使用多种手机通信数据进行城市分析和规划

移动通信网络中依靠手机终端和基站之间信息交换，能够大致确定手机终端的空间位置，由此记录行为活动信息。由于目前手机终端的高持有率，使得依据手机定位数据研究居民的活动时空特征，进而研究城市空间结构有了可能。应用手机数据进行城市研究，在国际上已有了一些探索研究。国际学术期刊《城市技术》2014年第2期上，发表了Manfredini等人的关于手机通信数据用于城市分析和规划的研究论文。该论文综合使用多种手机通信数据对意大利蒙扎（Monza）和布里安扎（Brianza）省的城市活动进行了动态分析。

蒙扎和布里安扎是意大利伦北部巴第大区的典型中等城市，经济水平较高，人口860700人，人口密度为2,112.5人/km2。在近20年中，随着城市化和城市扩张，日常活动更加复杂，就业、游憩、居住空间形成了较复杂的非网络结构。为了分析这些复杂的时空活动，将上述研究范围划为250m×250m的栅格，应用多种手机通信数据进行城市活动分析。在此研究中，使用的手机通信数据来自意大利电信2009年、2010年两个时段，包括了话务量（Erlang）、短信（SMS）量、交换中心（MSC）活跃用户量数据。

首先，对部分时间段的手机通信数据做了计算。2009年3-6月每天的话务量数据都有一个明显的波峰，每周都会在周末的两个波峰后出现五个较大的波峰。每天的平均值呈现出以周为单位的周期性变化规律，这其中也会出现异常波动。例如4月25日到5月1日复活节期间变化规律异常。2009年3-6月每周的平均话务量数据变化趋势平缓，其中两个节假日出现低谷。2009年9月8-20日的每天话务量数据也呈现类似现象，特别是9月13日开学后，话务量数据高于前一周。从短信量来看，周五晚上和周六的短信量远高于话务量，短信量受周末的影响小于话务量，更加接近平均值。

随后，选取了话务量做进一步研究，用工作日日间平均话务量（周一到周五8点-20点）、周末日间平均话务量（周六和周日8点-20点）、工作日夜间平均话务量（周一到周四20点-24点，周一到周五24点-8点）、周末夜间平均话务量（周五到周日20点-24点、周六和周日24点-8点）制作了四张快照地图，反映不同特征时间点的手机使用强度，表示实时人流聚集程度变化。从话务量数值来看，最大和平均话务量数据存在显著差异，工作日日间平均话务量几乎是周末日间的两倍，是夜间的四倍多，数据的变化程度比其他时间点高。从空间分布来看，工作日日间平均话务量高强度区集中在主城区。这与商业中心、高中、医院、地铁站等吸引点，Desio和Seregno地区或沿南部高速公路的大型制造业平台分布有关。周末日间平均话务量强度仅为工作日日间的2/3，空间分布与工作日日间相似，呈现沿西北部重要基础设施分布的特征。西部和东部人口密度低、服务缺乏的地区及Lambro河谷的话务量强度也较低。因此，可以认为话务量强度与人口强度和吸引点分布有关。工作日和周末夜间平均话务量强度呈现出更加均匀的分布特征，除了蒙扎和New Valassina路沿线的主要城镇，话务量没有特别高的地区。

继续使用工作日和周末话务量比值、工作日夜间和周末夜间话务量比值制作了两张综合地图。从工作日和周末话务量比值来看，沿南部的A4高速公路和西北地区工作日周末话务量比值较高，这是由于这些地区有大量产业工人进行生产活动。蒙扎公共公园工作日和周末话务量比值较低，这是由于该地区在周末，特别是在2009年9月12-13日的F1蒙扎大奖赛期间的使用率较高。因此，可以认为用由生产和商业活动产生的话务量强度来识别特定地区。从工作日夜间和周末夜间话务量比值来看，总体比值接近1，说明两者没有明显区别。蒙扎公共公园周末夜间话务量强度高于工作日夜间，这是由于这里举办F1蒙扎大奖赛、公园北部有临时露营地，有酒吧和舞厅的地区也呈现同样的特征。但是A4高速公路沿线和西部地区工作日夜间较高的话务量强度则是由大型制造业公司24小时生产造成的。

第三步中使用手机短信量数据做研究，分析了每个栅格的话务量和短信量的线性相关系数。由于年轻人更倾向于使用短信，因此在工作日，短信量高强度区出现在高中附近。产业区无论是工作日还是周末相关系数都较低。

最后，用交换中心活跃用户量数据做研究，分析交换中心每小时用户总量和外国用户量的变化。发现2009年9月7-20日有两个异常现象。第一周越来越多的用户在8月假期后回家，第二周用户量变化趋于规律，即工作日用户数超过80,000人，周末随即下降，这是由于中心城提供了就业和服务。9月12-13日外国用户量比其他时间高5倍多，这与举办F1蒙扎大奖赛有关。在此期间，各国用户占总用户量的比值为英国人15%、瑞士人13%、德国人13%、法国人7%。这一分析结果是用传统数据无法获得的。2010年4月1-30日也呈现一到周末用户量就下降的特征。特别是在4月4-5日的万圣节期间，受长假影响，许多居民离开城市，用户量下降更加显著，比平时周末少了近1/4。外国用户量在周末呈现相反的趋势，万圣节周末比平时周末高了近16.2%。4月14-19日受米兰国际设计周影响，外国用户量又出现了一个峰值。

最后Manfredini认为虽然这些研究还是试验性的，但手机通信数据有助于监测多样的城市空间活动，有助于提供与人口密度密切相关的现象和解释。特别是异常现象能通过分析手机通信数据识别、挑选、深度调查得到解释。通过手机通信数据了解实时空间活动能有助于建立多样化的管理和移动服务，提高公共服务效率。

来源：MANFREDINI F, PUCCI P, TAGLIOLATO P. Toward a systemic use of manifold cell phone network data for urban analysis and planning[J]. Journal of Urban Technology, 2014, 21(2): 39-59.

（供稿：丁亮）

巴西的数字城市指数

巴西的数字城市指数是由巴西电信研究发展基金会和巴西电信部共同制定的评价数字城市的标准，用于评估巴西城市中信息和通信技术在各个方面的应用水平。在2011年提出了巴西数字城市指数的第一个版本，对巴西75个城市进行了评估。在2012年发布了该指数的第二个版本，同时对巴西的100多个城市进行了评估。

数字城市指数将数字城市划分为从低到高的六个等级。分别是“基础进入型”、“电信中心型”、“电子服务型”、“整合前期型”、“整合型”、“完全型”。第一级“基础进入型”是指城市具备了基本服务和电信设施，服务接入点和带宽均有限。第二级“电信中心型”是指城市能提供公共互联网接入服务，但互联网带宽和数量有限。第三级“电子服务型”指全城各处都能提供互联网接入服务，也提供了基于Web的公共服务和私营机构服务，但带宽仍有限。第四级“整合前期型”是指已经达到了互联网服务城市全覆盖、也能均提供基于Web的公共服务和私营机构服务，并且带宽不受限制。第五级“整合型”是指能提供服务高覆盖率和较高水平的互联网服务水平，并且已经采用数字技术手段整合城市政府的各种服务。第六级是完全型”指的是在社会、经济、政治、技术等领域提供了非常广泛的数字资源，数字技术已经渗透到城市各个方面。

数字城市指数具体由九个类别组成，按排列顺序，依次分别是基本设备；公共互联网接入服务；地理覆盖率；可达性和科理解性；带宽；公共和私营机构服务；公共服务整合；社区和新公共空间的整合；城市之间、城市和州之间的整合。每一项类别都有不同的权重，排在后面的类别权重越高。

巴西数字城市指数重点关注了连接度、可达性、沟通性三个关键概念，依此为核心构建了数字城市评估体系。其中，数字城市的连接度主要是考虑必须提供足够的电信设备和基础设施。电信基础设施是信息社会的基础，包括通信卫星、海底光缆、电信主机等。连接度中需要重点关注带宽。 在制定该指数时，尤其认识到带宽的重要性，将带宽作为影响经济增长的重要相关因素考虑。数字城市的可达性是指用户能够有效地使用信息和通信技术。衡量可达性时，如果仅是能够使用电信设施是不够的，还需要能提供廉价的个人设备，提供技术培训也很重要。在商务活动和日常生活中，笔记本电脑、平板电脑、移动设备广泛使用就是提高了数字城市可达性。在移动互联网中，可达性概念也包括了需要根据各地特点定制软件解决方案。数字城市的沟通度概念用于描述如何使用信息和通信技术，这是一个在可达性之上的一个概念。用政治领域的话表达，沟通度可以表述为一种由信息和通信技术支持下形成的一种交流氛围，政府主管机构在此变成参与交流的一方、公众成为参与交流的另一方，采用一种平等的渠道用于沟通和讨论。

数字城市评估采用调查的方式进行。问卷中主要包括了15类问题。涉及可达性的问题包括诸如公共管理部门是否配置了电脑；公众可以在哪些地方上网。涉及连接度的问题包括：公共管理部门是否已经接入了互联网；公共管理部门内是否有内联网连接；市政府是否签约了高速互联网接入；全市由电信服务商提供互联网个人接入覆盖程度如何。属于沟通性的问题包括公共管理部门是否采用计算机系统用于协助服务；市民是否能使用互联网上的政府服务；电子服务是否增加了政府管理的透明度；是否提供了针对市民的私人电子服务；电子服务是否有助于改进环境可持续发展；公共管理部门是否整合相互之间信息和服务；这些电子服务是否和州政府、中央政府的服务进行了整合；这些电子服务是否和私人服务、第三方的服务进行了整合；市政府是否依据相关法律在互联网上公开了收入和支出等等。

在2011年的评估中，75个巴西城市中有60个被评估达到了第二级“电信中心型”，只有得分最高的4个城市达到第三级“电子服务型”。在2012年的评估中，参与的100多个巴西城市评分都有了提高，评分最高的30个城市仍处于了第三级“电子服务型”。其中库里提巴（Curitiba）得分352分，是全巴西得分最高的城市。在库里提巴，59%的居民可以使用互联网。全市提供了508个在线公共服务，包含了26个类别，如教育、文化、培训、急救、颁发许可和执照、税收、交通运输。以上服务都能从市政府网站上进入。库里提巴在数字城市评估中得分最高，得益于在较好的长期信息技术发展规划指导下展开各类活动。制定城市规划的城市管理者与信息技术管理者之间紧密互动也是重要原因。

来源：DUARTE F D, CARVALHO F F, LEITE L, et al. A conceptual framework for assessing digital cities and the brazilian index of digital cities: analysis of curitiba, the first-ranked city[]]. Journal of Urban Technology，2014, 21(3):37-48.

一种定量评估城市全景式景观的指标

景观的可视性分析是规划设计中常用的技术。视域（Viewshed）是其中最常用指标，是从某一特定点出发计算出地表上的可视范围，用于定量评价景观质量。在很多情况下，全景式景观能反映出大范围的景观质量，例如特定的自然景观，如山谷、湖泊、海湾等，特定城市设施，如大型交通设施等。如果用于评估全景式景观，视域方法就有许多不足。西班牙马拉加大学的研究团队提出了一种用于评估城市全景式景观方法，称为VGP（View Generation Potential）指标。VGP指标的研究目的是获得一种简单快速的评估方法，能够计算在城市内部任一位置观察到周边全景定量指标。

在VGP指标中计算考虑了三个重要因素对全景景观的影响，分别是视觉暴露度，平均垂直角度和距离。其中，视觉暴露度是指在某一个位置上，观察者视野中可见的城市表面所占的比例。平均垂直角度是指观察者和观察对象之间的平均垂直角度。距离是指观察者和观察对象之间的距离。

VGP指标计算以数字表面模型为基础，将所要研究的城市地形、地表上建筑物一起建立起栅格地表模型。数字表面模型上还包含了植被、广告牌等地物。建立这种数字表面模型可以采用LiDar点云数据为基础构建，需要做到尽可能的精细。

在数字地面模型建立之后，需要定义城市边界。在数字地面模型的基础之上，绘制所要研究城市的边界，构建一个多边形。在此范围内在确定一个兴趣中心点。这个兴趣中心点可以是位于城市边界多边形的质心上，也可以移到其他位置上。在城市内部一般选取教堂、老城区中心作为兴趣中心点。完成数字地面模型建立之后，以此计算视觉暴露度，平均垂直角度、距离三个数值。

计算视觉曝光度时，将在城市内部逐点计算可视范围，计算可视区域面积与整个区域的面积值的比值。视觉曝光度的理论最佳值是100%，也就是从这一点上出发观察，周边所有区域都是可见的。

平均垂直角度（AVA），从观察者的观察点出发，将城市边界内多边形范围内每一个栅格均作为目标点，依次计算观察点与目标点之间的垂直视角，计算出平均值作为平均垂直角数值。平均垂直角度数值范围表达为0-1之间。最小值0表示无法看到任何城市景观，最大值1表示在180度俯视角度看到城市全景。实际情况下，平均垂直角数值1是不能达到的。这一参数实际上补充了视觉曝光度指标的不足。当两个观察点上具有相同的视觉曝光度指标时，视野中城市可视区域比例一致，但可以使用平均垂直角度推算两点的景观差异。在大多数情况下，平均垂直角数值越大，说明在视野中看到的景观中屋面会更多一些，建筑立面会更少一些。

距离值与视觉景观也有重要关系。总体上，观察者与观察对象之间的距离增加，观察的细节程度也会相应下降。尤其在表达全景式景观时，更需要考虑观察距离对全景的影响。虽然观察距离大会有更广阔的视野，但是如果观察距离过大，感知的景观细节过少，获取的全景也失去了意义。因此，距离是构建全景式景观评估指标关键因素，不可忽略。为此，在该研究中提出了一种相应的算法。这一算法是采用可一个连续的加权曲线表达。以观察距离为横坐标、以权重值为纵坐标。不同的观察距离值对应不同的权重值。总体上，随着观察距离增大，权重值下降。这一连续曲线由两段组成。当观察距离为0是，权重值取1.0-4000m观察距离的范围内采用抛物线形式。在0-4000m观察距离内，权重值下降较快。4000m以上采用双曲线形式。在4000m以上观察距离内，权重值下降较慢。3500m和6000m观察距离是重要的分界线。3500m距离时，观察者不能区分小的细节，如1米宽的窗；将观察距离6000m作为中景和远景的分界线。为此，当观察距离为3500m时，取权重值为0.5,；当观察距离为6000m值，取权重值为1/9。由此分别推导出了权重曲线的抛物线部分的函数公式、双曲线部分的函数公式。

最终的VGP指数是由两个部分计算得到。第一个部分是固定可视因子IVF，有平均垂直角度AVA和视觉曝光度VE计算得到。在单一观察点上，采用线性加权组合方法，将两者赋予相同的0.5权重，加权后累加得到固定可视因子IVF值。VGP指数的另一个部分WD是观察距离权重值，是在曲线上距离值所对应的权重值。IVF与WD相乘得出VGP指数值。由于理论上视觉曝光度VE最大值为1，平均垂直角度的最大值也为1；最小观察距离是0，对应WD值为1。相应得到VGP理论最佳值为1、最小值为0。

继续应用VGP指数对三个城镇案例进行了应用计算。依据实验结果，将VGP值划分出三个临界值，分别是0.1、0.2、0.3。VGP指数在0.3以上均可以视作全景式景观较好值。在实际案例中，极少出现大于0.4的VGP数值。

这个评估全景式景观的VGP指数以采用不复杂的栅格数据计算实现，能直接获取划定的城市边界内所有栅格单元上的VGP值。VGP值不仅能用于同一城镇内部不同位置的全景式景观定量比较，也能用于不同城镇之间全景式景观的总体比较。在获取了VGP值的基础上，对所有栅格单元的VGP值进行汇总统计，分析结果可以用于不同城市之间全景式景观的比较与评估。VGP也可以应用于土地适宜性分析中，将VGP值作为多准则评价中的准则之一。

在案例研究中，也发现VGP指数存在一些局限性。数字表面模型的栅格分辨率与VGP值存在一定相关性。在同一个案例中，如果栅格单元变大，计算得出的VGP高值就相应增加。为此，将10m为基本栅格分辨率的推荐值，如果技术允许的话，也可以将栅格分辨率值定为5m。此外，由于当城市与乡村的边界可以清晰界定，才能构建城市边界多边形，再进行VGP计算，所以VGP指数还只能用于较为紧凑城市。

来源：GARCÍA S P, RODRÍGUEZ M  M. Geospatial indicator for assessing urban panoramic views[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2015, 49(1): 42-53.