李雅楠 徐鶴 王成新

摘 要：隨著大數(shù)據(jù)的開發(fā)，其在城市地理學(xué)中的應(yīng)用逐漸普及，尤其在城市空間結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用日益增多。本文總結(jié)了大數(shù)據(jù)在城市空間結(jié)構(gòu)研究中國(guó)內(nèi)外研究成果，同時(shí)指出城市規(guī)劃建設(shè)、城市功能區(qū)與邊界確定、城市居民行為空間和消費(fèi)空間、城市社會(huì)空間與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)成為研究的重要領(lǐng)域。今后，隨著大數(shù)據(jù)利用的逐步深入，大數(shù)據(jù)研究方法有待于深化，研究領(lǐng)域也有待于擴(kuò)展，但是大數(shù)據(jù)研究應(yīng)該與傳統(tǒng)研究方式的相互融合。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；城市空間結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：K901 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-7866 （2017） 04-009-07

引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快推進(jìn)，城市功能轉(zhuǎn)型成為研究的熱點(diǎn)。城市功能問題可以從結(jié)構(gòu)剖析中得到答案。目前世界城市正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的空間結(jié)構(gòu)的重新構(gòu)造[1]，城市空間結(jié)構(gòu)成為城市地理學(xué)研究的經(jīng)典課題。但是數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)量少、數(shù)據(jù)失真等成為城市結(jié)構(gòu)剖析和規(guī)律探尋的主要瓶頸。近年來，隨著大數(shù)據(jù)的興起，國(guó)內(nèi)外對(duì)大數(shù)據(jù)及其在城市地理學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)入探索和嘗試階段，但尚未形成公認(rèn)的理論和方法。然而大數(shù)據(jù)在城市空間結(jié)構(gòu)中的有效應(yīng)用已經(jīng)成為共識(shí)，并已進(jìn)行了諸多有益嘗試。

一、大數(shù)據(jù)為城市空間結(jié)構(gòu)研究提供了有利契機(jī)

二戰(zhàn)以來，西方的城市地理學(xué)幾乎每隔十年就轉(zhuǎn)變一次研究思潮，且不斷與人類學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等相關(guān)學(xué)科相互借鑒 [2]，主要原因在于計(jì)算機(jī)、遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)方法的發(fā)展使得城市地理學(xué)研究手段日益多樣化。從西方城市地理學(xué)的發(fā)展來看，數(shù)量方法和模擬分析使其在短期內(nèi)發(fā)展壯大的原因[3]。數(shù)據(jù)制約著人文—經(jīng)濟(jì)地理學(xué)研究的深度和廣度[4]。在此背景下，僅靠一味的學(xué)習(xí)、模仿已難以融入日益龐大復(fù)雜和多變的西方城市地理學(xué)理論潮流，也難以適應(yīng)國(guó)內(nèi)不斷增長(zhǎng)的學(xué)科理論需求[2]。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來為中國(guó)城市地理學(xué)的研究提供了有利契機(jī)?！按髷?shù)據(jù)是人們獲得新的認(rèn)知、創(chuàng)造新的價(jià)值的源泉，還是改變市場(chǎng)、組織機(jī)構(gòu)，以及政府與公民關(guān)系的方法”[5]，它已經(jīng)滲透至全球經(jīng)濟(jì)、政治、社會(huì)等的各領(lǐng)域。不僅有效提高了全球各部門、各行業(yè)的創(chuàng)造力、競(jìng)爭(zhēng)力、生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益，更為重要的是，它改變了人們的生活、工作和思維方式，從而開啟了這次重大的時(shí)代轉(zhuǎn)型。目前大數(shù)據(jù)研究應(yīng)用的廣度和深度正在不斷拓展，呈現(xiàn)出多學(xué)科參與的特點(diǎn)。而以城市居民的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為主要研究對(duì)象的城市地理學(xué)與當(dāng)前大數(shù)據(jù)建設(shè)和發(fā)展趨勢(shì)具有高度的一致性，大數(shù)據(jù)的發(fā)展將會(huì)推動(dòng)城市地理學(xué)的完善和發(fā)展，并為城市地理學(xué)的學(xué)科思維和研究方法帶來挑戰(zhàn)。正如甄峰[6]所言，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來，并影響著人文地理與城市研究的理論、方法與技術(shù)體系。目前中國(guó)城市地理學(xué)發(fā)展處于黃金時(shí)期。要適應(yīng)城市化多元快速發(fā)展需求、加快追趕世界學(xué)科發(fā)展前沿，就必須充分挖掘和發(fā)揮大數(shù)據(jù)效能。鑒于中國(guó)城市問題的復(fù)雜化、系統(tǒng)化和多元化，城市地理學(xué)科也應(yīng)抓住大數(shù)據(jù)時(shí)代這一新的科學(xué)研究機(jī)遇期，從理論與方法體系上對(duì)不同層面地理要素、人文要素與城市問題展開深入研究，這對(duì)于理論創(chuàng)新與解決實(shí)際問題都具有非常重要的意義，對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)這一問題而言同樣如此。

二、 大數(shù)據(jù)在城市空間結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域

大數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用已成為西方城市地理與社會(huì)學(xué)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，主要包括利用用戶位置數(shù)據(jù)（來源于社交網(wǎng)絡(luò)、公交刷卡、GPS定位、智能手機(jī)等）對(duì)城市居民流動(dòng)與出行模式的研究[7，8]。利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行的研究已經(jīng)涵蓋了城市的空間組織、社會(huì)文化、旅游行為、企業(yè)經(jīng)濟(jì)、物流交通及規(guī)劃管理等多個(gè)方面，且研究理念、方法和技術(shù)也逐漸系統(tǒng)化[6]。大數(shù)據(jù)成為準(zhǔn)確把脈中國(guó)城市空間結(jié)構(gòu)規(guī)律的重要工具。更快更準(zhǔn)地摸清中國(guó)城市空間結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，提出可操作性的對(duì)策，指導(dǎo)城鎮(zhèn)化的健康發(fā)展，必須強(qiáng)化大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)在城市空間研究的如下領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。

（一）城市的規(guī)劃建設(shè)

城市地理學(xué)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇更多源自實(shí)踐的需求。在城市規(guī)劃管理方面，Roth[9]、Batty[10]利用城市監(jiān)測(cè)和居民社交數(shù)據(jù)分析城市復(fù)雜巨系統(tǒng)，改變城市規(guī)劃調(diào)研和編制方法，提升城市公共服務(wù)水平和政府管理效率等等。薛濤[11]以北京市“城六區(qū)”為案例地研究發(fā)現(xiàn)，居民簽到活動(dòng)主要聚集在三里屯片區(qū)等五個(gè)主要空間節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)簽到活動(dòng)空間與城市經(jīng)濟(jì)服務(wù)業(yè)分布均呈現(xiàn)明顯相關(guān)性。一些研究者把城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與大數(shù)據(jù)相互結(jié)合，如通過對(duì)數(shù)據(jù)分布中異常值的揭示來發(fā)現(xiàn)城市的個(gè)性[12]。趙珂提出，大數(shù)據(jù)時(shí)代的地理設(shè)計(jì)，將促使自下而上、具有掌控大數(shù)據(jù)的能力、具有強(qiáng)大城市全方位環(huán)境適應(yīng)能力的“大規(guī)劃”出現(xiàn)[13]。以地塊作為基本空間單元并以城市活動(dòng)主體作為模擬對(duì)象的精細(xì)化模擬是未來城市模型研究的重要方向，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來也為其提供了重要發(fā)展機(jī)遇[14]。當(dāng)前一個(gè)重要的案例就是結(jié)合云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的智慧城市[15]。大數(shù)據(jù)遍布在智慧城市的方方面面，是促進(jìn)智慧城市發(fā)展的重要引擎[16]。秦蕭[17]的研究表明，智慧城市空間規(guī)劃應(yīng)該充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)、信息設(shè)備及傳感器等大數(shù)據(jù)采集和挖掘分析技術(shù)在城市空間發(fā)展戰(zhàn)略制定、質(zhì)量評(píng)價(jià)、規(guī)模預(yù)測(cè)及用地布局等方面的革新作用。它試圖從城市尺度（包括社區(qū)、主要功能區(qū)和城市其他尺度），利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)現(xiàn)代城市發(fā)展模式進(jìn)行改進(jìn)，逐漸向人們?nèi)粘Ｉ詈涂臻g布局推進(jìn)[18]，其內(nèi)容包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)等方面[19]。但其如何與人類智慧發(fā)展所需的各種條件和城市政策決策過程有效銜接起來，目前還處于起始階段[20]。

（二）城市功能區(qū)與邊界確定

城市功能區(qū)和邊界是城市空間結(jié)構(gòu)的重要組成部分，城市功能區(qū)是實(shí)現(xiàn)城市功能的載體，城市增長(zhǎng)邊界對(duì)于控制城市規(guī)模，促進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義[21]。長(zhǎng)期以來，這方面研究一般通過對(duì)實(shí)地調(diào)查、資料整理、土地利用分析來獲得。大數(shù)據(jù)技術(shù)則促進(jìn)了從社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)來揭示城市的邊界和功能區(qū)這一方面的研究。例如近來有學(xué)者利用大數(shù)據(jù)，通過興趣點(diǎn)（Point of Interest， POI）來獲得人們對(duì)某一感興趣地區(qū)的訪問次數(shù)，從而對(duì)城市的熱點(diǎn)區(qū)和邊界加以甄別[22]。Long等利用道路網(wǎng)絡(luò)和POI數(shù)據(jù)，對(duì)中國(guó)城市邊界進(jìn)行了地塊尺度刻畫，綜合考慮了物理設(shè)施和人類活動(dòng)對(duì)應(yīng)的興趣點(diǎn)[23]。更為重要的是，由于大數(shù)據(jù)的采集可以是任意時(shí)段的，那么對(duì)空間利用的分析就可以是動(dòng)態(tài)的過程。這相比傳統(tǒng)分析方法來說無疑是一個(gè)巨大進(jìn)步。

（三） 城市居民行為空間和消費(fèi)空間的研究

多元的數(shù)據(jù)獲取渠道和豐富的數(shù)據(jù)量為研究城市居民的工作、交通出行和消費(fèi)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，個(gè)人數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、記錄、存儲(chǔ)已經(jīng)成為商家和企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，特別是智能手機(jī)數(shù)據(jù)、公交智能卡數(shù)據(jù)、簽到數(shù)據(jù)、出租車軌跡數(shù)據(jù)等為交通和行為研究提供了豐富的數(shù)據(jù)來源，極大地推進(jìn)了城市地理學(xué)中行為地理和交通地理學(xué)的研究[24]，如Jun等利用交通數(shù)據(jù)了解消費(fèi)者行為[25]，Wang等（2014）通過電話記錄比較城市和鄉(xiāng)村居民經(jīng)濟(jì)行為的差異，Cai等則根據(jù)已經(jīng)掌握的出租車軌跡來建立電動(dòng)車充電樁方案[26]，龍瀛等（2012）利用公交卡數(shù)據(jù)來分析人們出行的行為規(guī)律[27]。

（四） 城市社會(huì)空間與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

隨著以人為本理念的提出以及城市人口的激增，城市中的社會(huì)問題得到關(guān)注。而大數(shù)據(jù)在這一方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它通過社交媒體和社交網(wǎng)站表達(dá)和收集大眾心聲，成為獲取上述話題研究所需數(shù)據(jù)的重要來源[17]，如包婷利用手機(jī)運(yùn)營(yíng)商提供的手機(jī)軌跡數(shù)據(jù)分析城市人口流動(dòng)情況建立了多個(gè)模型，與傳統(tǒng)方法相比該方案的成本更低、效率更高、覆蓋人群更廣[28]。Wakamiya[29]、Ming-Hsiang[30]等利用社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析城市重大事件或活動(dòng)研究具有不同人群特征的社會(huì)空間結(jié)構(gòu)。一些學(xué)者利用大數(shù)據(jù)來研究城市的社會(huì)空間構(gòu)成，如犯罪空間[31]。Wachowicz[32]對(duì)帶有地理位置的twitter數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，得出手機(jī)通話數(shù)據(jù)在地理空間分布中的離群值，從而分析出城市中的異常事件發(fā)生。在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下，人們還通過獲取社會(huì)行為標(biāo)簽（Tag）來反映其社會(huì)行為和網(wǎng)絡(luò)群體的關(guān)注[33]，并在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖中辨識(shí)區(qū)域所在節(jié)點(diǎn)的特殊性和作用。但是如何從認(rèn)知論的角度將標(biāo)簽信息化成為這一類研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

三、 大數(shù)據(jù)在城市空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

（一） 城市空間結(jié)構(gòu)繼續(xù)方法論的創(chuàng)新

中國(guó)作為一個(gè)正處于上升期的發(fā)展中國(guó)家，城市地理學(xué)研究盡管滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家，但是中國(guó)的獨(dú)特國(guó)情為其提供了豐富的實(shí)踐土壤。在當(dāng)前新型城鎮(zhèn)化和全球化背景下，中國(guó)城市發(fā)展的空間性和區(qū)域性問題值得特別關(guān)注[34]。在信息化時(shí)代，中國(guó)城市空間研究的研究方法和理論體系需要結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求優(yōu)化調(diào)整。城市空間不僅被當(dāng)作一套物質(zhì)化的“空間實(shí)踐”來研究，也是一個(gè)思想性和觀念性的領(lǐng)域，是“思維性圖示”，城市地理需要把城市空間作為既真實(shí)又想象化，既是事實(shí)又很實(shí)際，既是結(jié)構(gòu)化個(gè)體，又是集體的經(jīng)驗(yàn)與動(dòng)機(jī)來研究[35]。城市空間結(jié)構(gòu)需嘗試探索大數(shù)據(jù)應(yīng)用于城市地理學(xué)的規(guī)范方法。

（二）大數(shù)據(jù)為中國(guó)城市空間結(jié)構(gòu)研究創(chuàng)新和國(guó)際化提供了途徑，但國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果有待深入和系統(tǒng)化

城市地理走向定性和定量研究相結(jié)合的局面，以提高解決復(fù)雜科學(xué)問題的能力[36]。大數(shù)據(jù)作為科學(xué)研究的第四范式，能夠支撐“人地交互”的傳統(tǒng)地理學(xué)研究，并對(duì)地理學(xué)的方法論帶來重大影響。人文地理與城市學(xué)科應(yīng)該抓住大數(shù)據(jù)時(shí)代這一新的科學(xué)研究機(jī)遇期，依托中國(guó)這一巨大的大數(shù)據(jù)市場(chǎng)，從理論與方法體系上對(duì)不同層面地理要素與城市問題展開深入研究[6]，深化城市地理學(xué)的研究?jī)?nèi)容[37]。但是目前大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究以規(guī)劃學(xué)者、社會(huì)學(xué)者、經(jīng)濟(jì)學(xué)者居多，城市地理學(xué)者相對(duì)較少，在城市空間結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的成果偏少，系統(tǒng)性不強(qiáng)。目前而言，對(duì)于“人”的關(guān)注、時(shí)空尺度研究和人文—自然綜合研究等都是城市地理學(xué)近年來新的重要研究方向。對(duì)于重構(gòu)和豐富城市地理學(xué)科理論、更好地指導(dǎo)城市的規(guī)劃與建設(shè)都具有重要意義 [2，6]。

（三）大數(shù)據(jù)與城市空間結(jié)構(gòu)研究的結(jié)合亟待創(chuàng)新推進(jìn)，且必須加強(qiáng)與傳統(tǒng)研究方式的比較和融合

大數(shù)據(jù)產(chǎn)生帶有“自發(fā)性”，并非針對(duì)理解地理事實(shí)而設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)本身與地理事實(shí)相差甚遠(yuǎn)[38]。正如Lazer[39]所言，不能僅僅關(guān)心數(shù)據(jù)大小，還應(yīng)從分析誤差原因入手。目前大數(shù)據(jù)在城市研究中剛剛起步，還存在一些問題和不足。從研究深度看，還處于實(shí)踐摸索階段，目前僅僅側(cè)重城市的人和物的即時(shí)和短期管理，只強(qiáng)調(diào)時(shí)空大數(shù)據(jù)的表層信息挖掘，對(duì)于規(guī)律性研究較為缺乏。從研究的時(shí)間尺度看，靜態(tài)研究、短時(shí)段研究較多，動(dòng)態(tài)的長(zhǎng)時(shí)期研究較少。從研究領(lǐng)域看，多是實(shí)用性研究，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、社會(huì)領(lǐng)域，方法論等基礎(chǔ)性研究較少。從研究方法看，單純大數(shù)據(jù)方法較多，與其他研究方法銜接比較研究太少。因此，城市地理學(xué)者在面對(duì)大數(shù)據(jù)的“盛宴”時(shí)，既要激發(fā)大數(shù)據(jù)智慧，跳出學(xué)科發(fā)展固有框架，以應(yīng)用研究需求為導(dǎo)向，以（大?。?shù)據(jù)整合與融合為動(dòng)力，推動(dòng)城市理論研究與實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展，又需冷靜應(yīng)對(duì)，重新審視數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)科發(fā)展與學(xué)術(shù)創(chuàng)新的價(jià)值。

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