基于空间句法和多源数据的城市过江交通研究
导 读
近年来，城市规划设计研究中越来越多地运用了空间句法这种量化手段，空间句法不仅能量化复杂的城市空间结构，分析某段道路在整个道路系统中的重要性，而且还能很好地反映城市道路的可达性从而预测交通流量。
而大数据新数据在城市分析研究中的应用，可以客观准确地反映居民行为活动、社会经济、交通出行、空间利用等方面的运行状态、发展变化过程和系统作用机制。
因此，信息时代大数据与空间句法的结合是一种双赢的格局，是大数据和空间句法在城市规划中运用的一种趋势。
本文以行政区划调整后的宁波市鄞州区作为案例，阐述了空间句法与百度POI 数据、百度慧眼大数据、现状基础数据、开发强度数据等相结合下城市重要过江通道梳理研究，为城市过江通道的选择提供了一种新的思维方式和科学的量化手段。
作者|张新运，董印，齐胜达 （宁波市镇海规划勘测设计研究院）
论文来源|2018城市发展与规划论文集
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01
引 言
自从空间句法理论被国内学者广泛接受以来，尤其是在2007 年东南大学出版社《空间句法与城市规划》一书之后，空间句法在城乡规划领域的应用研究成为关注点之一。空间句法将复杂的城市空间结构通过定量的方式进行展示，它不仅能计算出某条道路在道路网系统中的重要性，而且还能对交通流进行预测。
近年来，空间句法已被广泛用于城市规划研究中，包括城市土地利用分析、交通网络可达性分析、城市形态分布规律研究等。
目前大数据或新数据在城市规划设计和研究领域的应用尚多停留在数据可视化阶段，往往局限于进行用地功能或特定行为的识别，识别出的现象往往与日常经验接近，且展示的是“既成事实”，而规划和设计需要的则是“未来预测”[1]。“未来预测”恰恰是空间句法的优势之一。
因此，信息时代大数据与空间句法的结合是一种双赢的格局。本文以行政区划调整后的宁波市鄞州区为例，阐述了空间句法与多源数据相结合下城市重要过江通道梳理研究。
02
空间句法在过江通道选择中的优势
2.1 过江通道选择的一般方法
传统过江通道的选择一般采用交通模拟和交通模型分析等方法，并结合现状建设基础等进行综合评价。
传统方法在过江通道的选择以及道路交通分析与预测的研究中主要存在以下不足：
仅从一条或几条路段入手进行分析，缺乏整体性和系统性，没有考虑被研究路段在城市全局路网结构中所受的影响，忽略了城市路网结构本身所具有的特性；
仅将城市道路交通预测看成纯粹的数理统计问题，忽略了从城市空间对人出行影响的角度出发进行分析[2]。
2.2 空间句法的涵义及其优势
2.2.1 空间句法的涵义
20 世纪70 年代末，伦敦大学巴利特学院的比尔·希列尔、朱莉安妮·汉森首次提出了空间句法理论和方法，通过对城市系统、建筑、聚落、景观等的定量化描述，表达空间结构形态与人类社会行为之间的关系[3]。其秉承了结构主义的研究观点，即始终关注系统中各个空间要素之间相互制约的关系，而非各种独立本质的关系[4]。空间句法中所指的空间，并不是欧氏几何所描述的可用数学方法来测量的对象，而是描述以拓扑关系为代表的一种关系。
2.2.2 空间句法的优势
空间句法从空间组织结构的角度入手，通过图论原理进行空间分割，量化空间，其模型和参数充分反映了网络中不同节点之间的相互影响和作用。因此，空间句法可以较好地弥补了以往预测模型中难以解决的网络内部关系相互影响的问题。此外，空间句法还能从使用者的角度探索空间的内在规律，通过“人”的角度进行分析，真正做到以人为本。[2]
2.3 空间句法在过江通道选择上的应用案例
坐落在英国伦敦泰晤士河上的千年桥，连接了北端的圣保罗大教堂和南部的伦敦泰特现代艺术馆和伦敦环球剧院。该桥由现代著名建筑大师诺曼·福斯特设计，大桥绚丽的外观也为伦敦市区景色增添了优美的一笔。然而，在建桥之初作为泰晤士河上百年来第一座新桥，千年桥的选址众说纷纭曾经一度成为困扰伦敦当局和当地民众的一大难题。最后伦敦当局委托英国空间句法咨询公司通过空间句法分析得出最终选址方案。
图1 研究范围示意图
资料来源：作者自绘
03
研究思路与方法
首先运用DepthMap 软件对研究区域内的现状道路网模型和规划道路网模型进行空间句法分析，分别提取出可达性前10% 的道路，并进行对比分析选出规划可达性较好而现状未建的道路；其次通过与现状情况、百度poi、百度大数据、开发强度规划图等校对，根据难易程度分别评价赋值；再次在现状道路网模型的基础上，通过空间句法对各通道打通前后的空间智能度度进行计算，并分别赋于评价值；最后通过专家打分法确定各影响因子的权重，并通过加权叠加得到最终评价分数，从而得出最终方案。
04
鄞州区潜在重要过江通道梳理
本研究选择行政区划调整后的宁波市鄞州区作为案例地。2016 年9 月，宁波市迎来新一轮行政区划调整。对于新鄞州区而言如何打破原行政区划造成的阻隔，实现区内区外协同发展成为当务之急。而根据笔者的分析，打造多条过江通道建立多条跨区域的发展轴是打破原有阻隔的最有效方式。
4.1 运用空间句法对鄞州区进行潜在重要过江通道梳理
4.1.1 研究范围
本研究为空间句法在大尺度城市研究中的应用，为避免研究过程中出现“边界效应”1，空间句法要求在选取研究范围时应在研究对象外围设置一个足够大的缓冲区，且最好以自然山体、湖泊或阻隔较大的交通干道作为边界。
宁波绕城高速及其两侧较宽的绿化隔离带对宁波主城区有较明显割裂作用，因此，本次研究范围选取宁波绕城高速以内的区域，总面积约588 平方公里。研究对象为鄞州区在宁波绕城高速内的部分。
图2 研究范围示意图
资料来源：作者自绘
4.1.2 数据整理
根据2016 年宁波市现状道路网翻图、2016 年宁波市影像图和宁波市规划路网分别根据空间句法轴线地图构建原则建立城市空间轴线地图。并根据实际情况对高架、桥梁、隧道等不相交的线段进行标注，以方便导入空间句法软件后用unlink 工具进行处理。
图3 现状空间句法轴线图
资料来源：作者自绘
图4 规划空间句法轴线图
资料来源：作者自绘
4.1.3 模型建立
尽管经过多年的发展，目前空间句法研究界较为流行的分析方式线段地图分析（Segment map analysis），且绝大多数情况使用到的是米制化距离半径设定下的角度分析[5]，但是笔者认为在城市尺度上空间句法轴线地图分析（Axial map analysis）最为经典是线段地图分析（Segment map analysis）所无法替代的。本研究将选择最为常用的DepthMap软件进行空间句法分析。句法分析主要涉及整合度(Integration)、空间智能度(Synergy) 等两个句法变量。
图5 宁波市中心城规划路网空间可达性分析（全局）
资料来源：作者自绘
图6 宁波市中心城现状路网空间可达性分析（全局）
资料来源：作者自绘
(1) 整合度
整合度反映了一个单元空间与系统中其他空间的集聚或离散程度。整合度值越大，表示该空间在系统中的便捷程度越大，反之，该空间的便捷程度就越低。也就是说，整合度高的空间，可达性高。整合度衡量了一个空间吸引到达交通的潜力。
图7 现状全局整合度前10% 轴线示意图
资料来源：作者自绘
图8 规划全局整合度前10% 轴线示意图
资料来源：作者自绘
图9 现状、规划全局整合度前10% 轴线叠加示意图
资料来源：作者自绘
(2) 空间智能度
空间智能度[6] 指某一空间局部整合度2 与全局整合度3 的相关程度，智能度越高，就表示系统全局与局部空间的关联性越强，空间局部中心性越容易融入到全局空间结构中，该系统就越容易被感知、被理解[7]。
4.1.4 潜在重要过江通道梳理
图10 一级潜在过江通道示意图
资料来源：作者自绘
图12 规划全局整合度前20% 轴线示意图
资料来源：作者自绘
图13 现状、规划全局整合度前20% 轴线叠加示意图
资料来源：作者自绘
图14 一级潜在过江通道示意图
资料来源：作者自绘
（1）一级潜在过江通道梳理
在现状网络模型和规划路网模型的计算结果中，分别选出现状、规划中心城范围内整合度值（全局）最高的前10% 轴线，并进行叠加。对空间句法理论而言，全局整合度值前10% 的轴线是集成核，直接决定城市的形态以及主要城市发展轴线。最终选出现状未建但规划整合度值（即可达性）较高的通道1、通道2、通道3 作为一级潜在发展通道。
（2）二级潜在过江通道梳理
在现状网络模型和规划路网模型的计算结果中，分别选出现状、规划中心城范围内整合度值（全局）最高的前20% 轴线，并进行叠加。最终选出现状未建但规划整合度值（即可达性）较高的通道4、通道5、通道6 作为二级潜在发展通道。
4.2 多源数据加权分析与空间句法反算
4.2.1 多源数据校核分析
（1）与现状情况校核分析
将六条潜在过江发展通道与宁波市现状用地作校核分析，按建设难易程度依次分为：较难、难、一般、易、较易（对应的分值为1 分、2 分、3 分、4 分、5 分），进行评价打分。
（2）与百度POI 校核
将六条潜在过江发展通道与百度POI 作校核分析，按周边活跃程度依次分为：较活跃、活跃、一般、冷清、较冷清( 对应的分值为5 分、4 分、3 分、2 分、1 分)，进行评价打分。
图15 与现状校核示意图
资料来源：作者自绘
图16 与百度POI 校核示意图
资料来源：作者自绘
（3）与百度慧眼大数据校核
将六条潜在过江发展通道与百度慧眼大数据的人口分布作校核分析，按周边活跃程度依次分为：较活跃、活跃、一般、冷清、较冷清( 对应的分值为5 分、4 分、3 分、2 分、1 分)，进行评价打分。
图17 与百度慧眼大数据校核示意图
资料来源：作者自绘
（4）与宁波市开发强度规划图校核
将六条潜在过江发展通道与宁波市开发强度规划图作校核分析，按与周边的吻合程度依次分为：较吻合、吻合、一般、不吻合、很不吻合（对应的分值为5 分、4 分、3 分、2 分、1 分），进行评价打分。
图18 与开发强度规划图校核示意图
资料来源：作者自绘
4.2.2 空间句法反算
空间智能度为局部整合度和全局整合的相关性系数R 平方，R 平方值越大说明相关性越强，即局部和整体均可达性一致，局部可达性高全局也高。在现状基础上对六条潜在过江发展通道分别打通后的空间智能度进行计算与现状空间智能度作对比，按智能度变化依次分为：较高、变高、不变、变低、较低（对应的分值为5 分、4 分、3 分、2 分、1 分），进行评价打分。
图19 潜在通道打通后空间句法示意图
资料来源：作者自绘
4.3 加权叠加求和及建议方案
通过专家打分法得出：现状情况效核的权重为0.25，百度人口分布数据校核的权重为0.15，百度POI 数据校核的权重为0.15，开发强度规划图校核的权重为0.2，空间句法反算的权重为0.15，通道等级的权重为0.1（一级通道3 分，二级通道2 分）。最后通过加权求和得出各潜在过江通道最终得分值，分值越高说明越有必要打通。
建议方案：由最终得分表可知通道1 分数最高通道3 次之，因此，笔者认为通道1 和通道3 是近期最迫切需要打通的过江发展通道。
05
思 考
空间句法作为一种基于图论表达方式的空间量化手段，目前已经广泛应用到城市规划研究中。为选出最迫切打通的过江通道，本文首先对研究区域内的现状和规划道路网模型进行可达性计算选出规划可达性值（整合度值）较高、但现状未建设的过江通道作为潜在过江通道，最后又用空间句法对各通道打通后的空间智能度进行计算，进一步验证各通道的打通是否有利于研究区域很好地融入到整个道路网系统。
利用空间句法可以大大减小选择范围，减低选择难度，同时利用空间句法反算可以很好地对各方案进行对比。
由于空间句法是基于道路网的理论模型，其表现更多的是各道路之间的拓扑关系，并未考虑现实中的空间以及社会属性。为避免其影响研究结果，本文特引入百度POI 数据、百度慧眼大数据、现状用地数据、开发强度数据等多源数据，增强结果的准确性。
06
结 语
本文方法仍然存在一些不足之处。本文方法虽然在过江通道的选择上效果显著, 但是在研究一些道路网较为完善( 道路网密度较高) 的区域时, 往往会因为候选道路在整个道路网系统中重要性不强容易被替换, 而造成最后结果相差不大。因此，在选择本文方法前应该分析项目是否满足适用条件。
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参考文献：
[1] 盛强, 杨滔等.2017. 空间句法与多源新数据结合的基础研究与项目应用案例[J]. 时代建筑，:38-43.
[2] 陶伟, 古恒宇等.2017. 句法视角下城市道路交通的预测研究[J]. 华南师范大学学报（自然科学版），49(1):80-86.
[3] 比尔• 希列尔. 场所艺术与空间科学[J]. 世界建筑,2015(11):24-34.
[4] Hillier B,Hanson J.The social logic of space[M].Cambridge:Cambridge University press,1984.
[5] 盛强著. 流体的城市[M], 北京: 中国建筑工业出版社,2017.
[6] Hillier B.2004.Can streets be made safe[J].Urban Design International,9(1):31-45.
[7] 郑晓伟, 权瑾.2008. 基于空间句法的西安城市网络拓扑结构优化研究[J]. 规划师,24(12):49-52.
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