基于時空數據的平南城市體檢及規劃策略研究

張 渝 萬艷華

1 研究背景

當前，我國的城鎮化已進入快速發展階段，城市發展的內涵逐步由量的擴張向質的提升轉變。我國的城鎮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、人居環境品質不高、公共服務和基礎設施供給不足、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，習近平總書記在中央城市工作會議上強調，要健全社會公眾滿意度評價和第三方考評機制，著力解決“城市病”等突出問題[2]；2017年，習近平總書記視察北京城市規劃建設管理工作時要求建立城市體檢機制[3]；2021年11月，住房和城鄉建設部在全國開展第一批21個城市更新試點工作，其中就要求城市體檢先行，要求開展系統性體檢[4]。

作為一種技術方法，城市體檢的目的是檢測城市現狀體征和存在的“城市病”，為城市更新和高質量發展提供決策依據，不斷提升城市環境質量、人民生活質量和城市競爭力，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查組成；而城市自體檢由人民政府組織開展，以官方統計數據為主要依據，測算分析城市體檢各項指標[6]。

近年來，眾多學者在城市體檢的時空數據應用方面，對體檢體系構建、數據挖掘和融合、政策支撐等方向進行了討論：何炬等（2022）結合了近幾年全國城市體檢和北京城市體檢實踐工作，探討了多源數據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用，辨析了不同數據間的優劣勢，提出了多源數據有機融合的方式，并以“城市停車問題”進行案例分析[7]；趙靖等（2022）運用政府公開數據、遙感數據、大數據、社會調查數據等多元性數據校核的分析技術，運用信息化平臺和智能決策分析方法，建立城市、城區、街道和社區分層次多維度層級的體檢模式[8]；向雨等（2021）融合遙感影像、社會開放大數據、統計資料等多源數據，圍繞生態宜居、健康舒適等八個方面構建城市體檢指標體系，運用歸一法和層次分析法對城市自然本底和運行體征展開指標測度[9]。

本文基于城市自體檢的指標體系，從生態宜居、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）[11]和土地利用現狀[12]等時空數據，通過時空數據分析方法識別平南城市問題，并根據所發現的問題提出相應的規劃策略（圖1）。

圖1 研究框架圖

2 分析方法與體檢維度

2.1 時空數據分析方法

本文主要采用緩沖區和核密度分析平南城市人口、設施的服務范圍和聚集模式。

（1）緩沖區分析

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

緩沖區可圍繞點、線或面要素建立，根據指定的長度距離，按照指定的方向延伸，形成多邊形面狀數據。一個點要素的緩沖區為以該點要素為圓心、指定距離為半徑的圓；一個線要素的緩沖區是以線為中心軸線，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為向外或向內擴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，將緩沖區內定義為河流保護區，并與緩沖區外的非河流保護區區分開。

（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的方法，屬于非參數檢驗方法之一，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劃、資源管理等領域，可模擬某個點狀或線狀地物在指定搜索范圍內影響力衰減的過程以及區域內多地物的集聚和分散特征。

對點要素進行核密度分析，需要輸入搜索范圍，此范圍默認為該點要素的影響范圍；同時，在點要素上方構建平滑曲面。點要素正上方的曲面高度最高，值也最大；隨著與點要素的距離越來越遠，曲面的高度越低，值逐漸減小；當與點要素的距離達到搜索范圍時，值減小為0。對線要素進行核密度分析，則在線要素的上方構建平滑曲面；值和曲面的變化與點要素核密度分析的變化類似。當區域內存在多個地物時，會構建多個平滑曲面；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，為獨立同分布F的n個樣本點；K（x）為核函數（非負、積分為1，符合概率密度性質，并且均值為0）；h>0，為一個平滑參數，稱作“帶寬”（bandwidth）[15]。

2.2 體檢維度

本文從城市體檢基本指標體系中的生態宜居、健康舒適和安全韌性三個維度，選取其中與空間布局、設施服務范圍相關的指標進行時空數據挖掘與空間分析。

（1）生態宜居

包括基于人口熱力數據的活力空間與基于緩沖區的公園綠地和廣場服務范圍分析，需從人口活力空間與公園綠地和廣場的服務范圍兩項指標進行時空數據挖掘與分析。

通過人口熱力圖識別平南縣城市建成區的人口活力空間和就業空間，通過緩沖區分析識別其公園綠地和廣場的5分鐘步行服務范圍，對比人口活力空間與公園綠地和廣場服務范圍，總結平南縣城市建成區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、土地利用現狀等時空數據和緩沖區、核密度等方法的公共服務設施空間布局與服務范圍分析，需選取重點公共服務設施和POI進行時空數據挖掘與分析；其中，重點公共服務設施包括文化設施、體育設施和社區老年服務站，POI數據包括餐飲、購物、生活等六類與居民生活、工作相關的數據。

對三類公共服務設施進行緩沖區分析，重點識別三類公共服務設施存在短板的區域；并根據土地利用現狀數據，分別計算文化用地、體育用地在平南城市建設用地中的比重，對比國家標準，分析相關設施用地的達標情況。

對POI數據進行核密度分析，形成POI數據熱力圖，分析平南縣城市建成區POI的聚集模式，識別需要加強或補齊相關設施的POI區域。

（3）安全韌性

包括基于土地利用現狀數據和緩沖區方法的公共設施服務范圍分析，需選取平南城市可滲透地面和應急避難場所兩類相關指標進行空間分析。

通過土地利用現狀數據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面積的比例，與45%的推薦占比進行對比；并通過可滲透地面的分布狀況，分析平南縣城市建成區海綿建設情況。通過計算人均應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急避難場所的服務能力。

3 體檢對象與數據來源

3.1 體檢對象概況

平南縣位于廣西壯族自治區貴港市，是廣西壯族自治區的人口大縣和經濟強縣。2020年縣域常住人口110萬人，位列全區第5；2020年GDP總量289.45億元，位列全區第7[16]。作為廣西較為發達的縣份，平南縣“城市病”的識別和應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（圖2），面積為34.49km2。更有針對性地識別和分析平南城市發展存在的問題，根據平南城市組團功能，將其建成區劃分為老城區、城東、城西、城南和臨江產業園五個片區，并針對五個片區開展城市體檢和規劃應對策略研究。

圖2 平南縣城市建成區范圍及單元分區

3.2 數據來源與處理

（1）人口熱力數據

人口熱力數據來源于高德地圖，統計工作日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的人口熱力數據，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數據

POI數據來源于高德地圖，經過爬取數據、清洗無效數據、去除重復數據、坐標糾偏和重分類后，形成餐飲、購物、生活共六類POI，反映平南城市公共服務設施和商業服務設施等興趣點的空間分布。

（3）地理信息數據

地理信息數據包括衛星影像圖、道路網絡數據、行政區范圍矢量數據、土地利用現狀數據等，來源于地理空間數據云平臺、高德地圖數據爬取等，主要用于糾偏和校核所爬取的時空數據。

（4）規劃成果數據

規劃成果數據主要為平南縣城市建成區范圍劃定數據、國土空間規劃成果，用于確定論文研究范圍。

4 體檢過程與指標測度

4.1 生態宜居指標測度

（1）人口活力空間分布

人口熱力數據分析結果顯示，人群活動集中于平南縣城老城區，城市日常活動主要集中在老城區的朝陽大道、環城路和迎賓大道兩側，以老城區通泰中央商務區、中心購物廣場的人口活力度最高。老城區是平南城市功能及人群活動的主要承載地，城西、城東、城南等新區建設還難以吸引人群集聚。平南城市產業空間與城市空間逐漸互動融合，在就業分布上已經形成老城區和臨江產業園兩個就業人群集聚核心。

（2）公園綠地和廣場5分鐘服務范圍分析

結果顯示（圖4），現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。

圖4 平南縣城市公園綠地和廣場5分鐘服務范圍

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

（3）分析結論

平南城市公園綠地系統不完善，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域。

4.2 健康舒適指標測度

（1）三類重點公共服務設施分析

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

圖5 平南縣城市文化設施15分鐘服務范圍

圖6 平南縣城市體育設施15分鐘服務范圍

表1 平南城市文體設施用地現狀一覽表

結果顯示，文化設施、體育設施和社區老年服務站三類重點公共服務設施的分布不均衡，主要集中在老城區；此外，文化、體育設施的用地均未達到國家標準。

（2）POI數據分析

對餐飲、購物、生活服務、醫療保健等POI進行核密度分析，結果顯示：餐飲POI形成兩個顯著的聚集點，主要是在老城區的通泰中央商務區、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、城南和臨江產業園的服務不足（圖8a）。購物和生活服務POI的服務范圍較廣，已在老城區形成連片聚集的趨勢；且兩類POI聚集的區域重疊程度較高，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）。醫療保健POI的聚集范圍較小，主要集中于老城區江邊，在城東、城南和臨江產業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，未形成連片的模式；三個聚集點主要分布在潯江以北，相關設施以服務老城區為主（圖8e）。公司企業POI主要集中分布在老城區和臨江產業園（圖8f）。

圖8 平南縣城市POI核密度

（3）分析結論

日常生活服務功能集中在老城區，醫療保健設施較少，體育休閑設施聚集范圍較小；公司企業主要集中于老城區，但聚集程度不高。

4.3 安全韌性指標測度

（1）可滲透地面分析

土地利用現狀數據分析顯示，平南城市可滲透地面面積比例為20.99%，與45%的目標值差距較大；且在空間分布上主要集中于臨江產業園、城南和老城區北部，而老城區內部、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）應急避難場所分析

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

圖10 平南縣城市應急避難場所分布

（3）分析結論

平南的海綿城市建設需進一步加強；其應急避難場所集中于老城區北部，雖然基本滿足居民需求，但在空間布局上仍需優化提升。

5 規劃應對策略

5.1 補充開敞空間，優化空間品質

優化平南城市建城區水系、綠地空間，以“300米見綠、500米見園”為原則，構建平南城市綠化空間體系。利用建城區現有低效存量用地，增設街頭綠地、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，結合綠道串聯各片區內的景觀節點和公共活動中心，全面提升平南城市生活空間品質。

5.2 完善公服配套，構建便捷體系

以構建“15分鐘生活圈”為目標，完善教育、醫療、養老、體育等公共服務設施配套，構建社區生活圈公共服務體系。平南城市存量低效用地優先用于公共服務設施配套建設，加強教育、醫療和養老等服務設施建設，合理優化設施的數量、類型、空間布局與管理維護，打造活力宜居的城市居住環境。在臨江產業園區，優化生活、生產用地配置，加強生活配套設施建設，推進產城融合發展。

5.3 推進韌性建設，提升抗災能力

適時開展平南城市綜合防災專項規劃工作，按照韌性城市建設要求，系統分析重大危險源、災害風險、用地安全性和應急能力，找準短板和弱項，結合平南城市綜合整治、生態修復、道路提升、海綿建設等規劃，明確各類重大防災設施標準、布局要求與防災減災對策和措施，完善平南城市各類應急基礎設施建設，提升城市綜合抗災能力，建設韌性城市。

結語

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

在生態宜居方面，對比人口活力空間與公園綠地和廣場的服務區域，識別平南城市公園綠地和廣場建設中需重點提升的區域；在健康舒適方面，分析平南城市重點公共服務設施的覆蓋度和用地占比達標情況，識別POI數據的空間聚集特征，總結各類設施存在的短板；在安全韌性方面，針對可滲透地面與應急避難場所的分布、人均用地面積、服務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。

基于以上時空數據的挖掘和分析，本文有針對性地提出了平南城市規劃的應對策略，為下一步深入解決“城市病”提供基礎，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。