城市土地混合利用測度研究

摘要：采用了熵指數和相異指數兩種土地混合利用測度，以深圳市第二次土地調查的數據為處理對象，研究深圳市土地混合利用現狀。結果表明，深圳市土地類型中林地和工礦倉儲用地的熵指數最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之間的占地面積和分布程度的差異都很大。由此可知，深圳市的城區土地是以工業用地為主，工業用地面積遠大于其他用地，進而推得深圳市的經濟發展也以第二產業為主。

關鍵詞：土地混合利用；測度；深圳市

中圖分類號：TU984.11 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5794-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.017

Measure of Mixed Urban Land Use：Case of Shenzhen City

BAO Yu

（School of Resource and Environmental Sciences， Wuhan University， Wuhan 430079， China）

Abstract： To research the situation of Shenzhen land use， two measures of mixed land use（ENT and DIS） were used to deal with the data of the second land survey in Shenzhen. The results showed that the forest land and mining warehouse land were the highest-level in the ENT， while special land was the lowest. Differences in size and distribution of residential and non-residential land between sites were large. Shenzhen city was based on industrial land， and industrial land area was much larger than the other sites， the second industry dominated in the economic development of Shenzhen city.

Key words： mixed land use； measure； Shenzhen

土地混合利用是指在某個特定的城市街區中，擁有的與市民生活密切相關的土地功能種類所占比重的綜合組成狀況。一般而言，在一定的地區內，該區塊所負荷的功能類型越多、所承受的功能壓力越重，這個區塊的混合利用程度就越高。有專家學者嘗試借助“信息熵”的概念來度量城市土地利用的多樣性和混合度[1]。

城市土地具有高投入、高產出的特點，城市土地的使用效率和集約水平比農業土地高，土地集約利用也是城市土地的基本特性。與此同時，城市化要求城市土地資源必須要合理配置，即要合理地利用土地、資源、資本和技術，在時間和空間上充分挖掘城市土地的潛力，獲得城市土地最佳的綜合效益。隨著中國第二、第三產業的迅猛發展，城市化水平的不斷提高，人口的不斷增多，城市開發與建設帶來的土地利用短缺問題和土地的供需矛盾將日漸明顯。所以，在城市的建設和規劃中，必須將土地混合利用擺在重要的位置上[2]。

城市土地混合利用直接影響著市民的交通出行，而它帶來的最重要的作用，就是通過城市功能的集中、就近提供便利設施來減少居民不必要的出行需求[3-8]。混合功能是城市建成區的存在方式，也是城市土地使用的理想狀態，是城市可持續發展的必要途徑和必然結果。

隨著人類社會的發展和進步，居民生活水平的不斷提高，人們不僅要求居住地區周邊有良好的自然環境，也要求有足夠近距離的商業圈、文化教育中心、文體衛生中心等，這就要求城市土地在功能上足以應對居民的需要。其次，土地混合利用使得城市保持了自身特性和城市感。最后，土地混合利用可以促進城市的緊湊發展，避免“攤大餅”式的城市蔓延，通過城市規劃的手段促進混合型城市的形成[9，10]。

本研究從理論上探尋土地混合利用的測度，介紹不同的測度對于研究土地混合利用的優缺點，再以深圳市為例，使用測度探尋深圳市土地混合的利用類型，并給出分析與展望。

1 土地混合利用測度的指標

測度之間的最根本區別在于是否根據一個地區的土地利用分布計算為整體來看，或者是否利用細分從更小的尺度來分析土地利用分布。如果測量只利用了土地利用類型的面積范圍內的總量，則定義為整體測度；如果利用了土地利用測量在地區的精細水平，則定義為分區測度。一般情況下，整體測度往往反映了土地利用的平衡，或者反映各類用地在整體上是否比例一致；而分區測度往往反映土地利用的均勻度，或者反映兩個地塊之間的相似程度。在實踐中，應用整體測度，往往是針對小地區，如居民區；而對于較大的地區，如城市或城鎮，分區測度則應用得更加頻繁。整體測度包括了百分比、平衡指數和熵指數；分區測度包括阿特金森索引、聚簇索引和相異指數。

2.1 整體測度

整體測度只能測量出土地利用類型的面積或分析單位內的總體分布。

2.1.1 百分比和比例 百分比是相同類型的數量的比率，而比例可允許兩種不同類型的數量之間存在相對值。百分比研究的僅僅是土地利用類型的現有比例。

2.1.2 平衡指數（BAL） 平衡指數是用來測量兩種不同類型的土地利用的程度，或是在一個區域內彼此制衡的一組土地利用活動的測度。平衡指數范圍在0～1這個區間內變化，它的取值越高，說明土地利用混合程度越大，即地塊內土地利用類型越多。

BAL=1-■ （1）

其中，a是平衡因子，X和Y分別代表兩種不同類型土地的占地總量。

變量a=X*/Y*是一個反映土地相對平衡的調整因子，如果理論上的X和Y的預期水平基本接近時，就沒必要設置調整因子了。

2.1.3 熵指數（ENT） 熵指數是衡量土地利用結構的一種測度，它也需要考慮區域內的兩個或兩個以上土地利用類型的相對百分比。

ENT=-[∑■■Pjln（Pj）]/ln（k） （2）

其中，Pj是某種類型土地面積占總研究區域面積的百分比，k是該種類型的土地的面積數值。

熵指數關于土地利用類型也是對稱的。當一種土地利用類型占主導地位，大部分地區將出現類似的低相對熵指數，即比例越大，混亂程度就越低。

2.2 分區測度

2.2.1 緩沖區分區測度 分區測度能夠用不同的地理方法，其中分區將定義為某一固定距離周圍的一組興趣點。每一個區都是獨立存在的，并且以該地區的土地總量來度量。這種方法稱為分區測度的緩沖方法。

2.2.2 阿特金森指數（ATK） 阿特金森指數測量的是不同地區之間特定的某種土地利用類型的均勻度水平，取值介于0～1之間，以0表示土地功能最多，混合程度最大；1則表示土地功能越單一，土地的使用混合程度越小。設Si為區域i中非住宅用地Y的百分率，阿特金森指數定義為：

ATK（Y）=1-[■∑■■（■）1-ε]（1/1-ε）

=1-[■∑■■（Si）1-ε]（1/1-ε） （3）

其中，Si表示區域中非住宅用地的百分率，y表示區域中非住宅用地的占地面積，n表示區域中非住宅用地的區塊數。

2.2.3 集群指數（CLST） 集群指數原本是對原產于住宅和收入劃分的研究，可以用來衡量少數民族在空間聚集的程度。設Y是某一區域內非住宅用地的總量，令Si為區域i內非住宅用地的百分率，設yi和zi分別對應區域i內的非住宅用地和用地總量。i和i*是區域的數目，而dii*表示兩個區域之間的物理距離。

CLST（Y）=■（4）

2.2.4 相異指數（DIS） 相異指數衡量的是不同土地分布區在一定范圍內的使用程度，類似于在該地區的整體分布情況，因此，它可以作為區域之間土地使用分布均勻性的度量。該指數的范圍為0～1，并且0對應組合的更高水平。這個測度適用于兩種以上的土地利用類型。對于兩種的情況，設ri為區域i住宅用地的百分率，si為i中非住宅用地的百分率。公式為：

D=0.5∑■■|ri-si| （5）

這個公式也可以用于多種土地利用類型的情況：

D（k）=■∑■■■∑i|Zrij-Zi| （6）

相異指數容易計算，在估計土地用途分布的均勻程度中比較有效。

如上所述，這些測度之間最重要的概念區別存在于整體測度及分區測度之間。整體測度是最容易計算的，但也是對于變化的土地利用格局最不敏感的。土地利用結構必然意味著兩個或兩個以上土地利用類型的審查。在兩個相互排斥的土地利用類別的情況下，其中一個土地利用類別的數量惟一地決定了其他的量。因此單維度的測度在某些情況下也是有意義的，特別是有一個單一利用類型占據了主導地位，比如說居住區域小土地的使用變化。

3 深圳市土地混合利用測度實證研究

3.1 研究區概況

深圳位于中國南部海濱，毗鄰香港，地處廣東省南部，珠江口東岸，東臨大亞灣和大鵬灣；西瀕珠江口和伶仃洋；南邊深圳河與香港相聯；北部與東莞、惠州兩城市接壤。遼闊海域連接南海及太平洋。深圳是中國重要的海陸空交通樞紐城市，其皇崗口岸實施24 h通關。

本研究的研究區域為深圳市主城區。深圳市下轄6個行政區和4個新區，行政區分別是福田區、羅湖區、南山區、鹽田區、寶安區和龍崗區，新區分別為光明新區、龍華新區、坪山新區和大鵬新區（圖1）。深圳市總面積約為1 996.85 km2。深圳市常住人口約有1 062.89萬人，其中戶籍人口為310.47萬人，非戶籍人口為752.42萬人，下轄57個街道、790個居民委員會。

深圳作為中國改革開放的先鋒城市，市場經濟發育程度較高，城市規劃體系的變革一直在進行適應和調控市場經濟趨向合理發展的探索[11]。因此，對于深圳市的土地混合利用研究和分析，將會對大城市的城市化進程和發展非常有意義。

3.2 研究數據及方法

本研究的數據來自于第二次全國土地調查后完成的各級土地利用現狀圖（圖2）。利用ArcGIS 10對本次圖像進行分析研究，分別利用整體測度和分區測度中的熵指數和相異指數，最終得出深圳市的土地混合利用分布。

3.3 深圳市土地混合利用現狀

3.3.1 熵指數計算 針對14種土地類型使用熵指數進行運算，結果見表1。

由表1可知，深圳市林地的熵指數最高，為0.018 1；工礦倉儲用地的熵指數次之，為0.014 9；特殊用地的熵指數最低，為0.001 8。由于熵指數表示的是土地利用類型的混亂程度，因此，某種類型的土地熵指數越高，該類型土地的混亂程度越高，分布越離散；某種類型的土地熵指數越低，該類型土地的混亂程度越低，分布越集中。結果表明，深圳市林地的熵指數較高，格局較分散，分布狀態也較為破碎（圖3）。

深圳市的工礦倉儲用地的熵指數次之，格局較為規整，分布也相對集中。而深圳市的特殊用地的熵指數最低，格局最為工整，分布也最集中。從熵指數的對稱性也能推斷出，林地在深圳市分布較為分散，對于城市規劃而言也很難將林地具體圈定在某個范圍之內，并且深圳市現在在走綠色發展經濟的路線，著力點也慢慢轉移到環境保護、資源節約的經濟發展戰略上面；工礦倉儲用地的分散則是因為深圳市經濟以第二產業為支柱（圖4）。

本研究結果表明，深圳的土地利用格局與深圳市的經濟建設格局息息相關。

就第一產業而言，深圳市耕地量較少，耕地熵指數較低，這說明農耕并不是深圳市農業的主導。相對的，種植園地無論在占地百分比上還是在混亂程度上都遠高于耕地。由此可知，種植園地的分布在深圳市比耕地的分布更加廣泛。

就第二產業而言，深圳市工礦倉儲用地數量之多、比例之大、分布之廣，充分反映了深圳市工業發展的興旺和發達。一定的工業基礎，必定會有一定的用地需求，而這種用地需求會要求深圳市在規劃過程中增加工礦倉儲用地的比例，使得土地混合利用中，工礦倉儲用地的百分比和熵指數變大。

3.2.2 相異指數計算 對數據進行相異指數運算的過程中，為了簡便計算，只涉及住宅用地和非住宅用地兩種土地類型。

在ArcGIS 10中生成適用于本研究的魚網，即1 000 m×1 000 m的方格區域。然后用魚網來截取數據地圖，從而使得魚網的每個網格都截取在原始底圖上面。將每個網格中的住宅用地和非住宅用地的比例做差，然后將這些差值積分并除以2，最終得到深圳市住宅用地與非住宅用地的相異指數。

通過計算得到深圳市關于住宅用地和非住宅用地的相異指數為37.163 4。由相異指數的性質可知，差值越大，說明兩種土地利用類型的占地面積差異越懸殊，即非住宅用地在深圳市的土地利用現狀占主導位置[12]。之所以出現這樣的結果，是因為深圳市是由工業發展拉動其他產業發展的。因此，深圳市的住宅用地相對于非住宅用地的占地面積和單位面積土地內的比例要小得多。

4 小結與討論

4.1 小結

本研究從多種土地利用測度選取了熵指數和相異指數，研究深圳市的當前土地混合利用的現狀，并針對研究的結果進行分析，實現了對深圳市土地混合利用現狀的研究調查。研究得出如下主要結論：

1）深圳市土地類型中林地和工礦倉儲用地的熵指數最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之間的占地面積和分布程度的差異都很大。由此可知深圳市的城區規劃是以工業用地為主，工業用地面積遠大于其他用地。因此，深圳市的經濟發展也以第二產業為主。

2）深圳市土地利用現在處于工礦倉儲用地、非住宅用地占主導位置的格局。

4.2 討論

本研究雖然在測度的選取上力求創新，但由于時間、數據、水平的限制，還有所不足。

1）關于測度指標的使用。本研究的測度選取的是熵指數和相異指數。其中，熵指數只能對照不同地類地塊的混亂程度，也可以通過可視化看到不同地類的分布，但在城市規劃的過程中，不同的土地類型之間不是相互獨立的，它們也會互相作用和影響，具體到各種地類地塊之間的作用，熵指數幾乎不能反映。相異指數是通過網格分割地圖計算土地類型的百分比，由于只能體現不同土地類型之間的差異，而無法分析出兩者或多者之間的互動關系，因此這兩種測度也分別存在著不可避免的局限性。

2）關于測度的基本單元。本研究運用的熵指數和相異指數均屬于在矢量數據上面做的研究，得到的結論是深圳市整體的土地利用分布。如果能夠將柵格數據使用到研究過程中，得到小范圍地塊內的土地類型，效果會更好，研究的意義會更大。因此，今后的研究中，應當注重柵格數據的使用。

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