 m，能滿足本研究的精度需求。2019年5月17—30日作為研究時間區(qū)段，包含4個休息日和10個工作日，研究范圍內(nèi)日均記錄了1.7萬～2.4萬個不同的手機識別號，在此期間上海氣溫為18～25 ℃，適宜外出活動。

對于手機信令數(shù)據(jù)的處理流程：首先，采用ArcGIS生成研究單元的WKT數(shù)據(jù)①，在DaaS平臺中生成面文件用于篩選手機用戶的駐留數(shù)據(jù)；其次，基于SQL語言編寫代碼提取黃浦濱江公共空間范圍內(nèi)的用戶駐留與屬性表，根據(jù)用戶ID連接駐留表和屬性表，然后按照駐留點和研究單元匯總數(shù)據(jù)；最后，采用分天分小時模式導(dǎo)出數(shù)據(jù)（圖2）。

2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線Data processing technical approach

通過對研究范圍內(nèi)手機信令數(shù)據(jù)的清洗與篩選，得到不同年齡手機用戶的比例：青少年（0～18歲）、中青年（19～64歲）和老年（65歲及以上）用戶占總用戶數(shù)量的比例分別約為2%、95%和3%。根據(jù)《上海市第六次人口普查》，研究范圍服務(wù)區(qū)中的居民總數(shù)為758 429人，青少年居民（0～14歲）為54 922人（占總?cè)藬?shù)約7%），中青年（15～64歲）為599 534人(占總?cè)藬?shù)約79%)，老年居民（65歲以上）為103 974人（占總?cè)藬?shù)約14%）②。由此可見，手機數(shù)據(jù)可基本反映青年和中年群體的分布特征，但由于受到手機持有率等其他因素的影響，對青少年和老年群體分布特征的反映可能存在一定局限性。

2.2 濱水公共空間環(huán)境因素數(shù)據(jù)

濱水公共空間環(huán)境信息采用多源數(shù)據(jù)表達。數(shù)據(jù)包括建筑矢量數(shù)據(jù)、百度地圖POI數(shù)據(jù)、高德地圖路網(wǎng)數(shù)據(jù)、人口普查數(shù)據(jù)、天地圖歷史文化資料與實地調(diào)研數(shù)據(jù)。建筑矢量數(shù)據(jù)來源于百度地圖，包括建筑輪廓、底面積和層數(shù)，并通過2019年4月19日衛(wèi)星影像圖進行了核查與校對以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。百度地圖POI數(shù)據(jù)的獲取時間為2019年4月5日，包含餐飲服務(wù)、購物服務(wù)、體育休閑服務(wù)、住宿服務(wù)、交通設(shè)施服務(wù)、科教文化服務(wù)、風(fēng)景名勝7種類型。獲得研究范圍內(nèi)POI數(shù)據(jù)總量為27 032個。高德地圖路網(wǎng)數(shù)據(jù)采集于2019年5月18日，覆蓋上海市市域，用于限定研究單元服務(wù)區(qū)。人口普查數(shù)據(jù)的精度為街道尺度，用于計算周邊常住人口密度，天地圖歷史文化資料包括工業(yè)遺存、特色建筑和文化長廊的空間位置與概況。

3 研究方法

3.1 研究思路

為解釋濱水公共空間對使用者年齡多樣性的支持機理，本研究將使用者按年齡分為4段：青少年（18歲及以下）、青年（19～44歲）、中年（45～64歲）、老年（65歲及以上），在分析濱水公共空間對各種年齡段人群的影響的基礎(chǔ)上探討濱水公共空間特征與年齡多樣性之間的關(guān)系：1）測度各年齡段人群在濱水公共空間的人群密度分異，將濱水公共空間環(huán)境特征（包括內(nèi)部特征與周邊環(huán)境特征）與使用者年齡特征（包括各年齡段人群密度與年齡多樣性）進行相關(guān)性分析；2）將使用者年齡特征作為因變量，選取相關(guān)性分析中顯著性較強的濱水公共空間環(huán)境特征因子作為自變量，構(gòu)建逐步回歸模型以了解濱水環(huán)境對使用者年齡多樣性的影響。

3.2 變量測度方法

3.2.1 因變量：濱水公共空間中各年齡段人群密度及年齡多樣性

1）各年齡段人群密度：某時段人群總數(shù)與研究單元面積的比值。本研究以天為單位計算日平均人群密度（公式1～2）。

2）年齡多樣性：指研究單元內(nèi)不同年齡段人群的混合程度，根據(jù)“香農(nóng)熵”指數(shù)建立年齡混合指數(shù)Agemix（公式3），該數(shù)值越大表示各種年齡段人群分配越均衡，年齡多樣性越高。

其中，Agemix的取值范圍為0～1；Rl表示第l種年齡段人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例；k為濱水公共空間中的年齡段類型數(shù)量（本研究中k=4）。

3.2.2 自變量：濱水公共空間環(huán)境特征

濱水公共空間特征分為內(nèi)部特征和周邊環(huán)境特征，綜合數(shù)據(jù)的可獲得性與相關(guān)研究結(jié)論，將其進行變量計算（表1）。

表1 濱水公共空間環(huán)境特征及其變量計算方法Tab. 1 Environmental characteristics of the waterfront public space and variable calculation method

選取岸線開敞度、岸線曲折度、駁岸類型、綠化覆蓋率、水生植物多樣性和水體清潔度反映岸線特征，采用餐飲服務(wù)設(shè)施密度、公共服務(wù)設(shè)施密度、歷史與特色建筑密度、文化設(shè)施密度和慢行道密度表征濱水公共空間服務(wù)功能。同時由濱水區(qū)向外側(cè)拓展1 km（步行約15 min）區(qū)域作為與濱水區(qū)相互影響較大的周邊環(huán)境，根據(jù)建成環(huán)境5D模型理論[3]提取了可達性、功能設(shè)施和常住人口3類指標(biāo)。可達性包括慢行道可達性、公交車站覆蓋率、地鐵站覆蓋率、車行道路網(wǎng)密度；功能設(shè)施則采用周邊商業(yè)設(shè)施密度和周邊景點密度進行表征；周邊住宅區(qū)密度與周邊常住人口密度反映了常住人口情況。濱水公共空間的環(huán)境特征如圖3所示。

3 濱水公共空間的環(huán)境特征空間分布圖Spatial distribution of environmental characteristics of waterfront public space

3.2.3 指標(biāo)歸一化處理

為便于后續(xù)的分析計算，本研究采用離差標(biāo)準(zhǔn)化方法對濱水公共空間環(huán)境特征、濱水公共空間中各年齡段人群密度以及年齡多樣性評價指標(biāo)進行歸一化處理。計算公式如下：

式中：i表示研究單元，且i=1, 2, 3…n；j表示評價指標(biāo)，且j=1, 2, 3…n；xij和Uij分別為第i個研究單元第j個指標(biāo)的原始值和歸一化之后的數(shù)值，min{xj}和max{xj}分別是第j個指標(biāo)原始值中的最小值和最大值。

4 分析結(jié)果

4.1 濱水公共空間人群年齡多樣性特征

4.1.1 各類年齡段人群密度時空分布特征

研究范圍內(nèi)的人群活躍時段集中在9：00-18：00，青年始終是黃浦江濱水公共空間最主要的使用人群，中年人群次之，老年和青少年的人數(shù)則相對較少（圖4）。這與年齡分布規(guī)律一致。根據(jù)趙曉龍等的研究，青少年群體傾向于選擇設(shè)施豐富、參與性強的公共空間[7]，而研究區(qū)內(nèi)以日常游憩功能為主，參與性活動較少，因而對該群體吸引力較低。老年群體人數(shù)偏低的結(jié)果與已有研究一致，即老年人偏好鄰近住區(qū)的城市公園或開放空間進行日常交往活動[5]。

4 4種類型年齡段人數(shù)時段波動折線圖Temporal distribution of the number of four types of age groups

在空間分布上（圖5），4個年齡段人群密度都比較高的區(qū)域主要位于黃浦江核心段北部和東岸，該地區(qū)景點較集中（如外灘與東方明珠碼頭）。在外灘附近，青年人群密度是其他年齡段人群密度的10～100倍，具有絕對的主導(dǎo)地位。而在其他地區(qū)各年齡段人群密度卻有分異；青少年群體與青年群體集中于文化活力型濱水公共空間，如楊浦濱江綠地、上海當(dāng)代美術(shù)館和世博公園等；青年和中年群體對黃浦江東岸老舊工業(yè)區(qū)改造的歷史風(fēng)貌型濱水公共空間情有獨鐘，如東昌綠地、老白渡綠地與南棧綠地等；中年群體與老年群體均偏好可達性較好、靠近居住地的濱水公共空間，而對路途耗時較長的大型濱水公園綠地（如后灘公園與前灘休閑公園等）的使用率較低。

5 4種年齡段人群密度空間分布Spatial distribution of the density of the four types of age groups

4.1.2 濱水公共空間年齡多樣性的分布特征

年齡多樣性高的研究單元主要分布在周邊住宅區(qū)密度較高的東岸北部地區(qū)，如楊浦大橋綠地、前灘友成公園、南棧綠地和老白渡綠地等（圖6）。反之，年齡多樣性低的研究單元主要分布在西岸北部與東岸南部，如北外灘濱江綠地、后灘公園和上中路綠地等。其中，位于黃浦江南部的油罐藝術(shù)公園、上海當(dāng)代美術(shù)館與前灘友成公園等雖然各年齡段人群密度不如北段，但顯示具有年齡多樣性高的特征，說明對文化資源的挖掘和展示對各年齡段都具有一定的吸引力。

6 年齡多樣性空間分布Spatial distribution of age diversity

4.2 相關(guān)性分析結(jié)果

對濱水公共空間環(huán)境特征與使用人群年齡特征結(jié)果進行皮爾森相關(guān)分析，為保證模型準(zhǔn)確度，采用箱線圖法剔除樣本異常值[8]。由表2可知，使用者年齡特征與濱水公共空間內(nèi)部的岸線開敞度和慢行道密度具有正相關(guān)性，但與其他濱水公共空間內(nèi)部特征相關(guān)性較弱；周邊商業(yè)設(shè)施密度、周邊住宅區(qū)密度及周邊景點密度與所有使用者年齡特征都存在正相關(guān)性，即岸線開敞度越高、周邊住宅區(qū)密度越大，周邊休閑服務(wù)設(shè)施水平越高，人群密度越高。青少年與年齡多樣性之間的正相關(guān)性最強，其次是中、老年人群，說明青少年群體密度越高，該區(qū)域的年齡多樣性往往越高。

表2 各變量相關(guān)性分析結(jié)果Tab. 2 Results of correlation analysis of variables

4.3 不同年齡人群密度的主導(dǎo)影響因素識別

以使用者年齡群體密度為因變量，以相關(guān)性分析中具有顯著性的濱水公共空間環(huán)境特征作為自變量進行逐步回歸，得到每項年齡特征的回歸模型（表3）。模型的方差膨脹系數(shù)（variance inflation factor, VIF）均＜10，未發(fā)現(xiàn)顯著的共線性問題。經(jīng)F檢驗（F-test）判斷5個模型均顯著，是有效的模型。其中，青少年人群密度模型包括周邊商業(yè)設(shè)施密度、周邊住宅區(qū)密度和地鐵站覆蓋率3個解釋性變量；青年人群密度模型包括周邊住宅區(qū)密度、周邊商業(yè)設(shè)施密度和慢行道密度3個解釋性變量；中年人群密度模型包括周邊住宅區(qū)密度和周邊商業(yè)設(shè)施密度2個解釋性變量；老年人群密度模型包括周邊住宅區(qū)密度、慢行道密度和周邊景點密度3個解釋性變量；年齡多樣性模型包括周邊住宅區(qū)密度1個解釋性變量。

表3 逐步回歸模型結(jié)果Tab. 3 Results of the progressive regression model

5 討論與結(jié)論

5.1 岸線開敞度、可達性與周邊住宅區(qū)密度是支持年齡多樣性的核心特征

研究結(jié)果顯示，只有當(dāng)濱水公共空間內(nèi)部具有視野開闊的岸線與連通性良好的慢行道網(wǎng)絡(luò)，且周邊具有密集的公共交通站點與路網(wǎng)時，多樣的人群活動才開始聚集。同時，商業(yè)設(shè)施完備、旅游資源豐富或住宅區(qū)密度較高的周邊環(huán)境特征也是促進年齡多樣性的關(guān)鍵因素。值得注意的是：該研究結(jié)果并不否認(rèn)其他濱水公共空間內(nèi)部特征對空間包容性的影響，僅說明周邊商業(yè)和住宅等設(shè)施相對于其他濱水公共空間內(nèi)部特征而言具有更強的影響力。

岸線開敞度與人群年齡特征變量均存在一定的正相關(guān)，證明了“人類天生的親水特性[9]”。相對于高墻、密縫欄桿等不可進入的岸線，鐵鏈?zhǔn)綑跅U等可進入式邊界的水岸更容易吸引人群駐留，例如老白渡綠地與南棧綠地；相反，北外灘濱江綠地岸線親水性不友好，年齡多樣性相對較低。

交通可達性包括內(nèi)部慢行道連貫性與外部交通便捷性兩方面。本案例中，慢行道密度、地鐵站覆蓋率與多種年齡段人群密度間均存在正相關(guān)性，說明黃浦濱江核心段的到訪人群以公共交通工具為主要出行方式，或以戶外鍛煉為出行目的的人數(shù)較多。良好的可達性可以保障各類人群便捷地抵達濱水公共空間，從而促進年齡多樣性。目前，黃浦江濱水公共空間的問題主要為通過外部公共交通系統(tǒng)抵達濱水區(qū)的路線種類較少、公交站點覆蓋率不足、時間成本和換乘成本較高[9]。

本案例中，濱水區(qū)沿岸為居住型用地時，濱水公共空間使用者的年齡多樣性高于周邊為非居住區(qū)的情況，這可能是因為老年群體多選擇在毗鄰住宅區(qū)的濱水公共空間中進行戶外活動，因此提升了居住型濱水公共空間使用人群的多元性。此外，由于老年群體多關(guān)注游憩空間的景色吸引度與場地歷史沉淀[10]，且濱水公共空間易與周邊旅游資源形成規(guī)模效應(yīng)，因此周邊景點密度高的濱水公共空間對老年群體具有較強的吸引力，同時也促進了年齡多樣性。完善的商業(yè)設(shè)施顯示出地段的較高的經(jīng)濟活力，能夠有效地吸引各年齡層次人群的聚集。

5.2 濱水公共空間環(huán)境對4個年齡段人群密度的影響存在差異性

對于濱水公共空間內(nèi)部環(huán)境特征，4種人群雖然都偏好岸線開敞度較高的濱水公共空間，但青年與老年群體更看重濱水公共空間沿線慢行道的密度，即是否能夠提供更為連續(xù)的活動空間。老年群體更關(guān)注濱水公共空間周邊景點的豐富程度，這可能與老年人對周圍景觀認(rèn)知度較高有關(guān)[11]。由于出行距離的差異，4類人群對交通設(shè)施的依賴程度不同：中老年人的休閑范圍以社區(qū)及其步行可達的周邊地區(qū)為主，總體服從距離衰減規(guī)律[11-12]，故多選擇臨近居住地的濱水公共空間進行戶外活動；青少年與青年群體的活動出行范圍更大，濱水公共空間與周邊街區(qū)均可作為活動場地，因此對公共交通便捷度（如地鐵站臺覆蓋率與公交車站臺覆蓋率）以及車行道路網(wǎng)密度的依賴程度較高。

5.3 全齡友好的濱水公共空間優(yōu)化策略

利用周邊環(huán)境特征對濱水公共空間多元人群具有較強的支持作用的特點，將濱水公共空間及其周邊區(qū)域進行整體性規(guī)劃設(shè)計。對于新建或更新地段，應(yīng)考慮其輻射范圍內(nèi)的經(jīng)濟活力、居住人口密度與景觀資源分布等，配置便捷的公共交通系統(tǒng)，激發(fā)濱水公共空間活力多樣性。對于已建成但使用人群多樣性較低的濱水公共空間，應(yīng)重視地區(qū)在沿岸景觀品質(zhì)、交通可達性和商業(yè)設(shè)施配置等方面的不足，有針對性地進行優(yōu)化更新。例如，本研究中的后灘公園使用者年齡多樣性較其他地區(qū)偏低，以中、青年人群為主要使用群體。主要原因在于其周邊地鐵站覆蓋率較低，搭乘公共交通的時間與換乘成本過高；同時其外圍高等級城市主干道也成為步行人群抵達水岸的心理和行為上的主要障礙。因此，應(yīng)注重設(shè)置多元化的公共交通路徑，以提升水岸空間的可達性與利用率。

5.4 局限與不足

本研究仍然存在4點不足之處：1）由于手機使用者的年齡覆蓋面存在一定局限性，研究數(shù)據(jù)可能存在青少年與老年群體代表性不足的問題，僅使用聯(lián)通手機數(shù)據(jù)也可能導(dǎo)致抽樣調(diào)查的系統(tǒng)性偏差；2）本研究所得結(jié)論可能受到黃浦濱江自身特征的影響，因而存在一定的局限性；3）本研究是建立在宏觀尺度上對整段黃浦濱江的使用者年齡多樣性的分析，而精細(xì)到場地尺度的影響要素的研究，則需在后續(xù)研究中對研究方法做進一步的改進；4）本研究雖然對不同年齡人群到訪濱水公共空間的整體情況進行了量化分析，但尚不足以剖析產(chǎn)生差異的原因，其他的潛在因素如個人收入、家庭背景等都可能影響人們到訪濱水公共空間的意愿。以上問題將在后續(xù)研究中做進一步探討。

注釋(Notes)：

① 一種用于表示地圖上的矢量幾何對象的文本標(biāo)記語言（Well-known text representation of geometry, WKT）。

② 這里年齡劃分不同是因為數(shù)據(jù)源不同：上文是手機信令數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的默認(rèn)劃分是青少年（0～18歲）；此處是人口普查數(shù)據(jù)，默認(rèn)的劃分為青少年（0～14歲）。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中所有圖表均由作者繪制，其中圖1底圖來源于上海市地理信息公共服務(wù)平臺，審圖號：JS(2016)01-115。