創建健康城市：規劃空間技術在公共健康研究中的應用

張 昊 [美] 尹 力[美]

創建健康城市：規劃空間技術在公共健康研究中的應用

張 昊 [美] 尹 力[美]

建成環境對公共健康的影響愈發成為全球健康和城市規劃研究的關注重點。規劃學科和技術為公共健康的研究引入了一系列創新方法，比如通過規劃空間技術（地理信息系統、全球定位系統、遙感）研究自然和建成環境對運動量的影響。回顧文獻中應用規劃空間技術研究建成環境、身體鍛煉、公共健康之間的聯系，指出過去16年的研究領域和重點，同時指明當前研究的局限和挑戰，并提出相關建議。綜合PubMed，Google Scholar，Web of Science中城市規劃設計、地理科學和公共健康領域的文獻，研究結果表明，當前的研究整合了建成環境D variable方面的一些要素，然而對于研究對象的年齡、族裔、社會經濟狀況、食物環境，以及街道尺度上的城市設計仍有欠缺。

公共健康 | 城市規劃 | 規劃空間技術

張 昊 [美]

SUNY布法羅大學建筑與城市規劃學院博士研究生

尹 力 [美]

SUNY布法羅大學建筑與城市規劃學院副教授，博士生導師

1 研究背景

當前，許多國家投入巨額資金，應對以慢性疾病為主的公共健康危機。盡管人們尚未完全掌握公共健康危機的因果機理，但眾多研究表明，除了先天基因外，慢性疾病與缺乏足夠運動和不健康的飲食行為密切相關。現有文獻指出，社會、自然和建成環境對人們的活動和飲食有一定程度的影響。學者據此提出，通過改善建成環境，如提供運動場所和獲取健康的食物渠道，來應對公共健康危機[1-5]。研究者將可通過后天調節的因素稱為“環境影響因子”[6]，并越來越重視環境影響因子和公共健康在空間維度上的重要性。由此，開辟出一門跨學科的研究領域——健康地理，關注空間技術在傳統非臨床醫學研究中的應用，包括以慢性疾病為代表的環境影響研究[7-8]。當前研究為公共健康和城市規劃學者和從業人員提供了控制慢性疾病蔓延、打造健康城市的理論和實證基礎。同時，最新的技術進步改變了人們的生活方式，在一定程度上影響了人們的活動量和高熱食物的攝入，助長了肥胖癥蔓延的風險。這些技術進步提供了更經濟的方式來收集人們生活方式、行為和健康相關的數據，從而幫助規劃和公共健康領域研究者開展更有效的研究。

規劃空間技術主要包括地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感（RS）。規劃空間技術幫助量化了一些傳統相對主觀的度量和決策過程。近十幾年來，由于GIS可以處理和分析空間信息，幾乎在所有健康研究中都得到廣泛應用。GPS也被越來越廣泛地應用在健康研究中，如實時追蹤個體的空間位置和行為[11-12]。遙感和圖像處理技術也在健康研究領域起著越來越重要的作用。

本文建立在審閱2001—2017年研究的基礎上，旨在（1）回顧最近文獻中有關規劃空間技術在研究建成環境、運動量、公共健康之間聯系的應用；（2）指出過去16年的研究重點，指明當前研究的局限和挑戰，并提出未來研究中需要更多關注地社會和建成環境因素。該研究將致力于促進規劃空間技術在健康研究領域的進一步應用。

2 研究方法

規劃空間技術在公共健康中的應用始于21世紀初，該研究通過檢索PubMed，Google Scholar，Web of Science的數據庫，涵蓋了發表于最近16年來的文獻（2001—2017）。標題和摘要中的關鍵詞包括公共健康、城市規劃、地理信息系統，或全球定位系統，或遙感，或圖像處理。文獻遴選要素包括：（1）應著眼于公共健康及其環境影響因子，如食物環境、建成環境等；或是與后天慢性疾病相關的行為，如飲食行為、體育活動等；（2）應包含一個或多個空間技術，比如空間數據或方法。此外，還參考了10篇引用頻率較高的綜述文章[9,14-22]。綜述文章的優勢在于，便于了解研究現狀，確定需要進一步研究的主要問題，了解類似研究中使用的方法。綜述文章為全面理解該領域的前沿和挑戰提供了依據，同時節省了時間。

3 規劃空間技術在公共健康研究中的應用

3.1 過去16年的研究領域和重點

本文綜述成果歸納了現有研究，重點關注了一系列影響公共健康的社會和建成環境要素（圖1）。大多數文獻綜述涵蓋了建成環境的D要素。D要素指規劃學者提出的3D、5D和7D指標，包括密度（Density）、多樣性（Diversity）、設計（Design）、公交可達性（Distance to transit）和目標訪問路徑（Destination access）[23-26]等。舉例來說，土地利用混合度、住宅密度、街道連通性等都屬于D要素。其他研究涵蓋的要素包括居民年齡和種族[18,27-29]，就業狀況和社會經濟地位[22,30-31]，社區安全程度[19,32-33]，食品環境[34-37]，街道尺度的城市設計元素等[4,38-39]。大量研究側重于城市形態，特別是D要素，對健康的影響，尤其是以Ewing，Cervero，Yin等為代表的學者，對D要素做了廣泛而深入的研究。D要素中一些指標如交通運動量被用于衡量運動型交通（步行、騎行）對公共健康的影響[40-41]，并因此促進了TOD設計的倡議。公交系統、公園、步道等被認為是影響運動量的相關決定因素[42-44]。此外，一些文獻提出未來的研究方向，例如檢驗快餐店的分布是否受到不同社會經濟、種族和年齡的影響[45]。

圖1 與公共健康相關的環境要素

如圖1所示，年齡相關的研究強調了社會和建成環境對兒童、青年和老年人健康的影響[18,27-28]。種族研究關注非裔美國人和拉丁裔等少數族群[29,31]。社會經濟狀況研究關注低收入居民[30]。需要指出的是，社會經濟狀況指標SES出現在大量文獻中，似乎已被廣泛研究。然而大多數研究只是將社會經濟狀況視作控制變量，而非研究重點。作為需要更多關注的因素之一，我們所指的社會經濟狀況是，分析社會和建成環境對社會經濟地位較低人群的健康影響。食物環境研究關注超市、雜貨店、餐館的分布和可達性，以及對健康的影響[34-37]。建成環境D要素的研究強調城市形態特征對健康的影響，城市形態特征包括土地利用結構、街道連通性和住宅密度等[2,20]。街道尺度上的城市設計元素著眼于街道環境特點[38-39]，從5個方面影響著運動量和公共健康，包括圖像性、圍合性、人居尺度、通透性和復雜性。由于學者已對公交導向的設計（TOD）進行了大量理論和實證研究，本文將街道尺度上的城市設計與D要素中的TOD區分開來。一言以蔽之，以公交為導向的設計著眼于改善建成環境的總體質量。例如通過合理設計大型工作場所和停車場，改善街道連通性，來影響人們的通勤方式。與之相對應，街道尺度的城市設計強調，通過整合影響行人體驗的街道環境的微觀特征，來增進人們的身體鍛煉，改善公共健康。例如提高城市設計中的通透性，美化構成街景的連續建筑立面，鼓勵步行和騎行的臨街設計等。

圖2 規劃空間技術在健康研究中的應用

3.2 規劃空間技術的應用

圖2總結了規劃空間技術，包括地理信息系統、全球定位系統和遙感在公共健康研究中的應用。規劃空間技術最重要的貢獻在于深化了建成環境中D要素的客觀度量，并以此促進了健康城市的研究。具體來說，GIS的應用包括研究和度量食物環境與建成環境，可視化健康空間相關行為，以及高級建模分析[2,9-10]。GPS也被越來越廣泛地應用在健康研究中，如實時追蹤個體的空間位置和行為，或與其他設備相結合（如加速計），研究健康問題[11-12]。遙感和圖像處理技術RS以較經濟的方式提供海量數據，如谷歌街景或谷歌地球提供的高分辨率圖像，幫助研究城市設計元素對步行指標的影響等[13]。

3.2.1 GIS在健康研究中的應用

GIS幫助獲取、存儲、顯示和分析空間信息。研究人員通過GIS能夠更便捷地進行可視化、分析和理解建成環境和公共健康的關聯。GIS可以處理傳統信息系統，如管理信息系統和圖像處理無法處理的數據。GIS也被用于處理公共健康的相關問題：（1）研究和度量食物環境或建成環境（D要素）[34-37]；（2）可視化，以幫助規劃、調節、助力打造健康城市；（3）高級建模分析[46-48]。

（1）研究和度量食物或建成環境（D要素）

2007—2008年，美國金融海嘯襲來，華爾街前四大投行高盛、摩根士丹利、美林、雷曼兄弟站在風口浪尖。時任中國投資有限責任公司(下稱“中投”)副總經理的汪建熙見證了那一時期的風起云涌，從入股摩根士丹利、美林的艱難談判，到雷曼破產之后贖回在美貨幣基金的艱苦歷程，汪建熙站在一線，親歷了億級資金的大開大合，堪稱驚心動魄。

通過對D要素的度量，GIS更加客觀地顯示了健康在空間維度上的特性。GIS應用普及前，由于無法直接客觀度量環境對健康的影響，相關研究主要采用訪談和問卷調查的方式，調查對象被問及鄰里和步行范圍內目的地的分布、數量、種類等。然而，僅僅進行訪談和問卷調查是無法客觀度量環境因子的。GIS促進了使用D要素客觀測量環境影響因子，同時也擴充了調研數據[52-54]。以GIS為基礎的環境度量指標以D要素為依據，以3D為例，密度（Density）包括人口密度和住宅密度；多樣性（Diversity）包括土地利用混合度；設計（Design）包括路網連通性等。

用于度量的尺度從傳統行政單位，如縣級、市級、鎮級，或統計單位，如普查地段、街區組團，縮小到覆蓋個體統計單元的地理緩沖區，如一棟房屋的郵編或一所學校所處的地段。行政單位數據可以從美國人口普查局定時更新的空間數據庫中獲取；個體統計單元常由研究團隊根據實際需求用GIS創建[49-51]，并以此度量環境對健康的影響。通過GIS的使用，對空間特性的度量從創建直線緩沖區轉變為創建路網緩沖區[50-51]。直線緩沖區指以某一地理位置為中心，特定距離為直線半徑的圓形區域，又被稱為特定位置周圍，其中所有的食物和建成環境要素都可從中心位置到達。通過整合特定位置周圍的街道網絡，路網緩沖區可以更好地闡釋可達性。相較于直線緩沖區，路網緩沖區立足于實際的道路網絡和距離，包括限速等指標。理論上，緩沖區周圍任一點至中心位置距離相同，或通勤時間相同。路網緩沖區更多地應用在最近幾年的研究中。

（2）可視化

GIS的優勢還在于可視化。作為強大的創建地圖和其他視覺產品的工具，GIS可以幫助規劃和評估公共衛生干預措施，建設健康城市。一圖抵千言，地圖有能力以非常直接有效的方式向需要的人傳達相關信息。GIS幫助“專家”以有效的方式應用地理空間專業知識和技術，與社區領導、非政府組織、地方公職人員和其他研究伙伴溝通，建立更廣泛的健康社區，已廣泛應用于繪制疾病和其他風險的可視化工作中[55-56]。

（3）高級建模分析

GIS進一步和高級模型結合，驗證環境因素對健康行為的影響，如空間統計模型。一些空間統計方法被用來研究影響健康的環境要素的空間相關性，例如，Morans I，Local Morans I， Getis Gi，K-function等用來衡量全局空間自相關和局域空間自相關[57-58]。GIS可以生成空間回歸模型所需的數據，并以圖像的形式呈現模型結果。此外，它可用于與其他先進的模型結合，如人工智能模型來研究行為和環境[46]。

3.2.2 GPS在健康研究中的應用

通過衛星同步信號接收，GPS可以實時獲取個體的空間位置和行為。研究者通過GPS記錄個體活動的實時位置，如：散步、騎車、游樂、開車等。GPS數據進一步擴充了GIS數據，促進了步行環境和健康城市的研究。通過給研究對象佩戴便攜式GPS設備進行研究，也常常和其他設備結合使用。例如，研究者用加速計記錄個人活動量和強度，并通過時間節點與GPS數據結合，既可以完善研究數據，也能驗證數據的準確性[49]。大量研究已使用GIS探索街區或鄰里尺度上的健康狀況，然而，研究中“街區”、“鄰里”的定義還不是很明確，GPS能夠幫助研究者通過實際數據，準確定義“街區”、“鄰里”等空間概念[49]。以GIS為依據的指標通常只反映個體的假設可達性，以其住所周圍一定圓周內的區域表示，這往往與真實情況不符。Yin基于GPS跟蹤信息發現，年輕人的活動空間只占其住所0.25英里范圍內的一小部分[12]。

3.2.3 遙感RS在健康研究中的應用

遙感技術以較經濟的方式向研究者提供海量數據，其在公共健康研究中的重要性與日俱增。遙感技術可以提供自然和建成環境數據，比如不同季節氣溫、濕度、日照時間、水域、地形起伏等。一些遙感應用研究表明，縣級尺度上肥胖癥的流行程度與夏季氣溫正相關，與冬季日照和氣溫負相關[59]。遙感數據的另一應用是為谷歌網站或谷歌地球提供高分辨率圖像。最近的研究包括通過機器學習和其他技術來識別和比較健康環境的相關特征——土地混合利用狀況（如居住建筑種類）、美學價值（如綠地的維護）、步行相關設施的配套、單車相關設施的配套、公共交通、雜貨店、快餐店和運動設施。研究者通過谷歌街景圖片，研究街道尺度上城市設計元素對步行方便程度的影響[60]。

3.3 小結

綜上所述，研究人員通過規劃空間技術，系統、客觀地度量了建成環境的D要素對健康的影響，強調了運動型交通的健康價值，促進了TOD設計的倡導和推廣。此外，學者們還研究了一些社會經濟要素，如居民的年齡、種族、就業狀況、社會經濟地位等等。具體到3種主要的規劃空間技術上，GIS深化了食物環境和建成環境的客觀度量，并通過可視化健康狀況的空間分布以及與空間模型相結合，科學地驗證了環境因素對健康行為的影響。GPS被研究者用來實時獲取個體的空間位置和行為。RS通過向研究人員提供谷歌網站或谷歌地球上的高分辨率圖像，使其研究行為更加經濟。相較于GIS在健康研究中的廣泛和深入應用，GPS和RS在公共健康研究中的應用，以及對于健康城市的構建還有進一步發展完善的空間。

4 結論和討論

4.1 研究成果概述

規劃空間技術和方法可以改進建成環境的客觀度量，度量空間維度上的健康行為，定義社區邊界，擴充自然和建成環境變量，并綜合考慮受環境影響的各種場所。一些空間統計模型和其他高級模型的應用也促進了研究的深度，例如地理加權回歸模型（GWR）、空間滯后模型、空間誤差模型、基于代理模型等。規劃空間技術為公共健康學者提供了整合多渠道空間和非空間數據的機遇，使研究人員得以更為客觀和精準地評估個體受環境的影響。規劃空間技術在公共健康研究中的應用可以從地理信息系統、全球定位系統和遙感3方面總結歸納。GIS的應用包括度量建成環境的D要素、可視化健康空間相關行為，以及高級建模分析[2,9-10]。GIS數據和空間分析能力極大地促進了公共健康和環境因子關聯的研究。GPS著眼于追蹤測定個體的實際活動路徑。實地調研中，GPS的應用使個體受環境影響的客觀度量成為可能。RS通過提供海量數據，為城市設計元素對步行指標的影響進行圖像處理等[13]。在不斷發展的規劃空間技術和大數據的支撐下，研究者可以在較大地理范圍內進行微觀環境要素的測量。概括來說，規劃空間技術最重要的貢獻在于深化了建成環境中D要素的客觀度量，并以此促進了健康城市的研究。

4.2 未來研究的建議

過去20年來，規劃空間技術在公共健康研究領域取得了巨大進步。然而，跨學科研究的方法、機遇和遠景還未被充分挖掘。學者們根據研究成果，提出了一些概念和原理，但其中的一些還無法實施。人們已經深入研究了如何客觀度量環境對健康的影響，然而，實際個人—環境互動關系還未被充分理解。這就限制了個人受環境影響的研究可信度。盡管GIS在健康研究中的應用呈爆炸性增長，然而食物與建成環境的聯系還需要加強研究深度并系統地歸納總結研究成果。一些文獻分開研究家庭、學校和工作場所，然而，個體受環境要素的影響應受其周圍場所的綜合作用。目前尚無關于GPS、RS或其他規劃技術在健康研究中應用的文獻綜述。更先進的規劃空間技術觀念需要進一步總結整理，以促進空間技術在公共健康領域的應用。未來我們應盡可能關注那些較少研究的社會和建成環境因素。當前，建成環境與弱勢群體健康相關研究探討了健康狀況差距和社會正義問題。Nelson，Lovasi等強調，應注重不同年齡階層和族群之間的健康食物和運動設施的可得性[19,27]。欠發達地區的食品環境差距日益加大，以及個人社會經濟狀況的惡劣，將導致少數族裔群體和社會經濟弱勢群體公共健康風險的增加。這就是說，改善建成環境對少數群體、低收入人群、兒童和老年人等弱勢群體的健康尤其重要。

過去16年中，一方面，越來越多的健康相關研究使用空間數據收集和分析技術，這些數據的獲取越來越便捷，成本也大為降低。另一方面，由于這仍是一個較新的領域，還存在著許多局限和挑戰。跨學科團隊合作仍需要使用更多的規劃空間技術。規劃技術使公共健康研究發展到新的高度，反過來健康研究新的需求和挑戰也促進了規劃技術的進一步發展。健康研究已大量使用了GIS和GPS技術，研究人員在一定程度上探索了二者的整合。盡管尚處于早期階段，健康和規劃的合作已引起了各領域學者的關注，包括地理、社會學、公共政策、電腦科學等。目前遙感技術只應用在較少的研究中，尚有較大的發掘潛力。規劃技術在公共健康領域的應用，包括環境影響研究，將得到更多發展。需要指出的是，未來應更多關注的研究包括縱向研究、廣度研究，以及基于規劃技術的個人環境影響測量。

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Building Healthy Cities: Applying Spatial Technology in the Public Health Research

ZHANG Hao [USA], YIN Li [USA]

The impact of the built environment on public health is increasingly attracting attention in global health and planning research and practice. Using an ecological approach applying spatial concepts and methods, the study of health and behavior has been stretched in a broader social and environmental context. For example, the impact of the natural and built environment on physical activity has been studied through the application of the geographic information system (GIS), global positioning system (GPS), and remote sensing technology. This paper aims to 1) review the literature on the application of spatial technology in the association of the built environment, physical activity, and public health to identify the focused research areas over the past 16 years; 2) summarize current research limitations and challenges, and make recommendations. This paper covers the literature on urban planning and design, geography, and public health in PubMed, Google Scholar, and Web of Science. Our results show that while existing studies incorporated the D variables of the built environment extensively, more research are needed on the age, ethnicity, socioeconomic status, food environment, and street scale urban design.

Public health | Urban planning | Spatial technology

1673-8985（2017）03-0057-05

TU981

A