基于时空大数据的城市区域体检评估研究

张春敏，张楼香，丁亚杰

(常州市测绘院，江苏 常州 213003)

1 引 言

现阶段我国城市病较为突出地表现在人口数量多、交通拥堵、环境污染、住房紧张、安全弱化等[1]。常州市由于其自身的自然条件和政府决策，城市病主要表现在以下几个方面：一是住房空置率高，特别是在常州新城区更为明显；二是教育、卫生医疗等基础设施分布不均衡，主要集中在主城区；三是上下班期间和节假日前后交通拥堵；四是生态环境状况堪忧，2015年常州外国语学校周边环境污染问题事件就引起了全国的高度关注。

基于政府关于城市工作的战略部署，按照《常州市城市总体规划(2011-2020年)》要求建设新常州，需要对城市矛盾较为突出的方面进行研究分析评估，这样专家才能针对性地给出治理方案，城市规划部门才能合理规划。因此本项目选取常州市南大街街道作为试点，充分发挥城市测绘地理信息时空大数据的优势，对区域内交通、公共设施和城市安全等方面进行分析评估，为政府决策管理提供数据支持。

2 国内研究现状

国内部分城市对“城市病”也展开了研究，北京市测绘设计研究院提出了“城市体检”的概念，利用第一次全国地理国情普查数据成果，从城市区域评估的内涵入手，设计了城市区域评估的总体流程，确定体检指标体系和相关的分析模型，建立了全面的评估体系，将“城市病”的病重程度得到客观度量；武汉市测绘研究院充分利用全国第一次地理国情普查的契机，以问题为导向，以发展目标为牵引，对武汉市进行了基于时空大数据的发展研究，重点开展武汉市主城区城市交通运行水平分析及各类停车设施分布的研究，采用定性分析和定量分析相结合的方法，在分析武汉市交通现状、发展的基础上，综合考虑社会经济、土地利用、机动车增长等多因素影响，分析城市交通拥堵成因，提出静态交通设施供应、管理、保障等方面的政策建议[1，2]。

通过梳理已有的研究文献可以发现，中国学界对城市病的研究多集中于特大城市，缺少对二线、三线城市区域性的评估和关注，因此本项目立足城市区域评估，为城市发展提出意见和建议，为专家治理专项提供基础的评估资料。

3 研究内容及关键技术

依托全面、客观、准确的时空大数据，选取若干的评估指标和评价准则，制定健康指数，建立科学、动态的评估指标数学模型，将城市分析得到的数值与评估指标参照的数值进行比对，找出差异，初步分析南大街街道发展的问题和弊端，为城市发展提供新的评价方式[3]。

3.1 城市时空大数据的收集、清洗与整合

通过互联网、物联网、卫星、手机、摄像头等传感器实时采集感知数据和监控数据，以及融合不同城市管理部门日常管理产生的大量业务数据，地理国情普查数据和测绘地理信息行业的具有空间和属性信息的基础数据，如地形图数据、电子地图数据、三维数据以及各专题数据，形成海量的城市时空大数据，利用大数据技术对这些数据进行辨析、抽取、清洗等处理，对没有价值和我们不关心的信息进行“去噪”处理，提取城市体检需要的有效数据。

3.2 体检指标体系建立

以公共服务设施为例，根据《常州市总体规划(2011-2020年)》、各类公共服务设施专项及标准规范，参考其他城市的相关标准，综合得出评估指标，包括教育设施、医疗卫生设施、社会福利与保障设施、商业设施、文化设施、体育设施以及加油站、加气站设施的建筑面积、用地面积、服务半径、班级数(床位数/座位数)指数。

3.3 分析方法体系确定

综合利用各种统计和分析方法进行城市分析评估，通过泰森多边形分析法、GIS空间分析、网络分析、两步移动搜寻法、情景规划、GIS位置分配分析法等地理空间建模技术，基于现状路网对各类公共设施、交通道路、资源进行空间可达性分析，评价其服务水平[4]；运用层次分析法、相关系数法、主成分分析和因子分析法等设置指标的权重，对每一个指标进行文本分析，计算主成分贡献率及累计贡献率，确定各指标的客观权重和主观权重，可得到各小区以及整个街道的宜居性程度[5]。

3.4 评估分析结论

根据上述的诊断，运用数据可视化表达技术，将抽象的数据表现成图形或图像，“以图代数”将评估结果更加直观地展示出来，同时通过诊断评估指数并预测未来发展趋势和走向，随即提出相应的宏观发展建议和调控措施，为城市建设和发展的系统性、整体性推进提供一些参考，增强决策的科学性和协调的自觉性[6]。

4 初步研究成果

常州市南大街街道地处常州市商业最繁华地段，总面积 3.7 km2、下设10个社区，辖区内明城墙、毗陵驿等历史文化古迹星罗棋布，南大街商业步行街、莱蒙都会、吾悦国际广场等现代化商业街区联袂成片，街道内交通发达，教育、医疗和体育设施齐全，新老小区遍布其中，是常州市较具代表性的街道。

4.1 建筑密度

建筑密度=建筑物基底面积总和/总占地面积，通过计算得到所示的建筑密度图(如图1所示)，图中颜色越深代表建筑密度越大，从图1中可以看出，金色新城社区的建筑密度最小，安阳花苑社区的建筑密度最大，然后将建筑密度和人口叠加分析得到南大街人均住宅面积高于全国平均水平。

4.2 体育设施

公共服务设施包括体育设施、教育科研设施、文化娱乐设施等。体育设施的服务半径为 300 m，因此基于路网进行 300 m的服务面分析，得到体育设施服务范围图(如图2所示)，图中蓝色区域就是体育设施的服务范围，可以看出健身设施分布不合理，部分设施分布紧凑，如邮电公寓健身点和德馨花园健身点，蓝色区域交叉重叠，而部分设施建设后未充分发挥服务作用，如普济小区健身广场，图2中还有白色部分没被服务到。通过计算可得南大街所有健身设施服务人口为 46 374人，仍有未服务人口24.6%。

图1 南大街房屋建筑密度图

图2 体育设施服务范围图

4.3 教育设施

在教育设施方面，采用两种不同的方法进行分析。基于路网和基于泰森多边形的分析得到各学校的服务半径和服务人口(如图3所示)，图3中看出7所幼儿园中只有世纪明珠园的大地幼稚园分园的实际服务半径小于300，其他均大于300，表明南大街街道的幼儿园分布合理，基本能服务本区域人口，其中钟楼区翰林河景幼儿园的服务半径最大，为 451 m，占了总服务面积的46.83%，怀德苑幼儿园的服务人口数最多，共服务 12 477人。4所小学中，实验小学和广化小学的实际服务能力弱于怀德苑小学。研究区内的中学较少，只有田家炳初级中学和第五中学，而五中的服务半径远远大于田家炳中学。

图3 教育设施服务分布图

4.4 交通设施

以道路可达性评分高低来衡量地块通达性，分别将主干、次干、支路等道路的影响度叠加得出分值，分值越高，通达性越好，大于100分为通达性好，小于80分为通达性差。将常州市等级道路进行通达性分析(如图4所示)，图4中黄色代表通达性最差，蓝色代表通达性最好，图4为南大街地区交通通达性影响分析图，从图中可知西瀛里、双桂芳和吊桥路社区的道路通达性差。

图4 道路通达性影响分析图

根据南大街向周边辐射的出行时长数据，得到交通出行时空圈地图(如图5所示)，其中等级一到三为出行时长1小时内，颜色较深，通过计算分析得到常州一小时交通圈面积为 2 732 km2，大于北上广地区，说明总体路况优于这些城市。

图5 交通出行时长图

4.5 城市安全

地震应急避难场所(场所型、场地型)为应对地震等突发事件，经规划、建设，具有应急避难生活服务设施，可供居民紧急疏散、临时生活的安全场所。可选作地震应急避难场所的场址包括公园、绿地、广场、体育场、室内公共场/馆/所。根据《GB21734-2008地震应急避难场所场址及配套设计》，每人最小需求避难面积为 4 m2，据此统计可容纳人数共计 41 000人，而需求人口为 61 491人。

地震应急避难场所是否合理，根据规定每人最小需求避难面积为 4 m2，我们汇集地震应急避难场所包括公园、绿地、广场、体育场、室内公共场所的等级和面积(如图6所示)，统计计算得到可容纳人数为 41 000人，而需求人口6万多人，因此南大街街道的地震应急避难场所不足。

图6 应急避难场所等级划分图

5 结 论

纵观已有的研究文献，鲜有文献针对二三线城市进行城市病的分析，这是首次对常州市城市病进行综合分析，研究方法和思路是对已有城市病研究领域的一个拓展。

从实际应用来看，结合评估内容，开展规划动态维护，确保城市总体规划确定的各项内容得到落实，并对规划实施工作进行反馈和修正，可以促进常州各方面的稳定与健康发展，更好地为城市管理、建设规划、应急指挥和公众服务提供支撑，建设强富美高新常州。