王 淼 楊梅子 楊旭東 蔡 彩 吳 霜 丁燕杰

(1. 北京市測繪設(shè)計研究院, 北京 100038;2. 城市空間信息工程北京市重點實驗室, 北京 100038;3. 北京建筑大學(xué), 北京 100044)

0 引言

城市是一個集多種要素和問題的聚合系統(tǒng),人口的大量集聚、城鎮(zhèn)化加速推進,城市安全風(fēng)險愈發(fā)錯綜復(fù)雜,且城市災(zāi)害具有多發(fā)性、多樣性、復(fù)雜性、疊加性、衍生性和傳導(dǎo)性,對城市的治理必須從源頭治理、系統(tǒng)治理[1]。我國城市以占國土面積0.85%的空間,集聚了64%的常住人口,創(chuàng)造了75%的經(jīng)濟總量、95%的技術(shù)創(chuàng)新能力[2]。隨著我國城市化進程迅猛發(fā)展,城市環(huán)境污染、交通擁堵、房價過高、水資源短缺、管理粗放和應(yīng)急遲緩等大城市病日益嚴峻,阻礙了城市可持續(xù)發(fā)展[3]。2016年以來,以北京為代表的超大城市總體規(guī)劃、控制規(guī)劃得到批復(fù),對城市病及城市空間治理提出更高的要求。

隨著推進國家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的深刻變革,學(xué)界積極對城市空間治理開展了相關(guān)研究。在概念上,城市空間治理的理念已逐步向正義轉(zhuǎn)變,城市的空間不公正帶來社會不公正[4];在治理模式上,城市空間治理模式也隨之不斷演變[5],多元利益群體之間相互博弈,從沖突、斗爭逐漸走向互動、協(xié)調(diào)、合作;治理對象方面,我國的內(nèi)城老舊住宅區(qū)、保障性安置住區(qū)[6]、城中村以及特殊經(jīng)濟空間如新城區(qū)[7]等都是空間治理的對象。

我國是超大城市(常住人口1 000萬以上)最多的國家,超大城市作為我國城鎮(zhèn)體系中的“頭部”城市,其空間治理關(guān)乎國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)是推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要內(nèi)容[8]。2014—2021年,面向超大城市空間治理需求,北京市測繪設(shè)計研究院等單位綜合運用空間大數(shù)據(jù)技術(shù),開展超大城市空間治理基礎(chǔ)理論方法、評估內(nèi)容指標、分析評價模型、數(shù)據(jù)處理與挖掘、系統(tǒng)平臺等的研發(fā)和集成創(chuàng)新,成果在首都“一總規(guī)”“兩控規(guī)”的編制、實施、評估和超大城市空間治理中得到全面應(yīng)用,在上海、重慶、武漢等多個超大城市得到推廣,推動了超大城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平。

1 研究思路

1.1 研究目標

超大城市空間治理的本質(zhì)是對超大城市社會空間秩序、城市生活環(huán)境質(zhì)量的控制[9]。課題組針對城市規(guī)劃實施評估、大城市病治理等超大城市空間治理需求,項目綜合運用空間大數(shù)據(jù)技術(shù),開展城市空間治理理論方法、評估指標體系、模型庫、大數(shù)據(jù)空間治理平臺和系列治理技術(shù)等研究,形成城市空間大數(shù)據(jù)治理的一整套標準規(guī)范、技術(shù)架構(gòu)、模型方法、軟件平臺,為城市“人—地—房—設(shè)施”空間格局規(guī)劃治理、城市公共服務(wù)設(shè)施區(qū)域協(xié)調(diào)治理、城市建設(shè)空間環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測治理[10]、城市空間環(huán)境的預(yù)測治理、城市生態(tài)的空間管控、城市街道環(huán)境評估治理及資源配置協(xié)調(diào)機制、治理模式與效果評價等提供完整、先進的解決方案，總體研究思路見圖1。

圖1 總體研究思路

1.2 總體研究思路

按照“問題治理—模型方法—數(shù)據(jù)融合—技術(shù)研發(fā)”的總體思路,面向超大城市空間治理需求,綜合運用空間大數(shù)據(jù)技術(shù),構(gòu)建了城市空間治理理論方法、評估指標體系、模型庫、大數(shù)據(jù)空間治理平臺和系列創(chuàng)新技術(shù),并在超大城市空間治理多個應(yīng)用場景開展了系列定量分析評估和典型應(yīng)用,形成了城市空間治理理論、指標、模型、動態(tài)多元評估分析方法及“規(guī)劃、診斷、治理”的成功案例[11]。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 研究城市空間治理理論方法

針對人口擁擠等超大城市病及城市發(fā)展不平衡不充分等問題,發(fā)展了城市空間均衡性及公平性理論,提出了城市公共空間異化、公共服務(wù)設(shè)施空間公平性、空間資源社會剝奪等時空大數(shù)據(jù)測度方法[12],開展了城市空間格局、公共資源空間均衡及公平性的量化評估,提高了城市空間治理的針對性和實效性。

在生態(tài)格局分析與評估,提出了面向生態(tài)、生產(chǎn)、生活“三生空間”的綜合生態(tài)格局分析與評估指標體系,打造創(chuàng)新、綠色、智慧城市。在生態(tài)空間動態(tài)監(jiān)管方面,研究多時相遙感和估算區(qū)域植被凈生產(chǎn)力模型(carnegie-ames-stanford approach,CASA)模型的生態(tài)空間動態(tài)監(jiān)管理論,實現(xiàn)對北京市生態(tài)紅線保護區(qū)內(nèi)植被凈第一生產(chǎn)力進行高分辨率的模擬[13-14]。在生態(tài)空間修復(fù)方面,基于生態(tài)本底及受損空間生態(tài)演化,研究受損生態(tài)空間修復(fù)目標和生態(tài)完整性恢復(fù)評估指標,實現(xiàn)生態(tài)涵養(yǎng)功能提升和優(yōu)化配置誘導(dǎo)評估。

研究了基于土地利用、公共交通導(dǎo)向、公共健康促進等多個方面的理論方法,拓展了傳統(tǒng)城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)科中對城市空間的演化理解。

探索基于時空大數(shù)據(jù)的“現(xiàn)狀-規(guī)劃-評估-治理-再評估”機制,制定“市-區(qū)-街鄉(xiāng)鎮(zhèn)-社區(qū)-小區(qū)”多級評估方案,開展時空大數(shù)據(jù)首都城市空間治理模式研究。

2.2 制定城市空間治理評估指標體系

綜合市級、區(qū)級、街鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)、小區(qū)等尺度在城市空間治理評估中的不同側(cè)重,研究建立了五級超大城市空間治理評估指標體系,包括指標選取、指標值測算方法、指標參考確定等，詳見圖2。

圖2 城市空間治理評估指標

2.3 建立多維度多時態(tài)的耦合分析模型庫

研究建立適用于超大城市的評估模型方法庫,包括10大項100多個模型的空間分析模型、業(yè)務(wù)分析模型和數(shù)據(jù)分析模型等?？臻g分析模型指傳統(tǒng)的空間統(tǒng)計分析模型,主要解決空間數(shù)據(jù)的基本分析問題。在業(yè)務(wù)分析模型中,以專項業(yè)務(wù)為導(dǎo)向分別建立了相應(yīng)專項模型,如就業(yè)人口分析模型、交通流量統(tǒng)計模型和城市安全綜合評價模型等。創(chuàng)新了城市公共設(shè)施覆蓋輻射指數(shù)[10]、基于實時大數(shù)據(jù)的通勤特征、自行車通行環(huán)境監(jiān)測與評價和城市街道環(huán)境評價等專業(yè)分析模型。

2.4 研發(fā)智能化處理、知識挖掘與動態(tài)更新技術(shù)

研究物聯(lián)網(wǎng)傳感器動態(tài)監(jiān)測及分析、海量空間數(shù)據(jù)的自動分析、快速建模和深度挖掘、基于空間位置和語義融合多源數(shù)據(jù)集成、基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的遙感影像分類和變化檢測、基于多源數(shù)據(jù)的地塊圖斑變化檢測、基于自然語言處理的知識挖掘等城市空間治理時空大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)[11],匯集整合城市發(fā)展相關(guān)的各類大數(shù)據(jù),建立定量化、動態(tài)化的城市空間治理綜合數(shù)據(jù)庫[15]，如圖3所示。

圖3 空間位置和語義融合多源數(shù)據(jù)集成

2.5 建設(shè)空間大數(shù)據(jù)治理平臺

基于大數(shù)據(jù)手段和時空技術(shù),研究一套從數(shù)據(jù)獲取、管理、分析,到指標自動化計算,再到數(shù)據(jù)空間化、直觀動態(tài)展現(xiàn)的一系技術(shù)方案,開發(fā)一系列城市空間治理軟件,滿足不同層面用戶的需求,最終實現(xiàn)對總體規(guī)劃中各項指標進行實時監(jiān)測,定期反饋和修正，如圖4所示。

圖4 城市空間治理平臺內(nèi)容

3 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

3.1 時空大數(shù)據(jù)超大城市空間治理理論方法

提出了城市公共空間異化、公共服務(wù)設(shè)施空間公平性、空間資源社會剝奪等時空大數(shù)據(jù)測度理論,研究了基于多時相遙感和CASA模型的生態(tài)空間動態(tài)監(jiān)管方法,聯(lián)合馬爾科夫鏈(Markov)和元胞自動機(cellular automata,CA)模型形成CA-Markov鏈預(yù)測模型,開展土地利用變化模擬預(yù)測,為超大城市空間治理提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 時空大數(shù)據(jù)超大城市空間治理評估指標體系

率先提出了“市-區(qū)-街鄉(xiāng)鎮(zhèn)-社區(qū)-小區(qū)”五級城市空間治理評估指標體系、測度方法和判定標準,形成了公共服務(wù)設(shè)施協(xié)調(diào)發(fā)展、城市職住平衡空間差異性和超大城市健康品質(zhì)評估指標,為超大城市空間治理評估分析提供了標準。建筑規(guī)模指標首次作為總量和控制指標寫入北京城市總體規(guī)劃和分區(qū)規(guī)劃。

3.3 “人-地-房-設(shè)施”耦合分析評估模型方法

構(gòu)建了城市公共設(shè)施空間覆蓋輻射指數(shù),計算一定半徑范圍內(nèi)學(xué)校、醫(yī)院、文化設(shè)施等城市公共設(shè)施的覆蓋輻射指數(shù),體現(xiàn)城市公共設(shè)施在一定空間范圍內(nèi)的服務(wù)能力;提出基于手機信令數(shù)據(jù)的職住識別與分析方法,建立手機基站信號與管理單元/分析區(qū)域的相互映射關(guān)系,識別其白天和夜間出行概率最好的地理位置,近似估計其居住地與工作地[16];構(gòu)建了居住、就業(yè)、公共服務(wù)、道路、職住匹配等綜合人口承載力P-S-R空間評價模型,建成了多維度多時態(tài)“人-地-房-設(shè)施”耦合分析評估模型方法庫(10大專題、100多個模型),支撐了超大城市空間治理評估分析。

3.4 時空大數(shù)據(jù)超大城市空間治理技術(shù)

研發(fā)了多尺度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜城區(qū)單體建筑提取及變化檢測、城市海量個體出行數(shù)據(jù)挖掘[17]、街景視覺可步性測算[18-19]等技術(shù)方法,突破了眾源異構(gòu)時空數(shù)據(jù)的智能化處理、知識挖掘與動態(tài)更新技術(shù),建成了眾源異構(gòu)時空數(shù)據(jù)的城市空間治理平臺,支撐了超大城市空間治理的智能評估。

4 結(jié)束語

項目構(gòu)建了城市空間治理理論方法、評估指標體系、模型庫和系列創(chuàng)新技術(shù),支撐相關(guān)城市空間治理工作順利開展,具有廣泛的應(yīng)用前景。重點服務(wù)規(guī)劃實施評估、大城市病治理、生態(tài)環(huán)境保護、城市空間布局優(yōu)化、資源利用效率提升和措施安全管理,促進測繪地理信息行業(yè)的融合發(fā)展。提升了城市品質(zhì)、助力空間公平正義、優(yōu)化營商環(huán)境、增強城市韌性,提高首都等超大城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平。

城市治理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文所討論的城市空間治理主要集中于城市物質(zhì)空間特別是住區(qū)空間、特殊空間等較大空間范圍上,側(cè)重于治理特征、城市政體、城市規(guī)劃及空間結(jié)構(gòu)等方面,但國內(nèi)外城市空間治理的理念都轉(zhuǎn)向了以人為本和社會公平正義,體現(xiàn)以人為本中心的經(jīng)濟、物質(zhì)環(huán)境、社會關(guān)系等空間治理特征及趨勢還沒有深入研究。同時,隨著新一代信息技術(shù)和自然資源管理深度融合發(fā)展,后續(xù)還需進一步開展更大尺度、更精細化、更精準化、更加智能化的超大城市空間治理理論與技術(shù)方法研究,服務(wù)特大城市高質(zhì)量發(fā)展。