基于時空數(shù)據(jù)的平南城市體檢及規(guī)劃策略研究

張 渝 萬艷華

1 研究背景

當(dāng)前，我國的城鎮(zhèn)化已進(jìn)入快速發(fā)展階段，城市發(fā)展的內(nèi)涵逐步由量的擴(kuò)張向質(zhì)的提升轉(zhuǎn)變。我國的城鎮(zhèn)化取得了舉世矚目的成就，但各城市普遍存在不同程度的“城市病”[1]，交通擁堵、人居環(huán)境品質(zhì)不高、公共服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施供給不足、安全韌性不足等城市問題突出；如何解決“城市病”成為城市治理的核心命題。2015年，習(xí)近平總書記在中央城市工作會議上強(qiáng)調(diào)，要健全社會公眾滿意度評價和第三方考評機(jī)制，著力解決“城市病”等突出問題[2]；2017年，習(xí)近平總書記視察北京城市規(guī)劃建設(shè)管理工作時要求建立城市體檢機(jī)制[3]；2021年11月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在全國開展第一批21個城市更新試點(diǎn)工作，其中就要求城市體檢先行，要求開展系統(tǒng)性體檢[4]。

作為一種技術(shù)方法，城市體檢的目的是檢測城市現(xiàn)狀體征和存在的“城市病”，為城市更新和高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)，不斷提升城市環(huán)境質(zhì)量、人民生活質(zhì)量和城市競爭力，不斷滿足人民群眾對城市宜居生活的新期待[5]。經(jīng)探索和積累，城市體檢工作已形成初步體系，通常由城市自體檢和社會滿意度調(diào)查組成；而城市自體檢由人民政府組織開展，以官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)為主要依據(jù)，測算分析城市體檢各項指標(biāo)[6]。

近年來，眾多學(xué)者在城市體檢的時空數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，對體檢體系構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘和融合、政策支撐等方向進(jìn)行了討論：何炬等（2022）結(jié)合了近幾年全國城市體檢和北京城市體檢實(shí)踐工作，探討了多源數(shù)據(jù)在城市體檢不同空間尺度、不同時間尺度和不同體檢維度的應(yīng)用，辨析了不同數(shù)據(jù)間的優(yōu)劣勢，提出了多源數(shù)據(jù)有機(jī)融合的方式，并以“城市停車問題”進(jìn)行案例分析[7]；趙靖等（2022）運(yùn)用政府公開數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)、社會調(diào)查數(shù)據(jù)等多元性數(shù)據(jù)校核的分析技術(shù)，運(yùn)用信息化平臺和智能決策分析方法，建立城市、城區(qū)、街道和社區(qū)分層次多維度層級的體檢模式[8]；向雨等（2021）融合遙感影像、社會開放大數(shù)據(jù)、統(tǒng)計資料等多源數(shù)據(jù)，圍繞生態(tài)宜居、健康舒適等八個方面構(gòu)建城市體檢指標(biāo)體系，運(yùn)用歸一法和層次分析法對城市自然本底和運(yùn)行體征展開指標(biāo)測度[9]。

本文基于城市自體檢的指標(biāo)體系，從生態(tài)宜居、健康舒適和安全韌性三個維度，針對性地挖掘人口活力[10]、POI(興趣點(diǎn)）[11]和土地利用現(xiàn)狀[12]等時空數(shù)據(jù)，通過時空數(shù)據(jù)分析方法識別平南城市問題，并根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的問題提出相應(yīng)的規(guī)劃策略（圖1）。

圖1 研究框架圖

2 分析方法與體檢維度

2.1 時空數(shù)據(jù)分析方法

本文主要采用緩沖區(qū)和核密度分析平南城市人口、設(shè)施的服務(wù)范圍和聚集模式。

（1）緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)[13]是一種廣泛用于城市規(guī)劃、交通等領(lǐng)域的空間分析方法。其工作方法為：圍繞地物形成面狀多邊形，賦予多邊形范圍內(nèi)的區(qū)域與多邊形范圍外的區(qū)域不同的含義。

緩沖區(qū)可圍繞點(diǎn)、線或面要素建立，根據(jù)指定的長度距離，按照指定的方向延伸，形成多邊形面狀數(shù)據(jù)。一個點(diǎn)要素的緩沖區(qū)為以該點(diǎn)要素為圓心、指定距離為半徑的圓；一個線要素的緩沖區(qū)是以線為中心軸線，距中心軸線的指定距離的平行條帶多邊形；一個面要素的緩沖區(qū)為向外或向內(nèi)擴(kuò)展指定距離而生成的新多邊形。如：針對河流建立一定范圍的緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)內(nèi)定義為河流保護(hù)區(qū)，并與緩沖區(qū)外的非河流保護(hù)區(qū)區(qū)分開。

（2）核密度分析

核密度分析[14]即核密度估計（Kernel Density Estimation），是估計未知的密度函數(shù)的方法，屬于非參數(shù)檢驗(yàn)方法之一，由Rosenblatt（1955）和Emanuel Parzen（1962）提出，又名“Parzen窗”（Parzen window）。核密度分析廣泛用于城市規(guī)劃、資源管理等領(lǐng)域，可模擬某個點(diǎn)狀或線狀地物在指定搜索范圍內(nèi)影響力衰減的過程以及區(qū)域內(nèi)多地物的集聚和分散特征。

對點(diǎn)要素進(jìn)行核密度分析，需要輸入搜索范圍，此范圍默認(rèn)為該點(diǎn)要素的影響范圍；同時，在點(diǎn)要素上方構(gòu)建平滑曲面。點(diǎn)要素正上方的曲面高度最高，值也最大；隨著與點(diǎn)要素的距離越來越遠(yuǎn)，曲面的高度越低，值逐漸減??；當(dāng)與點(diǎn)要素的距離達(dá)到搜索范圍時，值減小為0。對線要素進(jìn)行核密度分析，則在線要素的上方構(gòu)建平滑曲面；值和曲面的變化與點(diǎn)要素核密度分析的變化類似。當(dāng)區(qū)域內(nèi)存在多個地物時，會構(gòu)建多個平滑曲面；各柵格像元會被多個要素所影響，它的值為像元上方的各平滑曲面的值之和。像元值越大，影響該像元的各要素之間的距離越近，即要素之間的集聚趨勢越明顯；因此，核密度可用于表征地物的集聚和分散特征。核密度分析式如（1）所示：

式中，x1，x2，…xn，為獨(dú)立同分布F的n個樣本點(diǎn)；K（x）為核函數(shù)（非負(fù)、積分為1，符合概率密度性質(zhì)，并且均值為0）；h>0，為一個平滑參數(shù)，稱作“帶寬”（bandwidth）[15]。

2.2 體檢維度

本文從城市體檢基本指標(biāo)體系中的生態(tài)宜居、健康舒適和安全韌性三個維度，選取其中與空間布局、設(shè)施服務(wù)范圍相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行時空數(shù)據(jù)挖掘與空間分析。

（1）生態(tài)宜居

包括基于人口熱力數(shù)據(jù)的活力空間與基于緩沖區(qū)的公園綠地和廣場服務(wù)范圍分析，需從人口活力空間與公園綠地和廣場的服務(wù)范圍兩項指標(biāo)進(jìn)行時空數(shù)據(jù)挖掘與分析。

通過人口熱力圖識別平南縣城市建成區(qū)的人口活力空間和就業(yè)空間，通過緩沖區(qū)分析識別其公園綠地和廣場的5分鐘步行服務(wù)范圍，對比人口活力空間與公園綠地和廣場服務(wù)范圍，總結(jié)平南縣城市建成區(qū)在公園綠地與開敞空間方面存在的問題。

（2）健康舒適

包括基于POI、土地利用現(xiàn)狀等時空數(shù)據(jù)和緩沖區(qū)、核密度等方法的公共服務(wù)設(shè)施空間布局與服務(wù)范圍分析，需選取重點(diǎn)公共服務(wù)設(shè)施和POI進(jìn)行時空數(shù)據(jù)挖掘與分析；其中，重點(diǎn)公共服務(wù)設(shè)施包括文化設(shè)施、體育設(shè)施和社區(qū)老年服務(wù)站，POI數(shù)據(jù)包括餐飲、購物、生活等六類與居民生活、工作相關(guān)的數(shù)據(jù)。

對三類公共服務(wù)設(shè)施進(jìn)行緩沖區(qū)分析，重點(diǎn)識別三類公共服務(wù)設(shè)施存在短板的區(qū)域；并根據(jù)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分別計算文化用地、體育用地在平南城市建設(shè)用地中的比重，對比國家標(biāo)準(zhǔn)，分析相關(guān)設(shè)施用地的達(dá)標(biāo)情況。

對POI數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度分析，形成POI數(shù)據(jù)熱力圖，分析平南縣城市建成區(qū)POI的聚集模式，識別需要加強(qiáng)或補(bǔ)齊相關(guān)設(shè)施的POI區(qū)域。

（3）安全韌性

包括基于土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和緩沖區(qū)方法的公共設(shè)施服務(wù)范圍分析，需選取平南城市可滲透地面和應(yīng)急避難場所兩類相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行空間分析。

通過土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)識別平南縣城市可滲透地面，計算可滲透地面面積占平南城市建成區(qū)面積的比例，與45%的推薦占比進(jìn)行對比；并通過可滲透地面的分布狀況，分析平南縣城市建成區(qū)海綿建設(shè)情況。通過計算人均應(yīng)急避難場所面積和分析其空間布局，多角度評價平南城市應(yīng)急避難場所的服務(wù)能力。

3 體檢對象與數(shù)據(jù)來源

3.1 體檢對象概況

平南縣位于廣西壯族自治區(qū)貴港市，是廣西壯族自治區(qū)的人口大縣和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)縣。2020年縣域常住人口110萬人，位列全區(qū)第5；2020年GDP總量289.45億元，位列全區(qū)第7[16]。作為廣西較為發(fā)達(dá)的縣份，平南縣“城市病”的識別和應(yīng)對策略研究對其他市縣具有一定的借鑒作用。

本文的研究范圍為平南縣城市建成區(qū)（圖2），面積為34.49km2。更有針對性地識別和分析平南城市發(fā)展存在的問題，根據(jù)平南城市組團(tuán)功能，將其建成區(qū)劃分為老城區(qū)、城東、城西、城南和臨江產(chǎn)業(yè)園五個片區(qū)，并針對五個片區(qū)開展城市體檢和規(guī)劃應(yīng)對策略研究。

圖2 平南縣城市建成區(qū)范圍及單元分區(qū)

3.2 數(shù)據(jù)來源與處理

（1）人口熱力數(shù)據(jù)

人口熱力數(shù)據(jù)來源于高德地圖，統(tǒng)計工作日8：00—16：00（圖3a）、晚間16：00—24：00（圖3b）兩個時間段平南縣城市建成區(qū)的人口熱力數(shù)據(jù)，反映不同時間段平南城市人口的聚集情況和城市的活力空間。

圖3 平南縣城市工作日人口熱力圖

（2）POI數(shù)據(jù)

POI數(shù)據(jù)來源于高德地圖，經(jīng)過爬取數(shù)據(jù)、清洗無效數(shù)據(jù)、去除重復(fù)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)糾偏和重分類后，形成餐飲、購物、生活共六類POI，反映平南城市公共服務(wù)設(shè)施和商業(yè)服務(wù)設(shè)施等興趣點(diǎn)的空間分布。

（3）地理信息數(shù)據(jù)

地理信息數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星影像圖、道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、行政區(qū)范圍矢量數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等，來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺、高德地圖數(shù)據(jù)爬取等，主要用于糾偏和校核所爬取的時空數(shù)據(jù)。

（4）規(guī)劃成果數(shù)據(jù)

規(guī)劃成果數(shù)據(jù)主要為平南縣城市建成區(qū)范圍劃定數(shù)據(jù)、國土空間規(guī)劃成果，用于確定論文研究范圍。

4 體檢過程與指標(biāo)測度

4.1 生態(tài)宜居指標(biāo)測度

（1）人口活力空間分布

人口熱力數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，人群活動集中于平南縣城老城區(qū)，城市日?；顒又饕性诶铣菂^(qū)的朝陽大道、環(huán)城路和迎賓大道兩側(cè)，以老城區(qū)通泰中央商務(wù)區(qū)、中心購物廣場的人口活力度最高。老城區(qū)是平南城市功能及人群活動的主要承載地，城西、城東、城南等新區(qū)建設(shè)還難以吸引人群集聚。平南城市產(chǎn)業(yè)空間與城市空間逐漸互動融合，在就業(yè)分布上已經(jīng)形成老城區(qū)和臨江產(chǎn)業(yè)園兩個就業(yè)人群集聚核心。

（2）公園綠地和廣場5分鐘服務(wù)范圍分析

結(jié)果顯示（圖4），現(xiàn)狀公園綠地和廣場對居住用地5分鐘覆蓋率為28.92%，不能有效覆蓋人口集中區(qū)。

圖4 平南縣城市公園綠地和廣場5分鐘服務(wù)范圍

現(xiàn)狀公園綠地主要為城隍嶺公園和雄森動物園，分別位于老城區(qū)人口活力聚集區(qū)以北和臨江產(chǎn)業(yè)園人口活力集聚區(qū)以東，不能有效覆蓋平南城市人口集中區(qū)。平南城市綜合性公園、中小型公園、游園和街頭綠地建設(shè)均不足，未形成合理、有序的綠地系統(tǒng)，且城市公園利用率較低。

（3）分析結(jié)論

平南城市公園綠地系統(tǒng)不完善，廣場等開敞空間極為缺乏，不能有效覆蓋其城市人口集聚區(qū)域。

4.2 健康舒適指標(biāo)測度

（1）三類重點(diǎn)公共服務(wù)設(shè)施分析

從其布局和服務(wù)覆蓋范圍來看，文化設(shè)施15分鐘服務(wù)覆蓋范圍主要集中在老城區(qū)和城東，城西、城南和臨江產(chǎn)業(yè)園相對缺乏（圖5）；文化設(shè)施用地占平南城市建設(shè)用地比例為0.56%，距離國家標(biāo)準(zhǔn)（0.8%～1.0%）仍有差距（表1）。體育設(shè)施的布局較均衡，除了城南，其15分鐘服務(wù)范圍基本覆蓋平南城市建成區(qū)其他各片區(qū)（圖6）；但從現(xiàn)狀面積來看，體育用地占平南城市建設(shè)用地的比例為0.27%，低于國家標(biāo)準(zhǔn)（0.6%～0.7%）。社區(qū)老年服務(wù)站15分鐘服務(wù)范圍主要集中在老城區(qū)（圖7），部分覆蓋城西和臨江產(chǎn)業(yè)園，而城東和城南較缺乏。

圖5 平南縣城市文化設(shè)施15分鐘服務(wù)范圍

圖6 平南縣城市體育設(shè)施15分鐘服務(wù)范圍

表1 平南城市文體設(shè)施用地現(xiàn)狀一覽表

結(jié)果顯示，文化設(shè)施、體育設(shè)施和社區(qū)老年服務(wù)站三類重點(diǎn)公共服務(wù)設(shè)施的分布不均衡，主要集中在老城區(qū)；此外，文化、體育設(shè)施的用地均未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）POI數(shù)據(jù)分析

對餐飲、購物、生活服務(wù)、醫(yī)療保健等POI進(jìn)行核密度分析，結(jié)果顯示：餐飲POI形成兩個顯著的聚集點(diǎn)，主要是在老城區(qū)的通泰中央商務(wù)區(qū)、中心購物廣場形成聚集，與平南城市人口活力空間重疊度較高；而在城東、城南和臨江產(chǎn)業(yè)園的服務(wù)不足（圖8a）。購物和生活服務(wù)POI的服務(wù)范圍較廣，已在老城區(qū)形成連片聚集的趨勢；且兩類POI聚集的區(qū)域重疊程度較高，均在潯江以南，主要沿迎賓大道形成線狀集聚的模式，但未在城東形成聚集（圖8b、圖8c）。醫(yī)療保健POI的聚集范圍較小，主要集中于老城區(qū)江邊，在城東、城南和臨江產(chǎn)業(yè)園的聚集模式不明顯（圖8d）。體育休閑POI形成三個相對分散的聚集點(diǎn)，未形成連片的模式；三個聚集點(diǎn)主要分布在潯江以北，相關(guān)設(shè)施以服務(wù)老城區(qū)為主（圖8e）。公司企業(yè)POI主要集中分布在老城區(qū)和臨江產(chǎn)業(yè)園（圖8f）。

圖8 平南縣城市POI核密度

（3）分析結(jié)論

日常生活服務(wù)功能集中在老城區(qū)，醫(yī)療保健設(shè)施較少，體育休閑設(shè)施聚集范圍較??；公司企業(yè)主要集中于老城區(qū)，但聚集程度不高。

4.3 安全韌性指標(biāo)測度

（1）可滲透地面分析

土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析顯示，平南城市可滲透地面面積比例為20.99%，與45%的目標(biāo)值差距較大；且在空間分布上主要集中于臨江產(chǎn)業(yè)園、城南和老城區(qū)北部，而老城區(qū)內(nèi)部、城西和城南較為缺乏（圖9）。

圖9 平南縣城市可滲透地面分布

（2）應(yīng)急避難場所分析

根據(jù)部門統(tǒng)計資料，平南城市人均應(yīng)急避難場所面積達(dá)到2m2/人，指標(biāo)完成度評價為“很好”，基本滿足居民需求。但根據(jù)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，僅有城隍嶺公園一處應(yīng)急避難場所，位于平南城市北部建成區(qū)；而其他片區(qū)的應(yīng)急避難場所均較缺乏（圖10）。

圖10 平南縣城市應(yīng)急避難場所分布

（3）分析結(jié)論

平南的海綿城市建設(shè)需進(jìn)一步加強(qiáng)；其應(yīng)急避難場所集中于老城區(qū)北部，雖然基本滿足居民需求，但在空間布局上仍需優(yōu)化提升。

5 規(guī)劃應(yīng)對策略

5.1 補(bǔ)充開敞空間，優(yōu)化空間品質(zhì)

優(yōu)化平南城市建城區(qū)水系、綠地空間，以“300米見綠、500米見園”為原則，構(gòu)建平南城市綠化空間體系。利用建城區(qū)現(xiàn)有低效存量用地，增設(shè)街頭綠地、口袋公園、市民廣場，開展坑塘海綿化改造，打造社區(qū)公園，完善居民戶外健身和休閑空間。依托潯江和寺背河水系，打造“兩江四岸”健康休閑綠道系統(tǒng)，結(jié)合綠道串聯(lián)各片區(qū)內(nèi)的景觀節(jié)點(diǎn)和公共活動中心，全面提升平南城市生活空間品質(zhì)。

5.2 完善公服配套，構(gòu)建便捷體系

以構(gòu)建“15分鐘生活圈”為目標(biāo)，完善教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、體育等公共服務(wù)設(shè)施配套，構(gòu)建社區(qū)生活圈公共服務(wù)體系。平南城市存量低效用地優(yōu)先用于公共服務(wù)設(shè)施配套建設(shè)，加強(qiáng)教育、醫(yī)療和養(yǎng)老等服務(wù)設(shè)施建設(shè)，合理優(yōu)化設(shè)施的數(shù)量、類型、空間布局與管理維護(hù)，打造活力宜居的城市居住環(huán)境。在臨江產(chǎn)業(yè)園區(qū)，優(yōu)化生活、生產(chǎn)用地配置，加強(qiáng)生活配套設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)產(chǎn)城融合發(fā)展。

5.3 推進(jìn)韌性建設(shè)，提升抗災(zāi)能力

適時開展平南城市綜合防災(zāi)專項規(guī)劃工作，按照韌性城市建設(shè)要求，系統(tǒng)分析重大危險源、災(zāi)害風(fēng)險、用地安全性和應(yīng)急能力，找準(zhǔn)短板和弱項，結(jié)合平南城市綜合整治、生態(tài)修復(fù)、道路提升、海綿建設(shè)等規(guī)劃，明確各類重大防災(zāi)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、布局要求與防災(zāi)減災(zāi)對策和措施，完善平南城市各類應(yīng)急基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升城市綜合抗災(zāi)能力，建設(shè)韌性城市。

結(jié)語

本文在城市體檢的技術(shù)框架下，選取生態(tài)宜居、健康舒適和安全韌性三個維度中與空間分布、設(shè)施服務(wù)范圍等問題密切相關(guān)的指標(biāo)，挖掘人口熱力數(shù)據(jù)、POI和土地利用現(xiàn)狀等時空數(shù)據(jù)，采用緩沖區(qū)、核密度等空間分析方法，多角度識別平南城市發(fā)展中存在的問題。

在生態(tài)宜居方面，對比人口活力空間與公園綠地和廣場的服務(wù)區(qū)域，識別平南城市公園綠地和廣場建設(shè)中需重點(diǎn)提升的區(qū)域；在健康舒適方面，分析平南城市重點(diǎn)公共服務(wù)設(shè)施的覆蓋度和用地占比達(dá)標(biāo)情況，識別POI數(shù)據(jù)的空間聚集特征，總結(jié)各類設(shè)施存在的短板；在安全韌性方面，針對可滲透地面與應(yīng)急避難場所的分布、人均用地面積、服務(wù)覆蓋范圍等方面展開分析，從空間布局的角度提出平南城市安全韌性方面存在的問題。

基于以上時空數(shù)據(jù)的挖掘和分析，本文有針對性地提出了平南城市規(guī)劃的應(yīng)對策略，為下一步深入解決“城市病”提供基礎(chǔ)，并為其他市縣的城市體檢工作提供參考。

資料來源：

文中所有圖表均為作者自繪或自攝。