基于衛星數據的北京“新兩翼”城市綜合承載力研究

摘要：伴隨著我國城市化的快速推進，粗放型發展逐步退出歷史舞臺，新型城市建設越來越依賴高質量人才資源和科技產業的入駐，而后者對于城市基礎設施的完備性、生態環境質量、交通物流的便利程度等宜居功能提出了更高的要求。城市綜合承載力在城市群的產業功能協調、人才引進、產業招商和可持續發展中越來越重要。準確認識和評價城市群綜合承載力，既是提升城市群可持續發展能力的前提，也是城市高質量發展的動力來源。本文運用衛星遙感技術，建立了一套簡便客觀的城市經濟綜合承載力研究方法，針對北京“新兩翼”地區—北京城市副中心通州區、雄安新區進行了2016至2023年間的夜間燈光、城市核心建筑區、城市路網建設、城市植被覆蓋等指標監測，并對這兩個地區近些年來的基礎設施發展和生態環境變化等可持續發展要素進行了研究。

關鍵詞：北京“新兩翼”；城市綜合承載力；衛星監測

DOI：10.12433/zgkjtz.20242103

一、研究背景

過去幾十年間，學術界對于人類城市可持續發展的評價體系展開了多角度研究。根據聯合國環境與發展委員會的定義，可持續發展應既能滿足現代人類生活需要，又不對后代的生存環境和資源造成破壞。經濟合作與發展組織（OECD）、可持續發展委員會（UNCSD）、世界貿易組織（WTO）等多個國際機構均針對這一目標構建了一套自己的評價指標體系，主要考量各個國家和地區在自然資源、生態環境（如大氣、水、森林及生物多樣性）等方面的開發和可持續性利用情況。然而到了21世紀初，越來越多的學者開始從承載力的角度去衡量城市的可持續發展力，認為應該從生產要素（資源）、生態環境、綜合交通等支撐經濟增長的硬件條件出發，對資源、環境、人口、經濟之間的相互協調性進行評價。如果城市經濟增長過快，管理模式粗放，資源過度開發，可能會帶來城市人口過密、自然資源短缺、環境惡化、基礎設施和公共服務供給不足等大城市病，導致社會經濟、人類生存與自然關系出現矛盾。而如果城市過度強調對生態環境和自然資源的保護，又可能會不利于城市經濟發展。

目前，學術界對于城市綜合承載力評價方法主要可以分為兩大類：硬件承載力指標體系和軟件承載力指標體系。其中，硬件承載力指標體系主要是對城市區域及周邊地區的自然資源、生態環境等先天要素進行評估。這類要素的可承載力往往不以人類意志為轉移，且存在閾值上限，但可以通過合理的資源調配和開發計劃，以及主動性的保護實現要素產能效率的提升。軟件承載力則包括交通物流、城市基礎設施、教育醫療等公共服務等人造要素，以及科技、資本等軟實力。這類要素可通過人為增加供給、調整空間配置來增強城市綜合承載力。

北京城市副中心和雄安新區作為近年來京津冀地區重點打造的北京“新兩翼”經濟帶，都屬于原有城市建設基礎薄弱，通過政策推動快速實現從無到有的“新城”。兩地城市功能定位清晰，產業發展目標明確，為了具備適宜承載更多人口和經濟發展的硬件基礎，在早期建設過程中以國家政策主導的自然資源、生態環境和交通路網等基礎設施的投入建設，構成了兩地主要的綜合承載力要素。針對這一特點，本文選取了建成區面積、城市植被覆蓋面積和公路長度這三個指標來分別代表兩個地區在自然資源、生態環境和交通物流方面的承載力情況。

二、研究方法

衛星遙感技術能在較短時間內，從空中乃至宇宙空間對大范圍地區進行對地觀測，并從中獲取有價值的信息。相比于傳統的實地調研，衛星遙感技術可以更加直觀準確地反映人類地表活動現象，并進而對各國、各地區的土地資源利用情況、城市經濟發展情況進行多維度分析，為政府治理、企業決策、經濟研究提供堅實有力的信息支撐。根據本次研究目的，本文選用了美國Suomi NPP夜光衛星、美國Worldview系列多光譜衛星，以及我國高分系列多光譜衛星2016年、2019年和2023年的影像數據，通過對比兩個時間節點的地表信息來評估北京城市副中心和雄安新區的建成區面積、植被覆蓋面積和公路建設變化情況，進而分析兩地區綜合承載力的發展趨勢。

（一）利用夜光衛星遙感數據分析城區面積及夜間經濟變化趨勢

夜光衛星遙感，其原理是通過特殊設計的傳感器獲取并增強夜晚無云條件下地表發射的微弱的可見光—近紅外電磁波信號，而這些信號主要是由地表人類活動發出，可直觀反映城市基礎設施、商圈夜生活、主干路網，以及機場、車站、港口等交通樞紐，主要生產活動地區的空間分布情況，可以直觀反映全球地表人類活動變化趨勢和城市化發展進程。

早在上個世紀末，宏觀經濟學家就開始把夜光衛星影像來作為分析各地經濟發展階段差異的重要輔助手段，其與國民生產總值（GDP）之間的相關性也得到了經濟學術界的驗證和認可。例如，麻省理工學院（MIT）經濟學家就曾利用DMSP/OLS數據評估了全球范圍內不同地區夜間燈光的亮度水平，并將其作為經濟活動的指標之一，從而探究夜間燈光強度與經濟發展之間的關系。該研究團隊發現，經濟發達地區的夜間燈光亮度較高，而經濟欠發達地區的夜間燈光亮度較低。這種關系表明夜間燈光強度可以作為經濟發展程度的一個指標或參考。該研究成果對于了解經濟發展與能源利用、城市規劃等領域的關系具有重要意義，并為未來的相關研究提供了新的視角和方法。國內也有不少學者利用VIIRS、DMSP/OLS夜間燈光數據對中國城市空間變化開展研究，包括城市可持續發展的水平和趨勢評估、城市擴張的空間模式和速度研究、城市人口增長和活動熱點的時空變化研究等，為我國在城市規劃與管理方面采取更加有效的政策和措施提供了有價值的參考。

目前全球有多個觀測平臺搭載了對地觀測傳感器來獲取夜間燈光影像，國外最具代表性的是美國國防氣象衛星（DMSP）系列和索米國家極地軌道伙伴衛星（Suomi NPP），國內主要的夜光遙感衛星包括珞珈一號、吉林一號、啟明星一號、可持續發展衛星1號等。本次研究采用的數據為NPP夜間燈光年度數據，獲取時間為2016年和2023年。NPP衛星是全球環境觀測衛星系統NPOESS Preparatory Project的簡稱，于2011年10月28日發射，空間分辨率為500 m，燈光強度單位是nW/cm2/sr。獲取的數據過濾了雜散光、閃電、月光以及云覆蓋的影響，且不存在DMSP/OLS穩定夜間燈光數據的問題，解決了像元DN值過飽和現象，其在軌檢驗校正程序也進一步提高了影像的清晰度。

（二）利用多光譜衛星遙感數據分析城市建筑、路網、綠地變化趨勢

多光譜遙感技術是一種通過全球衛星利用不同波長的光照射地表并獲取反射光譜信息的技術。多光譜衛星遙感數據在識別人造建筑物、道路、橋梁、鐵路、植被覆蓋、耕地作業等地表土地利用情況中具備突出作用。目前，多光譜衛星遙感技術在自然資源調查、土地規劃利用、農業管理、環境生態保護等方面已經被大范圍使用。

目前，國際主流的多光譜衛星星座包括美國Worldview衛星、鴿群（Planet）衛星、Landsat衛星和MODIS衛星，法國Pleiades衛星，歐洲哨兵（Sentinel）衛星、Spot衛星等。國內目前最大的多光譜衛星星座為長光衛星公司發射的吉林一號星座，目前在軌衛星數量已超過100顆。此外，常用的國內多光譜衛星遙感數據還包括國家高分系列衛星、資源系列衛星、北京二十一世紀空間公司發射的北京系列衛星等。

本次研究采用的數據為Worldview2號及3號衛星、高分1號衛星、哨兵2A號衛星。其中，Worldview-2號衛星于2009年10月6日由美國MAXAR公司（原名Digital Global）發射升空，運行在770km高的太陽同步軌道上，能夠提供0.5米全色圖像和1.8米分辨率的多光譜圖像，具備8波段成像能力，除了四個常見的紅、綠、藍、近紅外波段外，還包括四個額外波段（海岸、黃、紅邊和近紅外2）。WorldView-3于2014年8月發射，影像分辨率最高可達0.31m，是當時市場上分辨率最高的商業光學衛星。WorldView-3號衛星在WorldView-2號的基礎上新增了20個額外特殊波段，并提供了12個CAVIS-ACI波段，使其更有利于特殊地物的分類、云霧偵測、影像修復及求得更正確的地物反射率，顯著提高了影像的可視化效果。高分一號（GF-1）是中國高分辨率對地觀測系統重大專項（簡稱高分專項）的第一顆衛星，由中國航天科技集團公司下屬單位航天東方紅衛星有限公司研制，于2013年4月在酒泉衛星發射中心成功發射。該顆衛星采用成熟的CAST2000衛星平臺，配置了2臺分辨率為2米全色以及8米多光譜的高分辨率相機和4臺分辨率為16米的多光譜中分辨率寬幅相機，可以滿足多種空間分辨率，多種光譜分辨率以及多元遙感數據需求。相比其他的光學遙感衛星，大幅提升它對地觀測的效率，大大提高了我國對地觀測衛星的總體觀測能力。哨兵2號衛星是“全球環境與安全監測”計劃的第二顆衛星，于2015年6月23日發射。“哨兵”系列衛星是歐盟委員會和歐洲航天局共同倡議的全球環境與安全監測系統（即哥白尼計劃）的重要組成部分，目的是幫助歐洲進行環境監測和滿足其安全需求，主要用來觀測陸地和海洋環境，同時為應對和管理自然災害提供幫助。該星座共含有6顆遙感衛星，分別具有不同的觀測功能，其中哨兵-2號衛星由歐洲空客防務研制，于2015年6月成功發射入軌。該顆衛星具備13個光譜波段，空間分辨率10 m，幅寬290 km。“哨兵”系列衛星向全球免費提供公益性數據服務，對全球任意地區重訪周期可達到10天。

三、研究結論

（一）北京城市副中心人口規模嚴重超過其城市綜合承載供給，人口疏解迫在眉睫

通過對比2016年和2023年的遙感影像圖可以看出，北京城市副中心的夜間燈光強度以及高亮度區域面積占行政區比例均有顯著提升。同時，通過使用多光譜衛星數據測量得知，其核心區建筑面積從2016年的42.45 km2增加至2023年的49.96km2，期間多處老舊小區、工廠棚戶區逐漸被拆除改建，商業大廈、新興建筑、旅游景區基本修建完工。此外，夜間燈光還出現了從北京城市副中心核心區向通州全域逐漸擴張的趨勢，并出現了馬駒橋科技服務小城鎮和永樂店新市鎮兩個新熱點區域。在交通基礎設施方面，北京城市副中心道路長度從2016年的348.17 km增加至2023年484.67 km。尤其是以人民政府為中心的行政辦公區域、以北京環球影城為中心的文化旅游區域，道路網絡出現明顯變化。相比2016年的道路分布，2023年這兩個區域的道路數量得到顯著增加，部分路面也進行了拓寬。按照平均雙向四車道公路24.5米的路基寬度估算，北京城市副中心已建成的道路面積約為1187.4萬平方米。此外，通州區植被覆蓋度由2016年48.93%上升至2023年的53.12%，說明城市的建設沒有對生態環境造成影響，當地有關部門對城市綠化工作較為重視，在開展基礎設施時同步進行城市增綠補綠工作。

雖然北京城市副中心的建成區和道路面積在過去7年內都出現了快速增長的態勢，但由于通州區是北京傳統的“睡城”，生活小區分布密集，常住人口基數大，目前已建成的城市基礎設施距離所需要的土地和交通承載力存在較大差距。全國第七次人口普查數據顯示，北京城市副中心常住人口約184.3萬人。根據相關學者的研究統計顯示，在我國經濟發展最活躍、宜居城市數量最多的長江經濟帶城市群地區，人均城市建設用地面積約為0.81平方米，人均城市道路面積約為14.16平方米，人均城市綠地10.84平方米。參考長江經濟帶城市群數據，北京城市副中心的建設用地資源需要達到149.3平方公里才能匹配當前人口規模所對應的城市承載力需要，是目前副中心已建成區的3倍，這意味著整個副中心全部建滿樓宇才能滿足當前人口的使用需要。同時，對應道路面積需要達到2609.7萬平方米，是目前副中心已建成道路面積的2.5倍。考慮到北京城市副中心整體土地規劃面積僅為155平方公里，當前常住人口規模已明顯超出土地資源所能承載的體量，人口疏解任務迫在眉睫。

按照《北京城市副中心控制性詳細規劃（街區層面）（2016年—2035年）》，到2035年北京城市副中心常住人口控制到130萬人左右，屆時對應的建設面積需求將下降至105平方公里左右，道路面積需求下降至18.4平方公里左右，剩余可供城市綠地使用的土地面積約為27.6平方公里，對應人均綠地面積將達到21.23平方米。考慮到通州區域內存在通惠河等豐富的水系資源，實際人均綠地面積預計將為10平方米左右，與長江經濟帶城市群的10.84平方米基本持平，符合發達城市的綜合承載力最優狀態。

（二）雄安新區城市綜合承載力具備極大發展潛力

根據全國第七次人口普查數據，目前雄安新區常住人口約121萬人，根據長江經濟帶城市群的平均數據，雄安新區當前人口規模對應所需的建設用地僅為98平方公里，所需道路面積約17.1平方公里，所需城市綠地面積約13.1平方公里，總計城市面積不到130平方公里。而事實上，雄安新區整體規劃面積約2000平方公里，遠遠超過當前人口所需的城市用地規模，承載潛力巨大。

通過對比2016年～2023年的遙感衛星影像可發現，雄安新區在過去7年內發生了日新月異的變化，其夜間燈光強度出現了空間分布的明顯擴張，由零星分布轉為集中連片分布，主要集中分布在容城東西區和雄安起步區。與此同時，核心區建筑面積不升反降，從2016年的46.36km2減少至2023年的36.07km2。根據多光譜衛星遙感影像分析可知，建筑面積減少的主要原因是雄安起步區拆遷村房屋騰退及拆除工作在不斷推進造成，說明目前該地區仍處于發展早期的城市功能建設階段。雄安新區的原有路網基礎較為薄弱，但在過去7年間增長非常顯著，道路里程從2016年的113.00 km增加至2023年268.54 km，增加一倍有余。與此同時，雄安新區的起步建設區域植被覆蓋度雖然由2019年48.96%下降至2023年的48.50%，但整體植被覆蓋率變化不顯著，絕大部分地區仍處于待開發狀態。目前新區建設主要集中在原有村莊聚集區的拆遷改造，沒有對生態環境造成影響。

（三）交通體系和生態發展對提升城市綜合承載力至關重要

從城市綜合承載力的視角看，目前北京城市副中心針對運河商務區、張家灣設計小鎮等副中心產業核心承載片區的內部道路還未進行優化提升，副中心與臺湖演藝小鎮、宋莊藝術小鎮、潞城生態智慧小城鎮以及臺馬科技板塊、國家網絡安全產業園等周邊產業重點布局區域的快速交通聯系機制依舊較為薄弱，很大程度上抑制了各類高端產業要素向副中心以及通州區的聚集。相比之下，雄安新區沿著其由北部向中部、南部區域依次布局的創新坊、互聯網產業園以及總部區、金融島和淀灣鎮等重點產業功能區，正在有序擴展道路建設，發展思路清晰。

生態發展方面，“新兩翼”地區對城市生態建設都體現出了充分的重視，切實落實了“綠水青山”精神。北京城市副中心東西兩側的生態綠帶目前均已基本建成，形成了“兩帶、一環、一心”的綠色空間格局，為副中心的高質量發展奠定了綠色底蘊。大運河生態文明帶的建設成效顯著，沿線建設了一批公共活動空間和沿河綠道，“藍綠交織、水城共融”的藍圖已經初步變為現實。雄安新區由于本身生態資源豐厚，目前的生態建設重點集中在大型林地的生態屏障建設、水源涵養功能修復、生物多樣性修復等方面。

（四）生活配套設施是吸引產業人才、提高軟件承載力的關鍵因素

從夜間燈光影像圖可以看出，北京城市副中心的行政功能、生產功能都已經得到了全面的強化和提升，出現了多個夜間燈光高亮度地區，城市夜間經濟活躍。反觀雄安地區，在生活服務配套功能方面明顯支撐力度不足，夜間燈光數據雖然出現了空間分布的擴散，但除起步區外并未出現高亮度聚集區，說明該地區的生活配套尚不發達，夜間經濟并不活躍，大部分夜間燈光是來自施工工地或城市基礎設施的常設照明設備。這一問題在雄安地區的人口增速上也得到了印證：2017年末，雄安新區三縣常住總人口約113.7萬人，其中容城縣、安新縣和雄縣常住人口分別約27.2萬人、46.9萬人和39.6萬人；到2021年，雄安新區常住人口為120.5萬人，三縣常住人口分別約為27.3萬人、45.4萬人和47.8萬人，僅雄縣（雄安起步區所在地）出現了人口增長，新區總常住人口幾乎沒有變化。

新型城市的可持續發展是以實現城市綜合承載力所包含的人口、資源、環境等要素與經濟增長之間的協調發展為基礎。因此，雄安新區在接下來的發展中，應在充分發揮自然資源等硬件條件的基礎上，重點打造醫療、教育、消費商圈等生活配套布局，加強對高質量人才資源和產業的吸引，進一步提升城市綜合承載力，實現高質量發展。

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