青岛市中心城区活力特征研究

2021-09-03禚保玲刘冬杰张志敏

青岛理工大学学报 2021年4期

禚保玲，刘冬杰，张志敏，王振

(1.青岛市城市规划设计研究院，青岛 266071；2.上海市政工程设计研究总院(集团)第七设计院有限公司，青岛 266005)

城市活力是一种受城市空间形态影响的城市活动，即空间特征及其背后社会活动的同构体，可从居民活动强度对其进行界定[1-2]。目前国内关于城市活力的研究较多，王勇等从滨水空间、街道、社区、商圈多空间维度研究活力特征[3-6]。黄先梅等基于灯光遥感数据、年鉴等传统数据，研究城市经济-人口活力-用地重心变化及耦合特征，研究时间多为5年、10年甚至更长时间跨度[7-11]。吴志强等利用百度热力图数据[12-14]、手机信令数据[15-17]、网络签到数据[18-19]等多源新型大数据，研究城市活力空间活力分布特征及演变规律。

总体来看目前国内学者对城市活力进行多维度研究，多停留于单一时间截面的静态研究或者长时间跨度动态研究，对于细粒度时间尺度、高精度空间尺度活力研究较少。本文利用大数据时代带来的机遇，将新型数据融合应用于城市研究，从更细小的时间和更精准的空间维度上探索城市活力特征，对理解城市空间、布局服务设施、提升城市活力提供技术支撑。

1 研究数据和方法

1.1 研究范围

选取《青岛市城市总体规划(2011—2020)》划定的中心城区作为本次研究区域(图1)，包括东岸城区、西岸城区、北岸城区，总面积1481 km2，人口576万，是青岛市最重要的活力聚集区。其中东岸城区包括市南区、市北区、李沧区、崂山区，西岸城区为原黄岛区(2012年原黄岛区与原胶南市合并为现黄岛区)，北岸城区为城阳区。

图1 中心城区范围示意

鉴于统计单元太小计算繁琐，太大又丧失数据精确性，本文综合青岛实际情况和多次测试，选取500 m×500 m网格作为基础单元，将中心城区按0.25 km2划分网格，共计5920个，作为分析基础单元，通过分析基础单元每个时刻活跃人次来表征该区域活力。

1.2 主要数据来源

基于传统方法获取人口数据存在统计口径不同、抽样率低、成本较高、更新速度慢等问题。在大数据的发展浪潮下，百度地图拥有强大的位置定位能力，平均每天响应超过800亿次位置定位需求，其定位设备来自115万开发者，65万App及网站，市场占有率可达70%。依靠百度基于位置的服务数据(Location Based Services，LBS)获取的实时人口分布情况具有动态、连续、易识别的特征，可以较好反映人们相对空间行为规律，满足研究需要。

本研究采用青岛市2019年3月20日—3月27日共计1 周全市LBS数据，数据小时内去重复，数据包含0：00—23：00每个时刻人口位置信息，属性有经纬度、人口数量、时刻信息等，累计统计人次达到11亿人次。

1.3 研究方法

1.3.1 核密度模型

核密度分析(kernel density)是通过创建连续图层代表设施分布的密度值，其优势是落入搜索区的点具有不同的权重，越靠近搜索中心的点，被赋予的权重越大，反之权重越小，计算结果分布较平滑，其计算公式为

(1)

式中：fn为核密度值；n为搜索半径范围内的样点个数；r为搜索半径；K为核参数； (x-xi)为估计点x到样本点xi的距离。

1.3.2 活力重心模型

重心指区域空间存在某点，其前、后、左、右、上、下各方向的力量保持均衡，1874年美国学者F.Walker首次将重心概念应用于城市研究中。城市活力重心模型是把区域空间活力分布简化为具有权重的散点集群，通过将活力值和面积加权计算，获取活力重心坐标，其计算公式为

(2)

(3)

2 青岛市中心城区活力时间特征

由于居民商务、办公、休闲、娱乐选择不同时间进行，因此城市同一区域不同时间段存在活力差异性，本文引入活力强度值指标，分析研究城市活力在不同时间的变化特征。具体计算如下：

(4)

(5)

式中：Vih为单元i在h时平均活跃人群数；i=1,…,n，表示n个统计单元；h=0,1,…,23，表示一天24 h；j=1,2,…,7，代表一周7 d；Nihj为单元i在第j日h时活跃人群数；Qih代表单元i在h时活力强度。

以活力强度Qih为纵坐标，以一天24 h为横坐标绘制空间活力强度1 d波动幅度示意图，数据点与折线反映城市空间强度在1 d中随时间顺序的波动。

由图2可知，中心城区活力强度总体呈现日间高夜间低的特征，日间活力存在小幅波动，分别在7：00—9：00，11：00—13：00，17：00—19：00存在凸起峰值。21：00至次日凌晨7：00，活力强度骤减，其中凌晨2：00—3：00达到最低，主要是由于这个时段居民陆续进入休息状态，手机使用频率较低，获取数据也相对较小，一定程度上也反映了青岛夜间活力相对较低的状况。

进一步引入活力强度标准差指标，表示一个区域活力强度变化幅度，值越低代表该区域不同时刻活力强度变化幅度越小，时变曲线越平缓，反之则代表该区域不同时刻活力强度变化幅度大。具体计算如下：

(6)

(7)

由表1可知市南区和崂山区标准差明显高于其他四区，说明市南区和崂山区活力强度变化幅度较大。这是由于市南区和崂山区相较而言，城市功能相对单一，用地偏岗位，白天工作时间人口聚集，到了晚上人去楼空，空间活力强度变化幅度大。而对于其他四区，用地混合性更好，工作时间和休息时间空间活力强度变化幅度小。

表1 不同行政区空间活力值描述

3 青岛市中心城区活力空间特征

城市活力不仅在时间维度存在差异，在空间维度同样存在差异，引入活力密度指标，通过计算日均活跃人次与所属区域面积之比反映单位土地面积上活跃人群密集程度，值越高，则活力越大，反之则越小(图3)。结果显示中心城区日均活力密度为3.4万人次/km2，其中市北区日均活力密度最高，达15万人次/km2，为中心城区日均活力密度的4.4倍；市南区次之，13.8万人次/km2，为中心城区日均活力密度的4倍；李沧区第三，为7.6万人次/km2，为中心城区日均活力密度的2.2倍；城阳区、原黄岛区和崂山区日间活动密度均低于中心城区日均活力密度。

从空间分布来看(图4)，各行政区呈现不同聚集特征：市南、市北区空间活力聚集态势明显，连绵成片；崂山区人群聚集空间较少，呈现一带多点的特征；李沧区呈现一团多点特征；城阳区总体空间活力较弱，呈双中心向外辐射聚集特征；原黄岛区则形成多核串联聚集特征。

图4 青岛市中心城区活力密度空间分布示意

对活力聚集空间形态进一步总结，可以分为带状延续、单中心放射、单中心聚集、双中心放射、多核串联5种模式。

1) 带状延续模式为2个及以上活力聚集点在空间上呈直线分布的形态，典型区域为崂山区深圳路沿线。

2) 单中心放射模式为1个较强活力聚集点单中心向外辐射的形态，典型区域为李沧商圈。

3) 单中心聚集模式为1个强活力聚集点且明显高于周边区域的形态，典型区域为青岛科技大学。

4) 双中心放射模式为2个较强的中心向外发散形成放射状的形态，典型区域为台东商圈、市北区中央商务区。

5) 多核串联式为多个活力集聚区距离较近、连绵成片的形态，典型区域如原黄岛区沿海区域。

4 青岛市中心城区活力重心变化规律

从地理空间上看，青岛地势较为特殊，环胶州湾发展，地理中心是胶州湾，所以单纯直接引用数学上的重心概念不甚合理。因此本文对青岛市东岸城区、北岸城区、西岸城区分别进行重心分析。

4.1 东岸城区活力重心变化规律

东岸城区活力重心主要集中在双山附近，工作日(图5(a))和周末(图5(b))活力重心移动规律相似，沿顺时针方向呈环形移动。其中工作日6：00活力重心到达一天中最北，证明北边是东岸城区主要居住聚集区，随后活力重心开始向东南方移动，8：00—20：00活力重心呈现往返式波折，证明人群活动办公区域主要集中在城区南侧且位置相对固定。呈现这种重心移动特征主要与目前青岛市东岸城区南部沿海区域聚集大量商业办公区域，北部和西部则为老城居住区的用地格局有较大关系。周末与工作日人群活动规律基本相似，波动范围小，且全天重心位置较工作日偏北，这主要是由于休息日居民活动多为娱乐休闲，伴随着百丽海信商圈、香港中路商圈的衰落，台东商圈、新都心商圈、李村商圈的崛起，青岛市居民休闲空间较工作空间北移。

图5 东岸城区活力重心移动轨迹

4.2 西岸城区活力重心变化规律

西岸城区活力重心主要集中在保税港区，工作日(图6(a))和周末(图6(b))活力重心移动规律相差较大。工作日沿逆时针方向呈环形移动，6：00活力重心到达一天中最北，证明北边是西岸城区主要居住聚集区，随后活力重心向南移动，8：00—20：00活力重心呈现波折往返式运动，证明目前西岸城区居民就业岗位主要集中于城区南侧。周末活力重心总体呈逆时针移动，12：00—16：00活力重心向南移动，这主要是由于休息日居民活动多为娱乐休闲，而西岸城区佳世客、海上嘉年华、新城吾悦等众多商场和金沙滩、啤酒城娱乐空间均位于西岸城区南部。

图6 西岸城区活力重心移动轨迹

4.3 北岸城区活力重心变化规律

北岸城区活力重心主要分布在青岛奥林匹克雕塑文化园附近，工作日(图7(a))和周末(图7(b))活力重心变化规律相似，均沿顺时针方向呈环形移动。其中工作日夜间活力重心位于青岛奥林匹克雕塑文化园附近，随着时间推移逐渐向西移动，17：00活力重心达到最西侧之后开始向东移动，23：00再次到达青岛奥林匹克雕塑文化园附近。周末较工作日重心偏东且波动范围小，这说明北岸城区休闲娱乐空间相对工作空间位置偏东。