恒隆研究| 龙瀛研究团队——基于FastSAM的中国城市空地

【作者】

王新宇，龙瀛

1. 清华大学建筑学院

2. 清华大学恒隆房地产研究中心

【通讯作者邮箱】

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.

内容导读

龙瀛教授和博士生王新宇合著的研究论文“Urban vacant land identification and its distribution rules of China's urban system based on fast segment anything model”（基于FastSAM的中国城市空地识别及其分布规律研究），在国际期刊Habitat International在线发表。

城市空地（Urban Vacant Land, UVL）既是可持续城市发展的重要潜力资源，也是城市空间治理面临的突出挑战。然而，目前针对大尺度城市空地的系统识别研究仍相对匮乏。本研究基于前沿的深度学习模型 Segment Anything Model（SAM），构建了自动化城市空地识别方法，并将其应用于中国全部2446座实体城市（Natural Cities）。研究结果显示：城市空地比例（UVL ratio）总体服从对数正态分布，且与城市规模无显著相关性；空地面积符合齐夫定律和尺度定律，表现出“大城市空地面积更大”的规律；在城市内部空间分布上，空地可分为中心型、边缘型、散布型、带状型和外围型五种典型类型，其中，大城市的空地往往呈局部聚集分布，而中小城市的空地则更为分散；区域尺度分析进一步揭示了显著的空间差异，尤其是全球型和外围型空地因其高占比和大斑块特征而面临更高的治理难度。本研究不仅在方法上实现了城市空地识别的创新，构建了覆盖全国的高精度城市空地数据库，也为利用人工智能技术促进可持续城市更新与空间治理提供了思路与实践支撑。

研究背景

近几十年来，快速的城市化和经济增长推动了城市的大规模扩张与建设，但与此同时，也带来了人口流失、城市收缩和土地闲置等新问题。城市空地作为这一过程的典型表现，已在不同类型城市中普遍存在。其形成主要源于人口需求与土地供给之间的不平衡，当城市经济活力减弱、就业机会外迁、房地产市场低迷时，大量建设用地被闲置，导致空间资源浪费和环境品质下降。长期存在的空地不仅削弱了城市的经济与社会功能，还可能引发治安、安全和社区衰败等问题。然而，从另一角度看，城市空地也蕴含着巨大的再生潜力与发展机遇，可作为可持续城市发展的重要空间资源。通过科学识别和合理利用，空地有望被转化为绿色基础设施、公共空间或生态缓冲区，提升城市的环境质量与社会活力。因此，系统开展城市空地的识别与分布规律研究，对于理解城市空间结构演化、促进存量更新与推动城市高质量发展具有重要意义。

研究方法

本研究基于深度学习模型系统开展了中国城市空地的识别与空间分布分析（见图1）。研究对象为全国2446座实体城市（Natural Cities, NCs），其边界基于建成区的空间连续性和人口活动强度识别而成，并设置5 km²的最小面积阈值。研究首先获取2023年高分辨率遥感影像（约1.19 m），将其处理为55670幅影像切片（2520×2520像素），并通过X-AnyLabeling平台人工标注5548幅样本，构建符合COCO标准的城市空地训练数据集。随后，采用轻量化的Fast Segment Anything（FastSAM）模型进行训练与预测，模型在100个epoch下独立训练10次，选取性能最佳的模型作为最终版本，并以F2值评估模型精度。通过ArcGIS实现预测结果的矢量化与空间配准，最终生成覆盖全国实体城市的城市空地矢量数据库。

在空间分析方面，研究以1 km 网格为基本单元，依据城市内部空地的分布特征构建分类体系，将全国城市空地划分为五种典型空间模式：全球型、局部型、中心型、边缘型与散布型。分类过程综合考虑空地像元占比、空间自相关指标以及空地相对于城市中心的空间位置等因素。

图1：研究框架

研究结果

研究识别了中国2446座实体城市中的204769个城市空地，总面积为4442.1平方公里，占全国实体城市总面积的4.78%。研究结果表明：

（1）城市空地在全国尺度上符合齐夫定律，城市空地总面积与城市规模呈幂律关系，而城市的空地率（UVL ratio）服从对数正态分布且与城市规模无显著相关；

图2 实体城市的空地总面积与等级规模关系图

图3 城市空地率的对数正态分布

（2）在城市内部空间分布上，全国城市空地可分为全球型、局部型、中心型、边缘型与散布型五种典型分布模式，其中小城市多表现为中心型和边缘型，大中城市则以局部型聚集分布为主；

图4 五种典型分布模式的分布结果

（3）区域对比显示，中国不同地区的城市空地类型存在差异：华北、华东和西北地区以局部型为主，东北地区以中心型和边缘型为主，而中南与西南地区则以局部型为空地的主要分布形态。

图5 五种典型分布模式实体城市的空间分布

总结与讨论

中国城市空地比例总体较低（平均4.78%），但在部分城市中集中度较高，需重点关注。研究不仅验证了FastSAM模型在复杂地物分割中的适用性，还讨论了其在相关领域的可迁移性。最后，基于五种典型分布模式提出差异化的治理建议，为未来城市空地的动态监测与治理研究提供了数据和理论的支撑。

【基金资助】

研究由国家自然科学基金（项目号： 52178044, 62394331和62394335）资助。

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