开发区土地利用效益与交通状况耦合关系
——以上海市为例
王贺封，曹 媛，王怡菲
(河北工程大学 矿业与测绘工程学院，河北 邯郸 056038)
提要： 城市交通状况对其土地利用方式及效益具有重要影响，开发区作为城市的重要组成部分，用地效益是否受影响，二者之间是否存在一定关系需要进行探讨。为此，选取36个市级以上的开发区(块)为研究样本，综合利用GIS技术与空间句法、层次分析法和耦合协调度模型等，在对上海市开发区用地效率与交通通达性进行定量计算的基础上，分析探讨二者之间的耦合关系。结果表明，开发区具有较好局部范围被感知程度，分布于中心城区环线、城市快速道以及对外高速公路周边区域的开发区具有较好交通通达性的同时表现出较高的土地利用效益。耦合协调度测算进一步发现，开发区的用地效益与其交通便捷程度具有较高的相关性，大部分开发区二者表现出较高协调等级，特别是国家级开发区二者均呈现较高耦合协调发展水平，部分市级开发区土地利用效益水平滞后于其区域交通发展状况。
关键词： 开发区；空间句法；用地效率；耦合协调度
一、引言
历经30多年辉煌的发展历程，以“布局集中，产业集聚，用地集约”为目标的开发区极大地推动了中国改革开放的进程，成为中国工业化、城镇化进程中最有活力、最具潜力的经济增长空间[1]，同时开发区也是城市土地节约集约利用的先导区和示范区[2]。然而，总体来看开发区土地集聚效应和规模效益并未得到充分体现，开发区特别是低级别的开发区土地低效利用现象依然突出[3]。开发区土地集约问题引起了政府部门和学术界的广泛关注，成为土地研究的热点，学者们围绕开发区土地集约利用程度或效率评价[4-7]和潜力测算[8-9]等方面做了大量研究，在充分借鉴城市土地集约利用评价理论、方法和技术手段的基础上，基本形成了一套从研究目标确定，指标体系建立，方法选取，评价结果分析，相关政策、措施制定的研究思路。然而现有研究中，对开发区土地利用效益影响因素的探讨相对较少，一些学者认为影响开发区土地集约利用程度或效益的因素不仅与政府政策制度、区域经济规模、产业结构布局、基础设施建设有关，而且受其自身所在的区位、开发模式、类型、等级、规模等因素的影响[10-12]。交通作为城市基础设施建设的重要内容，对城市土地利用方式及利用效率产生了深远的影响，开发区作为城市的重要组成部分，其内部道路结构已逐渐融入城市整体交通体系，但开发区由于空间分布不同，导致区域交通状况存在差异，这是否与其用地效益呈现出一定的联系需要深入探讨，以帮助探究影响开发区土地集约利用的因素。为此，本文将结合GIS技术，采用空间句法、层次分析和耦合协调度模型分别对开发区的用地效益和交通状况进行测算，分析开发区用地效益与其交通状况的关系，以期弥补当前开发区土地集约利用影响因素研究不足的同时，为上海市今后制定提升开发区土地集约利用相关政策提供科学依据。
二、方法与数据
(一)主要研究方法
1.空间句法
空间句法的概念源于“城市形态学”(urban morphology)，由英国伦敦大学的比尔·希雷尔(Bill Hiller)和朱利安妮·汉森(Julienne Hanson)等首先提出[13]，方法的主要思想是空间被认为是由元素组成的，可以进行网络分析，最终以地图和图形给予呈现。空间句法经过几十年的发展，建立了比较系统的描述空间形态的基本概念和一系列基于拓扑计算的空间形态变量及参数，主要包括关系图解、连接值、全局和局部集成度、深度值、控制值、智能度等(见表1)，其中集成度和控制值是空间句法深度格局基本评估时的主要特征变量，智能度表示某一局部空间可被感知的程度[14]。空间句法常采用凸多边形法、轴线法和视区分割法对小尺度空间进行分割，在分析城市体系内空间形态、交通网络、人流、社会空间分离和社区文化等诸多方面得到广泛应用[15-17]。
表 1空间句法相关参数
2.耦合协调度模型
4、家庭与学校、辅导员与学院心理咨询室形成联动制度。一旦发现问题，让心理咨询师对学生进行专业心理疏导和心理评估，并根据评估的报告，家庭与学校进行合理安排与操作。
耦合度是一个物理学概念，用来描述两个或两个以上系统或要素彼此影响的现象，本文采用耦合度来反映开发区土地利用效益与其空间智能度二者相互协调的程度，借鉴已有的研究成果，可将二者耦合度定义为[18-19]
(1)
式(1)中，f(u)，g(e)分别为开发区空间智能度和土地利用效益水平。C越接近1，二者耦合度高，说明彼此达到了良性共振耦合；C越接近0，二者耦合度越小，表明彼此呈现无关状态。为真实反映开发区用地效益与交通状况的耦合协调发展水平，还须进一步构造二者耦合协调度模型，即
(2)
3.层次分析法
式(2)中，C为耦合度，D是开发区用地效益与交通状况的耦合协调度，T为开发区用地效益与交通状况综合调和指数，α和β参数代表开发区用地效益与交通状况的贡献程度，本文中笔者认为二者贡献度不分彼此，均取值0.5。根据耦合协调度D计算结果，将其划分为5个等级：(0.8，1]为高度协调，(0.6，0.8]为较高协调，(0.4，0.6]为中度协调，(0，0.4]为低度协调。
层次分析法(analytical hierarchy process，简称AHP)[20]是将复杂问题分解为若干层次和若干因素，建立起一个有序的递阶层次系统，然后对系统中各要素之间进行比较判断，构建判断矩阵并计算其最大特征值和对应的特征向量，得出不同要素或评价对象的目标权重，为决策和评价提供依据。AHP分析问题大体分为以下4个基本步骤：(1)建立层次结构模型。将问题分解成若干个因素并按属性进行分组，形成不同的层次，按照目标层(最高层)、准则层(中间层)和指标层(措施层)的形式绘出层次结构图。(2)构造判断矩阵。对本层次中各因素对上一层某准则的相对重要性进行两两比较，构造判断矩阵A=(aij)n×m。(3)层次单排序。即对于上层次某因素而言，确定本层次各因素的重要性次序的权重值，主要是计算判断矩阵的特征根和特征向量，并进行一致性检验。(4)层次总排序。确定某层所有因素对总目标相对重要性的权值排序，并进行一致性检验。
(二)数据获取及预处理
考虑到数据可获得性以及本文主要是横向探讨各开发区土地利用效益与其交通状况的耦合关系，数据获取应保持时间基准的一致性，而以本文的研究思路，数据的现势性对研究结论影响较小，为此，本文数据获取以2014年为基准，主要来源于：(1)2014年上海市开发区统计手册；(2)2014年上海市统计年鉴；(3)2014上海市产业和信息化发展报告——开发区；(4)2014年上海市交通图；(5)上海市行政边界，上海市开发区空间分布图。
基于获取的2014年样本开发区统计数据，采用极差标准化法对各评价指标变量进行标准化，结合各评价指标的权重，计算得出样本开发区土地利用效益评价指数值，结果如图2所示。从评价结果来看，上海漕河泾新兴技术开发区土地利用效益最高，指数值达到0.629，是用地效益最低的宝山工业园区的6.7倍；样本中国家级开发区土地利用效益普遍优于市级开发区，例如漕河泾新兴技术开发区、上海闵行经济技术开发区、金桥出口加工区北区和张江高科技园区，其用地效益评价指数值居前5位，而且市级开发区之间土地利用效益差异较大。在空间上，分布于外环线内的开发区表现出较高的土地利用效益，而主要交通干线周围的开发区大多表现为较高用地效益，同时也存在一些用地效益低的开发区，但远离这些区域的样本开发区用地效益相对较低。从区域整体来看，中心城区开发区用地效益评价指数均值为0.462，大于近郊区的0.261以及远郊区的0.242，表现出由内向外的梯度变化，但内部个体差异较大，特别是在近郊区，分布着用地效益较高的开发区，也存在4个用地效益最低的开发区，即宝山工业园区、闵北工业园区、南翔工业园区和黄渡工业园区。总体来看，分布于城市中心和主要交通干线的开发区以及国家级开发区表现出较高的土地利用效益。
(三)评价指标体系构建
基于以上构建的层次结构模型，并结合数据资料、专家意见和分析者的认知权衡给出判断矩阵的数值，运用yaahp软件分别计算各层次指标的权重，并对各层次判断矩阵进行一致性检验，其中A～B层λmax=3.018 3，CR=0.017 6<0.1；B1～C层土地利用程度对总目标的权重为0.24，λmax=8.467 3，CR=0.047 3<0.1；B2～C层土地投入程度对总目标的权重为0.21，λmax=8.278 4，CR=0.028 2<0.1；B3～C层土地产出程度对总目标的权重为0.549 9，λmax=8.272，CR=0.027 6<0.1均通过一致性检验，最终确定各指标对总评价目标的权重如表2所示，土地产出程度对总评价目标具有较大的影响，其权重最大为0.55，其次是土地利用程度；而所选择的评价指标中，单位面积工业总产值、单位面积上缴税收总额以及开发率是影响土地利用效益高低的最重要指标，其权重分列前3位。
基于已数字化的交通数据，在ArcGIS10.0中加载空间句法模块Axwoman6.0，利用轴线提取工具得到上海市道路轴线，计算各道路轴线空间句法参数值，并在ArcGIS中对其进行分级地图渲染处理(见图3)，图3中呈现的是上海市道路网空间句法全局集成度值，全局集成度越高的轴线所代表的道路在整个路网中的便捷程度也越高，具有最强的中心性、可达性和渗透性。为了分析样本开发区交通通达性情况，在ArcGIS10.0中利用开发区的边界图层与提取的道路网轴线图层进行叠加分析，得到样本开发区边界内的道路网轴线，统计计算样本开发区的空间句法参数的平均值，其中整体和局部集成度均值统计结果见表3。
图3表明，随着城市快速道路和对外高速公路的建设，上海市道路网轴线形态特征明显，基本形成了以环线快速道和对外高速公路为主要框架的空间轴线形态，中心城区、对外高速公路周边及浦东陆家嘴周边地区表现出较高的集成度，郊区道路网分布虽然比较密集，但从道路网全局集成度来看，郊区特别是远郊区其交通便捷程度仍需要进一步提高。而从样本开发区的集成度均值来看(见表3)，分布于中心城区环线、城市快速道以及对外高速公路周边区域的开发区具有较高的集成度均值，而远离这些区域或处于远郊区的大多数开发区集成度均值略低。另外，图4显示2014年上海市交通网络的全局集成度与局部集成度相关系数达到0.776，相关性较强，表明上海市道路网结构整体具有较高的空间智能度，交通较便捷，各区域可达性增强。而在上海市交通更加便捷的大环境下，全市公告开发区道路网全局集成度和局部集成度相关系数为0.792，属于高度相关，即公告开发区具有较高空间智能度，而表3各个开发区的智能度也表明，大部分开发区智能度均在0.7以上，开发区局部范围可被感知程度越来越高，与全市的道路网构成协同性逐渐增强，开发区局部中心性能较好地融入全市的空间结构中。总体看来，开发区交通网结构形态变化更多的决定于其空间分布，而等级差异作用不明显，并且基本与上海市整体交通网结构形态变化的情况相符。
图 1土地利用效益评价层次结构模型
三、结果与分析
(一)土地利用效益评价
近年来，针对不同开发区土地利用的特点和评价要求，学者们从不同的角度构建了不同的指标体系对开发区土地利用效益进行了评价与分析[6，21-23]。本文采用AHP层次分析法来评价上海市开发区土地利用效益，构建了目标层、准则层和指标层的层次结构模型(见图1)。基于土地利用效益评价目标，并结合用地效益评价指标相关研究成果[24-25]以及数据可获得性和可操作性，从土地利用程度、土地投入程度和土地产出程度3个方面构建了评价指标体系，主要选取开发率，综合容积率，以及单位面积上当年完成固定资产投资、当年外资实际到位金额、年末从业人员、工业总产值、上缴税收总额和出口交货值等指标来对开发区用地效益进行测度。
表 2各层指标权重情况
注：除开发率和综合容积率外，其他指标均为累积开发土地单位面积上指标值。
以2014年上海市行政边界为参考，将获得的地图数据在ArcGIS中进行配准，数字化处理，得到上海市开发区空间分布数据(点状和面状)、2014年上海市交通数据，建立相应的空间数据库，并录入相关属性信息，所有的空间数据均采用上海市城市坐标系统。需要说明的是，本文研究交通状况采用的是地面交通数据，包括城市道路、快速道和对外高速公路，未涉及地铁、轻轨、航运等。考虑到数据的获得性和研究样本的可比性，选取上海市36个市级以上的开发区(块)为研究样本，包括4个国家级开发区(块)和32个市级开发区(块)，其中3个分布在中心城区，22个分布在近郊区，11个分布在远郊区。
图 2开发区土地利用效益评价指数情况
(二)道路网轴线提取及计算
3)在高频近似分析下，花岗岩中频率衰减因子α(ω)和波数k(ω)均与圆频率ω近似成线性关系，但由不同相邻位置实测的粒子速度信息得到的α(ω)和k(ω)各不相同；
图 3 2014年上海市道路网结构轴线与全局集成度值
这种状况当然不适合有外人在场。但一切来得太快，也来得太突然，柳红想避已经避不开了，她像是被孙悟空定了身，傻傻地竖在苏秋琴面前。苏秋琴也如同从噩梦中惊醒，两眼惊恐地盯着她弟媳妇柳红。四目相对，犹如雷电相击，震得俩人赶紧别头，一个张东，一个望西。
表 3 2014年样本开发区空间集成度均值
(三)开发区用地效益与交通状况耦合关系
选取能反映局部空间可被感知程度的智能度和用地效益评价指数，利用耦合协调度模型进行耦合关系分析，计算结果如表4所示，各开发区二者耦合度均大于0.6，而且大于0.8的样本开发区个数为23个，占总量的63.5%，其中有9个开发区耦合度大于0.9，表明开发区的交通状况与其土地利用效益具有较高的相关性。从耦合协调度来看，大部分开发区耦合协调度值在0.6～0.8之间，呈现出较高协调发展水平，一些开发区如宝山工业园、闵北工业园、南翔高科技园、黄渡工业园等属于中度协调发展，而这些开发区土地利用效益水平相对较低，滞后于其局部区域交通发展状况，具有较高的智能度和用地效益的开发区表现出较高的协调发展水平，如国家级开发区张江高科技园区、金桥出口加工区北区、闵行经济技术开发区和漕河泾新兴技术开发区以及市级开发区上海国际汽车城零部件配套工业园和上海市北工业园区等。总体看来，大部分开发区土地利用效益与其交通状况的耦合度和耦合协调度较高，表明二者具有重要的联系，呈现较高协调发展水平，即上海大环境和局部区域交通状况对开发区的区位选择、用地效益以及发展具有显著影响。一方面，城市高质量的交通设施带来土地可达性的改善，为招商引资创造良好环境，确保土地利用功能的到位，提升土地开发的强度，从而促进土地利用效益提高；另一方面，开发区基础设施的投入使其越来越融入全市空间结构形态中，对外联系不断增强，有效促进各种要素在开发区内的快速流通与交换，提升了开发区土地集约利用程度。
我国部分高校设有土地资源管理专业，但是全国高校没有不动产测绘专业，测绘专业人才稀缺，不利于不动产测绘的发展。建议增设不动产测绘专业，大量培养专业技术人才，解决相应岗位人才短缺的问题。
表 4开发区交通状况与用地效益耦合关系
四、结论与建议
本文以上海市市级以上的开发区(块)为研究样本，利用层次分析法、空间句法以及耦合协调度模型，探讨了开发区用地效益与交通状况的关系。研究发现：(1)不同级别开发区土地利用效益存在较大差异；在空间上，分布于城市中心和主要交通干线上的开发区具有较高的土地利用效益；而区域上，开发区土地利用效益呈现由中心城区向远郊区的梯度变化，但内部个体差异较大，特别是在近郊区。(2)开发区交通通达性更多决定于其空间分布，中心城区环线、城市快速道以及对外高速公路周边区域的开发区具有较高的集成度，而相对偏远的开发区表现出较低的集成度；样本开发区的全局集成度和局部集成度相关系数为0.792，具有较高的空间智能度，开发区局部范围被感知程度较好。(3)开发区土地利用效益与其交通状况具有较高的相关性，耦合协调度等级均在中度以上，大部分开发区二者表现出较高协调发展水平，特别是同时具有较高土地利用效益和智能度的开发区，而且国家级开发区二者均表现出较好耦合协调发展，表明城市整体及区域交通状况对开发区的区位选择、用地效益以及发展具有显著影响。
基于上述结论，本文提出以下建议：(1)努力提高土地产出水平，减少投入-产出收益低的项目，淘汰效益差的劣势产业，建立项目退出激励机制，提高主导产业集聚度，形成“特色鲜明，集聚度高”的产业集群体系，促进产业升级与优势产业高端化，提升产品附加值；(2)在区域空间上应逐渐形成以成熟型、高级别、高效型开发区以及产业基地为龙头带动，其他类型开发区配套的联动互补发展态势，促进郊区，特别是远郊区开发区产业用地产出水平；(3)充分挖掘存量土地潜力，加大开发区土地开发力度，提升综合容积率，推进低效土地二次开发利用，提高现有开发区土地利用强度；(4)继续加大郊区及开发区基础设施的投入，不断改善郊区交通状况，促进郊区开发区人流、物流、资金流等各种要素与外界的快速流动与交换，提高土地产出水平与开发力度。
碰撞周期的稳定性是由庞加莱映射的线性化矩阵的特征值Dfv,0决定的。若线性化矩阵Dfv,0的全部特征值位于单位圆内，则碰撞振动系统具有稳定的n-1运动。若线性化矩阵的特征值有一个不在单位圆上，则系统稳定的周期n-1运动将发生分岔。
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中图分类号： F127； F293.22
文献标识码： A
文章编号： 1003-3637( 2019) 02-0068-07
DOI： 10.13483/j.cnki.kfyj.2019.02.011
责任编辑：马大晋；校对：跃然
[基金项目] 教育部人文社会科学青年项目( 19YJCZH155)；河北省自然科学基金项目( D2017402159)。
[作者简介] 王贺封( 1980—)，男，江西抚州人，博士，河北工程大学矿业与测绘工程学院副教授；曹媛( 1986—)，女，河北邢台人，河北工程大学矿业与测绘工程学院助教；王怡菲( 1994—)，女，河南汝州人，河北工程大学矿业与测绘工程学院硕士研究生。
标签：开发区论文; 空间句法论文; 用地效率论文; 耦合协调度论文; 河北工程大学矿业与测绘工程学院论文;