董 魏，劉魏巍，董潔霜

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

目前，國內(nèi)外許多研究認(rèn)為“耦合”要同時(shí)考慮系統(tǒng)組成元素之間在相互作用時(shí)所表現(xiàn)出的相互依存性和不確定性[1-2]，雖然對于“耦合”方法的研究時(shí)間不長，但其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)比較廣泛.文獻(xiàn)[3-4]從耦合發(fā)展的角度對城市交通、城市化發(fā)展和城市空間形成等進(jìn)行分析，指出城市交通與土地利用在發(fā)展過程中存在互動(dòng)耦合的關(guān)系.劉耀彬等[5]從城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的角度提出二者的協(xié)調(diào)體系，其中將耦合度作為耦合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的看法值得商榷.目前，對于軌道交通與土地利用發(fā)展的論述多集中在城市空間范圍內(nèi).國外研究者HEART 等[6]研究了城市形態(tài)等布局因素對交通系統(tǒng)的影響，并對公共交通與土地利用進(jìn)行了整合分析.2007 年，Yang 等[7]評價(jià)了我國城市擴(kuò)張過程中土地利用的可達(dá)性和機(jī)動(dòng)性，對中國交通與土地利用的關(guān)系進(jìn)行界定，分析了土地利用可達(dá)性與機(jī)動(dòng)性的不確定性.文獻(xiàn)[8-9]從軌道交通與城市空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的角度，分析了軌道交通對城市空間優(yōu)化的作用和產(chǎn)生的社會(huì)效益.文獻(xiàn)[10-11]從軌道交通站點(diǎn)與城市中心體系空間重疊一致的角度闡述了空間耦合的原則，指出軌道交通會(huì)對城市空間結(jié)構(gòu)、土地使用和空間品質(zhì)產(chǎn)生重大甚至是根本性的影響.

目前，關(guān)于軌道交通與土地利用之間協(xié)調(diào)發(fā)展的研究多集中于定性分析，很少從軌道交通與土地利用組成的大系統(tǒng)出發(fā)，探討2 個(gè)子系統(tǒng)之間的互動(dòng)耦合關(guān)系.因此，為了深入研究軌道交通系統(tǒng)與土地利用系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度和互動(dòng)效應(yīng)，本研究將軌道交通與土地利用看作2 個(gè)子系統(tǒng)，以兩者耦合成的大系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合系統(tǒng)論的方法[12]，建立綜合評價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，并以上海市為例，對其軌道交通-土地利用系統(tǒng)進(jìn)行分析.

1 軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度模型的建立

1.1 軌道交通與土地利用的耦合協(xié)調(diào)度

軌道交通與土地利用的耦合協(xié)調(diào)度是指在一定的資源約束下，對軌道交通與土地利用中的人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行量化研究，測量軌道交通-土地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，以充分發(fā)揮城市軌道交通與土地利用相互促進(jìn)、良性互動(dòng)的各項(xiàng)功能.

1.2 耦合協(xié)調(diào)度的計(jì)算模型

軌道交通與土地利用存在一定的耦合關(guān)系，2個(gè)系統(tǒng)相互影響、相互依賴，構(gòu)成了1 個(gè)更大的系統(tǒng)，即軌道交通-土地利用耦合系統(tǒng).軌道交通-土地利用耦合系統(tǒng)是1 個(gè)復(fù)雜而無規(guī)律的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，子系統(tǒng)之間相互作用，各要素之間相互影響.

1.2.1 綜合發(fā)展水平測度

一個(gè)耦合系統(tǒng)的子系統(tǒng)由若干個(gè)指標(biāo)組成.設(shè)子系統(tǒng)有n 個(gè)評價(jià)指標(biāo)，分別為x1，x2，…，xn，它們的功效函數(shù)可表示為

式（1）中：dij（0≤dij≤1）為系統(tǒng)i 指標(biāo)j 的功效數(shù)，反映了目標(biāo)達(dá)成的滿意程度，當(dāng)dij=0 時(shí)，為最不滿意，當(dāng)dij=1 時(shí)，為最滿意；為系統(tǒng)指標(biāo)的最大值；為系統(tǒng)i 指標(biāo)j 的最小值；xij為i 系統(tǒng)指標(biāo)j 的值.當(dāng)指標(biāo)數(shù)值較大，對系統(tǒng)有利時(shí)，選擇式（1a），反之選式（1b）.利用線性加權(quán)法對各子系統(tǒng)的各自綜合發(fā)展水平進(jìn)行測算，

式（2）中：Ui為子系統(tǒng)i 某年的綜合評價(jià)值；wij為子系統(tǒng)i 指標(biāo)j 的權(quán)重，

1.2.2 耦合協(xié)調(diào)度評價(jià)模型的建立

城市軌道交通系統(tǒng)和土地利用系統(tǒng)之間存在著互動(dòng)發(fā)展關(guān)系，二者是相互影響、相互制約的耦合交互體，利用一定時(shí)間序列的相關(guān)指標(biāo)定量測度2 個(gè)系統(tǒng)的耦合關(guān)系和協(xié)調(diào)度可以反映二者間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r.借鑒物理學(xué)中的容量耦合（Capacitive Coupling）概念及容量耦合系數(shù)模型，可以建立多個(gè)系統(tǒng)相互作用的耦合度模型[13].

如果耦合系統(tǒng)由m 個(gè)子系統(tǒng)組成，則耦合系統(tǒng)的耦合度為

式（3）中：C 為系統(tǒng)的耦合度；Ui為子系統(tǒng)的綜合評價(jià)指數(shù).

耦合度C 雖然可以表示耦合系統(tǒng)中軌道交通與土地利用之間的協(xié)調(diào)程度，但在有些情況下卻很難反映出軌道交通與土地利用的實(shí)際水平和狀態(tài).如U1（t，x）和U2（t，x）的得分均較低時(shí)，同樣可以得到2 個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)度較高的結(jié)果，但這顯然不符合事實(shí).因此，為了評判不同區(qū)域軌道交通與土地利用交互耦合的協(xié)調(diào)程度，同時(shí)還能反映出軌道交通和土地利用水平的相對高低，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型如下：

式（4）和式（5）中：D 為系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度；C 為系統(tǒng)耦合度；T 為系統(tǒng)間綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，反映子系統(tǒng)綜合發(fā)展水平對協(xié)調(diào)度的貢獻(xiàn)；Ui為系統(tǒng)i 的總貢獻(xiàn)；αi為待定權(quán)重，反應(yīng)系統(tǒng)的重要性程度.

1.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

耦合協(xié)調(diào)度值D∈[0，1]，當(dāng)D=1 時(shí)，耦合協(xié)調(diào)度最大，系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到良性共振耦合，系統(tǒng)趨向新的有序結(jié)構(gòu)；當(dāng)D=0 時(shí)，耦合度極小，系統(tǒng)內(nèi)處于無關(guān)狀態(tài)，系統(tǒng)將無序發(fā)展.為了更清楚地反映系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的程度，參考前人的研究成果[14]，采用均勻分布函數(shù)擬定協(xié)調(diào)度的等級(jí)和劃分標(biāo)準(zhǔn)，耦合協(xié)調(diào)度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示.

表1 耦合協(xié)調(diào)度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Criteria for evaluating coupling coordination degree

2 上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度評價(jià)

2.1 指標(biāo)體系的建立和數(shù)據(jù)來源

城市軌道交通與土地利用系統(tǒng)是非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，對于復(fù)雜系統(tǒng)的測度，需要采用多指標(biāo)綜合評價(jià)分析方法.其中，選取出與軌道交通發(fā)展關(guān)聯(lián)度較高的7 項(xiàng)軌道交通指標(biāo)，如表2 所示.

表2 軌道交通系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重Tab.2 Indexes and their weights of rail transit system

土地利用系統(tǒng)指標(biāo)的選取運(yùn)用系統(tǒng)論的方法，分別從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益3 個(gè)方面選取大量的指標(biāo)，并根據(jù)各指標(biāo)與軌道交通綜合發(fā)展能力的灰色關(guān)聯(lián)度從中選取出18 個(gè)土地利用評價(jià)指標(biāo)，如表3 所示.

本評價(jià)所用軌道交通數(shù)據(jù)主要來源于2001—2011 年《上海年鑒》，并以2001—2011 年《上海綜合交通年度報(bào)告》和《上海第4 次綜合交通調(diào)查總報(bào)告》數(shù)據(jù)作為必要補(bǔ)充.土地利用效益指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于2001—2011 年《上海年鑒》，并以2001—2011 年《上海房地產(chǎn)年鑒》作為必要補(bǔ)充.

表3 土地利用系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重Tab.3 Indexes and their weights of land use system

2.2 上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度的計(jì)算與評價(jià)

2.2.1 上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算

上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度的具體計(jì)算過程為：

（1）指標(biāo)值的無量綱化.根據(jù)式（1）對上海市軌道交通和土地利用指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化處理.

（2）權(quán)重的確定.由于各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，指標(biāo)權(quán)重的確定要根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況來確定，因此具有較強(qiáng)的主觀性.本研究采用特爾菲法確定指標(biāo)權(quán)重，請政府有關(guān)部門的專家和高校有關(guān)專業(yè)（城市規(guī)劃、地理、土地管理、區(qū)域發(fā)展、經(jīng)濟(jì)學(xué)）的學(xué)者對評價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行打分，并對專家的打分進(jìn)行整理，拋棄偏低或偏高的分值，然后將整理結(jié)果分發(fā)給各位專家，請他們再次打分，再對專家的打分進(jìn)行整理，反復(fù)2 次，最終得出上海市軌道交通系統(tǒng)與土地利用系統(tǒng)效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系中各因子的權(quán)重，如表2 和表3 所示.

（3）上海軌道交通與土地利用系統(tǒng)綜合發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度的計(jì)算.軌道交通是土地利用“循環(huán)與累積效應(yīng)”的重要誘導(dǎo)劑和強(qiáng)大觸發(fā)力，是研究的著眼點(diǎn)，兩者的發(fā)展相輔相成，所以軌道交通和土地利用同等重要，故設(shè)α1=α2=0.5.得到上海市軌道交通與土地利用綜合發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度的結(jié)果如表4 所示，其中U1為軌道交通綜合發(fā)展評價(jià)值，U2為土地利用綜合發(fā)展評價(jià)值.

表4 上海市軌道交通與土地利用綜合發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分Tab.4 Ranks of comprehensive development level of rail transit and land use and coupling coordination degree of Shanghai city

2.2.2 上海市軌道交通與土地利用綜合發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度分析

根據(jù)以上計(jì)算分析得出2000—2010 年上海市軌道交通與土地利用的綜合發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢，如圖1 所示.

由圖1 可以看出，2000—2010 年上海市軌道交通和土地利用綜合發(fā)展水平的上升趨勢明顯，土地利用發(fā)展水平一直超前于軌道交通的發(fā)展，通過對軌道交通和土地利用的綜合評價(jià)值進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.968，相關(guān)關(guān)系顯著，具有一種耦合互動(dòng)的發(fā)展關(guān)系.從軌道交通發(fā)展?fàn)顩r看，其綜合發(fā)展水平在2003 年和2004 年出現(xiàn)了下降趨勢，這是由于隨著上海軌道交通規(guī)模的擴(kuò)大，運(yùn)營能力不斷提高，但利潤總額卻出現(xiàn)下滑，乘客換乘節(jié)點(diǎn)數(shù)依然保持4 個(gè).這說明軌道交通在建設(shè)發(fā)展中，要兼顧投資與效益，設(shè)計(jì)上要注重乘客的便利性，增強(qiáng)乘客的可達(dá)性.由圖1 可知，為了服務(wù)于未來的交通出行以及2010 年的世博會(huì)，上海市的軌道交通在2006 年之后呈現(xiàn)了良好的發(fā)展態(tài)勢.從土地利用發(fā)展?fàn)顩r看，上海市土地利用的綜合發(fā)展評價(jià)值從2000 年的0.129 發(fā)展到2010年的0.864，說明上海市土地利用狀況得到明顯改善，對軌道交通發(fā)展的需求和支撐作用也快速增強(qiáng).

上海市軌道交通與土地利用系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度整體水平較低，但增長趨勢明顯，協(xié)調(diào)等級(jí)從失調(diào)逐步向協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變，整個(gè)過程總體上可分為3 個(gè)階段，第1 階段為2000—2004 年的失調(diào)階段，第2 階段為2005—2006 年的瀕臨階段，第3 階段為2007—2010 年的協(xié)調(diào)階段.這表明上海市在2005年之前軌道交通與土地利用的協(xié)同效應(yīng)較弱，彼此間促進(jìn)作用不強(qiáng)；隨著軌道交通與土地利用綜合發(fā)展水平的提高，兩者的互動(dòng)效應(yīng)逐步增強(qiáng)，在2010年達(dá)到較低的初級(jí)協(xié)調(diào)水平，由此可見，軌道交通與土地利用系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平還有待提高.促進(jìn)上海市軌道交通與土地利用系統(tǒng)由初級(jí)協(xié)調(diào)向良好協(xié)調(diào)以至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展還需合理加大軌道交通的建設(shè)，提高土地利用的發(fā)展水平.

3 結(jié)論

城市軌道交通系統(tǒng)與土地利用系統(tǒng)存在著相互影響、相互制約的關(guān)系，利用耦合協(xié)調(diào)度模型可以很好地評價(jià)二者的耦合協(xié)調(diào)狀況和互動(dòng)關(guān)系.本研究利用耦合協(xié)調(diào)度模型對上海市軌道交通系統(tǒng)和土地利用系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行分析，拓展了該模型的應(yīng)用范圍，并得到以下結(jié)論：

（1）一個(gè)時(shí)期軌道交通與土地利用之間的耦合協(xié)調(diào)度的高低并不代表其絕對水平的高低，只能揭示某一時(shí)期軌道交通與土地利用的和諧發(fā)展程度，并以此來判別兩者可持續(xù)發(fā)展的相對態(tài)勢.

（2）上海市軌道交通與土地利用之間的耦合協(xié)調(diào)度的改進(jìn)與提高是一個(gè)長期的、漸進(jìn)的過程，應(yīng)以政府為導(dǎo)向，實(shí)施軌道交通與土地利用協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，重點(diǎn)做到整體研究、綜合規(guī)劃，以軌道交通支撐城市空間發(fā)展，以城市發(fā)展帶動(dòng)軌道交通建設(shè)，做到共同發(fā)展、協(xié)調(diào)共進(jìn).

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