基于改進TOPSIS模型的大慶市城市土地利用績效評價及障礙度診斷

吳一凡, 雷國平, 路 昌, 周 浩, 關勇欣

(東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱150030)

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基于改進TOPSIS模型的大慶市城市土地利用績效評價及障礙度診斷

吳一凡, 雷國平, 路 昌, 周 浩, 關勇欣

(東北農業大學 資源與環境學院, 哈爾濱150030)

城市土地利用績效評價及其障礙度診斷是實現城市土地可持續利用的重要依據。以大慶市為研究區，構建基于土地投入水平、土地利用程度、土地利用效益、土地利用生態可持續性的城市土地利用績效評價指標體系，采用改進TOPSIS模型評估大慶市在2001—2010年的城市土地利用績效狀況，并運用障礙度模型分析診斷其障礙因子。結果表明，十年間大慶市城市土地利用績效呈現上升態勢，績效指數從2001年的0.290 0增加到2010年的0.715 4，城市土地利用績效由低級水平發展到良好水平；土地利用程度和土地利用生態可持續性的障礙度總體呈增長趨勢，年均速分別為1.91%和1.38%；土地利用效益和土地投入水平的障礙度總體呈減少趨勢，年均速分別為2.52%和0.76%；土地利用程度對未來城市土地利用績效的影響最大，提高土地利用程度對促進城市土地利用績效提升至關重要。

城市土地利用績效; 改進TOPSIS模型; 障礙度; 大慶市

城市土地利用績效是在對城市土地進行有效投入的前提下，由于不同利用程度和利用方式而產生的土地利用效益、效果和影響等的綜合體現，是對城市土地利用的一種制度安排的成效。在城市化進程不斷加快的背景下，伴隨著經濟的發展和產業結構的調整，城市土地資源供給與社會經濟發展之間的矛盾日益顯著。進行合理的城市土地利用績效評價能夠有效地緩解現有城市普遍存在的建設用地粗放利用現象、促進城市土地資源高效合理利用和城市建設及其可持續發展。

城市土地利用是一個多目標的復合系統，其土地利用具有自身的特殊性。對此，諸多學者從不同角度對土地利用績效評價進行了探討。在研究角度上，學者的研究集中于土地利用變化、土地利用可持續性、土地管理制度和緊湊城市發展等方面[1-11]。而在方法上，多采用層次分析法、模糊數學法、功效函數、協調度模型和空間相關分析等方法，且多從土地集約利用程度、土地利用效益、土地利用可持續性和土地管理等方面構建評價指標體系[12-16]。目前，學者們開展研究主要集中于全國、省級或發達地區城市，對東北地區研究比較少。在不同的社會經濟和資源配置條件下，城市土地利用的最佳狀況是具有動態性的，也就是說當前經濟發展階段的最佳城市土地利用形態一定是最接近該階段城市土地利用的最優狀態，同時遠離最差狀態，多目標決策分析中TOPSIS法就是度量目標對象與正負理想解的靠近、遠離程度。應用TOPSIS法進行土地利用績效評價，既有利于多指標之間的對比，也有利于不同年份之間的分析。從轉變經濟增長方式、實現可持續發展的角度出發，城市土地利用績效的提高應以合理有效的土地投入，獲得最大的土地利用效益和效率，并盡可能減少或安全處理土地污染物，確保城市生態的可持續性。大慶市作為典型的資源型城市，為區域和國家的經濟建設提供了大量的能源物質基礎，為促進工業化發展作出了重大貢獻。城市發展過程中經濟的迅速增長和城市人口的膨脹，導致大慶市城市用地出現快速擴張、利用粗放等現象，其城市土地利用結構和土地利用績效發生了明顯變化。本文以大慶市為研究區，采用改進的TOPSIS模型和障礙度模型，建立基于土地投入水平、土地利用程度、土地利用效益和土地利用生態可持續性評價指標體系，對城市土地利用績效進行評價，診斷其障礙因子，全面分析2001—2010年大慶市土地利用績效水平變化情況。研究結果可為大慶市城市土地合理利用和優化配置提供參考。

1　研究區概況及數據來源

1.1研究區概況

大慶市位于我國東北松嫩平原中部，黑龍江省西南部，地處45°46′—46°55′N，124°19′—125°12′E，是中國第一大油田、世界第十大油田的大慶油田所在地，是以石油、石化為支柱產業的典型資源型城市。大慶市現有薩爾圖、讓胡路、龍鳳、紅崗、大同5個轄區，本文研究對象為市轄區內的城市建設用地。2010年大慶市市轄區第二三產業實現增加值2 619億元，是2001年的2.55倍。城市建成區面積由2001年的143 km2增加到2010年207 km2，建成區人口從2001年86.1萬人增加到2010年的107.8萬人，城市建設用地擴張速度遠高于城市人口增加速度。2010年城市建設用地中，居住用地、工業用地、道路廣場用地、綠地面積占比分別為24.14%，23.56%，16.72%，5.47%。與國家相關標準的用地結構對比，工業用地比例偏高、綠地用地比例較低。

1.2數據來源

社會經濟數據主要來源于《中國城市統計年鑒》(2002—2011)、《黑龍江省統計年鑒》(2002—2011)、《大慶市統計年鑒》(2002—2011)，城市土地數據主要來源于《中國城市建設統計年鑒》(2002—2011)。

2　城市土地利用績效評價指標的構建

結合大慶市城市土地利用實際情況，在已有研究的基礎上，本文從土地投入水平、土地利用程度、土地利用效益和土地利用生態可持續性四個方面對城市土地利用績效進行評價。評價的指標體系包括目標層、準則層和指標層三個層次，共19個指標(表1)。土地投入水平為追求城市土地利用資源及成本投入的有效合理，選取地均固定資產投資、地均從業人數、人均道路面積、地均供水量、地均供電量指標來衡量；土地利用程度反映城市土地既有的利用水平和內涵挖掘的潛力，選取土地利用結構多樣性、人均建設用地面積、城市用地增長彈性系數、建成區人口密度、綜合容積率指標來衡量。土地利用效益反映城市土地利用的經濟產出，選取地均GDP、地均石油工業產值、在崗職工平均年工資、地均社會消費品零售額、工業總產值增長率來衡量。土地利用生態可持續性主要圍繞降低城市土地污染和保持土地生態健康兩個方面，選取人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、工業廢水排放達標率、工業固體廢棄物綜合利用率指標來衡量。

3　大慶市城市土地利用績效的評價

3.1指標權重的確定

本文選取熵權法，綜合考慮各影響因素并對其客觀賦值。采用熵權法對各因子賦權能在一定程度上避免主觀因素帶來的偏差[17]。

(1) 將各指標規范化,計算第j年第i個指標值的比重pij：

(1)

(2) 計算第i個指標的熵值ei：

(2)

表1　大慶市城市土地利用績效評價指標體系

(3) 計算第i個指標的權重wi：

(3)

式中：rij——第j年第i個指標的具體值；pij——第j年第i個指標值占該指標總值的比重；ei——第i個指標的熵值；wi——第i個指標的權重。

3.2評價模型的選取

3.2.1改進的TOPSIS模型TOPSIS模型是一種逼近于理想的排序方法，是系統工程中有限方案多目標決策分析的一種常用的決策技術。該方法基于多目標決策問題中正理想解和負理想解的基本思路，確定現有方案中各指標的正理想解和負理想解，建立評價指標與正、負理想解之間距離的二維數據空間，通過度量各評價方案接近正理想解和遠離負理想解的程度來評估土地利用績效水平[18]。與傳統的TOPSIS法相比較，改進的TOPSIS 法主要針對評價對象與正、負理想解的評價公式進行了改進[19]。本文采用改進的TOPSIS模型對大慶市城市土地利用績效進行評價，具體步驟如下：

(4)

(3)確定正理想解V+與負理想解V-：

(5)

(6)

(5) 計算歷年評價對象與最優方案的貼近程度Cj。

(7)

Cj越大，第j年城市土地利用績效越接近最優水平。貼近度Cj是介于0～1的數值。Cj=1時，城市土地利用績效水平最高，土地利用已達到最佳狀態；Cj=0時，城市土地利用無績效，土地利用處于高度的無序混亂狀態。為了表征城市土地利用績效的程度，根據已有學者的研究成果[14]，將貼近度Cj劃分為4個等級標準(表2)。

3.2.2障礙度模型在城市土地利用績效評判的基礎上，分析診斷影響城市土地利用績效的主要障礙因子，有利于對土地利用行為和土地政策進行針對性地調整。具體方法是引入因子貢獻度Fi(即單因素對總目標的權重)、指標偏離度Ii(單因素指標與城市土地利用績效目標之間的差距，即單項指標因素評估值與100%之差)、障礙度(Oi,Uj)(分別表示單項指標和準則層指標對城市土地利用績效的影響程度)3個指標進行分析診斷[20]。具體計算公式：

(8)

第i個指標對城市土地利用績效的障礙度為：

(9)

在分析各單項指標影響程度的基礎上，計算各準則層指標對城市土地利用績效的障礙度，公式為：

Uj=∑Oij

(10)

式中：Oij——單項指標的障礙度。

表2　城市土地利用績效評判標準

4　結果與分析

4.1大慶市城市土地利用績效評價結果

大慶市2001—2010年城市土地利用綜合績效評價結果如圖1所示，大慶市城市土地利用績效水平逐漸提高，綜合績效指數從2001年的0.290 0提高到2010年的0.715 4，期間績效水平經過了低級、中級、良好三個發展階段。

2001—2003年，大慶市城市土地利用績效發展水平較低，發展速度緩慢，該時間段內大慶市城市存在發展基礎薄弱、城市功能建設滯后、基礎設施建設不足等問題，大慶市作為典型的資源型城市，城市工業用地比例相對較高，城市土地利用結構不合理，該因素導致其城市土地利用綜合績效水平較低，增長緩慢；2004—2008年，大慶市城市土地利用績效水平呈現明顯的上升態勢，綜合績效指數由2004年的0.386 1增加到2008年的0.621 3，績效水平從中級提高到良好，該時間段內東北老工業基地振興戰略的實施促使大慶市城市土地利用結構調整力度逐步加大，城市基礎設施建設不斷加強，進而促進城市土地利用績效水平不斷提高；2009年大慶市城市土地利用綜合績效指數為0.557 5，低于2008年的0.621 3，2010年上升至0.715 4，城市土地利用綜合績效指數波動中上漲。

圖1　2001-2010年大慶市城市土地利用綜合績效

大慶市城市土地利用績效各準則層單項績效評價結果如圖2所示，2001—2010年各單項準則層績效指數整體呈現上升態勢，準則層之間績效水平變化存在差異：土地投入水平和土地利用效益績效指數在2001—2010年期間基本保持線性增長態勢。土地利用程度和土地利用可持續性績效指數波動增長，其中土地利用程度績效指數于2001—2006年基本穩定上升，隨后出現緩慢下降趨勢，2009年之后恢復上升態勢；土地利用生態可持續性績效指數2001—2003年緩慢降低，之后保持穩定增長，并于2008年達到最高值0.828 6，隨后2009年績效指數下降至0.540 6年,2010年緩慢回升。綜合圖1可以看出城市土地利用績效各單項績效指數與綜合績效指數變化趨勢基本一致。

圖2　2001-2010年大慶市城市土地利用各單項績效

4.2障礙度診斷結果

基于以上研究，結合準則層和指標層指標對城市土地利用績效影響作用的大小，對大慶市城市土地利用績效的障礙度及障礙因子進行診斷分析，并將指標層各主要障礙因子進行排序，為便于研究，本文單列出障礙度指數排序前五位因子進行分析。

由表3可知，各準則層指標對城市土地利用績效的障礙度變化影響各不相同，土地利用程度和生態可持續性障礙度波動增長，土地利用效益和投入水平障礙度逐漸下降。2001—2010年，土地利用程度和生態可持續性障礙度各自年均增長速度為1.91%和1.38%，土地利用效益和土地投入水平障礙度各自年均下降速度為2.52%和0.76%。由表4可知，障礙度前五位指標層因子反映在準則層各個方面，不同年份內反應出障礙因子集中度各不相同。

表3　2001-2010年大慶市城市土地利用績效準則層指標障礙度　%

2001—2007年，土地利用效益和土地投入水平障礙度較大，其中，地均社會消費品零售額、地均固定資產投資、地均GDP、在崗職工年平均工資和人均公共綠地面積指標對其障礙度影響較大且較為持續。2001—2003年前五個障礙因子中出現地均供水量，該時間段內地均供水量均為11萬t/km2，是2003年后地均供水量的2倍。此外，人均公共綠地面積為其主要障礙因子，根據城市用地分類與規劃建設用地標準，人均綠地面積為8～15 m2/人，而2001—2006年大慶市人均綠地面積均未達到國家標準的下限值，該指標體現出土地利用生態可持續性較低。

2008—2009年，土地利用程度和土地利用效益障礙度較大，城市用地彈性系數、地均固定資產投資、地均社會消費品零售額、地均GDP和人均建設用地面積指標對該時間段內障礙度影響較大。其中，城市用地彈性系數和人均建設用地面積兩項指標值反映出大慶市城市土地利用程度亟需提高。土地利用生態可持續性的因子不存在于前五個障礙因子中，反映出該階段土地利用生態可持續性有了較大提高，對城市土地利用績效產生較大的貢獻。

2010年，土地利用程度和土地利用生態可持續性障礙度較大，土地利用效益障礙度最小，其中城市用地彈性系數、人均公共綠地面積、工業固體廢棄物處理率、地均供電量和人均建設用地面積指標對其障礙度影響較大。2010年人均綠地面積從2008年的15.2 m2/人減少到13.5 m2/人，工業固體廢棄物處理率僅達到70.77%，表明大慶市不僅要提高土地利用程度，而且要進一步加強土地利用生態可持續性。

表4　2001-2010年大慶市城市土地利用績效指標層主要障礙因子障礙度　%

5　結論與討論

本文基于改進TOPSIS模型對大慶市城市土地利用績效進行評價分析，研究結果表明，2001—2010年大慶市城市土地利用績效呈現逐漸上升態勢，土地利用績效水平經過了低級績效—中級績效—良好績效的發展過程，各單項績效指數與綜合績效指數變化趨勢具有一定的相關性。隨著土地利用投入水平、程度、效益和生態可持續性績效的逐漸提高，土地利用綜合績效水平逐漸提高，說明大慶市城市土地利用正向著合理、集約與節約的方向發展。由障礙度分析診斷可知，不同時間段內4個準則層指標障礙度對土地利用績效的影響度各不相同。土地利用程度和土地利用生態可持續性障礙度呈增長趨勢，而土地利用效益和土地投入水平障礙度呈下降趨勢。長遠看來，土地利用程度對未來城市土地利用績效影響較大，城市土地利用程度亟需提高。

通過城市土地利用績效評價和障礙度診斷，可以為提升城市土地利用績效提供參考方向，為調控城市用地政策和用地規劃提供重要依據。未來大慶市土地利用績效的提升應重點從土地利用程度著手，同時注重土地投入水平、土地利用生態可持續性。由于城市拓展空間有限，城市未來的發展應轉變城市建設中土地利用粗放模式，提高城市土地利用的廣度和深度。基于石油產業對城市建設的帶動作用，從加大城市基礎設施投入、加強城市功能建設、改善城市生態環境等方面實現大慶市城市經濟、社會、生態三者協調可持續發展。城市土地利用績效評價的研究涉及很多方面，有些指標存在量化處理上的困難，如土地政策、土地利用行為、土地利用規劃等因素，接下來研究應綜合考慮這些因素，以便深入了解城市土地利用變化的特征和城市土地利用的綜合效應，為更好地指導土地利用行為提供政策建議。

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Evaluation of Urban Land Use Performance Based on the Improved TOPSIS Model and Diagnosis of Its Obstacle Degree in Daqing

WU Yifan, LEI Guoping, LU Chang, ZHOU Hao, GUAN Yongxin

(College of Resources and Environment, Northeastern Agricultural University, Harbin 150030, China)

Evaluation of urban land use performance and diagnosis of its obstacle degree are the important basis for sustainable land use. We selected Daqing City as the study area. The evaluation index system was built based on land use input level, land use degree, land use benefit, and land use ecological sustainability. The improved TOPSIS model and obstacle degree model were used to assess urban land use performance and diagnose its obstacle indicators of Daqing City from 2001 to 2010. Results showed that,during the period from 2001 to 2010 the level of urban land use performance in Daqing was generally increasing, with the performance index increasing from 0.290 0 to 0.715 4; the urban land use performance experienced low level to good level; the obstacle degree of land use degree and land use ecological sustainability increased by the annual average of 1.91% and 1.38%, respectively, but the obstacle degree of land use benefit and land use input level decreased by the annual average of 2.52% and 0.76%, respectively. The land use degree was found to be the major obstacle degree on affecting future urban land use performance, increasing the land use degree was crucial to the urban land use performance improvement.

urban land use performance; improved TOPSIS model; obstacle degree; Daqing City

2014-09-09

2014-10-05

國家科技支撐項目 (2008BAD96B02);黑龍江省國土資源科研項目 (黑國土科研201411)

吳一凡(1989—),女,遼寧沈陽人,碩士研究生,研究方向:土地利用與規劃。E-mail:wuyifan1117@126.com

雷國平(1963—),男,黑龍江青岡人,教授,博士生導師，研究方向:土地利用與規劃。E-mail:guopinglei@126.com

F301.24

A

1005-3409(2015)04-0085-06