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        海南東環(huán)高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng):反事實分析框架的視角

        2022-02-25 14:39:22熊昌盛胡宇瑤高海霞
        中國土地科學(xué) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:站點土地利用海南

        熊昌盛,胡宇瑤,高海霞

        (1.海南大學(xué)公共管理學(xué)院,海南 ???570100;2.武漢大學(xué)中國中部發(fā)展研究院/區(qū)域與城鄉(xiāng)發(fā)展研究院,湖北 武漢 430072)

        1 引言

        作為高鐵及其網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點,高鐵站點在發(fā)揮交通樞紐作用的同時,也對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要推動作用。高鐵站點是高鐵站房、站前廣場等其他配套設(shè)施的綜合體,其建設(shè)能帶動大量資金投入,推動就業(yè)增加[1],還能改善區(qū)域交通可達(dá)性[2],吸引人口匯集[3]與生產(chǎn)要素集中[4],從而提升高鐵站點所在地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿5-6]。然而,高鐵站點建設(shè)以及引發(fā)的社會經(jīng)濟(jì)活動也加速了周邊地區(qū)的土地利用變化與建設(shè)用地擴(kuò)張,導(dǎo)致土地資源占用、棲息地破壞以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題[7]。在我國持續(xù)加快高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及生態(tài)文明建設(shè)的背景下,客觀把握高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng),對協(xié)調(diào)好高鐵站點周邊土地資源開發(fā)與保護(hù)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。

        學(xué)界有關(guān)高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的影響研究主要集中在外部性特征揭示與作用績效評估兩方面。在揭示外部性特征上,一般認(rèn)為高鐵站點會帶動周邊商業(yè)、住宅及產(chǎn)業(yè)用地的擴(kuò)張[8],且隨著距離增加而呈現(xiàn)土地利用強(qiáng)度逐步減弱、土地利用復(fù)雜度逐步降低的變化規(guī)律[9]。如周俏[10]運用TOD理論發(fā)現(xiàn),我國高鐵站點周邊用地功能主要以商業(yè)和居住為主,且大城市普遍以商業(yè)用地為主,而中小型城市則以居住用地為主。在評估作用績效上,主要有兩種思路:一是將高鐵或高鐵站點作為虛擬變量納入到建設(shè)用地擴(kuò)張驅(qū)動力分析的計量模型中,并通過回歸系數(shù)來判斷高鐵或高鐵站點對建設(shè)用地擴(kuò)張的影響程度與方向[11]。如譚榮輝等[12]采用多期雙重差分模型發(fā)現(xiàn),高鐵站點開通會顯著促進(jìn)區(qū)域城市用地面積的增長,且與高鐵站點所處城市的經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)與人口規(guī)模水平等相關(guān),存在區(qū)域異質(zhì)性。二是通過比較高鐵或高鐵站點建設(shè)前、后不同時點周邊建設(shè)用地分布狀態(tài)的差異,以此評估其作用績效。如WU等[13]以全國高鐵為例,發(fā)現(xiàn)高鐵對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張有促進(jìn)作用,并且因城市發(fā)展水平不同而存在差異。

        上述文獻(xiàn)為深入認(rèn)識高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的影響提供了重要參考,但在作用績效評估上仍存在不足。首先,基于“事前—事后”的對比評估思路均假定高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張是由其建設(shè)所引發(fā)的,忽視了即使在高鐵站點未建設(shè)的情形下,其周邊建設(shè)用地擴(kuò)張亦會發(fā)生的客觀事實,即未有效剝離高鐵站點周邊建設(shè)用地的自身發(fā)展需求,其評估結(jié)果很可能高估了高鐵站點的作用。其次,已有研究多關(guān)注京滬高鐵[14]、武廣高鐵[15]等占地規(guī)模較大、客流量較多、重要性程度較高的高鐵,但諸類高鐵站點所在地區(qū)本身就具有較強(qiáng)城市發(fā)展?jié)摿?,難以有效剝離高鐵站點外溢性影響中城市自身因素的作用,使得評估結(jié)果同樣存在偏差。

        綜上,本文以海南東環(huán)高鐵站點為例開展研究,原因在于:(1)海南東環(huán)高鐵位于海南島,地理位置相對獨立,受其他高鐵的空間外溢性影響較??;(2)海南島社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對靠后,建設(shè)用地擴(kuò)張并不劇烈。具體地,本文在動態(tài)監(jiān)測高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張時空演變特征的基礎(chǔ)上,借助反事實分析框架與FLUS模型,模擬高鐵站點在反事實情景下(即假定高鐵站點未建成)其周邊的建設(shè)用地分布狀況,并與事實情景下(即高鐵站點實際已建成)其周邊建設(shè)用地分布狀況進(jìn)行對比,以此評估高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的時空凈影響,即凈效應(yīng)。

        2 評估框架構(gòu)建與作用范圍剖析

        2.1 基于反事實分析框架的評估思路

        為評估政策實施的凈效應(yīng),RUBIN于1974年提出了反事實分析框架(Counterfactual Framework)的概念[16],并將現(xiàn)實中政策實施后的狀態(tài)稱之為“事實”,而將假設(shè)研究區(qū)在未受到政策干預(yù)下的預(yù)測結(jié)果視為“反事實”,將反事實下預(yù)測結(jié)果與事實下實際結(jié)果之間的差異視為政策實施的處理效應(yīng)(Treatment Effect)。簡言之,該框架將政策實施作為突發(fā)的外生變量,并通過對比外生變量在實際實施與假定未實施兩種情形下的差異,以此來刻畫政策實施的凈效應(yīng)。據(jù)此,可將高鐵站點建設(shè)視為突發(fā)的外生變量,通過考察高鐵站點建設(shè)(事實)與假定未建設(shè)(反事實)兩種情景下周邊建設(shè)用地分布狀況的差異,以此評估其對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng)。

        具體地,將高鐵站點在開始建設(shè)t0時刻的建設(shè)用地分布狀況記為U1;將建設(shè)之前t0-n時刻的建設(shè)用地分布狀況記為U0;將高鐵站點實際建成后在時點t0+n的建設(shè)用地分布狀況定義為事實情景,記為U2;將高鐵站點假定未建設(shè)且在時點t0+n的建設(shè)用地分布狀況定義為反事實情景,記為U′2。而U2-U′2則反映了高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈影響(圖 1)。

        圖1 基于反事實分析框架的評估思路Fig.1 Evaluation based on counterfactual analysis framework

        但問題在于如何得到反事實情景下的U′2。大量研究表明[17-18],土地利用覆被變化(含建設(shè)用地擴(kuò)張)是一個具有典型馬爾可夫性質(zhì)的演化過程,即當(dāng)前時刻的土地利用覆被狀態(tài)僅與上一時刻的狀態(tài)有關(guān)[19],而下一時刻的土地利用覆被變化也主要受上一時刻狀態(tài)的影響[20]。對此,本文認(rèn)為在假定高鐵站點未建設(shè)的反事實情景下,其周邊建設(shè)用地擴(kuò)張也將大體按照實際建設(shè)前的建設(shè)用地擴(kuò)張趨勢進(jìn)行演化。因此,可通過識別高鐵站點周邊建設(shè)用地分布狀態(tài)從U0到U1的演變趨勢,并以此模擬其在反事實情景下的建設(shè)用地分布狀態(tài)U′2。需注意,為有效評估凈影響,還需掌握高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的具體作用范圍。

        2.2 高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍剖析

        高鐵站點是區(qū)域交通樞紐與經(jīng)濟(jì)增長節(jié)點。由區(qū)位理論可知,其(圖2中O點)對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用將隨著距離增加而逐漸降低,如圖2中AB段。此外,高鐵站點周邊地區(qū)的建設(shè)用地擴(kuò)張還可能受到諸如CBD、機(jī)場、市政中心等其他地理事物(圖2中O′點)的疊加作用,但也同樣遵循距離衰減法則,如圖2中CB段或CD段。因此,以高鐵站點為起點,隨著距離的增加,其周邊建設(shè)用地擴(kuò)張將遵循“先下降、再上升”的基本態(tài)勢,稱之為理想曲線。其中,AB段的建設(shè)用地擴(kuò)張主要是受高鐵站點的作用,本文視其為高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍;而CB段與CD段的建設(shè)用地擴(kuò)張主要受其他地理事物的作用,暫不做考慮。

        圖2 高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的理想曲線Fig.2 The ideal curve for the construction land expansion around high-speed railway stations

        3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

        3.1 海南東環(huán)高鐵概況

        海南東環(huán)高鐵是海南環(huán)島高鐵的東線段,北起???、南至三亞,途徑海南島東海岸6個市縣,設(shè)有15個站點,全線308 km,列車最高運營速度為250 km/h,于2007年9月開工建設(shè),2010年12月開通運營。自開通運營以來,該高鐵線路日均發(fā)送旅客在4萬人以上,是海南島交通運輸?shù)拇髣用}。

        以海南東環(huán)高鐵中的10個站點為研究對象(不包括??谡尽㈤L流站、秀英站、城西站與和樂站)①海南東環(huán)高鐵的15個站點中,海口站早在2002年便運營通車,是粵海鐵路的重要起點站;長流站、秀英站、城西站均是在2019年才開放通車;而和樂站暫未開通客運業(yè)務(wù)。,并借鑒已有關(guān)于高鐵站點作用范圍的相關(guān)研究,設(shè)定以各高鐵站點邊界范圍為中心的4.0 km緩沖區(qū)作為研究區(qū)[21-22]。同時,以海南東環(huán)高鐵開工建設(shè)前一年(2006年)反映高鐵站點建設(shè)運營前的情況,以完工時的年份(2010年)反映高鐵建設(shè)初期的情況,再以2018年反映高鐵站點運營后的情況。此外,為了后續(xù)模擬分析及精度驗證的需要,增設(shè)1998年與2002年兩個研究時點。因此,本文的研究時點為1998年、2002年、2006年、2010年與2018年。其中,2006—2010年為高鐵站點建設(shè)期間,本文主要關(guān)注2010—2018年高鐵站點運營對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張產(chǎn)生的作用。

        3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及預(yù)處理

        全文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括:(1)Landsat歷史系列影像與Sentinel等高分遙感影像,用于識別不同時點研究區(qū)土地利用覆被變化及高鐵站點邊界范圍,諸類影像數(shù)據(jù)主要通過Google Earth Engine(GEE)云平臺免費獲取,其中,在選擇Landsat影像時,盡量選擇植被生長較好的月份(如5—9月)以及以無云或少云為主的影像,確保地物影像豐富;(2)海南島居民點、主干道、公路、DEM等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù),用于研究區(qū)土地利用覆被的動態(tài)模擬分析,主要來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心、Open Street Map開源網(wǎng)站等平臺。

        將所有空間數(shù)據(jù)投影至相同坐標(biāo)系,確??臻g位置信息保持一致。同時,結(jié)合各高鐵站點分布及高分遙感影像,通過目視解譯勾畫獲得各高鐵站點邊界范圍,包括站臺、站前廣場與配套基礎(chǔ)設(shè)施等。

        3.3 基于光譜指數(shù)與GEE的土地利用覆被信息解譯

        首先,根據(jù)不同地表覆被在遙感影像上具有不同光譜反射率的特性,分別采用歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、增強(qiáng)型歸一化水體指數(shù)(Modified Normalized Difference Water Index, MNDWI)與歸一化不透水面指數(shù)(Normalized Difference Impervious Surface Index,NDISI)從Landsat系列影像中提取研究區(qū)不同時點的植被、水域及建設(shè)用地等地表覆被信息,具體通過GEE平臺編碼實現(xiàn)。其次,基于不同光譜指數(shù)提取的地表信息存在少量重疊,對此借助GEE平臺高分遙感影像(如Sentinel)目視判讀予以解決。最后,面向解譯的不同地類各隨機(jī)選擇500個樣點,將其與GEE平臺上同時點的高分辨率影像進(jìn)行地類信息對比,以此驗證解譯結(jié)果的精度,結(jié)果顯示精度較高(表1),可用于下一步數(shù)據(jù)處理與分析。

        表1 遙感影像參數(shù)及土地利用覆被信息解譯精度Tab.1 Parameters of remote sensing images and interpretation accuracy of land use cover information

        3.4 基于緩沖區(qū)分析的高鐵站點作用范圍識別

        采用緩沖區(qū)分析判定高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍[23]。以高鐵站點邊界范圍為中心,0.5 km為間隔共生成8個緩沖區(qū),匯總統(tǒng)計各緩沖環(huán)內(nèi)建設(shè)用地的變化。同時,考慮不同緩沖環(huán)的面積差異,將各緩沖區(qū)內(nèi)建設(shè)用地變化面積除以各緩沖環(huán)的面積以及研究時段,得到年均建設(shè)用地變化率,以此反映各緩沖環(huán)內(nèi)的建設(shè)用地擴(kuò)張狀況。由此繪制各高鐵站點周邊年均建設(shè)用地變化率隨距離增加的曲線,并結(jié)合前文理論分析,識別出各高鐵站點的影響范圍。

        3.5 基于FLUS模型的反事實情景模擬

        采用FLUS模型模擬反事實情景下研究區(qū)的土地利用覆被狀況。該模型是用于模擬人類活動與自然影響下土地利用覆被變化的模型,主要由基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適宜性概率計算及基于自適應(yīng)慣性機(jī)制的元胞自動機(jī)組成[24]。為提高模擬精度,在進(jìn)行模擬時,對海南東環(huán)高鐵站點所經(jīng)市縣分別進(jìn)行模擬,并根據(jù)各市縣差異設(shè)置不同的模擬參數(shù)。具體如下:首先,采用隨機(jī)采樣策略提取一期數(shù)據(jù)的10%作為訓(xùn)練樣本,訓(xùn)練隱藏層數(shù)由軟件自動生成,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算得出各高鐵站點所在市縣的土地利用類型適宜性概率圖層。其次,進(jìn)行轉(zhuǎn)換成本與鄰域因子參數(shù)的設(shè)置,轉(zhuǎn)換成本表示當(dāng)前用地類型轉(zhuǎn)換為需求類型的困難度,鄰域因子參數(shù)用以反映不同用地類型之間以及鄰域范圍內(nèi)不同用地單元間的相互作用,其范圍為0~1,數(shù)值越大表示該用地類型的擴(kuò)張能力越強(qiáng)[25]。本文選用3×3的Moore鄰域模型,并基于Markov鏈模擬得到未來年份各類用地的預(yù)期需求。最終,基于輪盤賭選擇的自適應(yīng)慣性競爭機(jī)制確定元胞最終轉(zhuǎn)換的土地利用類型,從而實現(xiàn)未來年份的土地利用動態(tài)模擬。整個技術(shù)流程如圖3所示。

        圖3 技術(shù)流程圖Fig.3 Technical flowchart

        為驗證模擬結(jié)果的精度,首先,利用1998年與2002年的實際數(shù)據(jù)模擬得到2006年的土地利用覆被模擬數(shù)據(jù),并與2006年的土地利用覆被實際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,計算Kappa系數(shù)以判斷模擬精度,當(dāng)Kappa系數(shù)值低于0.75時,則對相關(guān)模擬參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和重新模擬,直至Kappa系數(shù)達(dá)到0.75以上;其次,利用上一環(huán)節(jié)得到的模擬參數(shù),結(jié)合2002年與2006年的土地利用覆被實際數(shù)據(jù),得到2010年的土地利用覆被模擬數(shù)據(jù),并將其與2006年的土地利用覆被實際數(shù)據(jù)相結(jié)合,得到2018年土地利用覆被模擬數(shù)據(jù);最后,對比2018年土地利用覆被的實際數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),評估高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng)。

        4 結(jié)果分析

        4.1 土地利用覆被解譯與模擬結(jié)果

        解譯精度驗證結(jié)果顯示,1998年、2002年、2006年、2010年、2018年土地利用覆被類型分類信息的Kappa系數(shù)均達(dá)到0.92以上,其建設(shè)用地的Kappa系數(shù)均大于0.90,精度較好。解譯結(jié)果顯示(圖4( a)),海南東環(huán)高鐵站點所在的6個市縣的建設(shè)用地均呈擴(kuò)張趨勢,且站點周邊也有一定擴(kuò)張。其中,??谂c三亞的建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模最為明顯,這與各市縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)密切相關(guān)。

        圖4 海南東環(huán)高鐵站點所在市縣土地利用覆被實際和模擬對比圖Fig.4 Comparison of actual and simulated land use cover in cities where the HER-HSR stations located

        為驗證FLUS模型的模擬精度,利用1998年和2002年的兩期土地利用覆被數(shù)據(jù),模擬得到2006年的土地利用覆被數(shù)據(jù),并將這一結(jié)果與2006年實際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,計算Kappa系數(shù)。Kappa系數(shù)越接近1則表明模擬精度越好,當(dāng)Kappa系數(shù)大于0.8時,則說明模擬結(jié)果較好,可信度較高。計算結(jié)果顯示,本次驗證在10%隨機(jī)采樣時的Kappa系數(shù)為0.82。其中,??谑?、文昌市、瓊海市、萬寧市、陵水市、三亞市2006年模擬建設(shè)用地數(shù)據(jù)與實際建設(shè)用地數(shù)據(jù)在10%隨機(jī)采樣時的kappa系數(shù)分別為0.92、0.90、0.86、0.87、0.92、0.89,模擬結(jié)果尤其是建設(shè)用地模擬結(jié)果具有較高精度。這表明FLUS模型能夠較為精確地模擬出接近真實的土地利用覆被格局,據(jù)此進(jìn)一步模擬得到的研究區(qū)2010年與2018年土地利用覆被數(shù)據(jù),可用于反事實情景下的比較分析。模擬結(jié)果(圖4(b))顯示,2006—2018年,在海南東環(huán)高鐵未建設(shè)的反事實情景下,研究區(qū)各市縣建設(shè)用地同樣呈擴(kuò)張趨勢,且海口、三亞的擴(kuò)張面積也最大。

        4.2 事實情景下海南東環(huán)高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張分析

        4.2.1 高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張分析

        海南東環(huán)高鐵建成運營后,各站點周邊建設(shè)用地均有一定規(guī)模擴(kuò)張(圖5(a))。10個高鐵站點及其緩沖區(qū)范圍內(nèi)的建設(shè)用地由2006年的52.83 km2增長至2010年的77.58 km2以及2018年的115.03 km2,年均新增率分別為11.71%與15.49%,后一時期擴(kuò)張速度更快。其中,??跂|站與三亞站建設(shè)用地擴(kuò)張面積相對較大,分別增加了19.93 km2和18.71 km2;擴(kuò)張面積在10~15 km2的有萬寧站、美蘭站、陵水站;而其他站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張面積則相對較小,均在10 km2以下。從擴(kuò)張速度來看,建設(shè)用地年均新增率最高的站點為神州站與亞龍灣站,分別為160.58%與56.77%,這與該兩站點在高鐵建設(shè)前的建設(shè)用地規(guī)模較少有關(guān);建設(shè)用地年均新增率在20%~40%之間的有博鰲站、萬寧站、陵水站、三亞站;而小于20%的有??跂|站、美蘭站、文昌站、瓊海站。其中,??跂|站最小為7.32%,這是由于該站位于海口市繁華地段,其緩沖區(qū)范圍內(nèi)的建設(shè)用地規(guī)模在高鐵建設(shè)前就較大。

        圖5 事實與反事實情景下海南東環(huán)高鐵站點緩沖區(qū)內(nèi)建設(shè)用地擴(kuò)張分布Fig.5 Distribution of construction land expansion around HER-HSR stations under factual and counterfactual scenarios

        4.2.2 高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍分析

        緩沖區(qū)分析結(jié)果顯示(圖6),海南東環(huán)高鐵中共有6個站點(文昌站、瓊海站、萬寧站、陵水站、亞龍灣站和三亞站)符合前文理論分析的理想曲線,即站點周邊建設(shè)用地年均擴(kuò)張率隨距離增加而出現(xiàn)“先下降、后上升”的變化趨勢。據(jù)此可判斷出高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍大體在1.5~3.5 km。其中,陵水站的作用范圍最大為3.5 km;作用范圍為2 km的有瓊海站、文昌站、三亞站;作用范圍為1.5 km的有萬寧站、亞龍灣站。此外,??跂|站、美蘭站、博鰲站與神州站4個站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張均呈“先上升、后下降”的變化趨勢,不符合理想曲線,無法有效判斷其影響范圍。主要原因是海口東站位于城市繁華地帶,周邊建設(shè)用地擴(kuò)張更多地受到城市自身擴(kuò)張的影響;美蘭站位于美蘭機(jī)場地下,建設(shè)用地擴(kuò)張受到美蘭機(jī)場的影響更大;而博鰲站與神州站所處地理較為偏僻,且周邊交通閉塞,站點自身發(fā)展受限。

        圖6 海南東環(huán)高鐵站點周邊年均建設(shè)用地變化率曲線Fig.6 Curve of annual average expansion rate of construction land around HER-HSR stations

        4.3 反事實情景下海南東環(huán)高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張分析

        反事實情景下,研究期間各高鐵站點緩沖區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地同樣呈擴(kuò)張態(tài)勢(圖5(b)),但明顯弱于事實情景下的結(jié)果。10個高鐵站點緩沖區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地由2006年的52.83 km2分別擴(kuò)張至2010年的61.19 km2和2018年的75.76 km2,年均新增率分別為3.96%與3.62%,前一階段的擴(kuò)張速度更快。其中,??跂|站與三亞站的建設(shè)用地擴(kuò)張面積同樣最大,分別為7.47 km2和4.16 km2,這與兩站點所處???、三亞的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、用地需求較大有關(guān);擴(kuò)張規(guī)模在2~4 km2的有瓊海站、美蘭站,分別為2.56 km2和2.40 km2;而其他站點及緩沖區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)用地擴(kuò)張面積均在2 km2以下,神州站擴(kuò)張面積最小為0.22 km2。從擴(kuò)張速度來看,建設(shè)用地年均新增率最高的站點是亞龍灣站和神州站,分別為13.35%和11.61%,年均建設(shè)用地變化率在5%~10%的有瓊海站、陵水站、三亞站;其余站點的年均建設(shè)用地擴(kuò)張率均小于5%,??跂|站年均建設(shè)用地擴(kuò)張率最小為2.74%。

        4.4 海南東環(huán)高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng)分析

        4.4.1 事實與反事實情景的對比分析

        對比兩種情景下建設(shè)用地分布格局差異可知(圖 7),2010年與2018年各高鐵站點周邊建設(shè)用地的模擬值明顯低于實際值,再次表明海南東環(huán)高鐵及其站點建設(shè)促進(jìn)了周邊建設(shè)用地擴(kuò)張。以2018年為例,對比各高鐵站點周邊建設(shè)用地的模擬值與實際值發(fā)現(xiàn),排除海南島各市縣建設(shè)用地自身擴(kuò)張潛力后,海南東環(huán)高鐵開通運營使沿線10個高鐵站點4 km緩沖區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地凈增加了75.27 km2,年均增長率為11.84%,每個站點周邊年均凈增加了7.53 km2,且不同站點之間也存在一定差異。其中,三亞站與??跂|站周邊建設(shè)用地凈擴(kuò)張面積最大,分別為14.56 km2和12.46 km2;萬寧站、美蘭站、陵水站、瓊海站的凈擴(kuò)張規(guī)模在6~12 km2;其他站點凈擴(kuò)張規(guī)模相對較小,均在6 km2以下,尤其是前期建設(shè)用地規(guī)模較少的博鰲站、神州站,其凈擴(kuò)張面積不足3 km2。這一特點與事實情景下的結(jié)果基本一致。此外,從擴(kuò)張速度來看,建設(shè)用地年均新增率最高的站點為神州站與亞龍灣站,分別是148.97%與39.42%,與事實情景下的結(jié)果一致;而年均新增率在15%~30%之間的有美蘭站、博鰲站、萬寧站、陵水站、三亞站,其余站點均小于15%,??跂|站最低為4.58%。

        圖7 海南東環(huán)高鐵站點對周邊建設(shè)用地的凈影響Fig.7 Net impact of HER-HSR stations on surrounding construction land

        4.4.2 高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈影響

        針對前文識別出作用范圍的6個高鐵站點,進(jìn)一步對比其各自作用范圍內(nèi)建設(shè)用地分布在事實與反事實情景下的差異,從而得到高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng)。從規(guī)模上看,陵水站的作用范圍最廣,建設(shè)用地凈擴(kuò)張面積最大為7.05 km2;在作用范圍為2 km的站點中,三亞站使周邊建設(shè)用地凈擴(kuò)張了5.06 km2,文昌站與瓊海站分別為1.29 km2與0.78 km2;而在作用范圍為1.5 km的站點中,萬寧站與亞龍灣站使建設(shè)用地分別凈擴(kuò)張了2.95 km2與1.26 km2。從速度來看,萬寧站建設(shè)用地年均新增率最大,為33.06%,其次是三亞站的32.80%;年均新增率在15%~30%的有陵水站、亞龍灣站;瓊海站年均新增率最小,為5.08%。

        在空間分布上,高鐵站點引發(fā)的建設(shè)用地凈擴(kuò)張區(qū)域主要呈現(xiàn)沿“高鐵站點—主城區(qū)”“高鐵站點—旅游景區(qū)”方位分布的特征。文昌站、瓊海站、萬寧站、陵水站及三亞站導(dǎo)致的建設(shè)用地凈擴(kuò)張區(qū)域主要分布在“高鐵站點—主城區(qū)”方向上,這是由于諸類高鐵站點位于城市近郊區(qū),距主城區(qū)平均距離在3.57 km左右,而高鐵站點作為連接所在地主城區(qū)與其他地區(qū)的關(guān)鍵交通節(jié)點,會受到所在地主城區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的牽引,從而導(dǎo)致高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張沿著“高鐵站點—主城區(qū)”方向分布。而亞龍灣站周邊建設(shè)用地凈擴(kuò)張的范圍主要分布在“高鐵站點—旅游景區(qū)”方向上,這是因為該高鐵站點靠近亞龍灣熱帶天堂森林公園東南側(cè),且主要服務(wù)于當(dāng)?shù)芈每统鲂屑熬皡^(qū)發(fā)展。

        此外,凈縮減區(qū)主要分布在原有建設(shè)用地周邊,但面積相對較小,這與建設(shè)用地擴(kuò)張遵循馬爾可夫性質(zhì)的演化過程有關(guān)。在反事實情景下,新增建設(shè)用地擴(kuò)張主要與上一時刻的建設(shè)用地分布狀況密切相關(guān),因此多會在原有建設(shè)用地外圍分布。而事實情景下高鐵站點建設(shè),打破了反事實情景下建設(shè)用地擴(kuò)張的演化格局,使得分布在原有建設(shè)用地外圍的新增建設(shè)用地減少了,因此出現(xiàn)了凈縮減區(qū)。

        5 進(jìn)一步分析與啟示

        5.1 高鐵站點為何會引發(fā)周邊建設(shè)用地擴(kuò)張?

        已有文獻(xiàn)證實了高鐵及其站點建設(shè)有助于強(qiáng)化區(qū)域經(jīng)貿(mào)聯(lián)系、降低交通運輸成本和提升區(qū)域土地潛在開發(fā)價值[26],從而引致商服用地[12]、工業(yè)用地[27]及住宅用地[28]需求的增長,并導(dǎo)致建設(shè)用地擴(kuò)張。在海南東環(huán)高鐵站點的案例中,引發(fā)高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的主要原因與前人研究具有相似之處,但也存在細(xì)微差異。首先,海南東環(huán)高鐵站點所在市縣是海南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高的地區(qū),其建設(shè)運營會吸引大量客流量與貨運量,人口聚集會催生對零售、商貿(mào)以及服務(wù)業(yè)的需求[29],而貨物流動則會促進(jìn)物流運輸需求的增加,從而導(dǎo)致站點周邊商服、倉儲用地的擴(kuò)張。其次,以站點為樞紐,海南東環(huán)高鐵建設(shè)運營進(jìn)一步壓縮了海南各市縣經(jīng)濟(jì)文化交流的時空距離,有效串聯(lián)起島內(nèi)各個景點,促進(jìn)了旅游業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展落地。同時,高鐵站點周邊零售業(yè)、商業(yè)的發(fā)展也會使周邊土地價值得到提升,進(jìn)而吸引住宅用地擴(kuò)張[30]。最后,為充分發(fā)揮高鐵及其站點的交通運輸作用,其周邊往往會配套公交站點、汽車站點、地鐵站點等城市交通基礎(chǔ)設(shè)施,這會導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施與公共服務(wù)用地的擴(kuò)張。值得注意的是,海南東環(huán)高鐵各站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的影響范圍及程度不及武廣高鐵或京滬高鐵沿線站點[14-15],其內(nèi)部不同高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的外溢性影響也存在差異性,這是由于各高鐵及站點所處社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然資源稟賦條件的不同所致,后續(xù)可對此展開相關(guān)實證研究。

        5.2 高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈影響為何會更小?

        針對本文識別出作用范圍的6個高鐵站點,對比其建設(shè)前、后周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的差異發(fā)現(xiàn),6個高鐵站點周邊建設(shè)用地擴(kuò)張了24.85 km2;而基于反事實分析框架的評估結(jié)果則顯示,6個高鐵站點周邊建設(shè)用地凈增加了18.39 km2,明顯小于前者。究其原因,是因為即使高鐵站點未開通運營,其周邊地區(qū)也會因城市自身發(fā)展而帶來建設(shè)用地擴(kuò)張。海南島作為中國唯一的熱帶島嶼省份,對外來人口尤其是“候鳥式”游客本身就具有較強(qiáng)吸引力。1998—2006年,海南東環(huán)高鐵站點所在市縣每年接待游客總數(shù)由538.47萬人增至1 144萬人,這意味著即使海南東環(huán)高鐵未開通,2006—2018年游客接待量也將會隨國內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展而保持相同或更高比例的增長,從而驅(qū)動所在市縣旅游、商服、住宅等建設(shè)用地的擴(kuò)張。此外,在我國快速發(fā)展的時代背景下,海南島各市縣也會因社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長而驅(qū)動用地需求增加,并帶來城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴(kuò)張,這是不以高鐵站點建設(shè)與否而轉(zhuǎn)移的。而基于高鐵站點建設(shè)前、后時間差異對比的傳統(tǒng)評估思路并未排除這一點,反將其視為高鐵站點所帶來的結(jié)果,因此高估了其對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈影響。基于反事實分析框架的思路有效排除了這一點,其評估結(jié)果更趨近于凈影響結(jié)果。

        5.3 相關(guān)政策啟示

        受選址與外溢效應(yīng)的影響,高鐵站點周邊往往是自然資源較優(yōu)、區(qū)位條件較好的區(qū)域,面臨著開發(fā)與保護(hù)的沖突。為協(xié)調(diào)好高鐵站點周邊資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù),結(jié)合本文研究發(fā)現(xiàn),可提出以下兩點建議。一方面,依據(jù)作用范圍分析結(jié)果,未來高鐵站點周邊地區(qū)的土地開發(fā)利用應(yīng)集中在1.5~3.5 km范圍內(nèi),以此充分發(fā)揮高鐵站點的空間外溢效益,提升土地資源開發(fā)利用效率;另一方面,可通過國土空間規(guī)劃與用途管制,嚴(yán)格限制高鐵站點周邊3.5 km以外的土地開發(fā),對土地資源及生態(tài)環(huán)境加以保護(hù)。此外,除??跂|站、三亞站以外,海南東環(huán)高鐵中其他站點對周邊地區(qū)影響相對較弱,為了充分發(fā)揮高鐵站點的交通樞紐與經(jīng)濟(jì)結(jié)點作用,可考慮適當(dāng)投資城市道路建設(shè),構(gòu)建起通往市縣中心的高速公路或主要道路,以形成高鐵站點周邊高效的交通聯(lián)系,增強(qiáng)對人流、物流的匯集能力。

        6 結(jié)論與討論

        針對傳統(tǒng)“事前—事后”評估框架或思路存在外部效應(yīng)高估的局限性,本文引入反事實分析框架與FLUS模型,模擬了海南東環(huán)高鐵各站點周邊在反事實情景(假定高鐵站點未建成)下的土地利用覆被格局,并與事實情景(高鐵站點已建)下的土地利用覆被格局進(jìn)行對比,以此評估海南東環(huán)高鐵站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的凈效應(yīng)。研究結(jié)果表明:

        (1)2010—2018年,海南東環(huán)高鐵各站點周邊建設(shè)用地均呈擴(kuò)張趨勢,但存在內(nèi)部差異。其中,??跂|站和三亞站因所處地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高而導(dǎo)致周邊建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模最大,神州站周邊因前期建設(shè)用地規(guī)模較少而導(dǎo)致建設(shè)用地擴(kuò)張速度最快。

        (2)海南東環(huán)高鐵中有6個站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍在1.5~3.5 km左右。另有4個站點對周邊建設(shè)用地擴(kuò)張的作用范圍因受其他主導(dǎo)因素的影響而難以有效界定。

        (3)相比于“事前—事后”評估思路,基于反事實分析框架的評估結(jié)果能排除海南島城市自身發(fā)展帶來的建設(shè)用地擴(kuò)張的影響,其評估結(jié)果更趨近于凈影響。截至2018年,海南東環(huán)高鐵開通運營使沿線10個高鐵站點在4 km緩沖區(qū)內(nèi)的建設(shè)用地凈增加了75.27 km2。而對于識別出作用范圍的6個站點而言,高鐵站點開通運營使其周邊建設(shè)用地凈增加了18.39 km2,且主要沿著“高鐵站點—主城區(qū)”“高鐵站點—旅游景區(qū)”方向分布。

        本文為客觀評估某地理或政策事件(比如大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實施)對周邊土地利用覆被變化的凈影響提供了可行、可信的評估框架與方法手段,其評估結(jié)果能夠為協(xié)調(diào)好土地資源開發(fā)與保護(hù)提供更為準(zhǔn)確的信息。然而,本文仍有一定局限性。首先,基于反事實分析框架與FLUS模型模擬的反事實情景結(jié)果,無法有效排除其他因素的疊加作用,譬如海南國際旅游島建設(shè)戰(zhàn)略實施或全國生態(tài)文明示范區(qū)建設(shè)對全島建設(shè)用地擴(kuò)張產(chǎn)生的影響,因此凈效應(yīng)評估結(jié)果也存在有偏的可能,但并不太影響本文所提出的凈效應(yīng)評估的創(chuàng)新思路。其次,基于FLUS模型的模擬精度會影響到全文凈效應(yīng)的評估結(jié)果,為增強(qiáng)該思路方法的說服力,下一步可圍繞模擬精度提升進(jìn)行FLUS模型改進(jìn)方面的研究。此外,土地利用變化或建設(shè)用地擴(kuò)張受到自然、社會、經(jīng)濟(jì)等多重因素的共同驅(qū)動,而本文在開展反事實情景模擬分析時,并未考慮上述驅(qū)動因素隨時間而變化的動態(tài)性特點,未來有必要對上述因素加以考慮,以適應(yīng)動態(tài)模擬的需要。

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