多尺度下城市形态对空气质量的作用机制研究

环境品质提升在城市可持续发展中占有举足轻重的地位,关于城市形态与空气质量的研究逐年增多。城市形态对空气质量的影响在理论与实践中均得到了验证,但不同尺度下城市形态影响空气质量的机理还有待进一步明确。基于文献分析,本文系统分析了不同尺度下城市形态与空气质量的关联性,分别研究了城市形态对空气污染排放与净化的作用机制、城市形态对空气污染扩散的作用机制,并构建了多尺度城市形态与空气质量的关联框架,基于该框架对已有研究的实证结果进行了总结,也明确了不同尺度下城市空间优化与治理的重点方向,在形成经济发展、城市建设与环境质量良性互动的可持续发展关系上具有理论与实践价值。     

空间句法在城市形态分析中的作用

介绍空间句法的基本理论,并基于理论介绍空间句法运用于分析城市系统的优势,对其运用的方法与理论进行分析,得出运用空间句法对城市形态分析的具体方法与步骤,进而通过一个典型案例,详细介绍分析的过程与步骤。     

基于路网可达性的城市空间形态集聚分形研究

为将城市形态分形维数从平面空间拓展到交通网络系统,提出一种基于路网的分形集聚维数测算方法,探讨该维数的集聚—扩散性质。以郑州市中心城区为案例区,分别测算了各类功能用地半径集聚维数和路网集聚维数。结果表明：① 各类用地无论在平面中还是在路网中,密度从中心向外围的变化在特定区间内都是均匀的,符合分形特征。② 两种维数均呈现出商业用地<全部建设用地（不含道路与交通设施用地）<居住用地<工业及仓储用地的规律。③ 对于同类功能用地,相对于半径维数,路网集聚维数标度不变区尺度范围更广,对空间的划分也更为精细。④ 同类用地两种集聚维数的分形测量值存在差异,这体现出路网集聚维数对传统测度结果具有一定的延展—集聚修正作用。     

基于“规模—密度—形态”的大连市城市韧性评估

以建设安全城市为目标,依据地理学和景观生态思想方法,构建基于“规模—密度—形态”的三维城市韧性研究框架,并对2000-2016年大连市各县市区的城市韧性进行评估。其中规模韧性利用生态基础设施工具进行度量,密度韧性利用生态足迹与生态承载力工具进行度量,形态韧性基于源汇景观平均距离指数进行度量。还对各年份三类韧性的组合形式进行综合评判。本文认为,“规模—密度—形态”三位一体的韧性评估方法可有效识别城市的韧性特征,是建立城市规划与城市韧性研究之间有效联系的纽带。研究发现：① 规模安全是城市空间扩张的基本约束条件;② 生态承载力是城市密度的安全阈值;③ “源—汇”景观的空间耦合是优良城市形态的基本特征;④ 是“规模—密度—形态”三个韧性的组合状况而不是某一单项指标决定城市的安全性。基于规模、密度、形态韧性及其组合特征判定,为未来大连的城市发展提出建议：① 严格限制中心城区与金州区开发强度,遏制其蔓延式增长趋势;② 严格控制海岸带开发,维持山体和绿色植被斑块的完整性;③ 促进市域均衡开发,提升城市整体韧性;④ 优化新市区开发战略,形成良好城市形态。     

基于约束性CA方法的北京城市形态情景分析

约束性元胞自动机(Constrained cellular automata,Constrained CA) 在模拟城市增长方面已有诸多实践,已有文献常利用各种反映土地利用需要、区位影响、管理制度等的政策参数,设定不同的城市空间发展情景以反映未来的城市形态。在基于约束性CA进行城市形态情景分析时,以各种政策参数作为情景条件的研究实例较多。而在中国的城市规划实践中,城市规划用于建设管理的审批,对应明确的城市形态,因而如何利用城市形态作为情景条件分析所需政策,也有实践意义,可以解决一些广为关注的重要问题,例如已有的发展政策是否与期望的城市形态相匹配,不同规划方案所需采取的政策有什么区别等。本文提出了以城市形态作为情景条件(即形态情景分析) 的新方法,该方法基于约束性CA,改变了传统的约束性CA情景条件的设置方法,以期望的未来城市形态为目标,识别相应需要的发展政策。并将北京市域的4 个规划城市形态作为情景条件进行了实证分析,对多个规划方案实施的可能性和政策参数进行对比分析,证明该方法具有较好的适用性和可行性,是将约束性CA的应用扩展到城市规划领域的又一尝试。     

基于夜晚灯光数据和Google Earth的城市建成区提取分析

夜晚灯光数据已被广泛应用于提取城市建成区的研究,由于灯光具有溢出特性,因此确定最佳灯光阈值成为研究热点。本研究中总结4种常用最佳阈值确定方法的特点,并使用Google Earth影像空间比较法,确定夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值。由于地形、交通等因素影响城市形态,城市形态影响夜晚灯光数据提取城市建成区的最佳阈值大小,因此,根据城市形态将阈值结果分为2类,并得到块状城市和带状城市建成区的最佳灯光阈值分别为43和 47。Google Earth影像空间比较法与其他方法相比具有不受统计数据限制,以及简易操作等优势,且从形态上对城市建成区提取结果进行空间比较;其次,根据城市形态对最佳阈值结果分类,使不同类型的城市建成区提取结果更准确。该方法适用于在地形复杂、形态多样的大尺度空间中提取城市建成区。     

凸壳原理用于城市用地空间扩展类型识别

针对目前尚缺乏定量方法确定城市用地扩展类型的问题,首次提出了利用计算几何中凸壳原理识别城市用地扩展类型的新方法,阐述了该方法实现步骤和判别标准,凸壳方法可以区分城市用地扩展的两种类型,即填充类型和延伸类型。基于国家资源环境数据库,应用研究的结果表明,从1990年到2000年,安徽省城市用地扩展类型以填充类型为主,而用地扩展的结果导致城市形态的变化,这一时期安徽省城市轮廓平面形态逐渐趋于紧凑。     

基于GIS场模型的城市餐饮服务热点探测及空间格局分析

餐饮服务是城市生活的重要组成部分,提取城市餐饮服务热点并识别其空间分布模式,对于理解城市形态结构具有重要意义。针对过去基于POI进行城市形态特征定量分析的不足,利用GIS场模型对城市特征要素的空间分布模式进行识别,并采用地学信息图谱对其模式进行可视化和分析。以济南市主城区4.71万个餐饮服务POI作为主要数据源,首先基于密度场热点探测模型提取餐饮服务热点并按照密度值进行等级划分;然后采用广义对称结构图谱和数字场层次结构图谱表达餐饮服务热点的空间分布结构特征和规模等级结构特征,并构建其分布模式图谱;最后对结果展开讨论。研究表明：① 数字场热点探测模型能够有效地从POI中识别出不同等级的热点。② 广义对称结构图谱和基于GIS场模型的层级结构图谱能够分别从纵横两个方面分析和表达餐饮热点的空间分布结构和层次等级结构特征。综上所述,本研究为基于POI的城市特征要素提取和城市形态研究提供了一种有效的定量分析思路,其方法也可以推广至其他城市特征要素的提取、分析和表达当中。     

城市夜间灯光强度空间衰减规律及应用

夜间灯光强度是城市社会经济活动强弱的直观表征,通常随到城市中心距离增加而逐渐降低。但其空间衰减过程是否可以定量化、模型化,以及空间衰减规律关于城市形态的指示意义仍不明确。论文获取32个中国主要城市2012年和2020年NPP-VIIRS夜间灯光年度合成数据,以城市中心为圆心,计算同心圆圈层内平均夜光强度;受建设用地密度空间衰减函数启发,采用反S函数拟合城市夜间灯光强度空间衰减特征。结果表明：反S函数可以很好地拟合夜间灯光强度空间衰减特征,模型参数D和α的变化分别反映了城市扩张过程和形态变化。2012—2020年间,各城市半径(参数D)增长到1.1～3.6倍;城市规模较小的长春、银川和西宁经历的夜光亮度增长幅度最大,而东部沿海城市增长幅度较小。参数α的变化说明中国主要城市由夜间灯光反映的空间形态趋于紧凑。反S函数为刻画夜间灯光强度空间衰减提供了新工具,为测度城市扩张和形态变化提供了新指标。