中國網/中國發(fā)展門戶網訊 自聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會?1992?年在巴西里約熱內盧召開以來，可持續(xù)發(fā)展的概念對全球國家政策產生了重大影響。在全球產業(yè)革命和技術變革蓬勃發(fā)展的新時期，需要將生態(tài)環(huán)境和社會經濟發(fā)展目標充分結合起來，城市才能持續(xù)保持繁榮。伴隨著中國快速的全球化、城市化和工業(yè)化，城市大量消耗原材料和能源，并帶來溫室效應和臭氧消耗等負面環(huán)境效應。作為最大的發(fā)展中國家，中國一直致力于推動生態(tài)和低碳城市的建設。因此，理解和遵循最新的可持續(xù)發(fā)展理念對于解決中國城市發(fā)展問題尤為關鍵。

在經濟全球化的時代，城市作為人類社會中經濟、文化和政治層面網絡體系中的節(jié)點和中樞，不僅要關注自身系統(tǒng)結構和功能的協(xié)調，還應關注其在可持續(xù)發(fā)展中的帶動作用及其對整體系統(tǒng)的影響。而針對這些復雜的關系和特征，常規(guī)統(tǒng)計和普查數據的空間完備性差、時間上不能實時、數據質量參差不齊，對于社會可持續(xù)性只能依靠有限的問卷調查，較為主觀。這些問題導致評價結果的時空分辨率相對較低，其可靠性和及時性也常常受到質疑。國際著名的咨詢和評級機構，如世界銀行、凱諦思（Arcadis）公司、麥肯錫咨詢公司、全球化與世界級城市研究小組（GaWC）、聯(lián)合國人類住區(qū)規(guī)劃署（人居署）和科爾尼管理咨詢公司（A.T. Kearney）等都開發(fā)了城市可持續(xù)發(fā)展綜合指數體系，但各體系在經濟、社會、資源和環(huán)境等維度上各有側重，且數據來源和標準不同，導致評估結果差異很大。例如：GaWC?研發(fā)的世界城市網絡指數，用銀行、保險、法律、咨詢管理、廣告和會計?6?種“高級生產者服務業(yè)機構”在世界各大城市中的分布為指標，表明城市在全球化經濟中的領先位置及參與程度，但該指數主要采用經濟數據，忽略了社會、環(huán)境等方面的聯(lián)系。科爾尼管理咨詢公司開發(fā)了全球潛力城市指數，兼顧了以人為本的主觀指標和反映經濟發(fā)展現狀及網絡聯(lián)系的客觀指標；但是，該指數較多采用了社會、經濟維度的數據指標，難以反映環(huán)境的可持續(xù)性，且未能與聯(lián)合國的?SDG?指標緊密結合。

隨著科學技術水平的不斷提高，當前的數據存量呈現指數增長，數據類型不斷豐富，人類已經邁入大數據時代。地球大數據是指具有空間屬性的地球科學領域大數據，尤其是基于空間技術生成的海量對地觀測數據。當前，以遙感產品和網絡大數據為代表的地球大數據已經能夠在城市可持續(xù)性指標計算中發(fā)揮重要的作用，推動了其研究方法的變革。在第75屆聯(lián)合國大會期間，中國發(fā)布了《地球大數據支撐可持續(xù)發(fā)展目標報告（2020）》。該報告通過廣泛采用地球大數據開展監(jiān)測和評估，可客觀反映城市內各子系統(tǒng)的可持續(xù)狀況，展現了中國利用科技創(chuàng)新推動落實聯(lián)合國《2030?年可持續(xù)發(fā)展議程》的探索和實踐，為落實和加強聯(lián)合國《2030?年可持續(xù)發(fā)展議程》提供了借鑒。目前，數據稀缺、代價昂貴、質量欠佳、時空不完備的瓶頸正在被突破，軟科學“硬”做，地球大數據在數據產品、技術方法、案例分析和決策支持方面為城市可持續(xù)性評價提供支撐，使可持續(xù)科學也成為可精密計算的科學。

基于此，本研究參考國內外城市可持續(xù)發(fā)展研究工作及評估實踐，以可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）中的SDG 11（可持續(xù)城市與社區(qū)）及其他關聯(lián)?SDGs?為導向，探討遙感產品和網絡大數據等地球大數據如何助力城市可持續(xù)發(fā)展評估，以期為城市可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

SDGs?與城市可持續(xù)發(fā)展

2015?年，聯(lián)合國正式通過《改變我們的世界：2030?年可持續(xù)發(fā)展議程》（以下簡稱《2030?年可持續(xù)發(fā)展議程》），提出了SDGs?。SDGs?包括了?17?項目標和 169 項具體目標，旨在從?2015?年到?2030?年以綜合方式更好地解決社會、經濟和環(huán)境?3?個維度的發(fā)展問題。

城市是人類文明的標志和社會經濟發(fā)展的主要載體與人口中心，城市的發(fā)展決定了人類是否能成功走上可持續(xù)發(fā)展道路。在?17?項?SDGs?中，“可持續(xù)城市與社區(qū)”被列為第?11?項（SDG 11），旨在“建設包容、安全、有韌性的可持續(xù)城市和人類社區(qū)”。SDG 11?涵蓋了城市社會、經濟、環(huán)境、安全等諸多方面，能夠較為完整地刻畫一個城市的可持續(xù)發(fā)展水平。同時，SDG 11?為?2030?年前全球城市的發(fā)展指明了方向，也為城市可持續(xù)發(fā)展評估提供了具體指標，是在統(tǒng)一框架下開展不同城市的評價與比較研究的重要依據。

盡管?SDG 11?對城市可持續(xù)發(fā)展的認識已較為全面，但不同城市的資源環(huán)境本底、社會經濟發(fā)展特征、所處發(fā)展階段具有較大差距，所面臨的發(fā)展問題也存在顯著差異，在具體評估中有必要對?SDG 11?的指標進行補充與完善。具體來說，SDG 11?的具體指標主要側重于社會經濟發(fā)展、城市環(huán)境維護、災害防御和安全保障等方面，一定程度上忽略了自然資源保護、可再生能源利用、城市產業(yè)創(chuàng)新等對城市可持續(xù)發(fā)展同樣是具有重要意義的目標。不過其他?SDGs?在這些方面有所涉及，能夠為?SDG 11?提供良好補充。例如，SDG 6（清潔飲水和衛(wèi)生設施）中的部分具體目標能夠為城市水資源可持續(xù)評估提供依據，SDG 7（經濟適用的清潔能源）能夠有效補充城市中可再生能源利用的評估內容，SDG 8（體面工作和經濟增長）能夠在就業(yè)和經濟增長方面提供補充，SDG 9（產業(yè)、創(chuàng)新和基礎設施）能夠從產業(yè)創(chuàng)新等方面為城市可持續(xù)發(fā)展提供具體指標，SDG 15（陸地生物）則能夠從綠色空間保護等方面助力于城市可持續(xù)發(fā)展評估。因此，在城市可持續(xù)發(fā)展評估中，需要重點考慮?SDG 11?的具體目標，并基于其他?SDGs?對其進行有效補充，從而實現更加綜合、全面地為城市可持續(xù)發(fā)展提供科學支撐。

地球大數據助力可持續(xù)發(fā)展研究

大數據革命和地球觀測正在改變著城市科學的研究范式，能夠克服傳統(tǒng)數據統(tǒng)計口徑不一、統(tǒng)計信息不全、難以獲取等問題，可以憑借其宏觀、動態(tài)、多樣的優(yōu)勢，成為認識地球的“新鑰匙”、知識發(fā)現的“新引擎”、決策支持的新手段。

區(qū)別于傳統(tǒng)數據，大數據具有?6?個鮮明的特征： 空間上完備。與傳統(tǒng)統(tǒng)計數據相比，大數據空間分辨率大幅提高，能夠捕捉到行政單元內部和區(qū)域之間的聯(lián)系。時間上實時。能夠實時獲取數據，使得動態(tài)評價城市可持續(xù)性成為可能。成本上廉價。多數遙感產品都是免費開放，網絡大數據的獲取成本也很低廉，相比傳統(tǒng)統(tǒng)計數據，其成本降低幾個數量級。指標上穩(wěn)健。與傳統(tǒng)的社會、經濟、環(huán)境可持續(xù)性指標存在著高度的相關性，是這些可持續(xù)性指標的良好代用指標。評估上定量。數據定量化，能夠對數據質量做出客觀評價，甚至給出不確定性的定量估計。結果上客觀。數據樣本量大，又輔之以各種先進的數據挖掘方法的支持，可提取較客觀的信息。

當前，已有國內外學者嘗試依托地球大數據開展可持續(xù)發(fā)展研究。例如，王卷樂等依托網絡大數據、遙感大數據和社會經濟大數據等地球大數據的集成與標準化框架，以?SDG 6?水污染事件輿情分析、SDG 15?森林信息提取、SDGs?通用和基礎的人口數據空間化為例，研究了地球大數據在可持續(xù)發(fā)展評價中的技術方案。《地球大數據支撐可持續(xù)發(fā)展目標報告（2020）》也基于地球大數據針對?SDG 2（零饑餓）、SDG 6、SDG 11、SDG 13（氣候行動）、SDG 14（水下生物）、SDG ?15?等?6?個?SDGs，開展了?26?個典型案例研究。然而，當前基于地球大數據的可持續(xù)發(fā)展研究仍然較少，難以為地球大數據支撐?SDGs?研究提供充足的理論依據。地球大數據從數據類別可分為地質數據、遙感數據、環(huán)境數據、水文數據、測繪數據、網絡信息數據、社會經濟數據等?。這些數據與?SDGs，尤其是與環(huán)境、資源等相關的?SDGs?密切相關，可以有效助力于城市可持續(xù)發(fā)展評估（圖?1）。本研究嘗試系統(tǒng)梳理地球大數據在?SDGs?中可能的支撐作用，從而助力于?SDGs?實現。

基于SDGs與地球大數據的城市可持續(xù)發(fā)展評估指標

城市可持續(xù)評估指標

在系統(tǒng)梳理國內外城市可持續(xù)性評價指標研究與評估實踐的基礎上，以?SDG 11?為核心，兼顧其他?SDGs?中體現城市可持續(xù)發(fā)展的維度，充分挖掘地球大數據完備、實時、穩(wěn)健、客觀等優(yōu)勢，選取?12?個代表性指標（表?1）詳細介紹地球大數據在支持城市可持續(xù)評估中可發(fā)揮的作用，以及評估的數據、指標與方法。這?12?個可用地球大數據支持的?SDGs?評估指標中包含?7?個直接指標與?5?個關聯(lián)指標；其中，直接指標為直接從?SDG 11?城市可持續(xù)發(fā)展評估具體目標中抽取的指標，而關聯(lián)指標為不包含在?SDG 11?中，但與城市可持續(xù)評估息息相關的代表性評價指標。

SDGs指標量化與數據支撐

直接指標

SDG 11.1。借助機器學習算法與遙感大數據可實現對城市貧困地區(qū)的估算。快速城市化正在導致人口高度集聚，住房出現不足，貧民窟/非正規(guī)住區(qū)增加。城市居住環(huán)境改善被認為是未來幾十年城市可持續(xù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。貧民窟/非正規(guī)住區(qū)及人口的比例成為衡量城市可持續(xù)發(fā)展的重要指標之一?。但在我國沒有貧民窟的概念，因此該指標需要進行本地化的解讀。我國的棚戶區(qū)存在大量設施簡陋、環(huán)境較差、安全隱患較多的住宅，同時具有房屋容積率小、人口密度大等特點，嚴重制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。借助高分遙感和城市街景數據可以獲取棚戶區(qū)分布并能夠監(jiān)測棚戶區(qū)的空間變化，國內外學者生產了一系列高分辨率、長序列的數據產品，極大地豐富了數據來源。我國的高分?2?號衛(wèi)星遙感影像空間分辨率為?0.8 m，其在城市棚戶區(qū)識別中也發(fā)揮了重要的作用。

SDG 11.2。借助交通大數據全覆蓋、動態(tài)實時更新的優(yōu)勢，對該評價指標所刻畫的城市可持續(xù)發(fā)展內涵進行評估表征。基于該指標論述可提煉衍生出“交通覆蓋”的評價維度，用于表征一個城市的發(fā)展程度，是城市現代化與便捷性的標志。路網密度的大小是判斷居民出行便捷程度的重要標準，是評價城市服務發(fā)展水平的重要參考。因此，可選用“路網密度指數”對城市交通覆蓋情況進行量化。路網密度可利用城市道路長度的累積值與城市用地總面積的比值進行計算。其中，路網長度可從?OpenStreetMap（OSM）大數據平臺批量免費獲取。該平臺于?2004?年創(chuàng)辦，是公眾參與建設的地理信息平臺，由全球注冊志愿者采集上傳，免費向用戶提供使用。

SDG 11.3。政務網站作為政府實施政民互動的平臺，成為市民參與城市治理的一種新模式，其參與程度彰顯著一個城市的基層治理能力，是評價一個城市可持續(xù)性的重要參考指標。可基于各地陽光?12345?政務網站數據，使用市民對城市治理問題的咨詢、意見、建議及態(tài)度等諸多信息，采用基于深度學習的自然語言處理技術對該信息進行挖掘處理后可構建?SDG 11.3?指標。

SDG 11.6。基于遙感大數據計算的“細顆粒物（PM_2.5）濃度及變化率”是評價空氣污染程度重要的常用指數，可用于反映城市對?SDG 11.6?指標的完成情況。由于?PM_2.5?具有覆蓋面積大、在大氣中不易擴散、活性強且易攜帶有毒有害物質等特點，與其他霧霾污染物成分相比，PM_2.5?具有顯著代表性。目前，對?PM_2.5?反演使用最廣泛的數據是中分辨率成像光譜儀（MODIS）氣溶膠光學厚度（AOD）產品。由于?MODIS?氣溶膠產品采用了層級數據格式對數據進行存儲，可以很方便地利用?IDL?處理語言對?PM_2.5?濃度進行批處理。MODIS AOD?產品具有較高的時空分辨率，且數據可公開免費獲取。

SDG 11.7。該指標重點強調城市公共空間的建設情況。城市公共空間是城市管理的重要組成部分，是創(chuàng)建城市良好人居環(huán)境的重要條件，可選取基于遙感大數據計算的“開放空間面積占建成區(qū)面積比例”這一指數來反映城市公共空間建設強度。開放空間是指城市中服務社會融合與城市健康可持續(xù)的具有較高生態(tài)和社會價值的非/少建筑的空間，如綠地、水域和廣場等。開放空間面積與建成區(qū)面積可借助美國國家航空航天局陸地衛(wèi)星（Landsat）遙感數據分別進行遙感解譯提取，基于提取結果求取面積比值即為開放空間面積占建成區(qū)面積的比例值。Landsat?遙感影像可由?USGS?官方網站免費獲取。

SDG 11.a。人口流動可反映城市活力與城市能動性，對城市發(fā)展起著非常重要的作用。準確即時地獲取城市人口密度在災害風險評估、生態(tài)環(huán)境保護等領域具有重要用途，然而傳統(tǒng)統(tǒng)計數據難以滿足實時動態(tài)獲取人口密度的需求。可用城區(qū)人口密度變化率對人口流動進行衡量，人口密度可由不透水地表面積與夜間燈光數據聯(lián)合求取。不透水地表面積可借助?Landsat?遙感數據進行計算。

SDG 11.b。對城市而言，城市熱島效應是其熱環(huán)境惡化的重要氣候變化現象，因此有效地評估城市熱環(huán)境變化敏感性特征在災害風險評估、生態(tài)環(huán)境保護等領域具有重要作用。基于遙感大數據提取的“區(qū)域增溫敏感性指數”旨在刻畫城市對地表溫度升高、極端熱環(huán)境變化的反應程度，可用于評估城市適應氣候變化、抵御災害的能力。該指數利用內嵌的區(qū)域整體增溫敏感性、區(qū)域梯度增溫敏感性、區(qū)域覆蓋增溫敏感性?3?個層次對城市熱環(huán)境變化靈敏度與適應度進行多維深入刻畫，可利用多源遙感大數據（如?Landsat、MODIS?遙感影像）對其進行敏感性測算。

關聯(lián)指標

SDG 6.3。該指標表述的水體污染程度可選取基于遙感大數據提取的葉綠素?a?濃度進行有效表征。葉綠素?a?濃度是重要的水質參數之一，影響水體光譜特征，可用于表征水體富營養(yǎng)化程度。遙感數據監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低、便于長期動態(tài)監(jiān)測，可在水體葉綠素?a?濃度監(jiān)測方面發(fā)揮重要作用。多種遙感影像（如?Landsat?多光譜掃描儀、MODIS），以及航空高光譜數據（如?AVIRIS、CASI）可用于葉綠素?a?濃度的遙感反演。選取何種波段計算葉綠素?a?濃度依賴于其濃度范圍，需要針對不同遙感數據的特點，有針對性地確定葉綠素?a?濃度反演模型。

SDG 7.2。新能源充電站數量可反映城市新能源汽車的使用情況，表征城市新能源利用情況。新能源充電站數量可從?POI?大數據中獲取。POI?大數據是一類重要的地球大數據，具有數據量大、覆蓋面廣、包含信息多樣、蘊含價值高、數據容易獲取等特點。可利用?Python?爬蟲程序經由百度、高德、谷歌等導航類電子地圖開放平臺的電子地圖位置服務?API?接口，對新能源充電站的坐標、名稱、地址等特征信息進行采集。

SDG 8.1。該指標提及的經濟發(fā)展維度可通過夜間燈光強度指數進行表征。夜間燈光強度是從夜間燈光遙感數據提取的遙感指數，與國內生產總值（GDP）具有較強的相關性，可反映城市經濟的發(fā)展程度。當前，最廣泛使用的夜間燈光遙感數據主要為?DMSP-OLS?和?NPP-VIIRS。夜間燈光強度值可從夜間燈光數據直接獲取，由美國國防氣象衛(wèi)星計劃（DMSP）和美國國家極軌業(yè)務環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)（NPP）所搭載的傳感器探測得到，廣泛用于多尺度長時序的城市相關問題研究。DMSP-OLS?和?NPP-VIIRS?數據可由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）國家地球物理數據中心網站下載。此外，武漢大學研發(fā)的“珞珈一號”衛(wèi)星，因其分辨率高、公開性強、反演精度高，也獲得了廣泛的應用。

SDG 9c。網絡通信是衡量當今網絡化大數據時代中信息通訊發(fā)展的重要方面，可選用“人均移動數據流量”指數對其進行表征。移動數據業(yè)務用戶數目激增與智能移動終端應用程序的快速普及推動了移動數據流量的大幅增長。人均移動數據流量反映城市無線網絡的資源管控、基站部署、協(xié)作傳輸等方面的管理能力。人均移動數據流可通過思科系統(tǒng)公司《視覺網絡指數（VNI）——全球移動數據流量預測》獲取。

SDG 15.1。城市綠地具有重要的固碳釋氧能力，可選用“城市綠地固碳釋氧量”對城市綠地作為碳匯的生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行表征。植物不僅可以通過光合作用和生長機制吸收和固定二氧化碳（CO₂），也可以通過樹蔭和蒸發(fā)的降溫功效減少化石燃料的?CO₂?排放。植物的固碳釋氧能力對改善城市空氣質量，實現城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。城市綠地固碳釋氧量可基于城市綠地的面積，結合光合作用和呼吸作用方程式進行計算。其中，城市綠地面積可借助多源遙感影像（如?Landsat、MODIS、哨兵系列衛(wèi)星）進行地表覆被的反演。

結語

對城市可持續(xù)性清晰、定量的評價和認識是確定一個城市是否正在向可持續(xù)發(fā)展邁進的關鍵一環(huán)。地球大數據突破了傳統(tǒng)數據源稀缺、代價昂貴、質量欠佳、時空不完備的瓶頸，提升了城市可持續(xù)評價的質量。可持續(xù)發(fā)展評估作為重要的規(guī)劃概念方法，需要不斷融合地理學、生態(tài)學、管理學的思想，開發(fā)定量、精確的評估方法、技術和工具。針對城市的可持續(xù)評價結果需要加入發(fā)展狀況和解決方案的視角，對不同?SDG?指標之間的權衡與協(xié)同效應進行分析。對基于地球大數據與?SDGs?的可持續(xù)評估進行探討，可為城市可持續(xù)發(fā)展評估實踐提供數據、指標和方法層面的借鑒與思考，為促進聯(lián)合國?SDGs?實現發(fā)揮作用。（作者：高  峻、張中浩、李巍岳、孫鳳云、胡熠娜、王亮緒、付晶、程國棟，上海師范大學；李新，中國科學院青藏高原研究所。《中國科學院院刊》供稿）。

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