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第17卷第3期地下空间与工程学报Vol_17

城市地下空问与人口分布的相关性研究
陈雨露1一,赵子维1,郭东军1,邹大海3,陈志龙1
(,南京210007;,河南驻马店463000;
,南京210019)
摘要:随着城市化进程的加速,开发利用地下空间已经成为解决城市空间资源约束问题的
重要方式。人口作为城市空间的需求表征,其分布密度是影响地下空间开发的重要因素。为
探究地下空间与人口分布的关系,本文以南京市雨花台区地下空间为例。利用人口热力图动态
数据,通过ArcGIS的空间分析和SPSS的相关性分析方法,考察地下空间与人口分布的关系。
研究结果表明,地下空间形态分布和开发强度都与人口分布呈现不同程度的相关性,揭示了地
下空间利用的时间弹性,论证了人口分布密度对地下空间开发强度的正向预测能力,为雨花台
区地下空间规划提供一定的决策参考。
关键词:热力图;城市地下空间;人口分布;相关性
中图分类号::A文章编号:1673—0836(2021)03—637—12
ResearchontheCorrelationbetweenUrbanUndergroundSpaceand
PopulationDistribution
ChenYulul…-ZhaoZiweil,GuoDongjunlIZouDahai3,ChenZhilon91
(,ArmyEngineeringUnwers而,ofPLA,Nanjing210007,;
@。Zhumad缸n-Henan463000,;
,Nanjing210019,)
Abstract:Withtheaccelerationofurbanization,thedevelopmentandutilizationofundergroundspacehas

urbanspace,
exploretherelationshipbetweenundergroundspaceandpopulationdistribution。thispaperrakedtheunderground
spaceinYuhuataidistrictofNamingcityasanexampleanduseddynamicdataofpopulationthermalmapto
investigatetherelationshipbetweenundergroundspaceandpopulationdistributionthroughspatialanalysismethodof

developmentintensityofundergroundspacearecorrelatedwithpopulationdistributiontodifferentdegrees-which
revealsthetimeelasticityofundergroundspaceutilization,demonstratesthepositivepredictionabilityof
populationdistributiondensityonthedevelopmentintensityofundergroundspace,andprovidessomereferenceforthe
planningofundergroundspaceinYuhuataidistrict.
Keywords:heatmap;urbanundergroundspace;populationdistribution;thecorrelation
+收稿日期:(修改稿)
作者简介:陈雨露(1988一),女,河南驻马店人,博士生,主要从事地下空间规划及地下建筑设计研究。
E—mail:******@
通讯作者:赵子维(198l一),男,江苏句容人,博士,讲师,主要从事地下空间领域的教学与科研工作。
E-mail:******@
基金项目:国家自然科学基金(51608527,51878660,52078481)
万方数据:.
638地下空间与工程学报第17卷
析,表明了城市地下空间密度与人口密度之间存在
0引言
很强的正相关关系。还有部分学者论证了人口密
近年来,随着经济的发展和城市化进程的加度是地下空间开发需求的重要影响因素。如徐
速,地下空间作为解决城市问题的有效举措,成为辉[5]选择中国不同发展阶段的8个城市和8个城
城市空间建设中的重要发展趋势。中国城市地下市区域,分别进行城市层面和城市区域层面的地下
,得出城市
了地下空间布局不合理、利用效率低等一系列问人El密度是地下空间开发需求的一个重要指标:曾
题,造成了城市地下空间资源的浪费,影响着地下灿军等[63选取了国内10个已运营地铁的城市作为
空间资源的可持续开发。城市地下空间开发受到研究对象,分析城市核心区人口密度与地铁运营里
多种因素的影响,包括经济因素、社会因素、环境因程数之间的关系,得出人口密度是影响城市地下空
素等。其中,城市人口作为城市地下空间的需求主间开发量需求的重要因素。又有学者将人口密度
体。其密度分布是影响城市地下空间开发的重要因作为评估城市地下空间发展水平的一项指标。如
素。城市地下空间作为城市空间系统的组成部分,陈志龙等[71在评估和分析中国城市地下空间现状
是城市空间供给中的一种重要资源,
。并将人口
之间的关系,可以判断地下空间资源的供给效果。密度作为评估体系的一项重要指标。以往研究都
进一步完善和优化地下空间的规划和实践,促进地不同程度地揭示了人口密度对地下空问开发的影
下空间的可持续开发。响,但往往是对某一城市或城市区域的整体研究,
人口分布是人们为满足活动需求所产生的空而对于微观地点很少涉及:研究所选取的地下空间
间行为在城市地理位置上的映射。随着社会的发数据一般都采用面积总量或体积总量的方式,而缺
、形态分布等数据的分析;人
扩大,活动特征也愈加复杂,
民活动的主要载体…,并通过大量而复杂的网络城市人口的真实空问需求。
和移动信息设备数据反映出来。
数据已经不能涵盖居民空间移动的复杂性和工作在利用人口热力图进行的城市空间研究上。大
生活的弹性[2],无法反映人们对城市空间的真实部分学者对城市空间结构进行了研究。如吴志强
使用状态。在当前的大数据环境下,人口热力图、等[8]利用百度热力图数据从人群集聚位置、集聚
手机信令等数据的实时陛、可获性弥补了传统数据度、人口重心3个指标研究了上海中心城区人口的
动态性不足的问题。为城市空间结构的研究提供了时空特征:刘博敏[9]通过南京秦淮河沿线滨水区
新的契机。本文利用能反映人口动态分布的百度典型日期的百度热力图数据分析。总结出秦淮河滨
热力图和腾讯热力图数据。进行城市地下空间形态水活力在时间、空间、类型3个层面的动态时空模
分布和开发强度的量化研究。式:王录仓[1o]利用百度热力图对武汉市主城区人
口的时空特征进行分析。并通过人口集聚规律得出
1相关研究现状
需要对武汉市城市总体规划中的部分“中心”进行
:李娟等[11]采用百度热力图数据识别全国
对城市地下空间与人口密度的关系已经多有658个城市的城市中心,研究中国城市多中心发展
研究。其中大部分学者认为高人口密度是城市地下的一般规律,并对城市发展提出建议。也有部分学
空间发展的驱动力。例如Bobylev[3]在研究城市地者利用热力图分析了城市的职住平衡关系。如谭欣
下空间的历史演化中,通过斯德哥尔摩、东京、巴黎等[12]基于百度热力图,构建了职住关系指数度量方
3个城市人口密度与城市地下基础设施体积的数法,对重庆都市区的职住关系进行研究。又有学者
据关系分析,揭示出人口密度与城市地下空间总量通过热力图等大数据研究了城市交通,如单博文[131
正向相关;He等[43在对城市地下空间进行量化研通过研究道路交通及人口的时空规律。分析城市存
究的基础上,利用多元回归分析和Box—Cox变换分在的交通问题和解决策略。还有学者研究了城市空
万方数据:.
2021年第3期陈雨露,等:城市地下空间与人口分布的相关性研究639
问活力和使用效率。如刘育晖等。14]利用百度地图
2研究对象与方法
热力图数据对武汉市主城区公园绿地使用的空间分
布特征进行研究,
通配套对使用率有极大影响:张程远等[15]利用大数本文以南京市雨花台区的地下空间为主要研
据的实时优势建立基于空间使用强度的城市空间研究对象。由于地铁站点、地下车行、人行道路等交
究方法。基于百度热力图等大数据的一系列研究,
都从不同的角度揭示了人口分布密度对城市空间结殊,本文仅研究除地下交通空间以外的普通地下空
构的影响,然而研究几乎都注重城市地面空间的研间,考察其与人口分布在空间形态和数量上的相关
。城市地下空间作为城市空性。雨花台区位于南京市主城南部,是国家重要的
间的一个重要组成部分,其形态分布呈现什么样的软件产业和信息产业中心,东、南与江宁区相连,北
规律?,。
度又存在怎样的关系?本文将围绕这一问题。,北区位于主
京市雨花台区为例展开研究。城区范围,南片位于城市西南发展轴上(如图1)。
南京市雨花台区
行政范围
(b)雨花台区现状地下宅问功能分布图
涯譬区

^瀑≯薄
鼍稳
(a)南京雨花台区区位图(c)雨花台区现状地下卒间竖向分层图
图1南京市雨花台区区位图与地下空间现状图
,Nanjing
。包括基于百度热力图的整个区域的人
本研究主要的分析方法包括:基于GIS的空间口热力分布和基于腾讯热力图的样本地点的人口
分析方法和基于SPSS的相关性分析方法。
用GIS对地下空间位置分布和人口热力值进行可征进行解析;(2)分析地下空问形态,研究地下空
:间形态分布与人口分布的关系;(3)统计地下空间

行相关性分析,以揭示两者之间的关系规律。关性研究(如图2)。
研究目标主要有以下几个方面:(1)抓取人口
万方数据:.
地下空间与工程学报第17卷
下空间功能分布、竖向分层、地下空间面积,以及地
下空间所处的用地性质、用地面积等。本研究分析
中所采用的地下空间开发强度这一指标,计算公式
为:地下空间开发强度=地下空间面巩用地面积。
对于人口数据,基于数据的可获取性和不同人
15热力图工具的特征,本文利用百度热力图和腾讯
热力图数据作为研究的基础数据。人口热力图的
工作原理是智能手机使用者访问在线地图服务产
品(如搜索、地图、导航等)时所在的位置信息聚
类,并将“热力指数”可视化在基地地图上。热力
图数据具有实时性,每15min会更新一次,弥补了
传统数据动态性不足的问题,为城市空间的研究提
供了一种更为动态的视角和方法。
不同的人口热力图工具具有不同的特征。百度
热力图能够呈现大区域的热力图像,可以从宏观上判
断人口的分布状态:腾讯热力图仅能呈现小区域热力
图2研究流程图图像,无法进行宏观观测,但能够利用数据抓包工具
,热力值的高低代表着人15密
度的大小。本文结合这两种工具的特点,利用百度热
3数据的获取与分析力图的宏观图像和腾讯热力图的微观数值进行研究。


本研究选取2019年5月25Et(休息13)和
研究数据主要包括南京市雨花台区地下空间
2019年5月27Et(工作日)2天,分别在8:00到
现状数据和人口数据。南京市雨花台区地下空间
22:00的时间段内,每隔一个小时对百度地图热力
现状数据主要来自在进行雨花台区地下空间专项
图进行截取(如图3、图4)。
规划(2018--2035)编制时调研统计所得,包括地
一一一一
一一一一
一16:00—17:00奢擘二
图3工作日雨花台区百度热力图示意图

万方数据:.
2021年第3期陈雨露,等:城市地下空间与人口分布的相关性研究641
一一一一
i毖譬蘑i女雪
人群密集
图4休息日雨花台区百度热力图示意图

利用数据抓包工具Fiddler抓取雨花台区样本13(工作日)2天从早晨8点到晚上10点的热力值
位置点的热力值。从该工具显示的历史数据巾分别进行统计,并分别选取不同用地性质的代表性地点
选取2019年2月9日(休息E1)和2019年2月11绘制一天中热力值的变化折线图(如图5、图6)。



(商业)
明发商业广场(商业)
(商业)
(居住)
j粤两善花苑祥和园(居住)
(居住)
雨花科技园(商务)
(商务)
(商务)
雨花台中学(公共管理与服务)
(公共管理与服务)
南京市公安局雨花台分局(公共管理与服务)

789101112131415161718192021222324
时刻
图5休息日不同用地性质样本地点的热力值变化图

万方数据:.
642地下空间与工程学报第17卷



(商业)
(商业)
绿地之窗(商业)
(居住)
西善花苑祥和园(居住)
(居住)
(商务)
(商务)
华为南京研究所(商务)
(公共管理与服务)
南京科技馆(公共管理与服务)

南京市公安局雨花台分局(公共管理与服务)

78910ll12131415161718192021222324
时刻
图6工作日不同用地性质样本地点的热力值变化图

,并在17点时出现明显的峰值:从微
图中,
周边、南京南站区域、岱山组团、春园路周边和天隆用地次之。而商务用地和公共管理服务用地的热力
寺地铁站周边。各个高热区在一天中随时间呈现值最小。对比休息日和工作日。工作日热力值普遍
跳跃式波动。
岱山组团和春园路区域的热力程度和范围在方面:一是雨花台区是重要的软件产业和信息产业
早晨和晚上较高。白天较低,
相似的规律,但工作日在早晨8点之前和晚上8点口,而休息日人口较少,分布密度普遍降低;二是工
以后较高,休息日在10点之前和***之后较高。作日人们对智能手机等移动设备的使用频率提高,
这可能是因为这两处区域大都为居住区。居民在休造***口热力值的提升。
息日出行较晚。回到住处的时间也较晚,工作日居进一步分析发现,商业,商务。公共管理与服务
民受工作时间的约束。活动比较规律。
“消散一集聚一消散”
日比休息日辐射范围较大。这说明,南京南站作为地性质的热力值呈现平稳波动趋势。变化范围较
重要的交通枢纽,人口集聚度较高。且能带动周边小,未出现明显的消散、集聚现象(如表1)。
商业活力。表l雨花台地区不同用地性质的人口分布变化特征
虹悦城周边区域的热力程度和面积从早晨开Table1Variationcharacteristicsofpopulationdistribution
ofdifferentland眦properties
始随时间持续升高,热度沿1号线从中华门蔓延.
用地性质人口变化特征
延续至安德门,在中午达到峰值,下午热力开始慢
慢消退。+。人口集聚强度大,除早上和晚上外,人口分
两业
范围大。布密度都较高,并在下午出现峰值
天隆寺地铁站区域在休息日1l点才出现高热。。人口集聚强度较小,一天内人I:1分布密度变
两务
化起伏较明显
区域,除18点出现低谷。一直处于高热。在工作日
=1集聚强度小
18点出现低谷。这可能由于该区域有着大量的软蛊,+变化较平稳,一天内未出现大的波动,人1:3

件园工业区,工作日人们在此的集聚度较高。分布密度早上和晚上较高
整体来看,从宏观图像上,工作日比休息日高
万方数据:.
2021年第3期陈雨露,等:城市地下空间与人口分布的相关性研究643
商业用地热力值最高点大都处于下午2点到与天隆寺一带产业园区较多有关,因居住区较少,
5点这一时间段。居住用地的高热力值点处在上热力不稳定,故而造成平均值偏低。
午9点到10点,晚上8点到9点这两个时间段中。
这与不同用地性质、人的活动****惯、人的空间需求
有着很大的关系。因此,通过人们的活动规律,能
够解析城市不同空间的使用状态,可为特定目的的
城市空间规划提供参考。

分别对160个样本位置点在休息日和工作日
从8:00到22:00的热力值进行抓取并统计(如图
7),并分别计算这两天的热力平均值。利用GIS
的张力样条插值分析方法分别对休息日和工作日
两天的样本点热力平均值进行分析,得m休息日和图9工作日人口热力分布图

工作日两天的热力分布图(如图8、图9)。
图7热力值样本抓取点
图lO雨花台区人口高集聚区分布图


inYuhuataidistrict
图8休息日人口热力分布图

根据得出的热力分布图,可以看出与百度热力图11雨花台区现状地下空间分布图
图所呈现的人口活动分布呈现相似的规律。
inYuhuataidistrict
度区域基本还是集中于虹悦城周边、南京南站区
域、春园路一带和岱山组团,但天隆寺周边热度不将GIS分析所得的热力分布图与地下空问分
高。由于腾讯热力图是由平均值分析所得,
万方数据:.
地下空间与工程学报第17卷
边、南京南站区域、
很强的呼应关系。而在天隆寺一带的产业园区,地分析
:在春园路住宅选取雨花台区100个样本地点进行地下空间
区一带。地下空间较少,而人口平均热力值较高。开发强度统计。分别将对应样本地点休息日和工作

下空间分布图叠加可以发现,同腾讯热力图相似,休息日平均热力值和工作日平均热力值(以下简
在虹悦城周边、南京南站区域、岱山组团等较稳定称休息日热力值,工作日热力值)。运用SPSS工


高,与该区域的地下空间的高密度分布较为呼应,
但早晚时间的热力都较低;而春园路一带热力都较将样本地点的地下空间开发强度作为自变量,
高,而地下空间密度较低。休息日热力值和工作日热力值作为因变量绘制散
总的来说。在居住区、商业区和综合交通枢纽点图(如图12一15),通过散点图对样本数据的地

应关系。而对于产业园区、
,整体呼应性不强,只在工作强度与休息日热力值和工作日热力值均存在比较
时间有一定的呼应性。存在着明显的时间利用明显的相关性。且数据点分布均呈现向上离散的趋
弹性。
.∞O




壤R

三L500口
长世


.5∞
.∞
地下空问开发强度地下空间开发强度
图12整体数据地下空间开发强度一人口热力值散点图
-populationthermodynamicvalueofoveralldata
.∞0


,‘咖遥
·.R


姆R霰皿面长世
l咖

.500
.∞
地下空间开发强度地下空间开发强度
图13商业用地地下空间开发强度一人口热力值散点图
-populationthermodynamicvalueofcommercialland
万方数据:.
2021年第3期陈雨露,等:城市地下空间与人口分布的相关性研究645


湖∞
鼽500



避R蓑皿硬基H
.500
.0∞
地下空间开发强度地下空同开发强度
图14居住用地地下空间开发强度一人口热力值散点图
·populationthermodynamicvalueofresidentialland
遥遥
杂畏
霰霰
皿皿
砸世
长H
地下空间开发强度地下空间开发强度
图15商务用地地下空间开发强度一人口热力值散点图
·populationthermodynamicvalueofbusinessland
口热力值。),整体数据的地下空间开发强度与工作日热
间开发强度与热力值存在较高的相关性。,存在中度相关性。地下
示出,
力值存在一定相关性。数据点分布均呈现向上离散相对较低;商业用地性质地下空间开发强度与工作
的趋势。
一定比例的人口热力值。根据图15,。存在高度相关性;居住用地的地下空间
质的地下空间开发强度与休息13热力值存在一定开发强度与工作日热力值和休息日热力值的相关
相关性,但与工作日热力值相关性不强。系数都接近中度相关性。稍低于整体数据水平:商

由于三种变量数据均为数值型。,呈高度相关,但与工作日热力值不相
以看出存在单调关系,但均不符合正态分布。故采关。显著性检验结果显示Sig(双侧),
用Spearman秩相关系数检验地下空间开发强度与该分析结果具有显著的统计学意义。
人口活动分布的相关性。分析结果显示(如表2一
万方数据:.
地下空间与工程学报第17卷
表2雨花台区整体数据地下空间开发强度与人口热力值相关性分析
Table2Correlationanalys

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