唐一鳴, 蔡凌雁, 洪武揚(yáng), 王麗妍, 李飛雪, 陳 東

(1.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京 210023;2.江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210023; 3.南京市測(cè)繪勘查研究院股份有限公司, 南京 210019;4.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢430000; 5.國(guó)土資源部 城市土地資源監(jiān)測(cè)與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 深圳 518034)

城市土地利用與交通系統(tǒng)存在相互聯(lián)系、相互制約的循環(huán)與反饋關(guān)系。土地利用是城市交通系統(tǒng)產(chǎn)生的根源，決定了城市交通的發(fā)生、吸引、分布與方式選擇，從宏觀上規(guī)定了城市交通的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)；城市復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)作為載體承擔(dān)土地利用帶來(lái)的交通流，交通系統(tǒng)的發(fā)展與完善影響土地利用強(qiáng)度與模式，交通系統(tǒng)所具有的水平將改變城市空間結(jié)構(gòu)和規(guī)模[1-3]。城市交通與土地利用的協(xié)調(diào)是解決城市交通問(wèn)題的重要前提，也是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。作為我國(guó)快速城市化發(fā)展的典范，深圳市在地理區(qū)位條件和外向型工業(yè)主導(dǎo)發(fā)展的背景下，城市空間發(fā)展與交通的聯(lián)系尤為突出[4]。當(dāng)前深圳市已全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)村城市化，城市發(fā)展步入相對(duì)成熟的后期階段，土地利用與交通綜合系統(tǒng)協(xié)調(diào)性有待進(jìn)一步分析。

本文以城市化后期的深圳市為例，運(yùn)用改進(jìn)的DEA模型，開(kāi)展城市交通與土地利用協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)研究。考慮到可達(dá)性指標(biāo)對(duì)區(qū)域交通便攜程度的定量表達(dá)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)引入交通可達(dá)性。研究一方面是對(duì)深圳市交通便攜度的綜合評(píng)價(jià)，另一方面為推進(jìn)城市土地節(jié)約利用，城市交通發(fā)展規(guī)劃和土地利用協(xié)調(diào)布局提供參考。

1　研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

1.1　研究區(qū)概況

深圳市地處廣東省南部，東臨大亞灣和大鵬灣，西瀕珠江口和伶仃洋，南邊通過(guò)深圳河與香港相連，北部與東莞、惠州接壤。深圳市下轄8個(gè)行政區(qū)(福田區(qū)、羅湖區(qū)、南山區(qū)、鹽田區(qū)、寶安區(qū)、龍崗區(qū)、龍華區(qū)、坪山區(qū))和2個(gè)新區(qū)(光明新區(qū)、大鵬新區(qū))，劃分55個(gè)街道，土地總面積為1 996.78 km2。2014年，全市GDP 16 001.98億元，常住人口1 077.89萬(wàn)人，建設(shè)用地約占土地總面積的48%，建設(shè)用地處于“增長(zhǎng)的極限”。建設(shè)用地中交通用地約占10%，人均出行距離達(dá)9 263 km，交通設(shè)施面臨建設(shè)用地供給不足的剛性約束。目前，深圳市已初步構(gòu)建“三軸兩帶多中心”組團(tuán)式空間結(jié)構(gòu)，城市發(fā)展重點(diǎn)逐步向原特區(qū)外轉(zhuǎn)移，交通和土地利用發(fā)展格局面臨重大調(diào)整。

1.2　數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究收集了2014年深圳市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)。圍繞土地利用與交通可達(dá)性協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)的目標(biāo)，提取反映土地利用情況的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。已有道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包含6個(gè)等級(jí)，包括高速公路、快速路、主干道、次干道、支路和建議性支路。根據(jù)現(xiàn)狀交通用地?cái)?shù)據(jù)，對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)校正空間位置、刪除冗余線段、延長(zhǎng)未伸及點(diǎn)、融合偽節(jié)點(diǎn)等。

2　研究方法

2.1　空間句法模型

空間句法模型的本質(zhì)是基于拓?fù)渚嚯x的網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性和關(guān)聯(lián)性?；舅枷胧菍⒖臻g內(nèi)的聯(lián)系關(guān)系抽象為連接圖，再根據(jù)圖論基本原理，對(duì)軸線的通達(dá)性進(jìn)行拓?fù)浞治觯贸鲆幌盗械男螒B(tài)分析變量[11]。空間句法涉及兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，空間分割和句法測(cè)度?？紤]道路網(wǎng)絡(luò)的線性布局，采用軸線分割法中的線段模型，以道路中心線代替軸線建立模型建立拓?fù)潢P(guān)系?？蛇_(dá)性句法測(cè)度則采用衡量空間離散程度的整體集成度指標(biāo)：

(1)

2.2　超效率DEA模型

DEA由Charnes和Cooper等人于1978年提出，以相對(duì)效率概念為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)具有相同類型的多投入、多產(chǎn)出的決策單元是否技術(shù)有效[13]。當(dāng)多個(gè)決策單元同時(shí)有效時(shí)，DEA模型不能對(duì)其進(jìn)行區(qū)分?；诖?，Anderson等提出了超效率DEA模型[14]，計(jì)算時(shí)將評(píng)價(jià)決策單元排除在參考決策單元集合之外，能夠?qū)τ行卧M(jìn)行進(jìn)一步排序，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DEA模型的不足。超效率DEA模型數(shù)學(xué)原理如下：

假設(shè)研究有n個(gè)決策單元，每個(gè)決策單元均有m種輸入和s種輸出，輸入和輸出向量分別用Xj和Yj表示。構(gòu)造C2R模型如下：

(2)

DEA評(píng)價(jià)方法的主要步驟包括評(píng)價(jià)目標(biāo)確定、決策單元選擇、輸入輸出指標(biāo)確定、模型建立與求解、評(píng)價(jià)分析等，模型計(jì)算在Matlab上實(shí)現(xiàn)[15]。圍繞城市土地利用與交通可達(dá)性耦合評(píng)價(jià)的目標(biāo)，選取表征城市土地利用特點(diǎn)和交通可達(dá)程度的指標(biāo)，構(gòu)建DEA評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系(表1)。

表1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3　結(jié)果與分析

3.1　道路可達(dá)性評(píng)價(jià)

以全局集聚度作為可達(dá)性表征，根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行GIS自然間斷點(diǎn)分類(附圖12)。集聚度較高的道路通達(dá)性越好，與其他道路的空間聯(lián)系越緊密，越容易實(shí)現(xiàn)和其他空間的互動(dòng)，為前景網(wǎng)絡(luò)。集聚度較低的道路通達(dá)性水平稍差，是城市交通的背景網(wǎng)絡(luò)。整體上來(lái)看，2014年深圳市道路網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)北疏南密、東疏西密的發(fā)散性空間形態(tài)，以及從城市中心向城市周圍逐漸減弱的趨勢(shì)，與城市功能分區(qū)相對(duì)一致，交通布局結(jié)構(gòu)合理。集聚度較高的道路大多是城市主干道，包括濱河大道、寶安大道、深南大道、南光高速、梅觀高速等，從城市中心延伸到周邊地區(qū)。這些高度集聚的交通道路不僅是城市中心地帶和周邊各個(gè)地區(qū)聯(lián)系的紐帶，也是城市內(nèi)部人類活動(dòng)的活躍地帶。

將道路網(wǎng)絡(luò)全局集聚度通過(guò)反距離權(quán)重插值(Inverse Distance Weighted，簡(jiǎn)稱IDW)獲取市域交通可達(dá)性空間分情況。IDW插值方法以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的距離作為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，根據(jù)空間自相關(guān)性原理，離插值點(diǎn)越近，其權(quán)重越大[17]，表達(dá)式為

(3)

式中：Zo為插值點(diǎn)O的估計(jì)值；zi為樣本點(diǎn)i的值；di為樣本點(diǎn)i與點(diǎn)O的距離；n為參與計(jì)算的樣本點(diǎn)數(shù)目；r為指定的權(quán)重冪數(shù)，常選用冪數(shù)r=2。IDW插值方法在可達(dá)性相關(guān)的研究中已有應(yīng)用[18]，通過(guò)ArcGIS 10.2提供的空間插值工具實(shí)現(xiàn)。

圖1區(qū)域可達(dá)性分布圖中，顏色越深集聚度值越高，區(qū)位便攜程度越高，全市可達(dá)性較好的區(qū)域分布與市內(nèi)主要交通線路有較強(qiáng)的一致性。福田區(qū)、羅湖區(qū)、南山區(qū)、寶安中心區(qū)等城市建成區(qū)的連綿區(qū)域是深圳市空間可達(dá)性水平最高的地帶，區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)絡(luò)密集，交通較為便捷。如福田區(qū)由濱河大道、紅荔大道、彩田路、新洲路四條城市主干道共同圍合而成，其空間可達(dá)性指標(biāo)最高。對(duì)于坪山新區(qū)和大鵬新區(qū)，其區(qū)域面積大，城市建設(shè)發(fā)展時(shí)間短，區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)絡(luò)稀疏，加之地勢(shì)相對(duì)起伏差異大，在空間上表現(xiàn)出較差的區(qū)位可達(dá)性。

3.2　土地利用與交通可達(dá)性協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)

2014年，深圳市55個(gè)街道土地利用與交通可達(dá)性SE-DEA技術(shù)效率情況見(jiàn)附圖13。全市技術(shù)效率值分布在0.48至2.31之間，平均值達(dá)0.81。圖2顯示，街道技術(shù)效率頻率呈現(xiàn)正態(tài)分布，85%左右的單元SE-DEA技術(shù)效率值分布在0.5～1.0之間，技術(shù)效率低值和高值單元相對(duì)較少。全市實(shí)現(xiàn)DEA有效的單元有7個(gè)，主要集中在城市東部地區(qū)和東部濱海區(qū)，如南澳街道、大鵬街道和坪山街道等，其中坑梓等3個(gè)街道為弱DEA有效。SE-DEA技術(shù)效率相對(duì)較低的區(qū)域主要集中在西部濱海區(qū)、城市核心區(qū)及其周邊區(qū)域，而城市中部地區(qū)、東部地區(qū)和東部濱海區(qū)技術(shù)效率值高于上述兩個(gè)區(qū)域。

圖1深圳市區(qū)域可達(dá)性

圖2SE-DEA頻率分布

根據(jù)SE-DEA技術(shù)效率值，選取4個(gè)典型街道進(jìn)行具體分析，投入—產(chǎn)出指標(biāo)投影值見(jiàn)表2。位于東部濱海分區(qū)的大鵬街道SE-DEA技術(shù)效率值達(dá)1.15，且投入和產(chǎn)出松弛變量均為0，其土地利用與交通可達(dá)性水平實(shí)現(xiàn)相對(duì)均衡協(xié)調(diào)發(fā)展。大鵬街道區(qū)域土地面積大，生態(tài)用地居多，區(qū)域發(fā)展側(cè)重生態(tài)保護(hù)。其土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和人口密度均較低(圖3)，區(qū)域通達(dá)程度也不高，但在區(qū)域內(nèi)部?jī)烧甙l(fā)展水平相契合，實(shí)現(xiàn)了DEA技術(shù)有效。南山區(qū)桃源街道技術(shù)效率值為0.92，其人口密度投入存在剩余，區(qū)域路網(wǎng)密度產(chǎn)出不足。桃源街道緊鄰福田區(qū)，作為城市核心區(qū)的周邊區(qū)域，具有一定的人口吸引力，其人口承載過(guò)剩與路網(wǎng)建設(shè)不足是土地利用與交通可達(dá)性未實(shí)現(xiàn)DEA有效的主要原因。位于羅湖區(qū)的翠竹街道是城市核心區(qū)土地利用與交通可達(dá)性特征的典型代表。盡管區(qū)域道路設(shè)施建設(shè)完善，可達(dá)性水平良好，但在城市核心區(qū)的環(huán)境下，土地空間資源有限，人口眾多，人口承載量與道路可達(dá)性水平不平衡，其SE-DEA技術(shù)效率為0.78。在4個(gè)案例單元中，布吉街道技術(shù)效率值最低，為0.57。在城市中部地區(qū)，并緊鄰羅湖區(qū)，布吉街道同樣具有較大的人口規(guī)模，人口投入過(guò)程剩是技術(shù)效率低值的主要因素。

通過(guò)輸入輸出的指標(biāo)變化，研究單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的影響程度，探究決策單元無(wú)效的原因。分析某項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，將其從指標(biāo)體系中去除，計(jì)算剩余指標(biāo)體系的技術(shù)效率值θ′，統(tǒng)計(jì)各個(gè)單元原技術(shù)效率θ與θ′的差值占θ的比例，其累加值定量描述了該項(xiàng)指標(biāo)在系統(tǒng)中的影響性[19]。

表2　技術(shù)效率投影分析

圖3投入產(chǎn)出指標(biāo)情況

指標(biāo)累計(jì)影響統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表3。土地利用投入中，土地混合利用率X3累計(jì)值最大，為11.19，人口密度X1累計(jì)值最小，為0.93。這表明，在現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系內(nèi)，土地混合利用率偏低是制約深圳市土地利用與交通可達(dá)性協(xié)調(diào)發(fā)展的首要因素。而人口密度則偏高，在土地—交通綜合系統(tǒng)中是主要的冗余因素。在交通可達(dá)性產(chǎn)出指標(biāo)中，Y1累計(jì)值最大，即土地利用投入情況對(duì)路網(wǎng)密度影響較之可達(dá)性要大。

表3　指標(biāo)累計(jì)影響

4　結(jié)論與討論

城市化發(fā)展后期，在土地資源緊約束下，深圳市土地利用變化與城市交通具有密切的聯(lián)系。本文采用超效率DEA評(píng)價(jià)方法，以交通可達(dá)性為切入點(diǎn)，結(jié)合街道尺度土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、人口密度、土地混合利用度、路網(wǎng)密度和交通可達(dá)性，探討2014年深圳市土地利用與交通綜合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

研究表明，2014年深圳市道路網(wǎng)絡(luò)為西密東疏的發(fā)散性空間形態(tài)，與城市開(kāi)發(fā)時(shí)限和功能分區(qū)相呼應(yīng)。福田、羅湖和南山等城市中心地區(qū)城市建設(shè)相對(duì)完善，路網(wǎng)密布，道路集聚度較大，區(qū)域可達(dá)性水平較好。城市中部地區(qū)作為中心城區(qū)功能延展區(qū)域，承擔(dān)部分生產(chǎn)和生活職能，區(qū)域交通可達(dá)性條件也相對(duì)具有優(yōu)勢(shì)。其次到城市東部地區(qū)，盡管道路建設(shè)程度也較好，但在整個(gè)城市范圍內(nèi)地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)不明顯。而東部濱海區(qū)，受地形起伏影響較大，形成城市重要的生態(tài)保護(hù)區(qū)，土地開(kāi)發(fā)程度低，交通可達(dá)性為全區(qū)最低水平。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析探討了城市土地利用與交通可達(dá)性的協(xié)調(diào)關(guān)系，各街道表現(xiàn)出協(xié)調(diào)性差異，SE-DEA技術(shù)效率值分布具有一定的空間分區(qū)特征。整體來(lái)看，城市核心區(qū)和西部濱海區(qū)技術(shù)效率值相對(duì)要低，人口承載量偏高是影響協(xié)調(diào)性主要的因素。海港發(fā)展的優(yōu)勢(shì)和毗鄰香港的區(qū)位條件產(chǎn)生了重要的發(fā)展吸引力，大量人口集聚。盡管區(qū)域可達(dá)性條件良好，但過(guò)高的人口密度仍然超出了可達(dá)性發(fā)展水平。而城市中部、東部和東部濱海區(qū)城市建設(shè)滯后于原特區(qū)內(nèi)，且擁有較大的土地空間資源，交通與土地配置相對(duì)均衡，整體SE-DEA技術(shù)效率值高于城市核心區(qū)和西部濱海區(qū)，實(shí)現(xiàn)DEA有效的單元，如南澳街道、大鵬街道、坪山街道等均位于這些地區(qū)。

快速城市化發(fā)展引導(dǎo)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更加完善，但同時(shí)也伴隨著土地供給不足和人口承載壓力。城市化發(fā)展后期，空間資源限制加大，土地利用模式將從早期的粗放式增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐源媪績(jī)?yōu)化為主的內(nèi)涵提升。在此背景下，建設(shè)與土地利用相協(xié)調(diào)的城市交通體系對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。近年來(lái)，深圳市逐漸探索了地上、地下空間的土地立體化利用模式，相應(yīng)形成立體化交通體系。立體化土地利用模式將有效提高土地和交通承載力，提升公共交通系統(tǒng)服務(wù)水平，緩解城市交通擁擠問(wèn)題，是土地資源緊約束基本國(guó)情下城市發(fā)展的有效手段。

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二是潛力調(diào)查方式比較滯后。隨著時(shí)代的變化和發(fā)展，過(guò)去一些了解掌握潛力資源所采用的有效調(diào)查方式，正在逐步失去優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越滯后于潛力建設(shè)發(fā)展需要。比如，在人力資源動(dòng)員潛力統(tǒng)計(jì)方面，仍采取按行政區(qū)劃方式進(jìn)行調(diào)查了解，顯然與近年來(lái)人力資源高度流動(dòng)的現(xiàn)狀不相符合；在物資器材類潛力資源統(tǒng)計(jì)方面，目前采取的在產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)查的方式，客觀上只偏重于產(chǎn)能、庫(kù)存等靜態(tài)信息，脫離了大量資源分布在流通環(huán)節(jié)的實(shí)際，難以精確掌握動(dòng)員潛力特別是一些新質(zhì)動(dòng)員潛力狀況，與新時(shí)代動(dòng)員潛力建設(shè)要求還有一定差距。

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