基于地理大数据的城市休闲空间分布、可达测度和优化配置 ——以武汉市为例

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休闲是除了居住、出行和工作之外的第四大城市基本功能。随着社会经济的飞速发展,人们的精神需求和文化休闲需求日益提高,人类社会已开始步入休闲时代。休闲场所作为人们休闲活动的空间载体,其空间格局决定着城市的休闲化水平以及居民的休闲便捷性,进而影响到一座城市的活力、凝聚力和竞争力。当前,地理大数据时代的到来和空间分析技术的日臻成熟为探索发现城市休闲的空间规律提供了十分有利的条件。从地理空间视角系统性地审视城市休闲对于提升居民生活品质和幸福指数、促进以人为本的城市空间内涵式发展以及最终实现人地关系和谐发展均具有重要意义。本文选取武汉市作为研究区,基于城市公共服务设施兴趣点、百度地图导航数据、手机信令数据等地理时空大数据,采用点聚类分析、圈层梯度分析、网络分析、遗传优化算法等一系列经典的空间分析方法,从空间分布、可达测度和优化配置三个方面对城市休闲场所的空间格局进行了分析和探讨,主要研究内容与结论如下:(1)武汉市休闲场所空间分布呈明显的聚类模式,存在多尺度(城郊、镇域和市辖区)的空间异质性,且具有圈层梯度递减的空间规律。首先,本研究采用平均最近邻分析、多距离空间聚类分析、核密度分析等方法识别出武汉市三个级别的休闲聚类集群。其中,第一级休闲聚类集群有2个,分别位于“武汉三镇”中的汉口和武昌,而汉阳没有第一级休闲聚类集群;第二级休闲聚类集群共有10个,较均匀地分布于江汉区、武昌区、洪山区和汉阳区这四个市辖区;第三级休闲聚类集群主要沿长江两岸大面积分布,形似武汉市“休闲之眼”。整体而言,这三个级别的休闲聚类集群主要集中在武汉市区,只有少量的第三级休闲聚类集群零星分布在市郊。这种休闲空间分布格局尚未受到政策因素的影响,但人口与经济因素双重影响较明显。具体而言,通过空间自相关分析和泰森多边形分析,发现休闲场所的空间格局与人口密度和商业中心的分布具有正相关关系。基于此,本研究进一步识别了城市中心体系,即三层级多中心(“1+6+3”)城市结构,继而采用圈层梯度分析、拟合分析等方法对武汉市休闲场所的分布格局进行空间量化。研究发现,随着与市中心距离的增加,每个圈层内休闲场所的密度逐渐减少,即呈现圈层递减的规律,且变化趋势与幂函数高度拟合。此外,拐点发生在离市中心5公里处的圈层,在该圈层以内,休闲密度圈层递减效应明显,在该圈层以外,圈层递减趋势渐缓。值得一提的是,这一拐点圈层刚好和武汉市的三环线高度吻合,这说明武汉市的主城区亦是该市的休闲核心区。(2)武汉市休闲场所的时空可达性亦呈现出社区尺度的空间异质性。本研究主要采用了基于路网的网络分析和基于百度地图导航数据的实时多交通模式可达性分析,分别选取健身房(运动休闲类)和博物馆(文化休闲类)作为研究对象,分析社区空间尺度休闲场所的可达性,并探讨其映射的健康正义和文化正义现状。具体而言,本文首先基于网络分析方法测度了居民从社区到健身房10分钟及20分钟以内的步行可达性,研究发现健身房的可步行性存在社区尺度的空间异质性,这种明显的可步行性空间分布差异揭示了研究区内健康正义的空间分布不均,这一研究结果为可步行休闲空间规划和健康休闲城市的构建提供了科学参考。其次,通过基于地理爬虫的实时多交通模式(驾车、公共交通、步行)可达性分析,研究发现博物馆的时空可达性亦呈现社区尺度的空间异质性,其分布特点为长江和汉江交汇口地带的社区可达程度较高,而随着离两江交汇口的距离增加,社区到博物馆的可达程度呈现下降趋势。此外,我们惊奇地发现,乘坐公共交通到达博物馆的平均时间最长,并非认知中的步行方式。研究结果反映了,公共交通(较驾车和步行而言)在休闲导向的交通规划中须被优先重视和改善,以提升公共交通的休闲便捷程度。(3)本文以文化休闲类中的自助图书馆为例,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),基于以下两种情景,以最大覆盖人口、最短人均可达时间和最少修建数量为优化目标,得出自助图书馆的最优空间配置方案。第一种情境为不考虑已建自助图书馆。通过优化配置实验,我们发现随着自助图书馆增多,其辐射服务的(潜在)读者也相应增多,居民到达距离最近的自助图书馆的可达时间越短,但这并不意味着自助图书馆的最优空间布局方案为多多益善。我们统计了人口覆盖率分别为50%,60%,70%和80%时且人均可达时间较短情况下,需修建自助图书馆的最少数目分别为44个、62个、84个和121个,对应的人均可达时间为20.6分钟,17分钟,14.2分钟和11.8分钟。考虑到实际的建设成本,本情境中自助图书馆的优化配置方案可分批次逐步增建。当自助图书馆总数为121个时,其覆盖的人口比例和可达时间为较理想状态,即人口覆盖率较高(80%)且可达时间较短(11.8分钟)。第二种情景为考虑已建自助图书馆。通过优化配置实验,我们发现人口覆盖率分别为50%,60%,70%和80%时且可达时间较短情况下需修建自助图书馆的最少数目分别为50、66、89和125个,对应的人均可达时间为20.4分钟,16.4分钟,14.6分钟和11.8分钟。实验说明了自助图书馆优化配置方案可分批次逐步增建,当自助图书馆为125个时,覆盖的人口比例和可达时间为较理想状态,即人口覆盖率较高(80%)且可达时间较短(11.8分钟)。考虑到研究区内已修建29个自助图书馆,所以本情境中最优配置方案为基于已修建的自助图书馆,再增建96个自助图书馆。通过比较两种情景,我们发现在人口覆盖比例相同时,两种情境的人均可达时间相差不大,对比所需修建的自助图书馆数目情境2多于情境1,但是考虑到研究区内已有29个自助图书馆,因而情景2的优化配置方案比情境1更能节约修建成本,可行性更高。本文为城市休闲空间研究提供了理论、方法和实证的范式参考,为城市休闲空间政策的制定提供了决策支持,以期推动以人为本的城市内涵式发展和最终实现人与城市环境的友好互动及可持续发展。
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