研究

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手机信令人口大数据在智慧国土空间规划的实践与探索

发表时间:2020-07-24


内容提要:手机信令等人口大数据,有利于进一步完善空间规划大数据体系,促进国土空间全域数字化人地要素全覆盖,辅助实现人地和谐。从以人本为核心的角度看,利用手机信令数据可实现对智慧国土空间规划的进一步认知、刻画和分析应用。




关键词智慧国土规划、手机信令、以人为本、生态优先、OD数据、人口调查




作者


李振军   智慧足迹数据科技有限公司总经理、执行董事

赵   华   智慧足迹数据科技有限公司副总经理



正文


01

人本核心认知智慧国土空间规划


人口是社会经济发展的基础,也是区域兴衰、产业更替、格局变迁的根本要素。



党的十九大报告指出,中国特色社会主义进入了新时代,社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾,报告以不忘初心开篇,以满足人民日益增长的美好生活需要结尾,可见出发点和立足点都是以人为核心,国土空间规划也多次提到以人为本。



建立以人为本的规划原则与实践应用,是优化新时期国土空间规划的重要方法之一。


新时代的中国国土空间规划,是“可感知、能学习、善治理、自适应”的智慧规划,数据是规划的基础,能高质量地支撑规划的定量研究。


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利用手机信令数据开展人口定量分析,得到了大量的实践应用且获得良好的效果,极大地丰富和提升了空间规划的覆盖广度和研究深度,成为大数据时代构建新型国土空间规划的科学助力。


手机信令等人口大数据,有利于进一步完善空间规划大数据体系,促进国土空间全域数字化人地要素全覆盖,辅助实现人地和谐。


从以人本为核心的角度看,利用手机信令数据可实现对智慧国土空间规划的进一步认知、刻画和分析应用。


1.1、以人口分布与迁移的基本逻辑,洞察城市化、都市圈等空间分布形态,进而刻画国土空间格局


以2015至2018年的手机信令大数据来分析人口的静态分布和动态迁徙情况,结果显示,都市圈的人口承载力进一步凸显,核心都市圈的范围跨过行政区,核心城市与周边城市的联系更为突出,尤其是京津冀、长三角、珠三角和成渝等地区。


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东、中、西部的迁徙范围和频度不断增加,人群通达范围不断扩大。东部地区城市腹地的竞争激烈,中、西部地区省会城市的发展优势对人口迁徙的带动作用明显。以“生态优先”的理念,实现人口布局与经济布局、资源环境布局的匹配与协调。


比如过去以资源环境为代价发展经济,势必导致一系列不可持续的发展模式出现,那么,以人为本,实现资源到创新的发展转型,对自然资源的空间配置也有一定的指引作用。


1.2  以人民为中心,实现高质量发展,推进智慧空间规划与治理的现代化


坚持以人为本,提高国土空间利用的效率、效能,建立人居环境和高品质城乡建设的指导体系,以及加强对自然本底的保护与开发利用。


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面向国土空间规划,采用手机信令大数据,分析人地关系重构背景下人本化、生态宜居等“人”的需求,以及国土空间效率、区域空间要素等“地”的内涵变化,引导人、地、产协同发展,提出更高层次的人地关系重构与系统协调策略,实现“三生”空间共生与协调布局,并将其作为国土空间规划“人地关系”的支撑,从而推进智慧空间规划的现代化。


1.3、建立基于人口大数据的空间格局分类体系,并作为各级国土空间格局优化和资源配置的抓手


人口空间动态与区域经济发展的耦合关系是各省在区域层面共同面对的重要课题。


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通过手机信令数据来解构人口空间动态,包括跨域通勤、同城化现象、跨城消费等,有助于更好地理解同城化态势下人口空间演变的动因机理,识别重要的交通廊道,为国土空间格局优化发展、空间结构优化战略、省域国土空间组织的空间竞争战略、空间可持续发展战略、公共服务均等化提供重要的参考。


以城市群为主体,形成都市圈、城镇圈和社区、乡村生活圈协调发展的城乡融合发展格局。


02

国内外手机信令大数据研究现状


2.1、国外研究与应用现状


国外利用手机定位技术进行人口与出行信息采集,开始于20世纪90年代,美国马里兰大学、法国INRETS交通研究机构以及加州大学伯克利分校,通过仿真和实地测试,验证了手机定位技术对于人口职住数据采集、交通数据采集的作用,从而刻画出居民分布和出行的大致特征。


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弗朗切斯科(Francesco Calabrese)等提出手机定位数据应用方法及动态OD矩阵的估计,并以波士顿都市圈为例,对100万手机用户进行分析和验证,分析了手机数据的间隔、人口密度、出行距离、出行次数、出行时间分布等。


在应用上,英国采用手机信令数据开展城市规划、交通规划及商业选址的人口洞察业务,并在Transport for London、Thames Bridge、Bugden、STUBUCKS、ATKINS、SHELL 等品牌行业客户中大量应用。


西班牙电信采用手机信令为西班牙政府提供人口居住分布图谱,并以可视化方式展现。法国电信用人口OD数据为公共交通部门提供规划服务。美国将手机信令数据与遥感数据进行融合并应用,提供人口、迁徙与地理空间关系的综合服务。


2.2、国内研究与应用现状


国内使用手机信令数据进行人口与出行的研究起步较晚,发展较为迅速。主要集中在两个方面:


一是用于人口调查的研究,对居民总量、结构、职住的人口统计与分析预测;


二是用于人口流动的研究,对居民出行、交通、活动、OD的统计和分析预测。


此外,手机信令数据与遥感数据、企业数据、消费数据的结合,在国内已经有大量的研究和应用。


2.2.1  人口调查的研究


传统的人口调查方式,存在耗时、耗力、样本小等不足,并且研究表明,人口调查统计因统计口径、方案设计等原因会导致数据乱象。


随着大数据等新技术的发展,很多部门使用新技术进行人口调查。


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冉斌指出手机是一种理想的探测器,能够为分析城市居民的居住、出行信息提供良好的技术选择。利用长期历史手机话单数据,可以分析得到常住人口和就业人口的分布、通勤出行、大区间OD、流动人口出行特征等。


钮心毅等采用手机信令,分析面向“实际服务人口”的特大城市空间规划响应,提出手机信令数据支持城镇体系规划的技术框架,分析人口总量、城市腹地、人口通勤、职住平衡等,并以杭州、上海、昌九都市圈等为例进行实证研究。


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贾会林等基于移动信令处理平台,提出了一种使用手机信令数据获取人口出行信息统计的方法。


吴松等基于手机信令数据进行实时人流量统计,并以北京移动信令处理基础平台为例,验证了平台的可靠性。


2.2.2  流动人口研究


根据不同的研究目的,理论界和实际研究部门对流动人口提出不同的定义,并且主要从规模、结构、流动原因对社会、经济的影响等多个方面进行研究。


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袁月明等针对手机切换定位技术的特点,研究了基于手机切换定位技术的地图匹配、交通参数估计、交通状态识别及样本量估计方法,为采集实时、准确、全面的城市交通信息提供了理论基础。


宋小东等采用手机信令大数据对流动人口发展的特点、人口出行与职住平衡进行分析研究。


张博从手机定位技术中提取了出行轨迹信息,设计了路径匹配结合模糊方式识别的算法,以便对机动车、步行、轨道交通等不同交通方式进行区分。


03

手机信令人口大数据的技术路线


手机信令是人口大数据的天然采集器。


手机信令直接关联到自然人,无论是主动的电话、短信、位置位移,还是至少每半小时的时间间隔内,基站为保持通信畅通而索引手机位置,从而产生的带有时间位置标签的手机信令,形成了个体完整的驻留与出行信息。


手机信令人口大数据的技术路线分为 7 个主要步骤:


   

在核心能力上,手机信令大数据依赖于4 个基础能力:

一是

全国数据集中(数据全)且有多年信令数据存储,降低分别与每个省的数据协调与数据处理成本。

二是

具备信令处理平台(定位准),具有每天批量处理数亿用户的成熟技术,特别是能够识别工作地、居住地、出行状态、POI 结合等。平台的栅格技术、加权质心、空间完善等核心算法,能避免原始手机信令仅定位到基站位置,而是定位基站覆盖范围内的真实位置。

三是

降噪与外推算法(算法精细)。手机信令数据存在一人多卡、物联网卡等非人号卡如何剔除,存在基站干扰等无效信令如何降噪,存在单一运营商手机用户如何外推到全网手机用户等问题;在全体人口方面,还存在如何从手机用户延伸计算到覆盖有无手机的全体人口。

四是

专业队伍(行业应用)。在人口口径、流动出行,以及与空间、路网、交通、消费产业等的结合上,需要专业团队进行行业研究、定义,制定标准、口径、数据指标、算法模型,以及展开质量检查、数据成果与洞察分析等。


04

智慧国土空间规划应用方向


手机信令人口大数据,可参与国土空间开发格局的刻画分析、指标重构、管控传导,成为国土空间规划体系中人口大数据的入参标准、支撑手段、比对体系,连接“人本化”和“自然资源保护”,参与“双评价”,服务边界划定、数据框架,以及从国家到省、市人口的研究方法体系构建。从功能性和空间尺度两个角度来分析手机信令在自然资源领域的应用方向。

4.1、  功能性


在功能性方面,以“人—地”关系为核心模型,在“区域—城区—专项”上的主要应用点包括以下几点。


01

人口统计

手机信令对居民活动时间、活动轨迹的收集,获得常驻人口、流动人口、实际服务人口等不同口径的人口数据,可以作为自然资源本底数据,用于分析各类空间结构和人地关系等。

02

“双评价”的入参标准

基于手机信令大数据,分析人口的总量结构、活动强度、活动方式、边界密度,作为社会经济活动事宜性指标参与“双评价”。

03

城市体征监测

在城市体征监测(成熟度、匹配度、协同度、运行效率)中,人口的集聚、职住匹配、通勤时间与距离等都是监测的重要指标。

04

等级结构识别

传统城镇体系以规模结构代替等级结构,采用手机信令的流量流向替代,从而反映城市的中心性、规模等级和优势流,有助于通过区域间的人流联系中心性,更合理地评估城镇体系的等级结构。

05

空间结构评估

利用手机信令中跨城镇出行的人流数据,可以界定中心城市发展腹地、区域发展廊道等,从而使城镇空间结构规划与实施更为有效。

06

空间结构布局

居民的职住空间分析是城市空间结构的重要组成部分,使用手机信令识别用户的工作地、居住地,可以得到中心城区各个片区的职住分布,包括职住联系总量、职住比、外出通勤率、外来通勤率、居住密度、就业密度、职住平衡等。

07

空间规划实施评估

传统规划评估一般使用土地性质、建筑面积等静态数据,对居民的情况多采用问卷调查的方式,样本量小很难了解整体情况。通过手机信令的“出游地—居住地”等功能联系,可以识别城市的商业中心、游憩中心等,从而评估空间规划实施的情况。

08

重要基础设施评估

以大型体育馆、展览中心为代表的公共服务设施,以机场、火车站、交通枢纽等为代表的交通设施,以大型公园、大型景区为代表的生态旅游设施,其运行情况体现了城市重要功能实现的水平。通过手机信令,分析人口总量、流量、时长、来源地、去向地等,可以对这些重要设施进行评估。

09

人口与经济发展等的评估

手机信令人口大数据,与房价、消费、企业、投资、知识产权、就业等数据结合,从而支撑“人口+”的多源数据分析。

4.2、  空间尺度


手机信令大数据可以非常适配地应用到全国、都市圈、省级、省内、市域等八个空间尺度中。在全国层面,以全国集中数据的能力,实现空间地理上人群分布与流动的唯一性识别。


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比如根据2018年春运期间人口迁徙的数据,能够发现位于胡焕庸线东南的人口迁徙占比高达94.7%。在都市圈层面,采用“时圈+POI”等多因素进行判定,相对于传统以城市中心为圆心、固定距离为半径的圈层,其维度更丰富,与都市圈的形态更吻合。


在省级层面,跨城通勤迁徙,能够反映同城化、交通廊道的影响等。比如苏州各区县到上海的通勤人口中,有74.3%来自昆山市。


在省内层面,流动人群能够反映区域内不同城市的腹地分析,比如广州和深圳,在中心城层面,广州的人流联系度高于深圳,但在市域和都会区层面,却恰恰相反。


在市域层面,职住分布能够反映城市人口的空间结构,以及对交通、教育等公共设施的需求覆盖。比如手机信令识别广州市域的居住人口为1212.9 万,人口密度为1.4 万人/ 平方千米,通过网格进行街道划分,可以看到密度排序从大到小的地块分布。


在县域、街道和网格层面,手机信令在人口分布、结构、属性、迁徙、职住等方面有很多应用。比如识别中关村拥堵来源,可以通过OD来具体研判,并识别职住分离对通勤压力的影响。


05

手机信令人口大数据视角下的

“三大都市圈”应用案例


都市圈是城市发展的高级形态,是全球经济增长的重要引擎,也是中国经济增长的重要引擎。


从中国的“三大都市圈”来看,面积仅占全国的5%,人口却占全国的20%,经济产值更是占到全国的40%。“三大都市圈”各具特色。


京津冀都市圈是政治、教育、科技、国际交流等中心;

长三角都市圈是“一带一路”与长江经济带的重要交汇地带;

珠三角经济圈受到粤港澳的经济融合和经济一体化发展的利好影响。


中国联通智慧足迹公司利用手机信令进行“五度”分析,分别是首位度、人口热度、联系强度、外来浓度、发展厚度(图1)。


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图1  智慧足迹人口五度分析


首位度,是城市圈中城市人口规模第一与第二的比值,参考线为02,表示圈内资源的集中程度。为得出精准结果,采用联通手机信令“日活跃人口数量”分析首位度,发现长三角都市圈的首位度最高,京津冀都市圈的首位度大幅上升。


这说明,在日常人群活动中,京津冀地区存在极化效应,长三角地区存在涓滴效应。珠三角都市圈首位度为1.72,在标准线以下,表明广州—深圳的发展更加均衡。


从人口热度上看,“三大都市圈”出现核心、成片、多点的特征(图2)。


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图2  “三大都市圈”内部联系强度分析


京津冀都市圈呈现出以北京为核心的人口分布态势,存在北京对周边地区的虹吸效应;

珠三角都市圈呈现出连片发展的趋势,形成多个圈层叠加的发展构造;

长三角都市圈呈现出散点分布的状态,人口热度出现广州、佛山、深圳、东莞多个增长极。



从联系强度上看:


京津冀区域与北京的联系,占到总联系的60%,呈现出两条同城化轴线:北京—廊坊—天津,北京—保定—石家庄。

长三角区域呈现出城市群的蛛网结构,上海依然是核心,苏州与上海的联系强度最高,形成了上海、杭州、苏州、无锡、常州的多点经济圈。

珠三角区域呈现出广州、深圳的双极点,东南区域的粤港澳大湾区城市组团趋势明显。


外来人口浓度在某种程度上反映出区域的经济吸引力。从春节期间与平日人口比例的排序来看,东莞是春节期间人口减少最多的地区,珠三角地区占据了前4名,而长三角与京津冀地区,各重点城市均有较大比例的人口减少(图3)。

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图3  “三大都市圈”人口的外来浓度分析


从外来人口来源地来看,“三大都市圈”的辐射范围虽有交叉,但各有特点,大有“三分天下”的趋势。


京津冀地区的外来人口主要源自北方片区,包括东北、华北的大部分地区,具体省份涉及山东、河南、辽宁、吉林、黑龙江等。

长三角地区外来人口的主要来源地为中原以及华东地区,范围包括江西、河南、山东南部等地。

珠三角地区的外来人口则主要来源于华中、华南和川渝地区,具体包括湖南、湖北、广西、四川等地。


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这也从侧面召示了“三大都市圈”未来发展中将影响带动的区域,这些也都是潜在的、有竞争力的区域。各大都市圈内经济发展的人才引进政策、第三服务产品等都可以根据人口来源地的特征进行相应的调整与适配。


人口是城市发展的“土壤”,是城市未来发展的潜力,城市发展必然与“土壤”的厚度息息相关。


经过之前四个维度的对比,能够看到,珠三角地区活力最强,长三角地区多点辐射最广,京津冀地区核心度最高。


06

结论与讨论


手机信令采集位置轨迹数据的天然属性,通过基站形成了每个个体完整的出行链路信息,即每个人使用手机生命周期内的任何时间、任何地点的移动轨迹信息。


以北京为例,大约2000 多万人口,每人每天产生的有效信令密度超过300个点,每天产生信令数据超过60亿条。海量手机用户就形成了海量群体时间连续、空间完整、追随到自然人、真实无感知的出行矩阵。


手机信令大数据的栅格空间为200~500 米,远小于街道、交通小区、行政区划等范围,完全适用于空间规划等相关领域,可刻画人与生活、生产、生态空间的关系,延伸至人口与边界、基础设施、资源环境等。


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在人本核心认知智慧国土空间规划中,采用手机信令人口大数据,在洞察空间形态、优化智慧规划与智慧治理,以及空间格局资源分析分配上,都有成熟可落地的应用,并在功能上、空间上都形成了适配性的应用成果。


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