基于GIS的城镇体系规划空间分析系统研究

基于提高城乡规划工作中城镇体系空间规划分析工作的准确性与效率的目的,本次研究提出了城镇势力圈划分、城镇职能识别、城镇规模等级划分定量分析方法。应用这些方法,基于ArcGIS 9.3系统平台基础上进行二次开发,设计了基于GIS的城镇体系空间规划分析系统。本系统适用于当前城镇体系规划实践,解决城镇势力圈划分、城镇职能识别、城镇规模等级划分等3个核心问题。本系统在城镇经济腹地划分、行政区划调整、经济协作区划定、中心城镇吸引范围的空间识别、中心镇判别、城镇体系结构识别等领域具有应用价值。     

基于手机信令数据的城市就业空间特征研究——以沈阳市为例

以沈阳市为研究实例,基于手机信令数据,对城市居民个体时空行为活动信息进行深入分析,建立识别用户居住地和就业地的数据清洗规则,提取就业空间分布与职住联系数据。以Mc Millen(2001)提出的就业中心概念为理论依据,建立分析模型,应用核密度、空间自相关、自然间断分级、等值线等方法对就业分布数据进行深度挖掘,识别就业中心,并分析其空间布局特征;从就业规模和功能联系两个维度综合测度就业中心服务效能,构建就业中心等级体系;最后尝试基于就业功能划分城市空间单元,以此探索城市就业空间结构,揭示城市运行的内部机制。     

基于用地与人口复合视角下山东省城镇体系规模结构合理性诊断

科学识别区域城镇体系规模结构合理性,准确判定区域城镇规模结构演化态势与存在问题,对于区域新型城镇化发展与乡村振兴具有重要意义。基于用地与人口复合视角,该文综合构建了城镇体系规模结构的合理性判别模型以及城市规模效率判定模型,并对2008—2017年山东省城镇体系的合理性进行综合评价,结果表明:①山东省城镇规模结构较为合理,且其空间呈现出"√"型分布特征,与其区域内人口规模、用地面积具有重要的相关关系;②山东省城镇Zipf指数呈现出稳定发展—迅速降低—较为稳定的阶段性变化特征,一定程度上反映出山东省大城市的辐射带动效应较低,未来需要积极培育区域中心城市,增强大城市辐射带动作用;③山东省城镇体系具有相对稳定固化特征,但随着时间推移,其城镇体系呈现出由低级向高级、由不合理向合理的演化趋势;空间线性回归分析结果表明,山东省城镇位序与城镇规模的关系明显受到区域因素的相互作用。④山东省城市规模效率呈现散团镶嵌分布的空间格局,并且初步形成了三大高度合理的城市规模效率空间格局。     

利用多源城市数据划定地铁站点吸引范围

随着时代的发展,世界城市规模不断扩大,各大城市的交通需求陡然增加,而地面出行所带来的堵塞和环保问题导致政府部门把目光转向地下交通发展,其中地铁是地下交通发展中最重要的交通工具。准确划定地铁站点吸引范围,分析影响地铁站点吸引范围主要因素,不仅对于优化地铁交通服务和规划地铁周边建成环境具有重要意义,同时对于新建地铁站点设施规划具有参考价值。传统的地铁吸引范围划定方法大多依赖于居民日常出行活动的调查和经验意见,存在时间周期长且耗费巨大和吸引范围划定不准确的问题;而多源城市数据的涌现为量化地铁站点周边建成环境及客流空间分布、合理划定地铁站点提供了全新的解决方案。TOD（Transit Oriented Development,TOD）是高密度城市（如深圳、北京等）寻求的城市和交通和谐发展的重要选择,也是未来交通建设的主要参考理念。因此,从公共交通导向的开发视角出发,本文利用2017年的兴趣点、道路网络、公共交通线路等多源城市数据刻画地铁站点周围的TOD信息指标,利用K均值聚类进行地铁站点聚类,结合TOD指标的空间变化趋势,确定深圳市不同类型地铁站点的吸引范围。研究结果表明：① 基于TOD密度指标划定的地铁站点吸引范围能够揭示地铁站点的吸引范围的差异,且就业地点密度和土地混合利用度对地铁站点吸引范围的影响较大; ② 与城市非中心区域相比,城市中心区域的地铁站点吸引半径较小但出行需求较高,其凸显了地铁站点规划在空间服务密度和居民出行需求之间的取得均衡;③ 深圳市地铁站点吸引范围重叠与城市区域发展程度相关程度较高,可为利用现有地铁站点空间覆盖,发展城市功能集中区域提供参考。     

基于手机数据的北京市城市与近郊交互模式挖掘

在城镇化进程中,城市与近郊之间通过职住、货运、游憩等活动产生越来越紧密的交互联系,对于这些交互联系的准确识别和定量刻画,是理解城乡空间关系的重要手段,也能为城市的资源有效配置与合理规划提供重要的现状信息。本文通过对全北京在一日之内的手机信令数据所反映的人群移动轨迹的深入分析,融合城市的POI信息形成顾及人类活动时空信息的空间交互类型推断。以北京市为例,对城市中心与近郊之间远距离的强交互进行定性、定量和定位的探索。本文发现了北京市多尺度下空间交互模式和距离衰减规律,判断了城乡异常交互类型,对比了城乡之间和城市内部的交互模式的异同,以及基于交互类型视角提取了城乡异常交互的空间特征。研究认为,基于手机信令数据,利用停留点提取和高斯核密度估计的空间交互类型推断有效地发现了北京市周末的远距离出行类型特点,提取了其空间交互强度和空间特征,揭示了基于人类活动的北京市周末城乡交互模式。     

应用手机信令数据的建设用地活动强度监测方法

针对国土空间规划实施监测的需求,从人的活动出发提出了一种监测建设用地上活动强度、识别低活动强度建设用地的方法及其实现技术途径.以杭州、武汉、西安、南宁4个城市为研究案例,应用手机信令数据测度城市活动强度.首先,从手机信令数据获取全目的出行OD点位置,以到达点位置密度识别出市域内人的活动强度,进而使用TIN/HT方法界定城市活动地域范围.随后,以建设用地上城市活动地域范围面积占比作为监测指标,反映城市活动与建设用地之间的匹配性.最后,以街道(乡镇)为空间单元,综合匹配性指标的数值和位序,识别出低活动强度建设用地.杭州、武汉、西安、南宁4个城市的应用案例表明,本方法能有效监测、识别出低活动强度建设用地.其中低活动强度产业园区、低活动强度城市新区必须在国土空间规划实施监测中加以关注.本方法使用大数据监测活动强度,基于活动强度评估建设用地,从"人—地关系"角度为国土空间规划实施监测提供新的技术手段.     

基于DMSP-OLS与NPP-VIIRS整合数据的中国三大城市群城市空间扩展时空格局

通过拟合最优幂函数模型,将NPP-VIIRS影像模拟为DMSP-OLS影像,构建了京津冀、长江三角洲（简称长三角）和珠江三角洲（简称珠三角）三大城市群1992—2017年长时间序列夜间灯光影像集。参考城市建成区统计数据确定夜间灯光最佳阈值提取城市范围,有效剥离统计数据中包含的经济活力不足的城市空间,识别出不属于统计范围的低等级、高活力城镇区,创新了数据应用视角。研究表明：① 县级城镇和市级以上城市对三大城市群城市范围的贡献度不同。京津冀腹地广阔,县级城镇是区域经济活力的重要组成部分,整体上贡献度最大;1990s初期长三角部分县级城镇经济活力较强,大量撤县设市后县级城镇数量减少,逐渐在2005年后低于京津冀;珠三角受到社会经济发展条件和行政单元划分的影响,县级城镇对城市范围的贡献在3个城市群中始终最小。② 三大城市群城市扩展非均衡性特征存在差异。京津冀城市扩展为京、津主导下的“双核”模式,非均衡性显著,尚未形成完善的城市规模体系;长三角和珠三角城市集聚特征明显,均衡性更强。重心迁移的路径、方向和距离反映各城市群不同的扩展强度和作用模式。③ 城市空间扩展格局整体均呈现热点区不断扩大、冷点区不断缩小的特征。其中京津冀热点和冷点区相对稳定,热点区向心集聚作用较强;长三角和珠三角空间格局变化较大,区域核心城市带动作用较强。     

大数据城市通勤交通模型的构建与模拟应用

近年来大数据在交通分析中被广泛关注,但目前多以可视化展示和现象空间分析描述为主,缺乏基于大数据的交通数量模型和模拟预测研究,成为大数据技术在交通规划中应用的主要技术障碍。本文基于交通与土地利用之间的交互作用关系,构建区位空间依赖因子（(Location-space Dependence Indicator, LSDI）,对传统重力模型进行改进,提出大数据城市通勤分布模型。以北京市为例,采用某运营商2017年9月的手机信令大数据,进行模型的应用和校验。模拟结果显示,在出行产生预测中,通勤人口与常住人口表现出良好的线性关系;在出行分布预测中,基于区位空间依赖因子的修正重力模型综合表现最优,在通勤OD分布中实现了低估现象的优化,在OD数量发生率中拟合优度达到0.85。本研究为大数据城市交通预测模型研发提供了新的技术方法,对于推动大数据在交通规划中的应用具有一定价值。     

耦合手机信令数据和房价数据的城市不同经济水平人群行为活动模式研究

有效分析城市不同经济水平人群的分布特征和活动模式对优化城市资源配置和揭示空间隔离现象有着极高的价值。但人群活动和社会经济等级数据较敏感,使得以往研究仅停留在宏观层面,难以合理划分人群经济等级并对其空间分布和活动模式进行定量分析。本研究以深圳为研究区,基于空间位置关联分析方法,耦合手机信令数据和细尺度房价数据实现了人群经济水平的准确划分,通过计算活动指标定量的分析了不同经济水平人群的空间分布和行为活动特征。研究表明：深圳市不同经济水平人群活动分布与各行政区经济发展相关,呈现“南高北低,西高东低”的格局;深圳市不同经济水平人群之间活动模式存在差异,活动范围、出行距离、出行速度与经济水平存在正向相关;高经济水平人群职住地点相距较远,存在跨行政区分布的现象。本研究分析了城市不同经济水平人群的空间分布特征和活动模式,对城市规划和解决社会不平等问题具有重要的参考价值。     

城镇建设与发展的土地空间形成机制探讨

城镇化发展的日益区域化、区域化发展的日益城镇化已成为城市一区域发展的全球性主体趋势,世界级城市群已经形成,国内城镇群亦呈跨越式成长态势。城镇土地空间呈现快速扩张、郊区化发展趋势,城镇土地空间结构则呈现开敝式发展趋势。可持续性发展观念的深刻影响、区域经济竞争、市场经济条件下城镇主体地位的日益突出及行政区划调整等是城镇土地空间形成的积极因素,规划引导是政府调控城镇土地空间形成的有力措施,体制和机制缺陷则造成城镇非理性化发展。为此,应研究区域经济发展战略,树立新的城镇发展观,建立城镇发展的政府引导和协调机制,按照城乡统筹和区域统筹的原则编制城镇群规划,加强规划协调、加大创新力度,建立适应市场经济和城镇化快速进展的相关土地制度,确保城镇化顺利推进。     

基于手机信令数据的城市小活动空间人群空间分布特征

小活动空间人群是指日常活动范围较小的居民群体,他们对城市公共资源的需求主要集中在家庭位置附近的区域,分析其活动的时空规律特征,有助于更好地实现城市公共资源的均等化和精准化配置。然而目前研究中对此类人群关注较少,为此,本文提出一种基于手机信令数据的小活动空间人群识别及其空间分布的研究方法。首先识别用户家庭位置和停留点位置,构建基家最大距离指标,度量用户以家庭位置为中心的活动空间范围,并据此筛选小活动空间人群;其次根据用户与家庭位置间的距离信息构建“时间-距离”框架下的用户轨迹,在此基础上构建基于面积的轨迹相似性方法;然后利用逐级合并的层次聚类算法,根据用户轨迹的相似性对其进行聚类,挖掘小活动空间人群中典型活动模式;最后根据用户的家庭位置,进一步分析不同活动模式人群的时空分布特征。本文以上海市手机信令数据为例对该方法进行了测试,结果表明：① “时间-距离”框架下构建的基于面积的轨迹相似性方法,可反映用户基于家庭位置进行活动的时空特征,而逐级合并的层次聚类算法对典型活动模式挖掘的效率有明显提高,有助于研究城市居民的移动模式;② 上海市小活动空间人群分布呈现出圈层结构,主要分布在中心城区,郊区的工厂和大学城以及各区的商业中心附近,在郊区过渡区相对较少。本文提出的方法能够用于分析城市小活动空间人群的时空分布特征,可以为目前各大城市提出建设社区生活圈的决策提供方法支撑。     

时空大数据驱动的新型智慧城市交通规划决策支持框架

时空大数据由于其人本、精细、海量等优点已经融入到我国城市交通规划的各个环节之中,然而仍然存在数据利用相对割裂、辅助决策逻辑不清等问题。针对这些问题,首先将我国新型智慧城市交通规划工作的需求归纳为重点关注城市居民出行需求、着重提升城市交通服务能力、全面构建城市交通复合网络3个方面,进而梳理了支撑交通规划的5种时空大数据的特征及应用方向,在此基础上提出面向3个需求的新型智慧城市交通规划决策支持框架,从交通需求精准预测、出行过程全面感知、综合网络系统分析3个层面阐述利用时空大数据支持新型智慧城市交通规划各环节的思路。决策支持框架总体上实用性较强,其中机动化出行方式相关数据的应用相较于慢行交通相关数据更成熟,而精确到居民个体层面的微观数据的采集技术与应用方法仍需进一步开发完善。     

青藏高原城镇体系的时空演变

城镇体系的形成和发育对区域城镇化进程及社会经济发展起着至关重要的作用,并对生态环境产生重要影响。青藏高原特殊的地理环境与相对落后的社会经济基础,导致城镇体系不甚健全。目前国内外相关研究薄弱,不利于国家生态安全屏障建设及青藏高原可持续发展。为此,本文以建制镇以上的镇区和城市市区为研究对象,结合统计数据与遥感数据,借助GIS空间分析方法对青藏高原1990-2015年城镇体系的空间结构和规模结构进行时空演变格局分析,并采用重心移动模型揭示了青藏高原城镇人口规模和用地规模重心的迁移规律。结果表明：青藏高原城镇空间分布总体呈现出“东南密集、西北稀疏”、“大分散、小集聚”的格局;城镇分布在时间上具有阶段性增长特征且总体趋于集聚,在空间上不均衡程度呈上升趋势但2005年后明显减缓;虽然建制镇数量大幅增长,但96.88%的城镇规模在5万人以下,大中小城市发育不足;城镇人口规模重心呈现“先向西南,再向东北,又向西南”的移动轨迹;城镇用地规模重心呈现“先向东南,再向西北,再向东北”的迁移趋势。本文研究了青藏高原城镇体系的规模结构及其时空演变特征,为青藏高原新型城镇化及城镇空间格局优化提供基础依据;提出了资料缺乏和统计口径不一致的条件下城镇规模的合理估算方法,对我国城镇化相关研究具有一定的参考价值。     

基于大规模手机位置数据的城市潜在自行车出行需求评估

潜在自行车出行是指可能会使用自行车作为交通工具的出行,评估潜在自行车出行需求能够帮助指导城市自行车资源配置方案的优化。大规模手机位置数据蕴含丰富的人群移动信息,而且具有大样本、低成本的特点,能够用于评估城市潜在自行车出行需求。本文结合自行车出行的时间和距离特征,提出一种基于大规模手机位置数据的潜在自行车出行需求评估方法。该方法以单次出行为分析单元,从手机用户的轨迹中提取出具有短距离出行特征和公共交通接驳出行特征的移动轨迹段,并根据该移动轨迹段评估潜在自行车出行需求。基于该方法,利用上海市大规模手机位置数据评估上海市潜在自行车出行需求并分析其时空分布特征,发现在空间上,潜在自行车短距离出行需求主要分布在城市中心和郊区的商业中心,而公共交通接驳的自行车需求主要分布在郊区。在时间上,上午,自行车出行需求从非中心城区向中心城区聚拢;晚上,上海市自行车出行骑车与停车需求从中心城区向非中心城区扩散。     

智能卡和出租车轨迹数据中蕴含城市人群活动模式的差异性分析

当前采用交通流数据量化城市人群活动模式研究已经取得了丰硕的研究成果,但是对于同一区域、同一时段不同类型交通流数据反映城市人群活动模式的共性与差异性仍然知之甚少,直接影响了城市人群活动模式挖掘结果的可解释性与实际应用效果。为此,本文旨在对目前广泛采用的智能卡数据（公交和地铁刷卡）和出租车轨迹数据2种重要的交通流数据,从时空分布模式的差异性、行程距离及距离衰减效应的差异性、空间社团结构的差异性3个方面,探索二者反映城市人群活动模式的差异性：① 采用北京市六环以内区域2016年5月9日至15日的智能卡和出租车轨迹数据进行实验分析,研究发现：① 2种交通流反映出行需求的空间分布呈现出高度相关性,但是在同一空间单元上,2种交通流反映出行需求的时间相关性较低;② 2种交通流的使用率在不同空间位置存在明显差异,仅在城市中心区域使用率较为均衡;③ 2种交通流反映人群行程距离的空间分布、距离衰减效应存在明显差异,公共交通对于促进长距离出行更为重要;④ 从2种交通流发现的空间社团结构都显示了城市的多中心结构特征,但是二者发现社团结构存在的差异性表明两种交通方式对城市空间交互起着不同的作用。本研究有助于深入理解多源交通流反映城市人群活动的内在机理,提升城市人群活动模式在城市规划、交通管理等领域的应用效果。     

江苏省城镇空间格局监测指标体系研究与实现

城镇空间格局,是重要的地理国情之一。本文围绕长江经济带建设背景下的江苏省城镇空间格局演变监测,以"尺度-维度-因子"为规则,在多源时空数据和互联网开放数据的支撑下,按照区域、省域、城市等空间尺度,从物理空间、社会空间、信息空间等多维度空间,分空间形态、空间联系、空间组织、产业布局、活力分布、公共服务布局等表征城镇空间格局的多因子,设计了江苏省城镇空间格局监测指标体系。上述监测指标体系,可以较好地揭示重大区域发展战略影响下的江苏省城镇空间格局的现状特点和变化规律等。     

江西省新余市城镇体系分形特征的研究

相对于传统的规划方法对城镇现状条件难以进行科学量化的局限性,一些现代数学理论与方法对提高城镇体系规划成果的科学性与准确性方面有显著的促进作用。本文应用分形理论,对新余市城镇体系的规模结构和空间结构的分形特征进行了实证分析,通过构建分形特征的数学模型计算了新余市城镇规模结构的分形维数、空间结构的聚集维数和关联维数,分析其分形结构特征,最后得出新余市城镇规模不均衡,城镇联系不紧密,城镇体系功能未能充分发挥的结论。在此结论基础上根据新余市的现实条件,对新余市城镇体系规划及发展提出了改进建议。     

乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的分形特征研究

本文首先用分形理论的集聚维数和关联维数探析了乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的空间分形特征;然后,运用2007年和2011年的社会经济统计数据,结合分形理论的齐夫模型,运用等级规模维数并通过与中国其他都市圈的比较,研究了乌鲁木齐都市圈城镇体系发展的等级规模变化分形特征。结果表明,乌鲁木齐都市圈城镇体系集聚维数和关联维数分别为1.060和0.882,说明乌鲁木齐都市圈已经形成了以乌鲁木齐为中心呈凝聚状态分布的空间自组织体系,各城市之间相互联系比较紧密,相互作用较强。2007-2011年间,社会消费品零售总额等级规模维数变小,说明差异呈现扩大趋势,而非农业人口、GDP、一般预算财政收入等级规模维数变大,说明差异呈现缩小趋势。与其他都市圈相比,乌鲁木齐都市圈空间和规模结构还不成熟,中心城市首位性强,对周边城市带动能力弱,等级规模差异大,有待进一步优化。     

面向移动位置数据的移动性指标计算工具:设计实现与实践应用

大规模个体移动位置数据的涌现,为在个体移动特征的基础上充分理解群体移动特征、从精细的时空尺度全面理解居民出行行为规律提供了条件,对时空行为、城市、交通等领域的研究以及空间规划的编制与评估、交通需求的分析与预测等领域的实践应用有重要意义。目前,尽管移动位置数据已在城市和交通等研究领域取得了广泛应用,但对其分析仍缺少通用的分析思路和操作便捷的工具软件。为方便相关领域的研究者和从业者使用移动位置数据,提升移动位置数据的应用价值,基于活动空间的概念,选取可表征活动空间外部形态和内在结构的移动性指标,提出了对个体移动位置数据进行定量化描述性分析的方法思路,设计并实现了计算移动性指标的工具软件。通过手机信令、出租车、公交刷卡、公共自行车4种不同类型的常见移动位置数据,展示了工具软件的不同应用场景。     

上海市精细时空尺度人口分布估计与特征分析

城市人口实时分布与动态变化特征是城市规划与综合治理的重要依据。受数据获取手段的局限性,准确地获取城市人口的实时分布状况一直是技术瓶颈,而移动通讯技术的迅速普及为这一问题的解决提供了技术途径。本文基于移动通讯信令的连续轨迹数据,实现了城市精细尺度人口分布时空估算的方法流程,并以上海市为研究区,对城市人口分布特征及时空移动过程进行了量化分析。研究表明：① 在数据方面,基于移动通讯信令数据估算城市人口分布的方式样本覆盖广、时空精度高、时效性较强且支持时空尺度灵活多变的应用研究需求,能够定量地描述城市人口分布时空动态特征且能推算城市真实人口规模;② 在人口分布时空特征方面,上海市在全市尺度上,各时段人口空间分布较为稳定且差异较小,而在中心城区日间人口较夜间人口呈现更为显著的空间集聚特征;③ 在人口移动时空特征方面,城市功能承载区与其它区域之间人口移动很少,早晚高峰期各城市功能承载区之间人口移动均体现为中心城区与其它新城之间的移动,且2个方向移动人数较为平衡;各城市功能承载区内均有超过半数的人口全天仅在其所在城区内部活动。本文的研究成果可为上海城市规划、应急管理、交通出行等提供更精准的科学依据。