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基于“以流定形”的城市交通空間分析邏輯

發布時間:2020-03-26 12:30

基于“以流定形”設想,通過挖掘網絡關系下的流動要素,以網絡和流詮釋空間要素間的關系,形成支撐城市發展的空間交互模型基礎。作者提出以空間活動系統研究替代網絡交通流分析,并遵循空間中的關系-空間中的活動-空間中的網絡的邏輯對相關問題進行探討。

空間規劃體系下的交通規劃

交通規劃在空間規劃體系框架下涉及的內容可以劃分為三個部分:前置先導性內容、融合協同性內容和傳遞落實性內容。其中,傳遞落實性內容屬于專項規劃,是傳統交通規劃理論與方法所擅長的領域;前置先導性內容則與上位空間結構和交通網絡相關聯,對本層次空間結構和布局具有重要影響,應在空間規劃之前通過預研加以明確;融合協同性內容則重點探討本層次空間結構與網絡結構之間的關系,與傳統城市總體規劃綱要階段所討論的問題有很大的相似性。

空間結構與網絡結構關聯分析的重要性可以從地理學和城市科學的理論發展中得到支持,也能夠從國際經濟和國家戰略中得到印證。

一方面,作為城市規劃理論的基礎,地理學和城市科學呈現了值得關注的發展趨勢,即從關注規模的場空間體系向關注網絡和流的流空間體系轉變。流空間理論以網絡和流詮釋空間要素間的關系,基于流空間理論,對中國的城市規劃提出了“以流定形”的設想。相較于依靠資源環境、廉價勞動力的“體力城鎮化”道路,依靠智力創新的“智力城鎮化”道路是未來中國的必然選擇。在智力城鎮化的背景下,為了提示存在于每一類形態下的經濟、社會、生態等要素的流動,“以流定形”正成為探討支撐中國城鄉規劃發展走向理性與科學的新的范式,即從表層的形態挖掘其下的流動要素,從而制定和總結出城市發展模型和方法,形成支撐城市發展的空間交互模型基礎。

另一方面,中國所提出的“一帶一路”倡議,是為適應世界經濟發展結構變化,形成更加有利于共同發展的空間聯系結構;而“交通強國”的國家戰略,實際上與“一帶一路”倡議緊密關聯,通過交通網絡建設和增強交通建設能力,在國際要素流動的空間體系中發揮主導作用。這些實際上是以網絡和流詮釋空間要素間關系在政治與經濟領域中的折射。

正因為如此,在空間規劃融合協同性內容中確定空間結構與網絡結構的適配關系顯得尤為重要,是傳統網絡交通流分析的上位問題,需要空間規劃師與交通規劃師共同承擔這一重要任務。

融合協同性內容討論問題的語境與傳統交通分析方法有很大差異,其對空間構造分析的重視遠超于交通流量化分析。基于OD的交通分析理論由于相關工作深度限制和自身局限,很難適應這種空間構造分析,促使以空間活動系統研究替代網絡交通流分析,其討論問題所遵循的邏輯是空間中的關系—空間中的活動—空間中的網絡。

空間的定義

傳統交通規劃根據問題對象的不同,采用兩種不同的方法定義空間。對于城市交通規劃,傳統上一般采用交通分區定義空間,即忽略分區內部的流動,將分區之間的交通流映射到交通網絡之上。對于區域交通規劃,則以城市作為節點,將城際交通映射到區域交通網絡之上。

新的空間規劃體系面對的空間結構比傳統規劃要復雜,包含城市、市域、都市圈、城市群等多個空間層級。這意味著,傳統方法體系中獨立討論的日常空間活動系統和城際空間活動系統,需要在新的空間層級結構中加以適度統一。

事實上,以通勤、通學、購物、休閑等活動為主體的日常空間活動時變規律,與商務、游憩等活動為主體的城際空間活動時變規律有很大差異。按照新的國土空間層級研究問題時,如何通過層級化空間分區適度分離不同時變規律的流動,是一個需要明確的問題。利用移動通信信令數據在比較廣泛的空間范圍內獲得空間的職住關聯信息,采用復雜網絡理論中的“社區發現”算法,能夠識別空間職住關聯網絡的模塊化結構(見下圖)。據此可以將空間劃分為一種層級結構:模塊內部具有較強的通勤活動內聚性,模塊之間則是跨區通勤以及商務、游憩等空間聯系。

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基于職住空間關系的城市群層次化空間分區示意

采用這種方法確定的空間聯系模塊化結構,在城市群尺度中顯示出很強的核心-邊緣結構特征(見下圖),即由若干元素相互聯系構成的一種中心緊密相連、外圍稀疏分散的特殊結構。而在超、特大城市內部亦能夠識別出一定規模的核心-邊緣結構。

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城市群尺度下的核心-邊緣結構

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空間關系的分析

 城市空間并非單純的地理學概念,而是社會發展的產物,且能夠被社會所改變。英國人文地理學家羅納德·約翰·約翰斯頓將社會空間定義為社會群體感知和利用的空間,由此出發對于空間關系的描述主要應該關注社會群體空間活動相關的社會關系,以解釋不同社會群體空間活動的差異。

城市、都市圈或城市群范圍內的空間活動可以采用其背后發揮作用的社會和經濟關系來加以詮釋,例如企業關聯網絡、產業關聯網絡等。在部分不需要深度歸因分析的情況下,也可以采用更為直接的職住空間關聯關系(見下圖)、公共服務設施的可達性覆蓋(見下圖)等來表述空間中的關系。

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基于移動通信數據識別的不同類型職住空間關聯關系

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公共服務設施的可達性覆蓋評價(以醫療設施為例)

這類空間中的關系是社會活動的產物,包括企業選址活動、居住遷移活動、就業選擇活動、外來人口遷入活動等,同時也受到既有和歷史城市空間、交通網絡等的影響。

空間活動的描述

對于空間活動的描述與所依托的信息環境緊密關聯。基于移動通信信令數據能獲得用戶在空間中活動的部分信息,可以采用信息點、活動點、駐點、錨點等概念(見下表)模糊但正確地反映對象活動空間的基本情況。

規范個體空間活動的基本特征數據

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相比于空間活動產生的流動量,行為主體的空間活動模式以及在個體活動模式相互作用下產生的空間活動系統狀態更值得關注(見下圖)。因此需要尋找一種不同于OD的表述方式,即對于個體行為模式以及基于錨點和駐點的行為模式集計特征的表述。

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上海不同居住地居民的活動時空特征差異

對于單個行為主體,采用興趣值(訪問某個空間位置的頻率與逗留時間的乘積)來表征空間維度上的活動模式,采用信息熵來表征時間維度上的活動模式(見下圖)。而對于在某個空間區域中集聚的行為主體(例如居住在這一區域的個體、就業在這一區域的個體等),則需要采用某種方式(興趣值結構類別、活動空間尺度等)定義其集計特征。

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基于樣本總體信息熵表征時間維度上的居民活動模式

空間網絡的設計

站在空間規劃的立場上,交通網絡是塑造流空間的重要政策工具,也是實現空間正義的重要手段。對空間中的網絡進行研究主要包括以下層次的內容:

1)空間活動系統評估:發現現有系統(交通系統、公共服務設施分布、城市空間結構)存在的問題。基于上海市各交通小區間的公共交通行程時間,采用社區發現算法獲取上海市由公共交通網絡所形成的空間聯系結構(見下圖a),同一社區內部的公共交通聯系較為緊密,而社區之間的公共交通連接則相對稀疏。將公共交通網絡所形成的空間聯系結構與上海市居民的職住空間分布進行比較(見下圖b、下圖c),工作地與居住地位于同一社區的居民比例較低,可見上海市現有的公共交通網絡與居民的實際通勤需求并不匹配。

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2上海市公共交通網絡與居民職住分布的關系

2)城市空間活動系統歸因分析:空間中的關系與空間中的活動的關聯關系將給出內在因果關系的線索,在此基礎上的循證分析將揭示城市發展內在的動力機制,如下圖所示。

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居民活動模式的決策樹分析

3)城市空間活動系統狀態預測:主要討論不同空間活動模式的行為主體結構的空間分布演化,以及由于這種演化造成的交通網絡上流動結構的變化。例如,基于移動通信數據從個體層面提取居民活動空間的關鍵指標,采用置信橢圓法衡量居民活動空間的方向性,并以DBSCAN算法識別個體活動中心的數量,分析上海市不同區位居民的個體活動空間差異(見下圖)。

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不同空間活動模式的行為主體結構的空間分布

寫在最后

空間規劃是對空間使用的規劃,不是對自然空間的劃分,其核心是建立各種空間使用之間的關系,以流空間理論為基礎的“以流定形”是一個值得關注的方向。空間規劃框架下的交通規劃可以劃分為前置引導、融合協同和傳承落實三部分內容,其中前兩者與“以流定形”緊密相關,是交通規劃理論亟待拓展的領域。新方法遵循一種與傳統交通分析理論不同的分析邏輯:空間中的關系-空間中的行為-空間中的網絡。摸清現狀關系,梳理網絡結構,才能在空間規劃體系框架下明確不同空間尺度的交通發展戰略。

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