基于POI數據的城市緊湊度時空演變特征研究

諶子群，王樹建 （上海應用技術大學，上海 201400）

1 引言

城市發展進入新階段，面臨土地資源過度消耗、交通擁擠以及經濟活力降低等問題。為解決這些挑戰并實現可持續發展，集約緊湊發展被認為是一種有效的策略。至今，國內外學者對于空間緊湊發展已經進行了大量研究。在理論層面，緊湊發展在上世紀70 年代著重應對低密度城市蔓延帶來的環境問題[1]，而90 年代歐共體發布環境綠皮書更加關注城市密度和功能多樣性的重要性[2]，直到聯合國通過《2030 年可持續發展議程》，緊湊城市發展內涵和意義進一步拓展，研究重點更加聚焦于功能體之間的可達性、聚合性以及形態上的高效性。在測度指標方面，早期研究主要關注城市形態或單一功能指標，而后越來越多的學者提出多指標測度方法。例如Burton E[3]從高密度、功能混合和可達性三個角度建立了城市緊湊度綜合指標體系；Angel S[4]則圍繞鄰近度、聚合度和形態上的深度指數，從用地形態、功能布局及行政邊界的進深角度論證城市緊湊發展的路徑策略。國內研究方面，新城市主義規劃和精明增長理論的引入使得緊湊發展更加注重多維指標體系的構建[5]。方創琳等[6-7]提出包含規模、密度、均衡分布和集聚程度等四維指標。此外，韋亞平等[8]構建緊湊發展的土地利用效益模型，強調人口和產業經濟分布的功能緊湊概念。綜上，緊湊發展的測度指標聚焦在密度、混合度、可達性、均衡性、集聚性和連接性等方面，涵蓋城市形態、功能、密度和結構等多個維度。

以上關于空間緊湊發展理論內涵及測度方法的經典研究，不足在于缺乏對緊湊發展精準多維度特征的評估，以城市群為研究對象的較少。因此，本研究貢獻在于：①緊湊發展指標突破單一形態維度向形態、結構、功能及強度等綜合維度轉變，且采用POI數據精準量化，利用耦合協調度構建綜合指數，并運用標準差橢圓模型分析其時空演變特征。②研究尺度上從城市群入手探討區域協同緊湊路徑。研究成果有助于實時精準地了解城市空間結構、設施資源配置及土地復合利用效益，解決不同類型城市緊湊空間發展路徑及城市空間結構與功能配置如何優化等問題，科學系統促進緊湊發展。

2 研究區概況與數據來源

選取長三角地區41 個城市作為研究對象，利用2012-2020 年面板數據進行實證分析。其研究區域內建成區范圍、建成區面積及周長數據來自中國科學院資源環境科學與數據中心土地利用柵格數據（30m 精度），均通過ArcGIS 10.6 提取及計算得到；各類POI 數據通過網絡爬蟲方式從高德平臺獲取，篩選并分15 類，同時創建漁網（2km 精度）進行分區空間統計；研究區域城市中心選用行政中心經緯度坐標。

3 研究方法

3.1 城市緊湊度測算

基于現有研究成果，緊湊城市發展是多維度的概念，是一種高質量的開發模式，本質上體現土地集約利用和城市高效運行，著重強調空間形態的連續性、基礎設施的均衡可達性及土地混合利用的高效性，表征為城市空間鄰近、土地形態完整及功能混合。因此，本研究認為城市緊湊度可通過連接度、鄰近度及功能混合度的耦合協調度來綜合測算（表1）。

表1 城市緊湊度測算指標體系

其中，連接度表征形態維度，基于生態學連接理論來研究建成區形態特征并強調用地擴展方式，反映地塊完整性[9]；鄰近度表征結構維度，著重強調空間基礎設施的均衡與可達性，設施越臨近，通勤距離越近，城市運行效率越高[10]；功能混合度表征功能維度，用來衡量地塊設施的集聚和混合程度，關注地塊利用類型的多樣化[11]；連接度、鄰近度及功能混合度均體現強度內涵，強調城市空間活動的密集性。

3.2 模型構建

3.2.1 耦合協調度模型

城市緊湊度綜合指數是連接度、鄰近度及功能混合度的有機耦合及協同作用。因此，借鑒陸遠權等[12]的研究，引入耦合協調度模型，評價其各項分指標交互耦合的協調程度，同時在構建綜合指數之前，采用Sigmoid 函數標準化對其進行無量綱化處理[13]。其具體計算公式如下：

式中：U1、U2及U3分別為各項分指標標準化值；C為綜合評價耦合指數；D代表耦合協調指數；T為各項分指標的協調指數,反應各指標整體協同效應；同時認為構成緊湊度綜合指數的各項分指標同等重要，因此取λ1=λ2=λ3= 1/3。

3.2.2 標準差橢圓模型

標準差橢圓作為有效的地理空間分析方法，利用ArcGIS 空間統計分析工具多維度對地理要素的空間分布和集聚特征分析。本文旨在通過橢圓的重心坐標、長短軸、方位角及面積等空間指標，探究城市緊湊度的集聚、離散和演變趨勢。具體計算公式如下：

式中：n為城市數量；N(X,Y)為加權平均重心坐標；（xi,y）i代表第i個城市的空間經緯度坐標；wi為權重；θ為標準差橢圓方位角；σx和σy分別表示橢圓長軸X和短軸Y的標準偏差；標準差橢圓面積反映緊湊度的聚集狀況，即面積越小表明其空間分布越聚集。

4 結果分析

4.1 城市緊湊度的時空分布特征

為明確城市緊湊度時空分布特征，運用ArcGIS 10.6 軟件將圖形數據與其綜合指數連接，并色彩分級空間可視化，將緊湊度分為較低緊湊、低緊湊、中緊湊、高緊湊及較高緊湊，結果如圖1 所示（注：限于圖幅，本研究只展示2012、2016及2020三年緊湊度數據，下同）。

圖1 長三角41個城市緊湊度的時空演變圖（圖片來源：作者自繪）

長三角區域整體緊湊度空間分布差異化明顯，呈現“北高-南低”兩翼格局。較高緊湊、高緊湊城市主要分布在中、東及北部地區，如上海、南京、常州、合肥及淮北等；低緊湊、較低緊湊城市主要分布在南部地區，如浙江省大部分城市（麗水、臺州、溫州及衢州等）。這些城市在此期間通過村鎮合并來擴大中心城區面積，加大空間分散化，一定程度導致蔓延擴張，影響城市緊湊發展[14]。

2012-2020 年，長三角整體緊湊化程度呈現明顯上升趨勢。較高緊湊、高緊湊城市數量由11 個增加到21 個，主要集中在上海都市圈、蘇錫常都市圈、合肥都市圈及滬寧合杭甬發展帶、沿海發展帶等沿線城市，逐漸形成以長三角核心城市為典型代表的高緊湊區域。由于城市應高質量發展需要，僅依靠單純城市空間無序擴張達不到可持續發展目標，緊湊城市發展成為必然選擇，并且核心城市發揮著輻射作用，帶動周邊城市緊湊發展。

4.2 城市緊湊度的時空演變及集聚特征

通過分析緊湊度空間分布的標準差橢圓（圖2）及其參數（表2），得出以下時空演變及集聚特征。

圖2 長三角41城市緊湊度標準差橢圓及重心變遷（圖片來源：作者自繪）

表2 長三角41個城市緊湊度標準差橢圓參數

從分布重心來看，長三角城市緊湊度標準差橢圓重心整體向東北方向移動，且趨勢逐漸放緩。2012-2016 年和2016-2020 年，橢圓重心分布在南京市，且向東北方向變遷的總位移分別為848.4m 和394.5m，表明兩個時間段尤其是長三角東北部城市緊湊度提升較其他區域快，且前四年提升速度更快，與上述浙江省較多城市為低緊湊的結論符合。

從分布范圍來看，長三角城市緊湊度整體空間分布范圍呈收縮趨勢，經歷了略微擴張后收縮的過程。2012-2016年橢圓面積增加681.763km2，而2016-2020 年橢圓面積大幅縮小1771.725km2，其中長半軸及短半軸分別減小0.708km、1.526km，表明以滬寧合杭甬發展帶為主的橢圓內地區2016-2020年緊湊度提升較快，且分布范圍呈現出一定的聚集態勢。2012-2020 年長三角城市緊湊度總體空間范圍有所收縮，但仍主要集中在都市圈區域，表明以都市圈為核心是提升區域緊湊度的主要方向，這也與地區人口及經濟集聚相符合。

從分布方向來看，長三角城市緊湊度標準差橢圓的方向角度變化不大，主方向呈現東南-西北走向，表明東南、西北地區及中部地區城市緊湊度空間分異較明顯。

5 結論及建議

通過上述研究，得出以下主要結論。

①長三角區域整體緊湊度空間分布差異化明顯，呈現“北高-南低”兩翼格局，中、東及北部地區核心城市緊湊化程度較高，以上海、南京及合肥為代表；南部地區（浙江?。┐蟛糠殖鞘芯o湊化程度低。

②長三角地區2012-2020 年整體緊湊化程度呈現明顯上升趨勢，高緊湊城市數量成倍增加，主要集中在上海都市圈、蘇錫常都市圈、合肥都市圈及滬寧合杭甬發展帶、沿海發展帶等地區，并逐漸形成以都市圈范圍為代表的高緊湊區域。

③長三角城市緊湊度空間格局呈現向東北移動趨勢，反映東北部地區緊湊提升更快；城市緊湊度空間分布范圍小幅收縮且以東南-西北為主方向，表明區域緊湊度空間分異主要體現在東南、中及西北部地區，且以滬寧合杭甬發展帶為主的中部地區緊湊度呈現一定的集聚態勢。

根據以上結論，針對如何在區域和城市規劃及政策制定上提升空間緊湊發展水平，助力城市高質量發展及區域一體化協同治理，提出以下建議。

①根據區域緊湊度空間分異特征，重點提升南部及西南部城市緊湊度。主要從以下維度施策：形態上降低土地破碎化程度，重點加強政府宏觀調控，注重公共基礎設施均衡化配置，減小資源分配不均及社會分割現象；結構上提升設施均衡及可達性，構建“城市-分區-城鎮-社區”多層級公共中心，提高公共基礎設施與土地利用的匹配性；功能上強化土地利用效益，實現土地利用類型多樣化，提升土地集約利用水平及城市活力。

②由于呈現以都市圈為范圍的高緊湊區域，根據城市發展目標及差異，以點帶線，以線成面，重點發揮區域核心城市輻射效應，加強都市圈引領作用，降低空間緊湊化差異，提升區域協同緊湊水平。