中国城市动态空间结构的多尺度大数据挖掘与演化机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王楠 |
| 答辩日期 | 2025-10 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 杜云艳 ; 牛书丽 |
| 关键词 | 城市动态空间结构 人群动态感知 多尺度建模 人群行为大数据 时空过程挖掘 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 城市结构呈现高度时空动态性，揭示其多尺度演变规律及驱动机制是当前城市科学的重要前沿议题，对城市规划优化、交通运行调控和灾害应急响应具有重要意义。伴随新型城镇化的深入推进与以人为本的城市治理理念持续强化，中国城市正由外延扩张迈向高质量、精细化的内涵式发展，对动态感知城市演变过程与科学认知人群活动规律提出了更高要求。人群活动的范围与强度不仅在长期城市化进程中持续变化，也在受功能布局、社会节律及突发事件影响的短时间尺度上呈现出高度的时空波动。然而，受限于多尺度建模方法与数据覆盖范围，现有研究多集中于局部城市与单一尺度，缺乏面向全国、跨时间尺度的系统性研究。本研究在地理信息科学、城市地理与计算机科学的交叉框架下，构建了融合年际—日内—事件三重时间尺度的城市人群活动时空结构一体化研究体系。通过整合多源群体定位数据、社会经济数据与气象再分析资料，形成“多尺度建模—结构分析—机制探索—应用评估”的技术路线，系统揭示了中国城市动态空间结构的特征演变、节律模式与气候响应机制，为深化人地系统研究与提升城市治理韧性提供了理论与方法支撑。主要研究内容包括以下四方面： （1）针对传统研究难以统一多尺度结构与动态演变的问题，本文构建了以时空对数–高斯模型与轨迹–多中心结构图模型（TPSGM）为核心的跨尺度建模框架。该框架融合城市地理学理论、轨迹建模、向量分析与时空聚类技术，完成了离散时段状态、时段间转换及连续演化过程的统一建模与模式挖掘。研究框架实现了城市结构从静态识别向动态模拟、从单尺度分析向多尺度统一的转变，揭示了城市结构的连续演化规律与时序模式，为城市动态空间结构的多尺度建模与规律提取提供了理论与方法基础。 （2）针对中国城市在快速城市化进程中结构演化规律认识不足的问题，本文基于多尺度建模框架，系统揭示了2000—2018年间城市人群活动结构的时空演变特征与模式。研究发现，中国城市整体呈现由单中心向多中心—分散结构转变的趋势，平均多中心性指数（YPOI）由0.20增至0.32，空间均衡度指数（YDPI）由0.28增至0.35，整体变化幅度达43%。多中心结构演化具有显著的区域差异，中西部中小城市更具单中心依赖性，东部地区多中心格局更为成熟。进一步识别出7种典型的结构演化轨迹，验证了单中心—紧凑向多中心—分散演变的理论假说，为理解快速城市化背景下城市结构的复杂多样性提供了定量依据与实证支撑。 （3）针对现有研究难以在全国尺度刻画城市日内结构节律与动态规律的问题，本文基于2017—2019年LBS数据，系统量化了287座城市小时级别的人群活动结构变化特征。研究发现，84.3%的城市呈现“日间单中心—夜间多中心”的显著节律性演化，可归纳为5种典型模式。多中心性增强有助于提升结构的日内稳定性，但其效应具有阈值特征。城市等级、地理区位与结构属性共同驱动结构波动差异，高等级城市昼夜转换更为显著。研究实现了全国尺度下城市日内动态结构的高分辨率、多尺度系统分析，揭示了多中心性变化对结构稳定性的非线性机制及潜在调控阈值，为理解城市活动节律提供了新的定量依据与理论支撑。 （4）针对现有研究缺乏对极端天气条件下城市空间结构动态响应的系统刻画问题，本文基于2017–2019年200座城市8亿条小时级LBS数据与高分辨率气象数据，构建了城市结构特征与降雨强度的耦合模型，提出结构响应敏感度指数（RSI）和最大扰动影响指数（MRLI）。研究揭示降雨对城市结构具有显著的非线性和空间异质性效应，每增加1 mm/h降雨使结构离散度上升0.9%，而极端降雨可引发干旱区城市结构扰动高达53.4%。通勤时段和冬季为敏感窗口，城市规模、人口密度与排水设施条件共同影响扰动强度。该研究识别出分布于西北干旱区的“降雨敏感型结构脆弱带”，为城市气候韧性提升与灾害风险防控提供了实证依据。 （5）在应用层面，基于增强回归树模型（BRT），定量评估了城市人群活动结构特征与通勤效率、交通碳排放强度等可持续发展因子的耦合关系。结果表明，紧凑性与多中心性可显著降低交通碳排放并提升通勤效率，而日内结构波动性对通勤负担具有放大效应。研究提出“紧凑有序—多核协同—结构稳定”的优化路径，为构建高效、低碳、宜居的可持续城市空间格局提供了量化依据与政策启示。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 223 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217403]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王楠. 中国城市动态空间结构的多尺度大数据挖掘与演化机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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