2024年度规划科技进步奖二等奖 | 基于多源数据的城市圈区域发展格局分析关键技术与应用

导读

2024年度中国城市规划学会科技进步奖共评选出授奖项目26项，其中一等奖4项、二等奖7项、三等奖15项。一批优质规划科创成果脱颖而出，充分彰显了行业前沿研究实力与实践创新水平。“中国城市规划”微信公众号将陆续推送各获奖项目的详细内容，全方位展示优秀成果，敬请持续关注！

本文字数：5569字

阅读时间：17分钟

主要完成人：詹庆明，罗名海，肖映辉，李盼盼，甄云鹏，肖琨，范域立，唐路嘉，谭波，秦思娴，刘丹丹，张睿，涂诗琪，李长岭，邱瑞涵

主要完成单位：武汉大学，武汉市测绘研究院

PART 01

一、项目背景

城市圈是区域发展的基本形态，是以大城市为中心，以社会经济联系为纽带，以核心城市辐射距离为半径，所形成的功能互补、经济联系密切的区域，是突破城市行政边界、促进生产要素跨区域优化配置的空间范围。城市圈、都市圈、城市群是区域发展3种形态，都市圈和城市群是城市圈的高级阶段，当前武汉区域发展形态处在城市圈阶段。

城市圈区域发展格局是由自然物理空间和人文社会空间组成的复杂巨系统。从内部看，城市圈是人口、经济、交通高度集中的表现，是最活跃、动态变化的空间;从外部看，城市圈不是孤立存在的，是区域竞争与发展、辐射与吸引相互作用的结果，反映了人流、物流和信息流等在区域的集聚和流动。开展城市圈区域发展格局分析、科学揭示区域发展规律，是推进区域协调发展、加快新型城镇化的重要基础。

在国家自然科学基金的基础研究支撑下，围绕自然资源部、地理国情和自然资源监测需求，充分发挥产学研优势，历时4年，发展突破了城市圈区域发展格局分析系列关键技术。

PART 02

二、主要科学技术内容

和科技创新点

01

科学技术内容

项目融合地理国情监测、社会经济和时空感知数据，从静态、动态、生态三个视角，从空间功能结构、社会经济格局和生态发展格局三个方面，创新解决了城市圈空间联结与发展不平衡识别、中心城市辐射-吸引与跨城通勤科学测度、碳平衡演化与空间精细化刻画等难题，并以武汉城市圈为例开展典型示范应用。

项目总体框架

1.多源数据的城市圈区域空间发展结构识别

聚焦区域联动发展优势与潜力实现的关键症结，基于多源数据开展了空间扩张、功能结构、发展程度识别等研究，为促进区域协同高效发展提供技术支撑。

多源数据的城市圈区域空间发展结构识别

（1）空间扩张方面，融合地理国情和夜间灯光数据，判别了城市圈空间联结与一体化趋势，从城市圈空间扩张的规模、方向和形态等方面定量化测度了空间扩张特征，为武鄂黄黄等城市跨行政区发展的前置引导工作指明了方向。

（2）功能结构方面，利用地理国情和POI数据，进行核密度和空间相关性分析，完善了区域发展功能结构识别方法，识别了区域发展程度。

（3）发展程度方面，综合考虑土地功能复合度、集聚程度和时序变化因素，识别了区域发展高速发展地区/相对滞后地区，分析了相对滞后地区自然地理和政策成因，为发掘区域发展潜力、提升集约高效发展水平提供了技术支撑。

2.多要素的城市圈区域社会经济发展格局分析

立足区域协同发展的空间治理需求，构建了“动态监测-机理解析-规划响应”的全链条技术框架。通过融合手机信令、企业投资等实时数据与地理国情普查、经济统计等静态数据，创新建立多尺度流动空间解析模型，系统揭示人口迁徙、产业关联与交通网络的时空耦合规律，为破解行政区经济壁垒、优化要素流动格局提供科学支撑。

（1）人口维度上，构建流空间识别技术体系与都市圈腹地竞争评估模型，量化中心城市对周边城镇的虹吸-辐射效应，精准识别疫情等突发风险下的人口流动特征与脆弱性空间节点，为人口疏解政策制定及新城人口导入策略提供量化依据。

都市圈腹地竞争评估模型

（2）产业维度上，建立区域经济辐射能级评估模型，集成企业投资流向、供应链数据与创新要素密度指标，精准绘制都市圈经济腹地边界，识别研究区内城市辐射梯度衰减的关键空间节点。

区域经济辐射能级评估模型

（3）交通维度上，构建交通联系机会差异评估模型，量化分析都市圈内部通勤与对外辐射的交通服务效能差异，识别轨道交通供给盲区与低效路段；基于人口流动特征优化传统引力模型，建立“迁徙-交通”双要素空间交互评估工具，支撑了城际交通廊道优先级判定。创新了跨城通勤人口识别模型和人口画像分析方法，解决了跨城通勤的科学测度难题。

交通联系机会差异评估模型

3.多尺度的生态发展格局分析

针对区域资源环境差异大、生态发展不平衡的问题，构建了城市圈、城市、重点区域多尺度的碳排碳汇估算模型，提出了碳排放精细化尺度下推算法，评价了碳平衡发展格局，从节能减排、提高碳汇、区域优势互补等方面探索了不同尺度的生态发展路径。

（1）区域尺度，解决了碳排碳汇空间差异定量化估算问题，在区县尺度探究了社会经济、人民生活和城市发展对碳排放的影响，分析了区域、城市固碳盈余与城市化、工业化发展的关系，提高了区域尺度碳平衡的定量化分析水平，对区域节能减排、实现碳中和有一定指导意义。

（2）城市尺度碳排放方面，打破传统估算方法受限于行政单元统计数据的不足，基于IPCC碳排放因子法，提出基于社会经济空间异质性的碳排放精细化尺度下推方法，开展了街道尺度碳排放特征分析，刻画了碳排放峰值随产业转移的规律。

（3）城市尺度碳汇方面，提出了基于生物量、大气—土壤—植被—水碳循环过程的自然资源碳汇估算方法，包括单木生物量方法、农作物生物量方法以及基于碳循环过程的估算方法，开展了变化敏感带分析，为生态修复成效评估提供了定量化方法。

02

创新点

1. 提出了基于高通滤波的区域发展程度识别模型。构建融合地理国情、夜间灯光、POI等多源异构数据的空间发展栅格底板，综合考虑土地功能复合度、聚集程度和时序变化等因素，识别出城市圈高速发展地区/相对滞后地区，分析了相对滞后地区成因，解决了区域发展薄弱地块分布与形成机制难以定量化识别的问题，为发掘区域发展潜力、提升集约高效发展水平提供了技术支撑。

2. 提出了基于高频人口流动特征的跨城通勤识别模型。从用户活跃时段、出现频率和时间连续性方面分析高频流动人群出行特征，建立了基于时空感知数据的人群出行特征模型，提出了跨城通勤识别算法和人口画像分析方法，解决了城市圈跨城通勤的科学测度难题，拓展了区域社会经济一体化发展分析的技术手段。

3. 提出了基于社会经济空间异质性的碳排放精细化尺度下推方法。在工业、农业、居民生活、建筑施工、交通等主要行业碳排放量估算基础上，综合考虑功能布局、建设强度、人口密度和交通拥堵等因素，提出了碳排放精细化尺度下推模型，解决了碳排放空间分布特征的精细化刻画难题，为精细尺度碳平衡分析和区域生态协同发展提供了技术支撑。

PART 03

三、与国内外同类技术比较

1.构建定量化空间分析的技术体系，推动新技术在空间规划中广泛应用。项目聚焦区域空间扩张、人口流动和碳平衡问题，融合土地利用、遥感、POI、手机信令、企业投资等数据，创新解决了城市圈空间联结与发展不平衡识别、中心城市辐射-吸引与跨城通勤科学测度、碳平衡演化与空间精细化刻画等难题，发展了区域发展格局分析的指标和方法。相关成果形成发明专利2项、专著5部和论文50余篇，促进了城市圈定量化分析技术的进步。

2.揭示区域耦合互动与动态演进的深层规律，促进城市圈形成和发展的理论迭代。项目从城市圈、城市、重点区域三个尺度，空间功能、社会经济和生态发展三个方面，静态、动态、生态三个视角，构建了城市圈发展格局分析框架，精细刻画时与空、静与动、人与地关系，为区域发展格局分析提供了理论范式。有关理论方法在北京、天津、长沙、合肥、重庆等地推广应用，促进了区域一体化发展。

3.定位跨区域联动发展优势与潜力实现的关键症结，支撑区域协同发展的宏观战略决策。项目在武汉城市圈全面应用，有效识别武汉东西和南北向联系现状、能力与潜力间的不平衡，研究结论上报武汉市主要领导及省市发改委，为加快沿江高铁建设提供支撑；同时，捕捉武鄂黄黄边界跨城通勤趋势，为武汉地铁向东延伸和城市圈一体化发展决策提供直接支撑。

PART 04

四、推广应用情况

和应用前景

01

技术方法多维验证与跨域推广

基于多尺度空间识别技术，识别光谷科创大走廊扩张，划定武汉新城“东进”发展轴线，验证武鄂黄黄发展的规划合理性；基于动态感知技术，监测疫期人口流动与复工复产，为武汉解封提供了决策支撑，“武汉·动态感知”被自然资源部专题片选作典型示范；基于碳平衡测算技术，识别武汉工业碳排放向近郊转移趋势，支撑了武汉新城北部山区碳汇与南部工业区低碳转型决策；基于交通流分析技术，量化了城际铁路对花湖机场临空经济区的通勤效应，为跨市域交通优化提供了决策依据。

2024年受重庆市规划和自然资源局委托，基于本项目系列技术方法，开展重庆市都市圈发展演变及跨区域融合规划探索研究。

02

深层规律助力政策靶向优化

空间发展层面，“近域同城化”规律在武鄂黄黄发展中得到印证，跨城通勤强度中鄂州葛店-光谷占比超30%，充分验证了“向心集聚+廊道延伸”规律，推动了共建光谷科创大走廊鄂州段等近域城市“配套承接”政策落地。

社会经济层面，光谷-车谷-临空-长江新区产业协作机制支撑了“四大副城”产业分工；“交通可达性瓶颈”规律推动了沿江高铁武汉枢纽东延段建设，“武汉东西向联系薄弱”规律验证了汉孝城际铁路规划合理性。

“双碳”路径层面，武汉“中心城区向近郊”的碳排迁移规律指导了阳逻开发区低碳转型。

03

研究结论深度赋能区域战略决策

助力空间规划优化。空间分析成果应用于《武汉市国土空间总体规划（2021-2035）》：东进、西优空间策略与轴向拓展、廊道聚合发展模式，光谷科创大走廊、武汉新城区域增长极定位。

推动区域一体化制度创新。人口与产业研究成果为加快沿江高铁建设、地铁向东延伸，出台九城跨城通办政策等一体化发展决策提供了支撑。

助力“双碳”战略落地。碳平衡系列成果为区域经济和生态发展提供了决策依据。支撑了《武汉都市圈发展三年行动方案》圈内碳补偿、省域碳中和的路径决策；支撑了湖北省生态补偿机制制定。

PART 05

五、经济社会效益

01

经济效益

项目总经济效益为518.3万元。

02

社会效益和生态环境效益

本项目通过关键技术突破与实践应用，在支撑科学决策、服务重大事件应急响应、推动跨区域协同治理等方面产生显著社会效益，同时为生态保护与“双碳”目标实现提供量化支撑。

在社会效益方面，一是实现了决策支撑效益，项目成果在《武汉市国土空间总体规划（2021-2035）》中发挥了重要作用，项目有关研究结论以专报形式上报武汉市主要领导及省市发改委，推动了武鄂黄黄“交通同网、产业同链”政策落地（如地铁11号线延伸至鄂州葛店），支撑了“九城通办”政务服务（如公积金互认、医保异地结算）；二是应急响应效益，时空感知技术应用于武汉抗疫及疫后复工复产，在突发公共卫生事件中发挥应急保障作用；三是科技推广效益，项目系列技术方法在北京、长沙等城市推广，推动都市圈治理标准化；基于项目相关成果，在推动跨区域协同治理等学术期刊发表学术论文50余篇，累计被相关学者引用1100余次，占据了国内相关研究和应用的领先地位；项目负责人詹庆明教授应邀在武汉、上海、北京、重庆、昆明、香港以及英国、日本等地做了20余场学术报告，对促进学术交流、复合人才培养具有重要作用；四是公众认知提升效益，通过“解构武汉”系列微信推文，提升了公众对城市圈发展的认知，在2021年3月自然资源部宣传片中被选作典型示范，取得显著社会效益。

在生态环境效益方面，一是支撑“双碳”目标，通过碳平衡精准测算技术量化引导低碳转型，支撑了武汉新城规划中设立北部木兰山碳汇保护区等相关规划决策，指导鄂州花湖机场物流园区引入电动货车与光伏储能系统，助力城市产业低碳升级；二是协同生态保护，通过识别武汉都市圈碳汇核心区（梁子湖湿地、大别山林区），推动黄冈、咸宁等地划定生态红线；三是资源利用增效，分析城市圈建设用地扩张与人口增长匹配度，指导了孝感、黄石等城市盘活存量工业用地，助力土地集约利用，提高土地资源利用效率，推广利用循环经济模式。

PART 06

六、知识产权情况

及他人评价

相关成果形成发明专利2项、专著5部和论文50余篇，促进了城市圈定量化分析技术的进步。2022年3月22日，中国地理信息产业协会组织科技成果评价，《评价意见》认为该项目围绕城市圈区域发展的空间功能、社会经济和“双碳”发展结构，融合地理国情监测、社会经济统计、时空动态感知等多源数据，构建了区域发展格局分析框架，研究了空间发展结构识别、多要素社会经济发展格局分析、多尺度生态环境（双碳）评估等关键技术，开展了典型示范应用，成果总体上达到了国内领先水平。

供稿人

詹庆明，学会城市规划新技术应用专业委员会副主任委员，武汉大学城市设计学院教授

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