融合多源空间数据的建筑物尺度城市混合功能识别与评价

The functional mix of urban land use is an important way to optimize urban spatial structure and sustainable development. Nonetheless, existing studies lack the ability of mining information from multi-source spatial-temporal data, making it difficult to quantitatively map the spatial distribution pattern of urban mixed land use at a fine scale. Based on the semantic information of natural-physical and socio-economic attributes implied in multi-source spatiotemporal data, this study aims to explore a multi-source spatial-temporal data integration framework, to couple hybrid scene decomposition models, and to establish a quality framework to recognize the urban mixed functional pattern and assess the functional space quality at the building scale. ..The main research contents are as follows: 1. Exploring the integrated representation and correlation fusion model of multi-source spatial-temporal data in urban mixed functions. 2. Realizing multi-source spatial-temporal data dimension reduction and fusion; constructing a quantitative description model of urban mixed functional patterns based on multi-source spatial-temporal data fusion; finely visualizing the mixed functional pattern of the city at the buildings scale. 3. Assess the accuracy and rationality of urban mixed land-use results via proposed model, and simultaneously assess the urban space quality of current mixed urban functional patterns. This study has important practical significance for the formulation, implementation and feedback of urban planning policy both of the country and region as well as the distribution of urban public resources.

城市用地功能混合是城市空间结构优化和可持续发展的重要途径。但是已有研究对多源时空数据的信息挖掘能力不足，难以定量绘制精细尺度的城市混合功能空间分布格局。因此，本项目拟借助多源时空数据在自然物理属性和社会经济属性的语义信息，探索多源时空数据一体化融合框架，耦合混合场景分解模型，建立建筑物尺度城市混合功能定量描述和功能空间品质评估体系。主要研究内容为：（1）探索多源时空数据在城市混合功能刻画方面的一体化表征和关联融合模型；（2）实现多源时空数据语义级降维和融合，构建基于多源时空数据融合的城市混合功能定量描述模型，精细刻画城市在建筑物尺度的混合功能格局，形象绘制可视化效果；（3）评估建筑物尺度城市混合功能刻画的精度和可靠性，并开展城市混合功能的空间品质评估。研究结果对国家和地区城市规划政策的制定、实施、反馈和城市公共资源的分配具有重要的现实意义。

我国城镇化已经由向外扩张进入到向内转变的优化升级阶段，城镇化中存在的矛盾也愈加突出。如何利用时空大数据准确刻画和评价城市混合功能空间格局，对制定和实施城市管理政策具有重要的现实意义。本项目针对高效融合多源时空数据的“人-地-时”多维度优势，精细定量描述和评价微观地块和建筑物尺度的城市混合功能分布开展了系统性的研究。.本项目以多源时空数据一体化融合框架为切入点，以刻画和评价微观尺度的城市混合功能结构为目标，开展以下研究：1)挖掘、融合多源异构数据中的空间语义，构建城市混合土地利用、功能属性的一体化框架；2)开展了微观尺度的城市功能属性分配合理性研究及城市空间品质评估。在以上基础上，进一步开展了3)微观地块尺度的城市发展和内部更新模拟和预测的研究。.主要研究成果包括：1)提出了基于多源时空数据的城市实体（GPS轨迹、街景、建筑物、水电数据）的向量化表征方法，量化地块和建筑物多尺度城市主导和混合功能的空间结构，系统地证实了多源时空数据在表达城市内部社会经济属性具备一致性；2)构建了基于“人机对抗”策略的居民主观认知量化框架，快速获取城市居民对城市空间的认知，定量证实了城市环境与居民身心健康的存在密切关联；3)实现了耦合城市混合功能和居民主观感知的矢量元胞自动机模型，在微观尺度模拟了超大城市的对外扩张和内部更新的过程；4)编写并发布了多款多尺度城市发展模拟和景观格局评价软件，并发表了相关高水平论文。.基于本项目共发表高水平期刊论文45篇，其中SCI/SSCI收录的期刊论文37篇，EI论文1篇，中文核心论文4篇，专利已授权2项。研发软件13套，获得软件著作权6项，并在互联网上免费共享。.本项目是对多源时空大数据融合的理论与方法的补充，拓展了复杂城市功能空间监测和变化模拟理论和技术体系，为复杂城市中人地关系分析和城市更新模拟提供支持。本项目具有较好的应用价值，可服务于国家“宜居城市”重大目标，为精细化城市管理提供理论和方法支持。