基于時空大數據的城市區域體檢評估研究

張春敏，張樓香，丁亞杰

(常州市測繪院，江蘇 常州 213003)

1 引 言

現階段我國城市病較為突出地表現在人口數量多、交通擁堵、環境污染、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，城市病主要表現在以下幾個方面：一是住房空置率高，特別是在常州新城區更為明顯；二是教育、衛生醫療等基礎設施分布不均衡，主要集中在主城區；三是上下班期間和節假日前后交通擁堵；四是生態環境狀況堪憂，2015年常州外國語學校周邊環境污染問題事件就引起了全國的高度關注。

基于政府關于城市工作的戰略部署，按照《常州市城市總體規劃(2011-2020年)》要求建設新常州，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，城市規劃部門才能合理規劃。因此本項目選取常州市南大街街道作為試點，充分發揮城市測繪地理信息時空大數據的優勢，對區域內交通、公共設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據支持。

2 國內研究現狀

國內部分城市對“城市病”也展開了研究，北京市測繪設計研究院提出了“城市體檢”的概念，利用第一次全國地理國情普查數據成果，從城市區域評估的內涵入手，設計了城市區域評估的總體流程，確定體檢指標體系和相關的分析模型，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，以問題為導向，以發展目標為牽引，對武漢市進行了基于時空大數據的發展研究，重點開展武漢市主城區城市交通運行水平分析及各類停車設施分布的研究，采用定性分析和定量分析相結合的方法，在分析武漢市交通現狀、發展的基礎上，綜合考慮社會經濟、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，提出靜態交通設施供應、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現，中國學界對城市病的研究多集中于特大城市，缺少對二線、三線城市區域性的評估和關注，因此本項目立足城市區域評估，為城市發展提出意見和建議，為專家治理專項提供基礎的評估資料。

3 研究內容及關鍵技術

依托全面、客觀、準確的時空大數據，選取若干的評估指標和評價準則，制定健康指數，建立科學、動態的評估指標數學模型，將城市分析得到的數值與評估指標參照的數值進行比對，找出差異，初步分析南大街街道發展的問題和弊端，為城市發展提供新的評價方式[3]。

3.1 城市時空大數據的收集、清洗與整合

通過互聯網、物聯網、衛星、手機、攝像頭等傳感器實時采集感知數據和監控數據，以及融合不同城市管理部門日常管理產生的大量業務數據，地理國情普查數據和測繪地理信息行業的具有空間和屬性信息的基礎數據，如地形圖數據、電子地圖數據、三維數據以及各專題數據，形成海量的城市時空大數據，利用大數據技術對這些數據進行辨析、抽取、清洗等處理，對沒有價值和我們不關心的信息進行“去噪”處理，提取城市體檢需要的有效數據。

3.2 體檢指標體系建立

以公共服務設施為例，根據《常州市總體規劃(2011-2020年)》、各類公共服務設施專項及標準規范，參考其他城市的相關標準，綜合得出評估指標，包括教育設施、醫療衛生設施、社會福利與保障設施、商業設施、文化設施、體育設施以及加油站、加氣站設施的建筑面積、用地面積、服務半徑、班級數(床位數/座位數)指數。

3.3 分析方法體系確定

綜合利用各種統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、網絡分析、兩步移動搜尋法、情景規劃、GIS位置分配分析法等地理空間建模技術，基于現狀路網對各類公共設施、交通道路、資源進行空間可達性分析，評價其服務水平[4]；運用層次分析法、相關系數法、主成分分析和因子分析法等設置指標的權重，對每一個指標進行文本分析，計算主成分貢獻率及累計貢獻率，確定各指標的客觀權重和主觀權重，可得到各小區以及整個街道的宜居性程度[5]。

3.4 評估分析結論

根據上述的診斷，運用數據可視化表達技術，將抽象的數據表現成圖形或圖像，“以圖代數”將評估結果更加直觀地展示出來，同時通過診斷評估指數并預測未來發展趨勢和走向，隨即提出相應的宏觀發展建議和調控措施，為城市建設和發展的系統性、整體性推進提供一些參考，增強決策的科學性和協調的自覺性[6]。

4 初步研究成果

常州市南大街街道地處常州市商業最繁華地段，總面積 3.7 km2、下設10個社區，轄區內明城墻、毗陵驛等歷史文化古跡星羅棋布，南大街商業步行街、萊蒙都會、吾悅國際廣場等現代化商業街區聯袂成片，街道內交通發達，教育、醫療和體育設施齊全，新老小區遍布其中，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，金色新城社區的建筑密度最小，安陽花苑社區的建筑密度最大，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 體育設施

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

圖1 南大街房屋建筑密度圖

圖2 體育設施服務范圍圖

4.3 教育設施

在教育設施方面，采用兩種不同的方法進行分析。基于路網和基于泰森多邊形的分析得到各學校的服務半徑和服務人口(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，基本能服務本區域人口，其中鐘樓區翰林河景幼兒園的服務半徑最大，為 451 m，占了總服務面積的46.83%，懷德苑幼兒園的服務人口數最多，共服務 12 477人。4所小學中，實驗小學和廣化小學的實際服務能力弱于懷德苑小學。研究區內的中學較少，只有田家炳初級中學和第五中學，而五中的服務半徑遠遠大于田家炳中學。

圖3 教育設施服務分布圖

4.4 交通設施

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的道路通達性差。

圖4 道路通達性影響分析圖

根據南大街向周邊輻射的出行時長數據，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，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，說明總體路況優于這些城市。

圖5 交通出行時長圖

4.5 城市安全

地震應急避難場所(場所型、場地型)為應對地震等突發事件，經規劃、建設，具有應急避難生活服務設施，可供居民緊急疏散、臨時生活的安全場所。可選作地震應急避難場所的場址包括公園、綠地、廣場、體育場、室內公共場/館/所。根據《GB21734-2008地震應急避難場所場址及配套設計》，每人最小需求避難面積為 4 m2，據此統計可容納人數共計 41 000人，而需求人口為 61 491人。

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

圖6 應急避難場所等級劃分圖

5 結 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域的一個拓展。

從實際應用來看，結合評估內容，開展規劃動態維護，確保城市總體規劃確定的各項內容得到落實，并對規劃實施工作進行反饋和修正，可以促進常州各方面的穩定與健康發展，更好地為城市管理、建設規劃、應急指揮和公眾服務提供支撐，建設強富美高新常州。