【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的中國城市空地識別及其分布規(guī)律研究），在國際期刊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，目前針對大尺度城市空地的系統(tǒng)識別研究仍相對匱乏。本研究基于前沿的深度學(xué)習(xí)模型 Segment Anything Model（SAM），構(gòu)建了自動化城市空地識別方法，并將其應(yīng)用于中國全部2446座實體城市（Natural Cities）。研究結(jié)果顯示：城市空地比例（UVL ratio）總體服從對數(shù)正態(tài)分布，且與城市規(guī)模無顯著相關(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現(xiàn)了城市空地識別的創(chuàng)新，構(gòu)建了覆蓋全國的高精度城市空地數(shù)據(jù)庫，也為利用人工智能技術(shù)促進可持續(xù)城市更新與空間治理提供了思路與實踐支撐。

研究背景

近幾十年來，快速的城市化和經(jīng)濟增長推動了城市的大規(guī)模擴張與建設(shè)，但與此同時，也帶來了人口流失、城市收縮和土地閑置等新問題。城市空地作為這一過程的典型表現(xiàn)，已在不同類型城市中普遍存在。其形成主要源于人口需求與土地供給之間的不平衡，當城市經(jīng)濟活力減弱、就業(yè)機會外遷、房地產(chǎn)市場低迷時，大量建設(shè)用地被閑置，導(dǎo)致空間資源浪費和環(huán)境品質(zhì)下降。長期存在的空地不僅削弱了城市的經(jīng)濟與社會功能，還可能引發(fā)治安、安全和社區(qū)衰敗等問題。然而，從另一角度看，城市空地也蘊含著巨大的再生潛力與發(fā)展機遇，可作為可持續(xù)城市發(fā)展的重要空間資源。通過科學(xué)識別和合理利用，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)量與社會活力。因此，系統(tǒng)開展城市空地的識別與分布規(guī)律研究，對于理解城市空間結(jié)構(gòu)演化、促進存量更新與推動城市高質(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)開展了中國城市空地的識別與空間分布分析（見圖1）。研究對象為全國2446座實體城市（Natural Cities, NCs），其邊界基于建成區(qū)的空間連續(xù)性和人口活動強度識別而成，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X-AnyLabeling平臺人工標注5548幅樣本，構(gòu)建符合COCO標準的城市空地訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。隨后，采用輕量化的Fast Segment Anything（FastSAM）模型進行訓(xùn)練與預(yù)測，模型在100個epoch下獨立訓(xùn)練10次，選取性能最佳的模型作為最終版本，并以F2值評估模型精度。通過ArcGIS實現(xiàn)預(yù)測結(jié)果的矢量化與空間配準，最終生成覆蓋全國實體城市的城市空地矢量數(shù)據(jù)庫。

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)建分類體系，將全國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。分類過程綜合考慮空地像元占比、空間自相關(guān)指標以及空地相對于城市中心的空間位置等因素。

圖1：研究框架

研究結(jié)果

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

（1）城市空地在全國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）服從對數(shù)正態(tài)分布且與城市規(guī)模無顯著相關(guān)；

圖2 實體城市的空地總面積與等級規(guī)模關(guān)系圖

圖3 城市空地率的對數(shù)正態(tài)分布

（2）在城市內(nèi)部空間分布上，全國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，中國不同地區(qū)的城市空地類型存在差異：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體城市的空間分布

總結(jié)與討論

中國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，需重點關(guān)注。研究不僅驗證了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，為未來城市空地的動態(tài)監(jiān)測與治理研究提供了數(shù)據(jù)和理論的支撐。

【基金資助】

研究由國家自然科學(xué)基金（項目號： 52178044, 62394331和62394335）資助。

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