恒隆研究| 龍瀛研究團(tuán)隊(duì)：基于時(shí)間序列街景和深度學(xué)習(xí)測(cè)度全國(guó)城市空間失序的演變

恒 隆 研 究

【作者】馬悅 李彥^1213*

清華大學(xué)建筑學(xué)院

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院

3 清華大學(xué)恒隆房地產(chǎn)研究中心；清華大學(xué)生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

【通訊作者郵箱】ylong@tsinghua.edu.cn

【原文信息】

Ma, Y., Li, Y., & Long, Y. (2025). Measuring Temporal Evolution of Nationwide Urban Physical Disorder: An Approach Combining Time-Series Street View Imagery with Deep Learning. Annals of the American Association of Geographers, 1-26.

內(nèi)容導(dǎo)讀

城市空間失序（Urban physical disorder）是指城市景觀中出現(xiàn)的顯著衰敗和惡化現(xiàn)象。隨著城市的發(fā)展，空間失序現(xiàn)象也在不斷演變。然而，測(cè)量城市空間失序的演變?nèi)匀皇且豁?xiàng)挑戰(zhàn)。本研究創(chuàng)新性地采用了時(shí)間序列街景圖像和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，分析全國(guó)范圍內(nèi)城市空間失序的時(shí)間演變，既包括總體水平，也包括不同的表現(xiàn)形式。本研究在中國(guó)共收集了2013年到2022年的2000余萬(wàn)張街景圖像。通過訓(xùn)練 YOLOv8 目標(biāo)檢測(cè)模型，準(zhǔn)確識(shí)別出14個(gè)城市空間失序元素。每個(gè)元素都被賦予權(quán)重，以反映城市空間失序的總體水平?；趫D神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聚類分析確定了四種不同的表現(xiàn)形式：質(zhì)量良好、空置衰敗、在建和缺乏維護(hù)。研究結(jié)果表明，中國(guó)的城市空間失序總體水平有所下降，主要問題已從缺乏維護(hù)轉(zhuǎn)向空置衰敗。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與空間失序的整體改善相關(guān)，而人口減少的城市往往有更多的空置衰敗問題。通過測(cè)量城市空間失序的演變過程，可以對(duì)這一現(xiàn)象有更細(xì)致的了解，并有助于預(yù)測(cè)城市空間質(zhì)量面臨的挑戰(zhàn)，從而幫助城市規(guī)劃者制定具體的應(yīng)對(duì)策略。

研究背景

城市空間失序（Urban physical disorder）指嚴(yán)重衰敗和退化的城市景觀，包括破損和維護(hù)不善的外墻、廢棄建筑、街頭垃圾、涂鴉和破損道路。這些狀況不僅會(huì)對(duì)居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，而且還與不利的公共衛(wèi)生和社會(huì)穩(wěn)定結(jié)果相關(guān)聯(lián)。全世界的城市都面臨著空間失序的挑戰(zhàn)。因此，迅速、準(zhǔn)確地識(shí)別城市空間失序是關(guān)鍵的一步

城市環(huán)境會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。除了與居民使用公共空間相關(guān)的正常損耗外，由于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、政策實(shí)施、生態(tài)條件和人口遷移等多種因素，城市面臨的空間失序問題也在不斷演變美國(guó)的 “紐約東區(qū)鄰里計(jì)劃”和中國(guó)的 “城市更新行動(dòng)”等舉措都在積極應(yīng)對(duì)城市空間失序 問題，振興公共空間。與此同時(shí)，工業(yè)衰退和經(jīng)濟(jì)衰退導(dǎo)致美國(guó) “鐵銹地帶 ”城市中大量住宅無(wú)人居住或被遺棄。一些歐洲國(guó)家正在經(jīng)歷難民危機(jī)。難民營(yíng)的建立和隨后的管理不善導(dǎo)致衛(wèi)生條件惡化和垃圾堆積。鑒于城市不斷經(jīng)歷復(fù)雜的轉(zhuǎn)型，先前存在的空間失序問題有可能已經(jīng)解決、加劇或引發(fā)新的挑戰(zhàn)。正如城市生命周期理論劃分了一個(gè)城市從開始到衰落的發(fā)展階段，城市面臨的空間失序問題也有可能在這些階段中不斷演變

大多數(shù)研究都集中在特定時(shí)間點(diǎn)對(duì)城市空間失序進(jìn)行評(píng)估，很少考慮其時(shí)間演變。量化 UPD 的演變可以幫助政策制定者和研究人員確定預(yù)測(cè)和緩解空間失序的有效策略，這對(duì)于發(fā)展安全、健康和可持續(xù)的城市環(huán)境至關(guān)重要。本研究對(duì)城市空間失序的演變進(jìn)行了大規(guī)模分析，并提出了兩個(gè)研究問題：

(1）如何量化城市空間失序隨時(shí)間的演變？

(2）在廣闊而多樣的地理區(qū)域中，城市空間失序演變的動(dòng)態(tài)特征是什么？

為了解決這些問題，本研究提出了一種結(jié)合時(shí)間序列街景圖像和深度學(xué)習(xí)的新方法，從整體層面和不同表現(xiàn)形式揭示中國(guó)城市空間失序的演變特征。

研究方法和數(shù)據(jù)

（1）研究區(qū)域與數(shù)據(jù)由于中國(guó)城市行政邊界與實(shí)際建成區(qū)常存在差異，研究采用實(shí)體城市概念，通過地理特征的空間聚集（如興趣點(diǎn)、道路交叉口和人工不透水面）更準(zhǔn)確地表征城市化區(qū)域。本研究所有的核心數(shù)據(jù)來(lái)源于百度地圖，研究收集了2013年至2022年間覆蓋2,665個(gè)實(shí)體城市的5540萬(wàn)街景圖像。通過數(shù)據(jù)處理篩選出698個(gè)符合條件的實(shí)體城市，包含264萬(wàn)個(gè)有效采樣點(diǎn)和2111萬(wàn)張街景圖像，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、人口等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，分析UPD的演變。

圖1. 研究區(qū)域及街景圖像收集過程

（2）城市空間失序要素識(shí)別：研究采用適用于中國(guó)城市的UPD指標(biāo)體系，包含15個(gè)要素，涵蓋建筑、商業(yè)、道路、綠化和基礎(chǔ)設(shè)施五個(gè)維度。由于季節(jié)和氣候差異對(duì)綠化評(píng)估的影響較大，研究排除了綠化要素，保留14個(gè)要素。訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型（YOLOv8）實(shí)現(xiàn)了空間失序要素的準(zhǔn)確識(shí)別。

（3）UPD要素權(quán)重分配：研究采用德爾菲法對(duì)14個(gè)UPD要素進(jìn)行權(quán)重分配。邀請(qǐng)21位建筑與城市規(guī)劃領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)要素進(jìn)行評(píng)分，并通過兩輪評(píng)分和討論，最終獲得高度一致的結(jié)果。評(píng)分結(jié)果經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化，形成適用于中國(guó)城市空間失序評(píng)估的加權(quán)指標(biāo)體系。

（4）城市空間失序特征聚類：本研究基于Tobler第一地理定律、破窗理論和城市研究的綜合理論，提出城市中鄰近區(qū)域的空間失序特征往往具有相似性，并通過網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合地理關(guān)系對(duì)空間失序特征進(jìn)行整合，以提高聚類的準(zhǔn)確性并揭示空間失序的不同表現(xiàn)形式。研究以中國(guó)最小的行政單元“街道辦”為分析單元，構(gòu)建無(wú)向圖模型，將每個(gè)街道辦視為圖中的節(jié)點(diǎn)，若兩個(gè)街道辦相鄰則建立無(wú)向邊以表征其空間聯(lián)系。通過對(duì)每個(gè)街道辦的14個(gè)空間失序要素進(jìn)行匯總和歸一化處理，構(gòu)建特征矩陣，并結(jié)合圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GraphSAGE）提取節(jié)點(diǎn)嵌入信息，捕捉空間關(guān)聯(lián)性。最終采用K-means和層次聚類方法對(duì)城市空間失序特征進(jìn)行分類，最終揭示了不同空間失序表現(xiàn)類型的特征。

研究結(jié)果

）總體城市空間失序水平的變化

從2013年到2022年，中國(guó)城市空間失序的總體水平有所下降，平均得分從2.16降至1.73。其中，80.7%的城市表現(xiàn)出城市空間失序水平的下降，而19.3%的城市則有所上升。城市空間失序水平下降的城市主要分布在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，而城市空間失序水平上升的城市則集中在中部和東北地區(qū)。

圖4. 城市尺度下總體空間失序水平的變化

（2）城市空間失序形式的識(shí)別

根據(jù)聚類分析的結(jié)果，我們識(shí)別出4類城市空間失序形式：

①質(zhì)量良好：這些區(qū)域環(huán)境整潔有序，幾乎沒有城市空間失序問題。街道保持清潔，建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)良好。

②空置衰?。哼@些區(qū)域的特點(diǎn)是行人流量減少，商業(yè)活動(dòng)減少，主要問題是空置商店和建筑物。

③在建：這些區(qū)域通常正在進(jìn)行施工，主要問題涉及施工圍欄和損壞的公共界面。

④缺乏維護(hù)：這些區(qū)域常見于居民活動(dòng)頻繁的區(qū)域，存在基礎(chǔ)設(shè)施損壞、垃圾和非法廣告等問題。

5. 四類城市空間失序形式特征

（3城市空間失序形式的演變

數(shù)量變化：超過一半的街道辦保持品質(zhì)良好的狀態(tài)。最顯著的變化是5.89%的子區(qū)域從品質(zhì)良好轉(zhuǎn)變?yōu)榭罩盟　Ｗ钪饕某鞘锌臻g失序問題也從缺乏維護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭罩盟　?/span>

空間分布：空置與衰敗區(qū)域和在建區(qū)域在城市中分布較為廣泛，而缺乏維護(hù)的區(qū)域則更多集中在非中心的局部地區(qū)。

圖6. 從時(shí)間段1到時(shí)間段2城市空間失序不同形式的比例和演變實(shí)例

圖7. 時(shí)間段1和時(shí)間段2 各種形式的空間失序的空間分布模式及所占比例

圖8. 城市空間失序不同形式演變的空間模式

）影響城市空間失序演變的因素

經(jīng)濟(jì)因素：經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與城市空間失序水平的改善呈正相關(guān)。GDP的增長(zhǎng)有助于減少城市空間失序，尤其是對(duì)缺乏維護(hù)型的城市空間失序。

人口因素：人口減少與空置衰敗區(qū)域的增加密切相關(guān)，而人口增長(zhǎng)則增加了維護(hù)壓力。

城市發(fā)展：城市擴(kuò)張與建設(shè)中的區(qū)域和空置與衰敗區(qū)域的增加有關(guān)。市政公用設(shè)施建設(shè)和市政衛(wèi)生投資對(duì)減少缺乏維護(hù)的城市空間失序有顯著效果。

討論

本研究通過結(jié)合時(shí)間序列街景圖像和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，量化了城市空間失序的演變過程，揭示了中國(guó)城市空間失序的動(dòng)態(tài)特征和模式。研究結(jié)果表明，城市空間失序的演變不僅受到經(jīng)濟(jì)、人口和城市發(fā)展的影響，還表現(xiàn)出不同的空間分布特征?？罩门c衰敗區(qū)域的增加與城市擴(kuò)張和人口減少密切相關(guān)，而缺乏維護(hù)的區(qū)域則反映了城市管理中的不足。

從全球視角來(lái)看，城市空間失序是一個(gè)普遍存在的問題，不同地區(qū)的表現(xiàn)形式和演變趨勢(shì)各不相同。例如，歐美國(guó)家的城市在工業(yè)化后期經(jīng)歷了城市衰敗和空置問題，而印度等人口密集的國(guó)家則面臨垃圾和空氣污染等問題。本研究的方法框架可以為其他地區(qū)的城市空間失序研究提供參考，但需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況調(diào)整指標(biāo)列表。

政策方面，研究建議針對(duì)不同類型的城市空間失序采取分區(qū)分類管理機(jī)制。對(duì)于空置與衰敗區(qū)域，應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和振興項(xiàng)目吸引投資；對(duì)于缺乏維護(hù)的區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)社區(qū)管理和公共服務(wù)；對(duì)于建設(shè)中的區(qū)域，應(yīng)實(shí)施更精細(xì)的施工管理計(jì)劃。此外，研究還建議建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，及時(shí)跟蹤城市空間失序的變化，為政策調(diào)整提供依據(jù)。

基金資助：這項(xiàng)工作得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：62394335和62394331）、面上項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：52178044）的資助。

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