城市軌道交通與土地利用的耦合協(xié)調(diào)度評價——以上海市為例

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”要同時考慮系統(tǒng)組成元素之間在相互作用時所表現(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]評價了我國城市擴(kuò)張過程中土地利用的可達(dá)性和機(jī)動性，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 個子系統(tǒng)之間的互動耦合關(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)展程度和互動效應(yīng)，本研究將軌道交通與土地利用看作2 個子系統(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)、良性互動的各項功能.

1.2 耦合協(xié)調(diào)度的計算模型

軌道交通與土地利用存在一定的耦合關(guān)系，2個系統(tǒng)相互影響、相互依賴，構(gòu)成了1 個更大的系統(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 個復(fù)雜而無規(guī)律的系統(tǒng)，在這個系統(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

一個耦合系統(tǒng)的子系統(tǒng)由若干個指標(biāo)組成.設(shè)子系統(tǒng)有n 個評價指標(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，為最不滿意，當(dāng)dij=1 時，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，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，利用一定時間序列的相關(guān)指標(biāo)定量測度2 個系統(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，可以建立多個系統(tǒng)相互作用的耦合度模型[13].

如果耦合系統(tǒng)由m 個子系統(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際水平和狀態(tài).如U1（t，x）和U2（t，x）的得分均較低時，同樣可以得到2 個系統(tǒng)協(xié)調(diào)度較高的結(jié)果，但這顯然不符合事實.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 評價標(biāo)準(zhǔn)

耦合協(xié)調(diào)度值D∈[0，1]，當(dāng)D=1 時，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，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)度的等級和劃分標(biāo)準(zhǔn)，耦合協(xié)調(diào)度評價標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示.

表1 耦合協(xié)調(diào)度評價標(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

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 項軌道交通指標(biāo)，如表2 所示.

表2 軌道交通系統(tǒng)評價指標(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、社會效益和環(huán)境效益3 個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 個土地利用評價指標(biāo)，如表3 所示.

本評價所用軌道交通數(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告》和《上海第4 次綜合交通調(diào)查總報告》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)度的計算與評價

2.2.1 上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度計算

上海市軌道交通與土地利用耦合協(xié)調(diào)度的具體計算過程為：

（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)展評價值，U2為土地利用綜合發(fā)展評價值.

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.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，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)等級從失調(diào)逐步向協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變，整個過程總體上可分為3 個階段，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，兩者的互動效應(yīng)逐步增強(qiáng)，在2010年達(dá)到較低的初級協(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二者的耦合協(xié)調(diào)狀況和互動關(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）一個時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)與提高是一個長期的、漸進(jìn)的過程，應(yīng)以政府為導(dǎo)向，實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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