【治理与反思】塑造城市形态：多维类型学的城市空间分析

类别：城市治理　

主题

在过去的几十年里，有关城市形态在概念和方法上的争论从未停止，社会、经济、人口和政治发展的进程也促进着新城市形态的发展，特别是那些与城市扩张有关的或者是如何对城市形态进行测量的方法。景观城市学中的空间指标会作为衡量城市形态的主要指标。最近，两位葡萄牙学者Patrı´cia Abrantes 和Jorge Rocha在城市治理类专业期刊《环境与规划B》上发表学术论文，对此问题进行了专门深入探讨。本次研究是学界第一次分析葡萄牙城市的多维城市类型，也迈出了用空间整合指标来分析空间规划的第一步，以及今后也可以在更加广泛的空间进行研究。

（文献来源：Modelling urban form A multidimensional typology of urban occupation for spatial analysis，Environment and Planning B: Urban

Analytics and City Science，online first:1-25, 2017, DOI：10.1177/2399808317700140）。

引言

从概念的角度来看，城市形态被认为是人类活动的空间模式，即城市的物理形态，包括形成城市的各种元素之间的关系：土地使用模式，人口和住房密度，基础设施和便利设施以及交通和通信网络，这些都是随着社会、经济、人口和政治的发展而出现的。

上世纪70年代随着汽车的普及和经济的恢复和发展，导致了城市的扩张。随后便出现了很多用于衡量城市形态的方法论。本文主要使用三种观点来衡量城市形态： 

（1）传统的观点是依赖于二元和多元的统计分析指标，最常用的指标是人口增长、通勤成本、就业转移和城市收入变化。

（2）20世纪90年代，随着GIS和地理信息系统的发展，出现了以GIS和遥感测量的观点。

（3）多维视角将之前的方法都联系起来。

本研究采用了多维方法，即采用描述性统计和空间指标数据来衡量葡萄牙的城市形态。所以提出了一种自组织地图（SOMs）来描述城市占领空间。与传统的聚类方法不同的是，输入数据（即观察）从一个n维的复杂空间到低维度离散数据输出空间的时候，可以压缩拓扑结构中的数据结构。所以SOM方法混合了传统的分类方法和现代机器学习方法。

数据和方法

1.研究范围

葡萄牙有超过1000万的居民，土地面积大约为88700平方千米。城市扩张都市化的趋势尤为明显，尤其是在20世纪80年代之后的里斯本（AMP）和波尔图（AML）。在这些城市中，城市扩张增加了跨城市的行政区域，逐渐形成不同的功能区。（图1）

2.统计指标

之前的文献表明，少量的统计指标足以反映城市的特征，即人口增长密度、通勤、就业和收入是最为常见的。作者从文献和统计局的调查中，提取了六个主要用于测量葡萄牙城市形态的指标。分别为：（1）人口密度；（2）人口数量和增长；（3）人口教育水平（4）人口主要聚集；（5）用车率；（6）通勤水平。

3.空间指标和土地使用/覆盖类型(LUC)数据 

集成空间度量可以帮助检查城市的土地使用结构和变化。但是，空间度量的数据是很大的，选择适合的度量工具就变得很重要了。我们从1991年到2011年有关城市占领文献中的17个统计数据中提取5个空间指标，分别为：密度指标，近邻平均指标，平均距离指标，紧凑指标和分散指标。

4.聚类方法

采用自组织地图（SOM）来衡量葡萄牙的城市形态，它作为一个可视化和分析的工具进行城市形态的探索，允许在不丢失有用信息的情况下减少数据和进行聚类，保持拓扑之间的关系。在SOM中显示出的U矩阵通过色彩能够表示邻边欧氏距离。蓝色表示数据的高密度和一定的同质性数据，橙色到红色表示单位之间的距离，表现了不同神经元可以与集群边界相对应。

结果和讨论

利用SOM和U矩阵，作者一共讨论了葡萄牙的10个城市。在集群2、3和6中，除了近邻平均指数以外所有的空间指标都显示了网格中的相关变化分布；除了与汽车有关的人之外，统计数据在这几个集群中并没有什么变化。集群1、4、5和7可以更好的解释统计指标，最后集群8、9和10具有统计指标和空间指标。（图3）据此，定义了一些城市占领的模式，而且每一种模式下都可以找到相对应的3个城市。

城市空间类型学

根据上述的描述性和空间性数据的集群分析，作者提出了6种经验模式：

模式1：里斯本和波尔图的紧密紧凑区域（集群1）：2011年的统计指标是最相关的，大多人在服务行业和教育行业工作。建成区和紧凑指数构成了这个集合的特征。

　　模式2：统一的郊区。城市景观和密度指数对这个集合有重要作用；近邻指数也显示郊区之间的距离越来越近。

　　模式3：城市扩张区域。人口迁移到这些地区，人口发通勤也在发生着变化，就空间模式而言，这些集群趋向于更高的密度。

　　模式4：潜在城市扩张区域。在这两个集群中，密度指数在不断增长。

　　模式5：人口增长区域。这个国家的主要城市是集中在一起的，特别是人口增长，教育水平的提高，人口增长率在不断上升。

　　模式6：农村地区。紧凑指数和近邻平均指数都很高，显示出了城市补丁的孤立性。

研究结论

本文结合了多维空间指标和描述性数据衡量了葡萄牙城市空间模式。作为对葡萄牙城市空间的探索性分析，这项研究为之后的研究提供了新的可能。尤其是SOM（自组织地图）技术可以很好的利用多维数据进行可视化分析。空间指标和统计指标的结合也提供了更多有关城市结构的信息，之后可以在更广阔的地区范围内进行研究。

研究启示

这项研究分析结果对中国城市治理与城市空间及城市规划等领域的实践和研究都颇有启示和借鉴意义。从经验上来说，将城市空间模型与城市治理类型结合进行研究，以评估城市的功能与角色，从而可以更全面地了解影响城市环境变化与持续发展的因素。

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附参考文献

Abrantes P, Fontes I, Gomes E, et al. (2016) Compliance of land cover changes with municipal land use planning: Evidence from the Lisbon metropolitan region (1990–2007). Land Use Policy 51: 120–134.

Arribas-Bel D and Schmidt CR (2013) Self-organizing maps and the US urban spatial structure. Environment and Planning B: Planning and Design 40: 362–371.

Henriques R, Bac¸a˜o F and Lobo V (2012) Exploratory geospatial data analysis using the GeoSOM suite. Computers, Environment and Urban Systems 36(3): 218–232.

Kane K, Connors JP and Galletti CS (2014) Beyond fragmentation at the fringe: A path-dependent, high-resolution analysis of urban land cover in Phoenix, Arizona. Applied Geography 52: 123–134.

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http://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/2399808317700140

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http://www.yidianzixun.com/channel/m408752

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