城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比.pdf

2097-3012(2023)02-0242-10 Journal of Spatio-temporal Information 时空信息学报 收稿日期:2022-04-28；修订日期:2023-05-28 基金项目:国家重点研发计划项目（2021YFB2501101）作者简介:应申，研究方向为 GIS、3DGIS 与三维地籍、空间分析、高精地图等。E-mail: 城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比 应申1，王润泽1，孙立1，于忠海2，李莉3，丁峰4 1.武汉大学 资源与环境科学学院，武汉 430079；2.济南市勘察测绘研究院，济南 250101；3.中国国土勘测规划院，北京 100035；4.天津市测绘地理信息研究中心，天津 300201 摘 要：针对覆盖率计算中可达范围和覆盖内容的模糊表达问题，本文提出了利用不同的可达性和空间叠置方法进行计算，并对结果的差异性进行分析。设计了顾及面域范围的不同空间叠置方法和不同可达性方法的覆盖率差异对比实验，明确了不同地理要素的可达性方法和不同约束指标与空间叠置方法的匹配关系，并以济南市中心城区为例进行了实验。结果表明：缓冲区方法适用于顾及面状要素边界问题的可达性分析，对于空间单元敏感型、服务设施共享型及边界模糊型约束指标分别采用空间包含、交或质心、并的空间叠置方法计算覆盖率。基于不同可达性方法的覆盖率差异对比发现，虽然利用服务区和缓冲区得到的可达范围差异很大，但可分别对其采用并、质心的空间叠置方法对覆盖率结果进行比较。关键词：城市体检；覆盖率计算；空间单元；可达性；叠置分析 引用格式：应申,王润泽,孙立,于忠海,李莉,丁峰.2023.城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比.时空信息学报,30(2):242-251 Ying S,Wang R Z,Sun L,Yu Z H,Li L,Ding F.2023.Differences comparison of coverage calculation methods for city examination and evaluation indicators.Journal of Spatio-temporal Information,30(2):242-251,doi:10.20117/j.jsti.202302011 1 引 言 2019 年 5 月，中共中央 国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见提出了“建立国土空间规划定期评估制度”。为了贯彻落实该意见并确保城市体检的客观性和可操作性，自然资源部制定并发布了国土空间规划城市体检评估规程（以下简称体检规程）、城区范围确定规范指导全国 108 个城市开展城市体检评估工作。体检规程既是促进城市高质量发展、提高国土空间规划体系并监督实施有效性的重要工具，也是建设宜居、绿色、安全城市，提升人民群众生活幸福感和满意度的重大举措（石晓冬等，2020）。体检评估指标体系作为城市体检评估工作的重要手段，对准确把握城市发展状态、发现“城市病”、监测城 市动态变化、开展城市治理工作是不可或缺的（张文忠等，2021）。为了确保城市体检评估的客观性、科学性和可操作性，研究者针对城市体检评估的指标体系构建（关丽等，2020）、多源数据（向雨等，2021）、关键技术（石晓冬等，2021）和理论方法（张文忠，2021）等进行了不断探索，实现对体检评估指标的定量评估客观评价城市运行状况。城市体检研究的空间维度涵盖了“市/区/镇街/社区”不同行政单元，体检指标计算方法的明确，标准化和空间化（詹美旭等，2021）的表达是定量评估的关键。虽然，体检规程中体检评估指标体系给出了指标数据来源和计算方法。但在体检指标的实际计算中发现，部分涉及覆盖率的计算方法仍存在空 应申 等：城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比 243 间叠置方法多样性和可达范围不确定的问题。由于体检评估指标众多（122 项指标），其数据来源涉及统计数据、调查数据、空间数据和大数据等多源数据，根据指标的数据来源和指标内容，分为单一空间指标、复合空间指标、非空间指标和大数据适用指标四种类型（袁源琳等，2021）。空间指标是指其数据来源、计算方法，以及分析依赖第三次全国国土调查（以下简称“三调”）、地理国情普查等空间数据的指标。特别是复合空间指标中覆盖率计算影响多个基本指标和推荐指标的具体分析，其数据源涉及国土空间数据和相关统计调查数据，需要采用地理信息系统网络分析、缓冲区分析、叠加分析和统计分析等多种算法组合实现（龙瀛等，2018）。本文在济南市中心城区开展实验，从覆盖率计算方法对指标量化结果的敏感性开展研究，设计了顾及面域范围不同空间叠置方法的覆盖率差异性影响和利用不同可达性方法，对同一地理要素的覆盖率横向对比的实验，并进行验证，明确了空间单元敏感型、服务设施共享型、边界模糊型不同约束下城市体检指标覆盖率计算的具体方法。2 城市体检评估指标与覆盖率计算 2.1 城市体检评估指标 在 122 项城市体检指标中，覆盖率计算相关的复合空间指标有 16 项，大多围绕“宜业、宜居、宜乐、宜游”的主题，其指标类别不仅有与国土空间规划密切关联的底线、用地、设施、管理类的基本指标，还涉及推荐指标中国务院审批城市的必选指标（推荐），具体内容如表 1 所示。表 1 体检指标体系中涉及覆盖率计算的指标 Tab.1 Coverage calculation of indicators involved in the examination indicators system 序号 编号 范围 指标项 指标类别 1 A-08 城区 消防救援 5 min 可达覆盖率 基本 2 A-29 城区 15 min 社区生活圈覆盖率 基本 3 B-34 全域 等级医院交通 30 min 行政村覆盖率 推荐 4 B-71 城区 社区卫生服务设施步行 15 min 覆盖率 推荐 5 B-72 城区 市区级医院 2 km 覆盖率 推荐 6 B-74 城区 社区小学步行 10 min 覆盖率 推荐 7 B-75 城区 社区中学步行 15 min 覆盖率 推荐 8 B-76 城区 社区养老设施步行 5 min 覆盖率 推荐 9 B-78 城区 社区文化活动设施步行 15 min 覆盖率 推荐 10 B-79 城区 菜市场（生鲜超市）步行 10 min 覆盖率 推荐 11 B-82 城区 社区体育设施步行 15 min 覆盖率 推荐 12 B-86 城区 公园绿地、广场步行 5 min 覆盖率 推荐 13 B-69 全域 都市圈 1 h 人口覆盖率 推荐 14 B-70 城区 轨道交通站点 800 m 半径服务覆盖率 推荐 15 B-83 城区 足球场地设施步行 15 min 覆盖率 推荐 16 B-88 城区 森林步行 15 min 覆盖率 推荐 表 1 中，基本指标 A-29“15 min 社区生活圈覆盖率”范围涉及社区安全、卫生、教育、养老、文化、商服、体育、公园等用以提高人民群众在城市里生活的舒适度和便利度的设施，可以看出覆盖率的计算复杂，涉及多种数据源来源、测算方式和计算方法多样等。2.2 覆盖率计算 覆盖率是指一定空间单元范围内社区设施点（面）服务范围覆盖的居住用地与对应空间单元内所有居住用地总面积之比，是评价社区居民能完全享受到的医疗、教育、养老、文化和公园等相应服务能力的一项重要指标。复合空间指标覆盖率 F 的计算公式如下（陈艳艳等，2015）：1100%niiufFS （1）244 Journal of Spatio-temporal Information 时空信息学报 2023,30(2)式中，n 为服务设施可达范围覆盖的居住用地数量；fi为服务设施可达范围覆盖的第 i 个居住用地面积，km2；u 为市域、区、街道、乡镇、城区范围等不同空间单元（应申等，2021）；Su为该空间单元的居住用地总面积，km2。由式（1）可知，F 由测算分子和分母决定，在空间单元 u 确定后测算分母 Su不变，覆盖率 F 的大小由测算分子决定，测算分子由服务设施的可达范围和利用空间叠置方法得到的居住用地覆盖面积的决定。服务设施覆盖率计算，如图 1 所示，设施服务半径为 R（a），若覆盖单元有重叠区域（b），则对重叠区域进行融合处理（c）。图 1 服务设施覆盖率计算示意图 Fig.1 Schematic diagram of service facility coverage calculation 3 研究方法 复合空间指标中的覆盖率计算主要涉及空间单元、可达范围和覆盖要素。首先，确定覆盖率计算的空间单元，并通过可达性分析获得测算分子的可达范围；然后，使用不同空间叠置方法得到覆盖要素，经统计分析后进行覆盖率结果分析。3.1 空间单元 为确保国土空间规划城市体检评估的规范性和可操作性，体检规程规定的设市城市的空间单元只有全域和城区（表 1），但非设市县城可参考使用，所以空间单元还可采用县域、区、街道、乡镇及中心城区等不同单元进行覆盖率计算。3.2 可达性分析 可达性是利用一种特定交通系统从某一给定区位到达活动地点的便利程度，常用距离、时间和费用等指标来测算（Liu 等，2021）。目前，常用的可达性计算方法有缓冲区分析法、网络分析法、最小邻近距离法、费用加权距离法等（李苗裔和龙瀛，2015），详情如表 2 所示。表 2 可达性分析方法的比较 Tab.2 Comparison of accessibility analysis methods 分析方法 优点 缺点 缓冲区分析法 操作简单 忽略了障碍物的影响 网络分析法 客观性强 计算与数据处理复杂 最小邻近距离法计算方法简单 抽象为点，忽略几何边界费用加权距离法比较贴近实际 以栅格数据为主 本文主要对体检规程中覆盖率计算所推荐的缓冲区分析和网络分析方法的可达性进行研究。（1）缓冲区分析在 GIS 中是以点、线、面要素为中心，在其周围建立一定缓冲半径的多边形，并结合需求对重叠区域进行融合处理（亢晓琛和刘纪平，2023），如图 2 所示。优点是适用多种地理实体、测算方法统一、操作性强及适用广泛；不足之处在于忽略了实际道路、建筑物、河流和公园等障碍物对可达性的影响，导致计算的设施可达范围与实际能到达的可达范围不一致。图 2 点、线、面不同要素的缓冲区示意图 Fig.2 Buffer zones of different point,line,and polygon features（2）服务区分析（网络分析）以现实道路网为基础，来判断在一定空间、时间内所能够到达的区域。优点是支持不同出行方式的选择，其测算结果与实际可达范围的契合度高，不足之处在于需要完 应申 等：城市体检评估指标覆盖率计算方法的差异对比 245 备的路网数据，且适用于点状要素的可达性分析。缓冲区和服务区两种可达性方法的适用情况，如表 3所示。表 3 两种可达性方法的适用情况 Tab.3 Applicability of two accessibility methods 计算方法 要素类型 起始位置 路网 结果 缓冲区 点、线、面 中心点、边界 不需要偏大 服务区 点 中心点 需要 接近 以点状要素的可达范围为例，基于缓冲区方法所生成的可达范围明显大于服务区方法利用道路网所计算的实际可达范围，同时，缓冲区方法的覆盖范围存在超出所在空间单元的问题（图 3）。在覆盖数量上，服务区分析所覆盖的要素明显少于缓冲区所覆盖的要素，缓冲区的可达范围偏大造成覆盖率计算结果的偏高（李俊，2019）。图 3 基于缓冲区与服务区分析得到的可达范围 Fig.3 Accessible range derived from buffer zone and service area 综上，利用缓冲区分析和服务区分析方法对点、线、面不同地理要素划定的可达范围可分为圆形缓冲区、条形缓冲区、环形缓冲区和服务区四种类型。城市体检指标中的社区中学、消防救援的服务覆盖率以及公园绿地的服务覆盖率，均可采