陸曉蕙，梁　勇，燕　琴，劉正軍

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018； 2. 中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830； 3. 河南省豐華工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000)

城市土地是城市化的基礎(chǔ)，其在數(shù)量、質(zhì)量上的差異，以及在使用過程中配比不同，城市化之后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境效益、社會(huì)產(chǎn)出也會(huì)隨之不同。城市土地利用不當(dāng)會(huì)造成土地外延擴(kuò)張、用地粗放、效益低下等問題，這一系列問題會(huì)成為城市化的阻滯元素[1-2]。開發(fā)區(qū)是城市土地使用最為活躍的區(qū)域，資金集聚程度高、地均投資強(qiáng)度大是其主要特點(diǎn)，由于國家對(duì)于開發(fā)區(qū)建設(shè)的大力推進(jìn)及計(jì)劃、政策的調(diào)整，一方面讓公眾提前享受到了開發(fā)的成果，另一方面也造成了土地利用集聚效應(yīng)不顯著，土地浪費(fèi)與低效利用等問題[3-4]。

土地集約利用是土地利益最大化的最佳方式[5-9]。對(duì)于開發(fā)區(qū)土地集約利用，學(xué)者作了大量的研究，主要集中于集約理論、評(píng)價(jià)方法體系的建立及集約程度的分析3方面的研究。國內(nèi)對(duì)于城市土地集約的研究主要借鑒國外相關(guān)的研究理論，顧及土地利用結(jié)構(gòu)和布局優(yōu)化等約束因素建立土地集約理論體系[5-11]。對(duì)于評(píng)價(jià)方法體系，研究內(nèi)容主要包括兩方面：一是評(píng)價(jià)方法，二是評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重確定。評(píng)價(jià)方法較為常用的有模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]、層次分析法[12]等。模糊綜合評(píng)價(jià)法最初運(yùn)用于交通管理、圖像處理、故障診斷等領(lǐng)域，之后國外一些學(xué)者將該理論逐步引入土地資源評(píng)價(jià)研究中，如Schmidt[15]、Mangaraj[16]等，運(yùn)用模糊綜合法對(duì)土地集約利用評(píng)價(jià)能取得較為良好的結(jié)果[2,17]。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是根據(jù)研究區(qū)域的具體情況及國家的相關(guān)政策文件確定，其對(duì)應(yīng)權(quán)重的計(jì)算方式較為多樣，有特爾非法、因素成對(duì)比較法、主成分分析法、熵權(quán)法等。對(duì)于集約程度的分析的研究較多，如趙小風(fēng)[1]、陳瑩[3]、秦鵬[13]等就對(duì)不同區(qū)域的土地集約利用程度進(jìn)行了研究分析。

本文以武漢市的16個(gè)開發(fā)區(qū)為研究對(duì)象，研究選取了重要程度較高，能客觀反映開發(fā)區(qū)狀況的10項(xiàng)指標(biāo)，并利用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)賦予權(quán)重；根據(jù)模糊變換原理及最大隸屬度原則，構(gòu)建了模糊綜合評(píng)價(jià)模型；采用ArcGIS查詢統(tǒng)計(jì)和Voronoi圖的CV值對(duì)4個(gè)集約利用的開發(fā)區(qū)進(jìn)行分析，分析了這4個(gè)開發(fā)區(qū)企業(yè)、行政村、學(xué)校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的分布與利用狀態(tài)。

1　研究區(qū)概況

武漢市地處華中腹地，是全國重要的工業(yè)基地和交通樞紐。目前全市擁有3個(gè)國家級(jí)開發(fā)區(qū)、12個(gè)省級(jí)開發(fā)區(qū)和1個(gè)市級(jí)開發(fā)區(qū)。3個(gè)國家級(jí)開發(fā)區(qū)分別為武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)(R1)、武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(R2)與武漢臨空港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(R3)；12個(gè)省級(jí)開發(fā)區(qū)分別為武漢江岸經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R4)、武漢江漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R5)、武漢硚口經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R6)、武漢漢陽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R7)、武漢武昌經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R8)、武漢洪山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R9)、武漢青山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R10)、漢南經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R11)、武漢蔡甸經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R12)、武漢江夏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R13)、武漢陽邏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R14)與盤龍城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(R15)；1個(gè)市級(jí)開發(fā)區(qū)為武漢化學(xué)工業(yè)區(qū)(R16)，其區(qū)域分布如圖1所示。

圖1　開發(fā)區(qū)區(qū)位圖

2　模糊綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1　數(shù)據(jù)來源

各類土地面積、建設(shè)用地面積等土地?cái)?shù)據(jù)均來自武漢市地理國情普查數(shù)據(jù)、武漢市國土規(guī)劃局建設(shè)用地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，稅收、企業(yè)等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)均來自武漢第3次經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)和武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒，人口數(shù)據(jù)來自武漢市“兩實(shí)”人口數(shù)據(jù)。因武漢開發(fā)區(qū)分布較為分散，因此數(shù)據(jù)處理方法是利用開發(fā)區(qū)邊界進(jìn)行分割處理從而進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.2　評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

根據(jù)相關(guān)文件、武漢市相關(guān)專家的意見及開發(fā)區(qū)的特點(diǎn)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析(因子分析)，選取重要程度較高，能客觀反映開發(fā)區(qū)狀況的10項(xiàng)指標(biāo)，見表1。根據(jù)《城市土地集約利用潛力評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程(試行)》及相關(guān)專家建議，對(duì)各指標(biāo)集約程度制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分為4個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別為輕度利用、適度利用、集約利用與過度利用，見表2。

2.3　評(píng)價(jià)權(quán)重確定

確定指標(biāo)權(quán)重，一般使用兩種方式：主觀法與客觀法，主觀法過于依賴專家的判斷能力和先驗(yàn)知識(shí)。因此，本文對(duì)于指標(biāo)權(quán)重值的確定采用熵權(quán)法。熵權(quán)法首先評(píng)價(jià)各指標(biāo)的差異程度，然后利用信息熵計(jì)算各指標(biāo)熵權(quán)，通過熵權(quán)修正評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，得到較為客觀的權(quán)重值[14]。10個(gè)土地集約利用程度評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重見表3。

2.4　模糊綜合評(píng)價(jià)模型確立

模糊綜合評(píng)價(jià)的根據(jù)是模糊變換原理及最大隸屬度原則。其主要評(píng)價(jià)流程為：①確定因素集和評(píng)語集；②建立隸屬函數(shù)進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)；③建立評(píng)價(jià)因素權(quán)重分配向量；④模糊變換得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

表1　指標(biāo)體系

表2　指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3　指標(biāo)權(quán)重值

2.4.1確立評(píng)語集

因素集指評(píng)判對(duì)象的各種屬性或性能的集合，本文開發(fā)區(qū)作為對(duì)象，其評(píng)價(jià)指標(biāo)就是對(duì)應(yīng)的因素。因此，本文中的因素集可表示為

U={u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8,u9,u10}

2.4.2確立隸屬度函數(shù)

根據(jù)函數(shù)的隸屬形式，結(jié)合土地集約評(píng)價(jià)特點(diǎn)，本文采用降半梯形分布函數(shù)，其函數(shù)模型表述如下：若R表示從U到V上的模糊關(guān)系,則rij表示第i個(gè)因素對(duì)第j級(jí)評(píng)語的隸屬度。建立隸屬函數(shù)后，從每個(gè)單因素ui(i=1,2，…，10)出發(fā)確定對(duì)象U對(duì)決策等級(jí)Vj(j=1,2,3,4)的隸屬度，得到ui對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果rij(ui對(duì)于決策等級(jí)的隸屬度)。

2.4.3模糊變換

由于各因素在總評(píng)價(jià)體系中的重要性不同，因此需要對(duì)其賦予權(quán)重(權(quán)重在上文中已由熵權(quán)法求出)。設(shè)wi為ui對(duì)于整個(gè)評(píng)價(jià)體系的權(quán)重，則可記W={w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8,w9,w10}為U的權(quán)重模糊子集(或權(quán)重分配向量)。最終利用最為常用的最大隸屬度原則(即取Max{bj}對(duì)應(yīng)的等級(jí)作為被評(píng)土地集約等級(jí))進(jìn)行集約程度確定。

2.5　評(píng)價(jià)土地集約利用程度

根據(jù)構(gòu)建的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，使用Python構(gòu)建模糊計(jì)算流程腳本，輸入權(quán)重及各指標(biāo)值，計(jì)算武漢16個(gè)開發(fā)區(qū)的結(jié)果向量，計(jì)算流程如圖2所示，并利用最大隸屬度原則確定其對(duì)應(yīng)的集約程度。

圖2　Python腳本計(jì)算流程

各開發(fā)區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)最終結(jié)果見表4，從表4可以看出，依據(jù)最大隸屬度判斷，目前處于集約開發(fā)利用的有4個(gè)區(qū)域，處于適度利用的有2個(gè)區(qū)域，其余的9個(gè)區(qū)域均為輕度利用。通過ArcGIS對(duì)開發(fā)區(qū)的集約狀態(tài)進(jìn)行空間可視化制圖，其結(jié)果如圖3所示。

表4　武漢開發(fā)區(qū)土地利用集約程度

圖3　開發(fā)區(qū)集約程度空間分布

3　評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1　方法及原理

利用ArcGIS，以各開發(fā)區(qū)的企業(yè)、行政村、學(xué)

校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施(商業(yè)服務(wù)設(shè)施、公園、廣場、高速公路出入口、加油(氣)站等)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)為生長點(diǎn)生成Voronoi圖，計(jì)算其變異系數(shù)(CV值)，從而分析各開發(fā)區(qū)土地類型的空間分布特征。其中，變異系數(shù)CV是Voronoi多邊形面積標(biāo)準(zhǔn)差和平均值的比值，其計(jì)算公式為

CV=標(biāo)準(zhǔn)差/平均值×100%

式中，CV可以衡量現(xiàn)象在空間的相對(duì)變化程度。Duyckaerts等提出3個(gè)建議值：當(dāng)點(diǎn)集為隨機(jī)分布時(shí)，CV為57%(包括33%～64%的值)；當(dāng)點(diǎn)集為集群分布時(shí)，CV為92%(包括>64%的值)；當(dāng)點(diǎn)集為均勻分布時(shí)，CV為29%(包括<33%的值)[18]。

3.2　結(jié)果分析

以4個(gè)集約利用開發(fā)區(qū)各項(xiàng)地物的點(diǎn)位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS生成4個(gè)開發(fā)區(qū)不同地物的Voronoi圖，如圖4所示。

圖4　4個(gè)集約利用開發(fā)區(qū)各類地物Voronoi圖

由此可以看出，武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)、武漢臨空港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、武漢江夏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)與武漢盤龍城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的企業(yè)、行政村、學(xué)校、醫(yī)療及基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的CV值均大于33%，大多數(shù)大于64%，這說明這4個(gè)開發(fā)區(qū)的企業(yè)、行政村、學(xué)校及醫(yī)療均處于隨機(jī)分布，大部分處于集群分布，見表5。

表5　4個(gè)集約利用開發(fā)區(qū)各類地物CV值

4　結(jié)論與建議

本文針對(duì)武漢市16個(gè)開發(fā)區(qū)的具體情況，對(duì)其開發(fā)區(qū)土地利用作出了評(píng)價(jià)。整體上，武漢市開發(fā)區(qū)土地集約使用狀況較為良好，開發(fā)區(qū)大面積呈現(xiàn)集約和適度利用，1個(gè)開發(fā)區(qū)處于過度，其余處于輕度利用狀態(tài)，具體表現(xiàn)為：

(1) 集約利用和適度利用的區(qū)域占據(jù)了整個(gè)開發(fā)區(qū)的大部分，輕度利用的開發(fā)區(qū)面積較小且大多依附于集約和適度開發(fā)區(qū)?？臻g分布上，處于輕度利用的開發(fā)區(qū)大多依附于集約或適度開發(fā)區(qū)，容易受到輻射帶動(dòng)，有較為良好的發(fā)展環(huán)境。

(2) 處于集約利用狀態(tài)的有武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)、武漢臨空港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、武漢江夏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)與武漢盤龍城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)是以光谷為核心的武漢市就業(yè)次中心，人口流動(dòng)較大且各項(xiàng)配套設(shè)施齊全，單位土地面積的經(jīng)濟(jì)收益較大。武漢臨空港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)作為港口開發(fā)區(qū)，占地面積較小，但企業(yè)分布均勻。武漢江夏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)區(qū)委、區(qū)政府對(duì)原開發(fā)區(qū)大力擴(kuò)建，優(yōu)化原有布局，使其發(fā)展?fàn)顟B(tài)不斷提升。武漢盤龍城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)企業(yè)分布較少，但其作為臥城，綜合配套設(shè)施最為齊全，人居環(huán)境十分優(yōu)良，生態(tài)、環(huán)境承載力較強(qiáng)。

(3) 武漢江漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)受開發(fā)土地資源不足的限制處于過度利用中，該區(qū)距離集約和適度開發(fā)區(qū)較遠(yuǎn)，較為孤立，應(yīng)該盡快優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整土地使用布局。

(4) 土地集約利用評(píng)價(jià)是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，會(huì)受到評(píng)價(jià)體系、指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重及評(píng)價(jià)方式等諸多因素的影響，又需要大量土地?cái)?shù)據(jù)與經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的支撐。本文針對(duì)武漢市開發(fā)區(qū)的具體情況，利用開發(fā)區(qū)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)與土地?cái)?shù)據(jù)，構(gòu)建了模糊綜合評(píng)價(jià)模型，并利用Voronoi圖的CV值對(duì)4個(gè)集約利用的開發(fā)區(qū)進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)結(jié)果與開發(fā)區(qū)實(shí)際發(fā)展情況吻合程度較高，表明該模型具有較高的實(shí)用性與準(zhǔn)確性，可以作為其他地區(qū)開發(fā)區(qū)土地集約利用評(píng)價(jià)的參考模型。

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