基于时空数据的平南城市体检及规划策略研究

张 渝 万艳华

1 研究背景

当前，我国的城镇化已进入快速发展阶段，城市发展的内涵逐步由量的扩张向质的提升转变。我国的城镇化取得了举世瞩目的成就，但各城市普遍存在不同程度的“城市病”[1]，交通拥堵、人居环境品质不高、公共服务和基础设施供给不足、安全韧性不足等城市问题突出；如何解决“城市病”成为城市治理的核心命题。2015年，习近平总书记在中央城市工作会议上强调，要健全社会公众满意度评价和第三方考评机制，着力解决“城市病”等突出问题[2]；2017年，习近平总书记视察北京城市规划建设管理工作时要求建立城市体检机制[3]；2021年11月，住房和城乡建设部在全国开展第一批21个城市更新试点工作，其中就要求城市体检先行，要求开展系统性体检[4]。

作为一种技术方法，城市体检的目的是检测城市现状体征和存在的“城市病”，为城市更新和高质量发展提供决策依据，不断提升城市环境质量、人民生活质量和城市竞争力，不断满足人民群众对城市宜居生活的新期待[5]。经探索和积累，城市体检工作已形成初步体系，通常由城市自体检和社会满意度调查组成；而城市自体检由人民政府组织开展，以官方统计数据为主要依据，测算分析城市体检各项指标[6]。

近年来，众多学者在城市体检的时空数据应用方面，对体检体系构建、数据挖掘和融合、政策支撑等方向进行了讨论：何炬等（2022）结合了近几年全国城市体检和北京城市体检实践工作，探讨了多源数据在城市体检不同空间尺度、不同时间尺度和不同体检维度的应用，辨析了不同数据间的优劣势，提出了多源数据有机融合的方式，并以“城市停车问题”进行案例分析[7]；赵靖等（2022）运用政府公开数据、遥感数据、大数据、社会调查数据等多元性数据校核的分析技术，运用信息化平台和智能决策分析方法，建立城市、城区、街道和社区分层次多维度层级的体检模式[8]；向雨等（2021）融合遥感影像、社会开放大数据、统计资料等多源数据，围绕生态宜居、健康舒适等八个方面构建城市体检指标体系，运用归一法和层次分析法对城市自然本底和运行体征展开指标测度[9]。

本文基于城市自体检的指标体系，从生态宜居、健康舒适和安全韧性三个维度，针对性地挖掘人口活力[10]、POI(兴趣点）[11]和土地利用现状[12]等时空数据，通过时空数据分析方法识别平南城市问题，并根据所发现的问题提出相应的规划策略（图1）。

图1 研究框架图

2 分析方法与体检维度

2.1 时空数据分析方法

本文主要采用缓冲区和核密度分析平南城市人口、设施的服务范围和聚集模式。

（1）缓冲区分析

缓冲区[13]是一种广泛用于城市规划、交通等领域的空间分析方法。其工作方法为：围绕地物形成面状多边形，赋予多边形范围内的区域与多边形范围外的区域不同的含义。

缓冲区可围绕点、线或面要素建立，根据指定的长度距离，按照指定的方向延伸，形成多边形面状数据。一个点要素的缓冲区为以该点要素为圆心、指定距离为半径的圆；一个线要素的缓冲区是以线为中心轴线，距中心轴线的指定距离的平行条带多边形；一个面要素的缓冲区为向外或向内扩展指定距离而生成的新多边形。如：针对河流建立一定范围的缓冲区，将缓冲区内定义为河流保护区，并与缓冲区外的非河流保护区区分开。

（2）核密度分析

核密度分析[14]即核密度估计（Kernel Density Estimation），是估计未知的密度函数的方法，属于非参数检验方法之一，由Rosenblatt（1955）和Emanuel Parzen（1962）提出，又名“Parzen窗”（Parzen window）。核密度分析广泛用于城市规划、资源管理等领域，可模拟某个点状或线状地物在指定搜索范围内影响力衰减的过程以及区域内多地物的集聚和分散特征。

对点要素进行核密度分析，需要输入搜索范围，此范围默认为该点要素的影响范围；同时，在点要素上方构建平滑曲面。点要素正上方的曲面高度最高，值也最大；随着与点要素的距离越来越远，曲面的高度越低，值逐渐减小；当与点要素的距离达到搜索范围时，值减小为0。对线要素进行核密度分析，则在线要素的上方构建平滑曲面；值和曲面的变化与点要素核密度分析的变化类似。当区域内存在多个地物时，会构建多个平滑曲面；各栅格像元会被多个要素所影响，它的值为像元上方的各平滑曲面的值之和。像元值越大，影响该像元的各要素之间的距离越近，即要素之间的集聚趋势越明显；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，为独立同分布F的n个样本点；K（x）为核函数（非负、积分为1，符合概率密度性质，并且均值为0）；h>0，为一个平滑参数，称作“带宽”（bandwidth）[15]。

2.2 体检维度

本文从城市体检基本指标体系中的生态宜居、健康舒适和安全韧性三个维度，选取其中与空间布局、设施服务范围相关的指标进行时空数据挖掘与空间分析。

（1）生态宜居

包括基于人口热力数据的活力空间与基于缓冲区的公园绿地和广场服务范围分析，需从人口活力空间与公园绿地和广场的服务范围两项指标进行时空数据挖掘与分析。

通过人口热力图识别平南县城市建成区的人口活力空间和就业空间，通过缓冲区分析识别其公园绿地和广场的5分钟步行服务范围，对比人口活力空间与公园绿地和广场服务范围，总结平南县城市建成区在公园绿地与开敞空间方面存在的问题。

（2）健康舒适

包括基于POI、土地利用现状等时空数据和缓冲区、核密度等方法的公共服务设施空间布局与服务范围分析，需选取重点公共服务设施和POI进行时空数据挖掘与分析；其中，重点公共服务设施包括文化设施、体育设施和社区老年服务站，POI数据包括餐饮、购物、生活等六类与居民生活、工作相关的数据。

对三类公共服务设施进行缓冲区分析，重点识别三类公共服务设施存在短板的区域；并根据土地利用现状数据，分别计算文化用地、体育用地在平南城市建设用地中的比重，对比国家标准，分析相关设施用地的达标情况。

对POI数据进行核密度分析，形成POI数据热力图，分析平南县城市建成区POI的聚集模式，识别需要加强或补齐相关设施的POI区域。

（3）安全韧性

包括基于土地利用现状数据和缓冲区方法的公共设施服务范围分析，需选取平南城市可渗透地面和应急避难场所两类相关指标进行空间分析。

通过土地利用现状数据识别平南县城市可渗透地面，计算可渗透地面面积占平南城市建成区面积的比例，与45%的推荐占比进行对比；并通过可渗透地面的分布状况，分析平南县城市建成区海绵建设情况。通过计算人均应急避难场所面积和分析其空间布局，多角度评价平南城市应急避难场所的服务能力。

3 体检对象与数据来源

3.1 体检对象概况

平南县位于广西壮族自治区贵港市，是广西壮族自治区的人口大县和经济强县。2020年县域常住人口110万人，位列全区第5；2020年GDP总量289.45亿元，位列全区第7[16]。作为广西较为发达的县份，平南县“城市病”的识别和应对策略研究对其他市县具有一定的借鉴作用。

本文的研究范围为平南县城市建成区（图2），面积为34.49km2。更有针对性地识别和分析平南城市发展存在的问题，根据平南城市组团功能，将其建成区划分为老城区、城东、城西、城南和临江产业园五个片区，并针对五个片区开展城市体检和规划应对策略研究。

图2 平南县城市建成区范围及单元分区

3.2 数据来源与处理

（1）人口热力数据

人口热力数据来源于高德地图，统计工作日8：00—16：00（图3a）、晚间16：00—24：00（图3b）两个时间段平南县城市建成区的人口热力数据，反映不同时间段平南城市人口的聚集情况和城市的活力空间。

图3 平南县城市工作日人口热力图

（2）POI数据

POI数据来源于高德地图，经过爬取数据、清洗无效数据、去除重复数据、坐标纠偏和重分类后，形成餐饮、购物、生活共六类POI，反映平南城市公共服务设施和商业服务设施等兴趣点的空间分布。

（3）地理信息数据

地理信息数据包括卫星影像图、道路网络数据、行政区范围矢量数据、土地利用现状数据等，来源于地理空间数据云平台、高德地图数据爬取等，主要用于纠偏和校核所爬取的时空数据。

（4）规划成果数据

规划成果数据主要为平南县城市建成区范围划定数据、国土空间规划成果，用于确定论文研究范围。

4 体检过程与指标测度

4.1 生态宜居指标测度

（1）人口活力空间分布

人口热力数据分析结果显示，人群活动集中于平南县城老城区，城市日常活动主要集中在老城区的朝阳大道、环城路和迎宾大道两侧，以老城区通泰中央商务区、中心购物广场的人口活力度最高。老城区是平南城市功能及人群活动的主要承载地，城西、城东、城南等新区建设还难以吸引人群集聚。平南城市产业空间与城市空间逐渐互动融合，在就业分布上已经形成老城区和临江产业园两个就业人群集聚核心。

（2）公园绿地和广场5分钟服务范围分析

结果显示（图4），现状公园绿地和广场对居住用地5分钟覆盖率为28.92%，不能有效覆盖人口集中区。

图4 平南县城市公园绿地和广场5分钟服务范围

现状公园绿地主要为城隍岭公园和雄森动物园，分别位于老城区人口活力聚集区以北和临江产业园人口活力集聚区以东，不能有效覆盖平南城市人口集中区。平南城市综合性公园、中小型公园、游园和街头绿地建设均不足，未形成合理、有序的绿地系统，且城市公园利用率较低。

（3）分析结论

平南城市公园绿地系统不完善，广场等开敞空间极为缺乏，不能有效覆盖其城市人口集聚区域。

4.2 健康舒适指标测度

（1）三类重点公共服务设施分析

从其布局和服务覆盖范围来看，文化设施15分钟服务覆盖范围主要集中在老城区和城东，城西、城南和临江产业园相对缺乏（图5）；文化设施用地占平南城市建设用地比例为0.56%，距离国家标准（0.8%～1.0%）仍有差距（表1）。体育设施的布局较均衡，除了城南，其15分钟服务范围基本覆盖平南城市建成区其他各片区（图6）；但从现状面积来看，体育用地占平南城市建设用地的比例为0.27%，低于国家标准（0.6%～0.7%）。社区老年服务站15分钟服务范围主要集中在老城区（图7），部分覆盖城西和临江产业园，而城东和城南较缺乏。

图5 平南县城市文化设施15分钟服务范围

图6 平南县城市体育设施15分钟服务范围

表1 平南城市文体设施用地现状一览表

结果显示，文化设施、体育设施和社区老年服务站三类重点公共服务设施的分布不均衡，主要集中在老城区；此外，文化、体育设施的用地均未达到国家标准。

（2）POI数据分析

对餐饮、购物、生活服务、医疗保健等POI进行核密度分析，结果显示：餐饮POI形成两个显著的聚集点，主要是在老城区的通泰中央商务区、中心购物广场形成聚集，与平南城市人口活力空间重叠度较高；而在城东、城南和临江产业园的服务不足（图8a）。购物和生活服务POI的服务范围较广，已在老城区形成连片聚集的趋势；且两类POI聚集的区域重叠程度较高，均在浔江以南，主要沿迎宾大道形成线状集聚的模式，但未在城东形成聚集（图8b、图8c）。医疗保健POI的聚集范围较小，主要集中于老城区江边，在城东、城南和临江产业园的聚集模式不明显（图8d）。体育休闲POI形成三个相对分散的聚集点，未形成连片的模式；三个聚集点主要分布在浔江以北，相关设施以服务老城区为主（图8e）。公司企业POI主要集中分布在老城区和临江产业园（图8f）。

图8 平南县城市POI核密度

（3）分析结论

日常生活服务功能集中在老城区，医疗保健设施较少，体育休闲设施聚集范围较小；公司企业主要集中于老城区，但聚集程度不高。

4.3 安全韧性指标测度

（1）可渗透地面分析

土地利用现状数据分析显示，平南城市可渗透地面面积比例为20.99%，与45%的目标值差距较大；且在空间分布上主要集中于临江产业园、城南和老城区北部，而老城区内部、城西和城南较为缺乏（图9）。

图9 平南县城市可渗透地面分布

（2）应急避难场所分析

根据部门统计资料，平南城市人均应急避难场所面积达到2m2/人，指标完成度评价为“很好”，基本满足居民需求。但根据土地利用现状数据，仅有城隍岭公园一处应急避难场所，位于平南城市北部建成区；而其他片区的应急避难场所均较缺乏（图10）。

图10 平南县城市应急避难场所分布

（3）分析结论

平南的海绵城市建设需进一步加强；其应急避难场所集中于老城区北部，虽然基本满足居民需求，但在空间布局上仍需优化提升。

5 规划应对策略

5.1 补充开敞空间，优化空间品质

优化平南城市建城区水系、绿地空间，以“300米见绿、500米见园”为原则，构建平南城市绿化空间体系。利用建城区现有低效存量用地，增设街头绿地、口袋公园、市民广场，开展坑塘海绵化改造，打造社区公园，完善居民户外健身和休闲空间。依托浔江和寺背河水系，打造“两江四岸”健康休闲绿道系统，结合绿道串联各片区内的景观节点和公共活动中心，全面提升平南城市生活空间品质。

5.2 完善公服配套，构建便捷体系

以构建“15分钟生活圈”为目标，完善教育、医疗、养老、体育等公共服务设施配套，构建社区生活圈公共服务体系。平南城市存量低效用地优先用于公共服务设施配套建设，加强教育、医疗和养老等服务设施建设，合理优化设施的数量、类型、空间布局与管理维护，打造活力宜居的城市居住环境。在临江产业园区，优化生活、生产用地配置，加强生活配套设施建设，推进产城融合发展。

5.3 推进韧性建设，提升抗灾能力

适时开展平南城市综合防灾专项规划工作，按照韧性城市建设要求，系统分析重大危险源、灾害风险、用地安全性和应急能力，找准短板和弱项，结合平南城市综合整治、生态修复、道路提升、海绵建设等规划，明确各类重大防灾设施标准、布局要求与防灾减灾对策和措施，完善平南城市各类应急基础设施建设，提升城市综合抗灾能力，建设韧性城市。

结语

本文在城市体检的技术框架下，选取生态宜居、健康舒适和安全韧性三个维度中与空间分布、设施服务范围等问题密切相关的指标，挖掘人口热力数据、POI和土地利用现状等时空数据，采用缓冲区、核密度等空间分析方法，多角度识别平南城市发展中存在的问题。

在生态宜居方面，对比人口活力空间与公园绿地和广场的服务区域，识别平南城市公园绿地和广场建设中需重点提升的区域；在健康舒适方面，分析平南城市重点公共服务设施的覆盖度和用地占比达标情况，识别POI数据的空间聚集特征，总结各类设施存在的短板；在安全韧性方面，针对可渗透地面与应急避难场所的分布、人均用地面积、服务覆盖范围等方面展开分析，从空间布局的角度提出平南城市安全韧性方面存在的问题。

基于以上时空数据的挖掘和分析，本文有针对性地提出了平南城市规划的应对策略，为下一步深入解决“城市病”提供基础，并为其他市县的城市体检工作提供参考。

资料来源：

文中所有图表均为作者自绘或自摄。