【作者】

王新宇，龍瀛

1. 清華大學(xué)建筑學(xué)院

2. 清華大學(xué)恒隆房地產(chǎn)研究中心

【通訊作者郵箱】

ylong@tsinghua.edu.cn

【原文信息】

Wang, X. & Long, Y.(2025). Urban vacant land identification and its distribution rules of China's urban system based on fast segment anything model. Habitat International, 167, 103663.

https://doi.org/10.1016/j.habitatint.2025.103663.

內(nèi)容導(dǎo)讀

龍瀛教授和博士生王新宇合著的研究論文“Urban vacant land identification and its distribution rules of China's urban system based on fast segment anything model”（基于FastSAM的中國(guó)城市空地識(shí)別及其分布規(guī)律研究），在國(guó)際期刊Habitat International在線發(fā)表。

城市空地（Urban Vacant Land, UVL）既是可持續(xù)城市發(fā)展的重要潛力資源，也是城市空間治理面臨的突出挑戰(zhàn)。然而，目前針對(duì)大尺度城市空地的系統(tǒng)識(shí)別研究仍相對(duì)匱乏。本研究基于前沿的深度學(xué)習(xí)模型 Segment Anything Model（SAM），構(gòu)建了自動(dòng)化城市空地識(shí)別方法，并將其應(yīng)用于中國(guó)全部2446座實(shí)體城市（Natural Cities）。研究結(jié)果顯示：城市空地比例（UVL ratio）總體服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，且與城市規(guī)模無(wú)顯著相關(guān)性；空地面積符合齊夫定律和尺度定律，表現(xiàn)出“大城市空地面積更大”的規(guī)律；在城市內(nèi)部空間分布上，空地可分為中心型、邊緣型、散布型、帶狀型和外圍型五種典型類(lèi)型，其中，大城市的空地往往呈局部聚集分布，而中小城市的空地則更為分散；區(qū)域尺度分析進(jìn)一步揭示了顯著的空間差異，尤其是全球型和外圍型空地因其高占比和大斑塊特征而面臨更高的治理難度。本研究不僅在方法上實(shí)現(xiàn)了城市空地識(shí)別的創(chuàng)新，構(gòu)建了覆蓋全國(guó)的高精度城市空地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，也為利用人工智能技術(shù)促進(jìn)可持續(xù)城市更新與空間治理提供了思路與實(shí)踐支撐。

研究背景

近幾十年來(lái)，快速的城市化和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)推動(dòng)了城市的大規(guī)模擴(kuò)張與建設(shè)，但與此同時(shí)，也帶來(lái)了人口流失、城市收縮和土地閑置等新問(wèn)題。城市空地作為這一過(guò)程的典型表現(xiàn)，已在不同類(lèi)型城市中普遍存在。其形成主要源于人口需求與土地供給之間的不平衡，當(dāng)城市經(jīng)濟(jì)活力減弱、就業(yè)機(jī)會(huì)外遷、房地產(chǎn)市場(chǎng)低迷時(shí)，大量建設(shè)用地被閑置，導(dǎo)致空間資源浪費(fèi)和環(huán)境品質(zhì)下降。長(zhǎng)期存在的空地不僅削弱了城市的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)功能，還可能引發(fā)治安、安全和社區(qū)衰敗等問(wèn)題。然而，從另一角度看，城市空地也蘊(yùn)含著巨大的再生潛力與發(fā)展機(jī)遇，可作為可持續(xù)城市發(fā)展的重要空間資源。通過(guò)科學(xué)識(shí)別和合理利用，空地有望被轉(zhuǎn)化為綠色基礎(chǔ)設(shè)施、公共空間或生態(tài)緩沖區(qū)，提升城市的環(huán)境質(zhì)量與社會(huì)活力。因此，系統(tǒng)開(kāi)展城市空地的識(shí)別與分布規(guī)律研究，對(duì)于理解城市空間結(jié)構(gòu)演化、促進(jìn)存量更新與推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

研究方法

本研究基于深度學(xué)習(xí)模型系統(tǒng)開(kāi)展了中國(guó)城市空地的識(shí)別與空間分布分析（見(jiàn)圖1）。研究對(duì)象為全國(guó)2446座實(shí)體城市（Natural Cities, NCs），其邊界基于建成區(qū)的空間連續(xù)性和人口活動(dòng)強(qiáng)度識(shí)別而成，并設(shè)置5 km2的最小面積閾值。研究首先獲取2023年高分辨率遙感影像（約1.19 m），將其處理為55670幅影像切片（2520×2520像素），并通過(guò)X-AnyLabeling平臺(tái)人工標(biāo)注5548幅樣本，構(gòu)建符合COCO標(biāo)準(zhǔn)的城市空地訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。隨后，采用輕量化的Fast Segment Anything（FastSAM）模型進(jìn)行訓(xùn)練與預(yù)測(cè)，模型在100個(gè)epoch下獨(dú)立訓(xùn)練10次，選取性能最佳的模型作為最終版本，并以F2值評(píng)估模型精度。通過(guò)ArcGIS實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果的矢量化與空間配準(zhǔn)，最終生成覆蓋全國(guó)實(shí)體城市的城市空地矢量數(shù)據(jù)庫(kù)。

在空間分析方面，研究以1 km 網(wǎng)格為基本單元，依據(jù)城市內(nèi)部空地的分布特征構(gòu)建分類(lèi)體系，將全國(guó)城市空地劃分為五種典型空間模式：全球型、局部型、中心型、邊緣型與散布型。分類(lèi)過(guò)程綜合考慮空地像元占比、空間自相關(guān)指標(biāo)以及空地相對(duì)于城市中心的空間位置等因素。

圖1：研究框架

研究結(jié)果

研究識(shí)別了中國(guó)2446座實(shí)體城市中的204769個(gè)城市空地，總面積為4442.1平方公里，占全國(guó)實(shí)體城市總面積的4.78%。研究結(jié)果表明：

（1）城市空地在全國(guó)尺度上符合齊夫定律，城市空地總面積與城市規(guī)模呈冪律關(guān)系，而城市的空地率（UVL ratio）服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布且與城市規(guī)模無(wú)顯著相關(guān)；

圖2 實(shí)體城市的空地總面積與等級(jí)規(guī)模關(guān)系圖

圖3 城市空地率的對(duì)數(shù)正態(tài)分布

（2）在城市內(nèi)部空間分布上，全國(guó)城市空地可分為全球型、局部型、中心型、邊緣型與散布型五種典型分布模式，其中小城市多表現(xiàn)為中心型和邊緣型，大中城市則以局部型聚集分布為主；

圖4 五種典型分布模式的分布結(jié)果

（3）區(qū)域?qū)Ρ蕊@示，中國(guó)不同地區(qū)的城市空地類(lèi)型存在差異：華北、華東和西北地區(qū)以局部型為主，東北地區(qū)以中心型和邊緣型為主，而中南與西南地區(qū)則以局部型為空地的主要分布形態(tài)。

圖5 五種典型分布模式實(shí)體城市的空間分布

總結(jié)與討論

中國(guó)城市空地比例總體較低（平均4.78%），但在部分城市中集中度較高，需重點(diǎn)關(guān)注。研究不僅驗(yàn)證了FastSAM模型在復(fù)雜地物分割中的適用性，還討論了其在相關(guān)領(lǐng)域的可遷移性。最后，基于五種典型分布模式提出差異化的治理建議，為未來(lái)城市空地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與治理研究提供了數(shù)據(jù)和理論的支撐。

【基金資助】

研究由國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目號(hào)： 52178044, 62394331和62394335）資助。

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