基于時空大數(shù)據(jù)的城市區(qū)域體檢評估研究

張春敏，張樓香，丁亞杰

(常州市測繪院，江蘇 常州 213003)

1 引 言

現(xiàn)階段我國城市病較為突出地表現(xiàn)在人口數(shù)量多、交通擁堵、環(huán)境污染、住房緊張、安全弱化等[1]。常州市由于其自身的自然條件和政府決策，城市病主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是住房空置率高，特別是在常州新城區(qū)更為明顯；二是教育、衛(wèi)生醫(yī)療等基礎(chǔ)設(shè)施分布不均衡，主要集中在主城區(qū)；三是上下班期間和節(jié)假日前后交通擁堵；四是生態(tài)環(huán)境狀況堪憂，2015年常州外國語學(xué)校周邊環(huán)境污染問題事件就引起了全國的高度關(guān)注。

基于政府關(guān)于城市工作的戰(zhàn)略部署，按照《常州市城市總體規(guī)劃(2011-2020年)》要求建設(shè)新常州，需要對城市矛盾較為突出的方面進行研究分析評估，這樣專家才能針對性地給出治理方案，城市規(guī)劃部門才能合理規(guī)劃。因此本項目選取常州市南大街街道作為試點，充分發(fā)揮城市測繪地理信息時空大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，對區(qū)域內(nèi)交通、公共設(shè)施和城市安全等方面進行分析評估，為政府決策管理提供數(shù)據(jù)支持。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)部分城市對“城市病”也展開了研究，北京市測繪設(shè)計研究院提出了“城市體檢”的概念，利用第一次全國地理國情普查數(shù)據(jù)成果，從城市區(qū)域評估的內(nèi)涵入手，設(shè)計了城市區(qū)域評估的總體流程，確定體檢指標(biāo)體系和相關(guān)的分析模型，建立了全面的評估體系，將“城市病”的病重程度得到客觀度量；武漢市測繪研究院充分利用全國第一次地理國情普查的契機，以問題為導(dǎo)向，以發(fā)展目標(biāo)為牽引，對武漢市進行了基于時空大數(shù)據(jù)的發(fā)展研究，重點開展武漢市主城區(qū)城市交通運行水平分析及各類停車設(shè)施分布的研究，采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法，在分析武漢市交通現(xiàn)狀、發(fā)展的基礎(chǔ)上，綜合考慮社會經(jīng)濟、土地利用、機動車增長等多因素影響，分析城市交通擁堵成因，提出靜態(tài)交通設(shè)施供應(yīng)、管理、保障等方面的政策建議[1，2]。

通過梳理已有的研究文獻可以發(fā)現(xiàn)，中國學(xué)界對城市病的研究多集中于特大城市，缺少對二線、三線城市區(qū)域性的評估和關(guān)注，因此本項目立足城市區(qū)域評估，為城市發(fā)展提出意見和建議，為專家治理專項提供基礎(chǔ)的評估資料。

3 研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

依托全面、客觀、準(zhǔn)確的時空大數(shù)據(jù)，選取若干的評估指標(biāo)和評價準(zhǔn)則，制定健康指數(shù)，建立科學(xué)、動態(tài)的評估指標(biāo)數(shù)學(xué)模型，將城市分析得到的數(shù)值與評估指標(biāo)參照的數(shù)值進行比對，找出差異，初步分析南大街街道發(fā)展的問題和弊端，為城市發(fā)展提供新的評價方式[3]。

3.1 城市時空大數(shù)據(jù)的收集、清洗與整合

通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星、手機、攝像頭等傳感器實時采集感知數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及融合不同城市管理部門日常管理產(chǎn)生的大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，地理國情普查數(shù)據(jù)和測繪地理信息行業(yè)的具有空間和屬性信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如地形圖數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)以及各專題數(shù)據(jù)，形成海量的城市時空大數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進行辨析、抽取、清洗等處理，對沒有價值和我們不關(guān)心的信息進行“去噪”處理，提取城市體檢需要的有效數(shù)據(jù)。

3.2 體檢指標(biāo)體系建立

以公共服務(wù)設(shè)施為例，根據(jù)《常州市總體規(guī)劃(2011-2020年)》、各類公共服務(wù)設(shè)施專項及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，參考其他城市的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，綜合得出評估指標(biāo)，包括教育設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施、社會福利與保障設(shè)施、商業(yè)設(shè)施、文化設(shè)施、體育設(shè)施以及加油站、加氣站設(shè)施的建筑面積、用地面積、服務(wù)半徑、班級數(shù)(床位數(shù)/座位數(shù))指數(shù)。

3.3 分析方法體系確定

綜合利用各種統(tǒng)計和分析方法進行城市分析評估，通過泰森多邊形分析法、GIS空間分析、網(wǎng)絡(luò)分析、兩步移動搜尋法、情景規(guī)劃、GIS位置分配分析法等地理空間建模技術(shù)，基于現(xiàn)狀路網(wǎng)對各類公共設(shè)施、交通道路、資源進行空間可達性分析，評價其服務(wù)水平[4]；運用層次分析法、相關(guān)系數(shù)法、主成分分析和因子分析法等設(shè)置指標(biāo)的權(quán)重，對每一個指標(biāo)進行文本分析，計算主成分貢獻率及累計貢獻率，確定各指標(biāo)的客觀權(quán)重和主觀權(quán)重，可得到各小區(qū)以及整個街道的宜居性程度[5]。

3.4 評估分析結(jié)論

根據(jù)上述的診斷，運用數(shù)據(jù)可視化表達技術(shù)，將抽象的數(shù)據(jù)表現(xiàn)成圖形或圖像，“以圖代數(shù)”將評估結(jié)果更加直觀地展示出來，同時通過診斷評估指數(shù)并預(yù)測未來發(fā)展趨勢和走向，隨即提出相應(yīng)的宏觀發(fā)展建議和調(diào)控措施，為城市建設(shè)和發(fā)展的系統(tǒng)性、整體性推進提供一些參考，增強決策的科學(xué)性和協(xié)調(diào)的自覺性[6]。

4 初步研究成果

常州市南大街街道地處常州市商業(yè)最繁華地段，總面積 3.7 km2、下設(shè)10個社區(qū)，轄區(qū)內(nèi)明城墻、毗陵驛等歷史文化古跡星羅棋布，南大街商業(yè)步行街、萊蒙都會、吾悅國際廣場等現(xiàn)代化商業(yè)街區(qū)聯(lián)袂成片，街道內(nèi)交通發(fā)達，教育、醫(yī)療和體育設(shè)施齊全，新老小區(qū)遍布其中，是常州市較具代表性的街道。

4.1 建筑密度

建筑密度=建筑物基底面積總和/總占地面積，通過計算得到所示的建筑密度圖(如圖1所示)，圖中顏色越深代表建筑密度越大，從圖1中可以看出，金色新城社區(qū)的建筑密度最小，安陽花苑社區(qū)的建筑密度最大，然后將建筑密度和人口疊加分析得到南大街人均住宅面積高于全國平均水平。

4.2 體育設(shè)施

公共服務(wù)設(shè)施包括體育設(shè)施、教育科研設(shè)施、文化娛樂設(shè)施等。體育設(shè)施的服務(wù)半徑為 300 m，因此基于路網(wǎng)進行 300 m的服務(wù)面分析，得到體育設(shè)施服務(wù)范圍圖(如圖2所示)，圖中藍色區(qū)域就是體育設(shè)施的服務(wù)范圍，可以看出健身設(shè)施分布不合理，部分設(shè)施分布緊湊，如郵電公寓健身點和德馨花園健身點，藍色區(qū)域交叉重疊，而部分設(shè)施建設(shè)后未充分發(fā)揮服務(wù)作用，如普濟小區(qū)健身廣場，圖2中還有白色部分沒被服務(wù)到。通過計算可得南大街所有健身設(shè)施服務(wù)人口為 46 374人，仍有未服務(wù)人口24.6%。

圖1 南大街房屋建筑密度圖

圖2 體育設(shè)施服務(wù)范圍圖

4.3 教育設(shè)施

在教育設(shè)施方面，采用兩種不同的方法進行分析?；诼肪W(wǎng)和基于泰森多邊形的分析得到各學(xué)校的服務(wù)半徑和服務(wù)人口(如圖3所示)，圖3中看出7所幼兒園中只有世紀明珠園的大地幼稚園分園的實際服務(wù)半徑小于300，其他均大于300，表明南大街街道的幼兒園分布合理，基本能服務(wù)本區(qū)域人口，其中鐘樓區(qū)翰林河景幼兒園的服務(wù)半徑最大，為 451 m，占了總服務(wù)面積的46.83%，懷德苑幼兒園的服務(wù)人口數(shù)最多，共服務(wù) 12 477人。4所小學(xué)中，實驗小學(xué)和廣化小學(xué)的實際服務(wù)能力弱于懷德苑小學(xué)。研究區(qū)內(nèi)的中學(xué)較少，只有田家炳初級中學(xué)和第五中學(xué)，而五中的服務(wù)半徑遠遠大于田家炳中學(xué)。

圖3 教育設(shè)施服務(wù)分布圖

4.4 交通設(shè)施

以道路可達性評分高低來衡量地塊通達性，分別將主干、次干、支路等道路的影響度疊加得出分值，分值越高，通達性越好，大于100分為通達性好，小于80分為通達性差。將常州市等級道路進行通達性分析(如圖4所示)，圖4中黃色代表通達性最差，藍色代表通達性最好，圖4為南大街地區(qū)交通通達性影響分析圖，從圖中可知西瀛里、雙桂芳和吊橋路社區(qū)的道路通達性差。

圖4 道路通達性影響分析圖

根據(jù)南大街向周邊輻射的出行時長數(shù)據(jù)，得到交通出行時空圈地圖(如圖5所示)，其中等級一到三為出行時長1小時內(nèi)，顏色較深，通過計算分析得到常州一小時交通圈面積為 2 732 km2，大于北上廣地區(qū)，說明總體路況優(yōu)于這些城市。

圖5 交通出行時長圖

4.5 城市安全

地震應(yīng)急避難場所(場所型、場地型)為應(yīng)對地震等突發(fā)事件，經(jīng)規(guī)劃、建設(shè)，具有應(yīng)急避難生活服務(wù)設(shè)施，可供居民緊急疏散、臨時生活的安全場所?？蛇x作地震應(yīng)急避難場所的場址包括公園、綠地、廣場、體育場、室內(nèi)公共場/館/所。根據(jù)《GB21734-2008地震應(yīng)急避難場所場址及配套設(shè)計》，每人最小需求避難面積為 4 m2，據(jù)此統(tǒng)計可容納人數(shù)共計 41 000人，而需求人口為 61 491人。

地震應(yīng)急避難場所是否合理，根據(jù)規(guī)定每人最小需求避難面積為 4 m2，我們匯集地震應(yīng)急避難場所包括公園、綠地、廣場、體育場、室內(nèi)公共場所的等級和面積(如圖6所示)，統(tǒng)計計算得到可容納人數(shù)為 41 000人，而需求人口6萬多人，因此南大街街道的地震應(yīng)急避難場所不足。

圖6 應(yīng)急避難場所等級劃分圖

5 結(jié) 論

縱觀已有的研究文獻，鮮有文獻針對二三線城市進行城市病的分析，這是首次對常州市城市病進行綜合分析，研究方法和思路是對已有城市病研究領(lǐng)域的一個拓展。

從實際應(yīng)用來看，結(jié)合評估內(nèi)容，開展規(guī)劃動態(tài)維護，確保城市總體規(guī)劃確定的各項內(nèi)容得到落實，并對規(guī)劃實施工作進行反饋和修正，可以促進常州各方面的穩(wěn)定與健康發(fā)展，更好地為城市管理、建設(shè)規(guī)劃、應(yīng)急指揮和公眾服務(wù)提供支撐，建設(shè)強富美高新常州。