基于改进熵值模型的城市土地集约利用动态评价:以广州市为例

2012-01-18李景刚张效军高艳梅臧俊梅

地域研究与开发 2012年4期

李景刚，张效军，高艳梅，臧俊梅

(1.华南农业大学 a.信息学院;b.公共管理学院，广州510642;2.华南理工大学公共管理学院，广州510640)

0 引言

城市土地是城市形成与发展的基础，是城市社会、经济、政治、文化等各项活动的载体，城市土地资源利用的合理性直接关系到城市的兴衰与区域的发展，而这种合理性又在很大程度上取决于城市土地利用的高效化与集约化［1］。因此，在经济发展正处于转型时期、资源日益短缺和城市空间外向扩张受限的时代背景下，我国城市发展亟需制定新的空间发展策略，显然紧凑集约的城市空间发展模式具有重要的现实意义［2-3］。目前，城市土地集约利用问题已备受关注，众多学者分别从城市土地集约利用内涵［1，4］、集约评价指标体系［1，4-7］、集约评价方法［8］、影响机制［9］、时空差异［10-12］，以及与经济发展的协调度［13-15］等方面进行了广泛研究，取得了丰富的成果，但毕竟我国城市土地集约利用研究尚处于起步阶段，在城市土地集约利用范畴和评价指标体系等方面仍未达成一致，评价方法多受人为因素影响，研究的广度和深度显然不能满足建设节约型社会的迫切需求。为此，本研究拟以节约集约用地试点示范省的核心城市之一的广州市为研究对象，借助改进熵值模型对其城市土地集约利用进行动态分析和评价，以期为广州市城市发展策略制定、节约集约利用土地资源和社会经济环境的协调发展提供理论依据和参考。

1 研究区概况

广州市是广东省的省会，是全省政治、经济、科技、教育和文化中心。地处北纬 22°26＇～23°56＇、东经112°57＇～114°3＇，濒临南海，毗邻香港和澳门，是华南地区区域性中心城市、交通通讯枢纽，是中国的“南大门”①2005年，广州进行了行政区划调整，撤销东山区、芳村区，分别并入越秀区和荔湾区，设立南沙区、萝岗区，新10个区的城区特色更为鲜明，一定程度上理顺了城市中心区与郊区的利益关系，本研究以行政区划调整后的广州市作为研究对象，并根据最新行政区划对数据进行修正。。2007年，广州市地区生产总值(GDP)为7 109亿元，与上一年相比增长14.92%;人均GDP达到7.18万元(按常住人口计)，相当于广东省平均水平的220%;人口密度为1 351人/km2，相当于广东省平均水平的2.57倍。根据广州市土地利用变更调查，2007年广州市土地总面积为72.87万hm2，其中，建设用地面积为16.00万hm2，占土地总面积21.96%，相当于广东省建设用地比重平均水平的2.22倍;未利用地面积为4.29万hm2，仅占土地总面积5.89%，相当于广东省未利用地比重平均水平的81.2%。可见，广州市人地矛盾突出，后备土地资源利用空间有限，城市土地集约利用势在必行。

2 研究方法和数据来源

2.1 评价指标体系的构建

目前，尽管学术界对城市土地集约利用范畴和内涵尚未达成一致，但对其本质已基本形成共识［1，4］，即城市土地集约利用是动态的、相对的概念，不能简单地局限于经济投入和产出效益的提高，还应综合体现城市经济、社会与环境效益的统一与协调［11］。因此，城市土地集约利用评价体系应综合反映人口、经济、社会、生态环境与土地利用的关系［16］。基于上述对城市土地集约利用内涵的认识，遵循系统性、全面性、层次性、可比性、可获得性及动态性等原则，本研究从经济、社会、生态和时间4个维度出发，构建体现广州市城市土地利用集约变化的评价指标体系(表1)。

表1 城市土地集约利用评价指标体系Tab.1 Evaluation index system of urban land intensive use

2.2 评价模型构建

2.2.1 数据标准化。由于指标数据的单位和量纲不同，为了使数据间具有可比性，需要对数据进行标准化处理。常见的标准化处理方法有极差标准化、百分比标准化、标准差标准化等方法，此外，还有模糊数学法、幂函数和对数函数转换法、分级给分法等标准化方法［17］。本研究采用标准差标准化法进行数据处理，其计算公式为:Xij'=(Xij-)/Sj，式中:Xij'表示标准化以后的数值;Xij表示第i年第j个指标的数值表示第j个指标的算术平均值;Sj表示样本标准差。

2.2.2 改进熵值评价模型。在综合评价中，一般认为熵值法确定的指标权重值相对特尔菲法和层次分析法等主观赋权法更具客观性和较高的可信度［18］。对于城市土地集约利用水平动态评价来说，各项指标自身具有自相关性，而且在一定时段上某一指标的动态变化有相同的限制因素和驱动因素，指标间熵值大小的差异能够反映指标状态变化程度及其总的限制与驱动因素的差异，适于时间序列评价中权重的确定［19］。然而，熵值法也有其自身的弱点，对极端值的处理束手无策。为此，有学者提出了一系列改进方法，如秩和比修正法［20］、AHP 修正法［21］、函数变换修正法［22］、功效系数修正法和标准化修正法［23］等对数据进行非零和非负化处理。鉴于标准化修正法中数据变换是一种完全意义的客观赋权法，有利于缩小极端值对综合评价的影响，因而本研究采用此方法，具体步骤参见文献［23］。这里值得说明的是，改进熵值模型的数据非零和非负化处理过程中，需要将坐标进行平移，即Xij″=Xij'+K，K为平移幅度，而平移幅度的取值大小对各指标的权重有所影响，目前却少有学者提及［24］。本研究以广州市各项指标时序数据为例，对K值不同取值所引起的熵权变化加以说明(表2)。从表2看出，随着平移幅度(K值)逐渐加大，各项指标的权重的标准差和变异系数均有所缩小，可见，随着K值不断增加，数据原有的信息差异正在逐渐被掩盖。因此，在使用标准化修正法时，应尽可能选取可以达到非零和非负化效果最小的数值，从而尽可能多地保留原始数据信息差异。鉴于本研究数据标准化后分布在(-2，2)之间，因此，K 值取为2。

2.2.3 协调系数。根据城市土地集约利用的内涵，城市土地集约利用是社会、经济、环境三大子系统动态协调发展的过程，城市复合生态系统能否实现集约、可持续发展的关键在于系统内部各子系统间相互关联的协同作用［25］。为了定量描述城市集约发展的可持续性，本研究利用协调系数评价三大子系统之间的发展关系。定义样本i的协调系数(Ci)为:Ci=1-Si/Fi。式中:Si为样本i的社会状况指数、生态环境状况指数和经济状况指数的标准差;Fi为样本i的社会状况指数、生态环境状况指数和经济状况指数的平均值。计算出的协调系数数值将在0与1之间变化。样本的社会状况指数、生态环境状况指数和经济状况指数数值越接近，说明样本的三大子系统之间发展越协调，协调系数越接近1;反之亦然。

表2 改进熵值模型中坐标平移幅度对各指标权重的影响Tab.2 The influence of the value of K in improved entropy method on index weights of urban land intensive use

2.3 数据来源

数据主要来源于2004—2008年广州市统计年鉴，2003—2007年广州市城市环境综合整治定量考核表，2003—2007年全国城市环境管理与综合整治年度报告，2003—2007年广东省环境状况公报，以及2003—2007年广州市土地利用变更调查数据。

3 结果与分析

3.1 城市土地集约利用评价指标权重分析

就准则层权重而言(表1)，经济状况指数＞社会状况指数＞生态环境状况指数，说明在广州市城市土地集约利用评价中，经济发展状况仍是最重要的参评依据，尽管生态环境状况已纳入城市土地集约利用内涵，但限于近年来广州市环境总体状况的改善并不明显，因此，其权重也最小。人均道路面积、地均城市建设投入、第三产业比重、GDP年均增长率、城市环境保护投资指数5个指标的权重均高于全部参评指标权重的平均值，可见，在此阶段广州市的基础设施投入、经济增长质量和环保投入对城市土地集约利用水平有较大影响。

3.2 城市土地集约利用度评价结果

根据前述方法对广州市2003—2007年城市土地集约利用度及其社会、经济和生态3个子系统综合指数进行评价(图1)。

图1 广州市城市土地集约利用度变化情况Fig.1 The degree of urban land intensive use from 2003 to 2007 in Guangzhou City

从总体来看，广州市城市土地集约利用程度不断提高，近5年间城市土地集约利用度增长了213%。这一方面得益于广州市的社会状况明显改善，如城市人均道路面积增长了27%，城市人口与用地增长弹性系数增长了近4倍，基础设施状况的改善和人口集聚效应的显现提高了城市土地集约利用水平，但也不能忽视城市人口与用地增长弹性系数一直偏离合理的弹性系数①中国城市规划设计院(1990)在《2000年城镇用地预测综合报告》中提出城市扩展合理性系数应不超过1.12，此处数据为其倒数(即应大于0.89)，而广州市2003—2007年间城市人口与用地增长弹性系数仅为0.38。，这也说明广州市城市土地集约利用仍具较大潜力空间;另一方面得益于广州市经济的快速发展和城市建设的持续投入，2003—2007年间广州市地区生产总值始终保持着两位数的增长，年均增长率为14.57%，而地均固定资产投资和地均城市建设投入在此期间分别增长了58.56%和32.01%。另外，2004—2005年间城市土地利用集约度变化并不明显，这主要是由于在此期间城市人口与用地增长弹性系数、GDP年均增长率及城市环境保护投资指数3个指标出现短暂降低所致。

从社会、经济和生态3个子系统来看，除生态环境状况指数在2004—2005年间出现短暂下降之外，其余年份3个子系统状况均呈稳步上升态势。2003—2007年期间，社会状况指数、经济状况指数和生态环境状况指数分别增长了330%，185%和160%，可见，3个子系统正朝着有序的方向发展。(1)广州市投入产出效益提升幅度较大，说明城市规模效益逐步得到体现。近年来，广州市国民经济快速、稳定增长，城市土地产出效益增加明显，2007年地均 GDP相比2003年增长了89.97%，年均增长率均在17.40%以上，地均固定资产投资年均增长率达12.21%，表明广州市近5年来城市建设取得了长足的发展，使得土地利用投入水平逐年增加。同时，通过投入产出比较可以发现，近5年来广州市地均产出增长水平明显高于地均投入水平，地均资产投入产出比由2003年的3.20上升到3.83，可见，广州城市土地利用已步入“高投入，高产出”的发展模式，但在经济发展亟需转型和产业结构优化升级的背景条件下，广州市仍需内部挖潜，走低碳化持续发展之路。(2)近年来，广州市生态环境不断改善，且仍有提升空间。2003—2007年间广州市生态环境保护投入有较大幅度提高，地均环保投入翻了一番，年均增长19.14%，甚至已经超过广州市地均GDP的年均增长水平，但从横向比较来看，广州市的城市环境保护投资指数一直低于全省平均值(图2)，建成区绿化覆盖率2003，2006和2007年也均低于广东省平均水平(图3)。

图2 2003—2007年广州市与广东省环保投入指数比较Fig.2 The comparative analysis of the investment of environmental protection between Guangzhou City and Guangdong Province

图3 2003—2007年广州市与广东省建成区绿化覆盖率比较Fig.3 The comparative analysis of green coverage rate in built-up area between Guangzhou City and Guangdong Province

另外，尽管广州市已加大河流综合整治力度，实施了“青山绿地”“蓝天碧水”工程，但由于城市规模的扩大和城市建设活动的日益频繁，河流水质并未明显改善，部分河段甚至有恶化趋势(图4)，而全市的空气质量有所好转，但空气污染的季节性反复比较明显(图5)。因此，广州市仍需加大生态环境保护和治理力度。

3.3 城市土地集约利用协调系数分析

长期以来，政府过多地注重纯粹的经济增长，忽视了社会和生态子系统在城市土地集约利用过程中的作用，长此以往必将引起城市复合生态系统发展的失衡。因此，对3个子系统间协调关系的分析，能及时发现和解决城市土地利用中存在的问题，从而达到促进城市土地集约利用的目的。根据图1数据可计算出近几年广州市土地集约利用协调系数(图6)。

图6 广州市城市土地集约利用协调系数与城市土地集约利用度的关系Fig.6 Synergistic coefficient of urban land intensive use from 2003 to 2007 in Guangzhou

从图6可以看出，广州市城市土地集约利用程度基本是朝着有序的方向发展，并且随着经济的发展和居民生活水平的提高各子系统之间的协调性不断增强。值得注意的是，2004—2006年间城市土地利用系统的协调系数一度出现波动，系统出现无序化发展的征兆。对比原始数据发现，这主要是受到城市人口与用地增长弹性系数、GDP年均增长率及城市环境保护投资指数的影响，在2004年上述3项指标均达到3年间的高点，随后又出现回落。这说明在广州市经济增长放缓阶段，城市的人口集聚效应也有所减弱，特别是对环保的投入明显减慢，与2004年相比，2005年广州市环境保护投资指数降低了10%左右。由此可见，为了促进城市复合生态系统健康、有序地发展，必须注重人口、土地、环境与经济发展的协调关系。

4 结论与讨论

(1)从各准则层权重来看，经济状况指数＞社会状况指数＞生态环境指数，这说明经济发展仍是影响城市土地集约利用水平的最重要因素。因此，在未来广州城市土地开发利用过程中，不仅应侧重于保障经济稳定增长和改善生态环境的基础设施建设的用地需求，更应通过产业升级和转移，提高单位面积土地的产出水平和质量，降低经济社会发展对土地的消耗，实现广州市土地利用由“高投入，高产出”向“低投入，高产出”集约化发展模式的转变。

(2)近年来，广州市城市土地集约利用水平稳步提高，城市复合生态系统及其子系统也基本朝着有序的方向发展，但也不能忽视发展过程中出现的短暂无序化发展征兆。因此，广州市在推进节约集约用地试点示范工作中必须注重人口、土地、环境与经济发展的协调关系。通过对广州市与广东省的纵向与横向对比发现，广州市环境保护投入仅相当于广东省的平均水平，这与其所发挥的试点示范作用极不匹配。因此，广州市应加大环境保护投入，以进一步提高城市土地集约利用水平。

(3)改进熵值模型在土地集约利用评价过程中不仅有效克服了主观赋权法所带来的人为影响，也避免了熵值模型计算中极端值处理问题，是一种有效的客观评价方法。

(4)囿于数据连续性和时序性所限，广州城市土地集约利用度的驱动力分析还有待进一步研究，且在未来集约评价研究中，评价指标的选取应尽可能选择具有针对性、连续性、可比性的综合指标，以便开展纵向和横向对比分析;如有可能，应对广州市集约评价结果的空间分布特征进行研究，以便为实施差别化的土地集约利用政策提供理论依据和数据支撑。

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