城市韧性时空变化监测方法分析

毛炜青，夏兰芳

(上海市测绘院，上海 200063)

当前城市出现的诸多灾害问题，其本质上是城市空间韧性偏弱导致的灾害对于空间的破坏。根据相关空间分析理论，影响城市韧性的空间要素包括城市用地功能布局要素、道路系统要素、公共空间要素、建筑要素、基础设施要素等。全国地理国情普查监测成果数据包含影响城市韧性的地形地貌、道路交通、土地利用、城市布局与发展等相关数据[1]。因此本文充分利用已有地理国情普查监测成果数据，对影响城市韧性的空间要素进行宏观性、整体性、综合性的评价，研究城市韧性评估方法，为韧性城市的建设提供技术支撑。

1 研究框架

本文的研究框架如图1所示。首先研究分析影响城市韧性的自然和人文要素，基于地理国情市情普查监测成果数据和作者所在单位已有的多源实测精确的地理信息大数据，建立城市空间韧性数据库。然后，利用综合利用GIS技术、遥感信息处理技术、空间数据挖掘技术等，从空间维度对当前城市韧性进行宏观性、整体性、综合性的评价。最后，通过多时相DSM、地理实体的差分计算，从时间维度上监测影响城市韧性地理要素变化情况。

2 研究内容

2.1 多源异构地理空间数据大融合，建立城市空间韧性数据库

本文首先对城市韧性监测需要用到的数据进行了梳理[2-4]，利用GIS相关技术，包括坐标变换、统一坐标系及结构映射等方法，将多源异构的各种地理空间数据进行了基于空间位置的融合，建立了城市韧性空间数据库，以满足城市韧性评估对基础地理信息数据的需求。城市韧性空间数据库具体包括：①城市基础地理信息框架数据；②地理国情数据和市情专项数据；③无人机获取的影像数据；④基础影像数据和DSM数据；⑤地名地址数据；⑥POI数据。

2.2 基于地理编码与多重语义分析的地址匹配技术

本文在传统地址匹配算法的基础上[5]，加入了自然语言处理的方法，提出了基于语义分析的地址匹配技术路线，可以快速为公共领域的城市安全预测定制地址匹配方案，建立空间地理位置与城市防灾减灾业务数据间的空间挂接，提供在统一的地理参考框架下建立应急预案的可能性，提升城市韧性。利用地理国情数据和相关专题数据，在统一的地理框架下，实现了专题数据与地理空间数据的空间挂接，进一步实现了基于空间位置的空间分析，包括邻近分析、影响区域分析等，为相关行业提供应急管理服务，提升了城市韧性。

2.3 基于地理市情的城市基础韧性研究

上海作为全国最大的经济中心，由于人口、经济要素密集，以及特定的地理位置，其高敏感性和低适应性显得尤为突出，同等强度的城市灾害在特大城市的破坏力和影响力将远大于中小城市。本文以上海市为例，基于地理国情市情普查成果数据[6-7]，对城市基础韧性进行了分析评估。资料显示，上海未来可能产生的城市风险及时空影响特征见表1[8]。可见自然灾害、资源供给型灾害和设施老化型灾害为上海韧性城市建设过程中风险防范的重要方向。

本文针对表1中所列雨洪灾害和环境污染进行上海城市脆弱性试验性评估。如图2所示，基于城市韧性数据库中高精度DEM数据与城市下垫面数据，构建了城市雨洪脆弱性评估模型，在此基础上，如对接气象实况监测与预报数据，可实现城市积涝风险的动态预警。如图3所示，基于城市韧性数据库中的水体数据，采用多光谱解译等先进测绘技术手段，掌握了上海市域范围内黑臭河道分布情况，从而可以对城市水体脆弱度进行评估。

表1 上海未来可能面临的城市风险及其时空影响特征

2.4 基于地理市情的城市韧性专项监测——以城市高危仓储分布和监测方法研究为例

重大危险源动态监管是城市安全管理的重要基础工作[9]。本文对上海市域范围内高危仓储的位置、性质和储量进行监控，将仓储企业与周边居住区、医院、学校等不同类型的敏感源建立敏感源模型，对仓储企业的危险等级进行动态评估[10]。图4所示为上海市市域范围内的危险源总体分布情况，图5所示为根据仓储企业性质规模仓储内容的不同，同周边居住区、医院、学校、商圈等不同类型的敏感源建立模型，从而对仓储企业的危险等级进行动态评估。

主要的重大危险源包括固定场所的重大危险源及危化品运输车辆等。该方法如果与固定场所实时监控系统进行连接，可以将固定场所的重大危险源实时展现于电子地图中，方便用户了解危险源的地理位置、周围环境及实时监控信息。如果与危化品运输车辆的GPS、GPRS等信息连接，可以实现对危

化品运输车辆定位与跟踪、车辆调度与控制、车辆事故求助于报警、车辆轨迹显示与回放等,从而为预防与控制重大危险源危害，以及重大危险源事故应急救援提供重要的决策信息和技术支持。

2.5 基于多时相地理市情的城市韧性时空变化监测研究

如图6所示，本文利用多时相遥感数据和DSM数据等，经过遥感信息解译技术与DSM差分技术相结合的地理市情监测技术，动态监测韧性城市生态、基础设施环境的变化，对城市构(建)筑物、水环境、土地利用、地面沉降等进行快速、准确的变化监测，从而有效支撑城市韧性的评估与分析。例如，水体影响整个城市的蓄水功能，本文充分利用了不同时间段的高分辨率遥感影像[11]，快速发现城市水体的变化，如图7所示，对影响城市韧性的水体因素实现了动态监测。城市违法搭建存在严重的安全隐患，影响城市韧性，本文利用遥感影像、DSM、房屋建筑成果数据，快速发现疑似违法土地利用及违章搭建，如图8所示。

3 结 语

城市作为最复杂的社会生态系统，不可能完全避免灾害的发生，为应对有可能的城市安全问题，提升尝试防灾减灾能力，必须对城市韧性进行评估。地理国情市情普查监测成果数据基于统一的地理空间参考框架，为城市地理空间韧性评估提供统一的“底图”“底板”。本文基于地理国情市情普查成果数据和作者所在单位已有的高质量的测绘地理信息数据，从空间维度对城市地理空间韧性进行了基础监测和专项监测；并利用多时相的遥感影像，从时间维度对不同时期的城市韧性进行了变化监测，实现了城市地理空间的时空联动变化监测，提升了地理信息服务韧性城市建设的能力。在接下来的工作当中，可以融合更多的专题数据，与已有的地理国情市情普查成果数据进行空间融合后，服务于韧性城市建设的各个领域。