TOD下城市轨道交通与土地利用的协调关系评价

谢秉磊,丁 川

(哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳518055)

TOD下城市轨道交通与土地利用的协调关系评价

谢秉磊*,丁 川

(哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳518055)

构建了TOD模式下城市轨道交通与土地利用的协调关系评价指标体系,通过修正的数据包络分析(DEA)方法对城市轨道交通与沿线土地利用的协调关系进行了评价与排序.将不同输入、输出指标进行均值化处理,通过分析不同指标间的松弛变量和剩余变量,得出各个指标对城市轨道交通与土地利用协调发展的影响程度.根据DEA有效前沿面投影理论,提出DEA无效决策单元实现协调发展时应达到的标准,为无效决策单元的改进提供了参考.以美国阿勒格尼为案例进行分析,结果表明:该评价方法分析结果与实际情况一致,能够较好地评价城市轨道交通与土地利用的协调关系.

城市交通;轨道交通;协调关系;土地利用;DEA模型;TOD模式

1 引 言

城市交通与土地利用之间存在着复杂的互动关系.一方面,城市交通改变了不同区域的可达性,进而深刻影响其土地利用;另一方面,土地利用是城市交通产生的源泉,一个城市的土地利用模式及功能布局在整体上决定了该城市的交通需求总量、主要交通流向分布等[1,2].

大容量、快速且低污染的轨道交通在满足城市交通需求的同时,也加强了中心城区的商贸、就业活动,激发了沿轨道交通线向城市外围开发的动力.褚浩然等结合北京市的特点,从土地集约化程度、交通系统效率及服务水平、环境质量等3个方面选取指标,建立了基于宏观与中观的评价指标体系[3].杨励雅等为了分析评价我国16个典型城市的交通与土地利用协调关系,提出了从宏观角度出发的基于 TOD(Transit Oriented Development, TOD)模式的评价指标,该指标体系未考虑交通与土地利用的互动关系,仅将其作为两个互为输入输出的系统[4].北卡罗来纳大学和Curtis针对美国大城市分散式、低密度的发展模式,建立了交通与土地利用的协调关系评价指标体系[5,6].从目前研究来看,对城市交通与土地利用的协调关系评价大都集中于宏观层面,而对城市轨道交通与沿线土地利用协调发展的探讨则以定性分析居多.

在TOD模式下进行土地开发时,由于在不同阶段不同开发主体有着不同的诉求,很可能未严格按照TOD规划方案实施,偏离了城市轨道交通与土地利用的协调规划,实际上变成了与公交相关联的城市开发(Transit Related Development,TRD).因此,在TOD模式下土地开发的不同阶段,需要对城市轨道交通与沿线土地利用协调发展的实施效果进行跟踪和评价,识别出影响城市轨道交通与土地利用协调发展的主要因素,并指出改进的方向,以此作为下一阶段规划建设调整的依据.

2 TOD模式下城市轨道交通与土地利用协调发展的评价指标体系

2.1 评价方法的选择

DEA适用于多输入、多输出系统的相对有效性评价,而且该方法无须对输入、输出指标数据进行无量纲化处理,不受指标间计量单位不同的影响,不需要预先给定输入输出指标的权重,排除了许多主观因素.DEA法不仅可以对决策单元的有效性做出判断,而且还可以进一步分析DEA无效决策单元产生的原因,从而提出改善对策.

2.2 评价指标体系的构建原则

评价指标应能充分反映TOD模式下土地利用的特征,以确定TOD社区的土地开发是否与轨道交通系统相适应,是否能实现两者的协调发展,避免开发不足造成轨道交通资源浪费,又防止过度开发,使交通需求超过轨道交通系统的供给能力.在保证评价指标多样性的同时,应避免轨道交通系统指标或TOD社区土地利用系统指标的强相关性.同时,应确保指标数据易获得且能够量化处理.

2.3 评价指标的选取

在遵循评价指标选取原则的基础上,构建TOD模式下城市轨道交通与土地利用的协调关系评价指标体系,如表1所示.

表1 轨道交通与土地利用的协调关系评价指标体系Table 1 Evaluation index system of coordinated relationship between urban rail transit and land-use

3 TOD模式下城市轨道交通与土地利用协调发展的评价模型

3.1 考虑排序的修正DEA模型

DEA基本模型只能对决策单元的有效性做出判断,DEA无效的决策单元可根据它们的相对效率值大小进行排序,而DEA有效决策单元的相对效率值均为1,理想点单元法、最差单元法等可用来解决DEA有效决策单元的排序问题.本文采用理想点单元法对DEA有效决策单元进行排序,不仅能保证对DEA有效决策单元排序的完全性,而且运算量较小,其基本思想如下[7]:

构建一个新的决策单元DMU*作为参照,为保证它的DEA有效性,输入输出分别为所有DEA决策单元的输入指标最小值和输出指标最大值,将参照决策单元DMU*加入生产可能集,应用线性C2R模型确定参照决策单元DMU*权系数ω和μ,即

解线性规划获得最优解ω*和μ*,计算决策单元DMUj的排序效率指数

3.2 不同指标对协调性影响程度的分析

由于输入、输出指标之间的不同单位,使得不同指标对协调性影响程度难以确定,因此应对输入、输出指标数据进行处理,但同时应保证不改变原指标数据的分布规律,保留各指标之间的差异程度,以免改变DEA评价的结果.均值化处理能够满足以上要求,如式(3)所示.式中 xij为DMUj对第i种输入的投入量;i为第i种输入的均值;yij为DMUj对第i种输出的产出量;i为第i种输出的均值.

将数据均值化处理之后,DEA评价结果中不同指标之间的松弛变量s-和剩余变量s+具有了可比性,松弛变量s-表示输入指标没有被充分利用的量,剩余变量s+表示输出指标中与DEA有效时存在的不足量,通过比较不同输入指标的松弛变量以及输出指标的剩余变量,可得出不同输入、输出指标对协调性的影响程度.

张仲平心里暗笑，敢情人家把你当司机了，他不想搭理她，用手示意曾真不要说话，然后假装打着电话：“好好……那不行，行……好好。行，那不行。不是，我的意思是说……好好好，你说你说你先说……”

3.3 DEA无效单元的改进

具有非阿基米德无穷小量ε的C2R模型中,λj使各个有效点连接起来形成了有效前沿面;非零的s+和s-使有效前沿面可以沿水平和垂直方向延伸,形成包络面.若s0i-＞0,则表示第i指标没有被充分利用的量为s0i-;若s0r+＞0,则表示第r种产出指标与最大产出值尚有不足量为s0r+.

根据DEA投影原理可得出:

式中 s0r+、s0i-和 θ0是最优解,则 (x^ij0,y^ij0)为DMUj0对应的(x0,y0)在DEA的相对有效面上的投影,它是DEA有效的.通过此过程可确定出轨道交通与TOD社区土地利用协调发展时不同指标的具体数值,这为改进DEA无效的决策单元提供了参考,为进一步的规划建设调整制定政策提供了理论依据.

4 案例分析

TOD模式在我国引起广泛的关注,但轨道交通系统与TOD社区土地利用协调发展的相关数据较难获取.2003年,美国宾夕法尼亚州阿勒格尼县确定沿West Busway轨道线进行节点式TOD模式开发,相关数据较为完整.因此本文选取 West Busway沿线 5个 TOD 社区 (Carnegie、Bell、Idlewood、Crafton、Ingram)为决策单元,相关数据如表2所示,对TOD模式下轨道交通与土地利用的协调关系进行评价.

表2 原始调查数据Table 2 Original survey data

4.1 指标数据检验

界定相关系数绝对值大于0.7即为强相关,轨道交通与TOD社区土地利用的指标间最大相关系数小于0.7,不属于强相关,因此满足指标选取的要求,无需重新选择指标或修正模型[8].DEA法以相对效率评价为基础,输入越小,输出越大,其相对效率越高.因此,输入指标应为逆向指标,即越小越好的指标;输出指标应为正向指标,即越大越好的指标.当轨道交通系统为输入时,公交站点运能利用率和公交出行分担率为正向指标,因此需对其进行逆向化处理,取公交站点运能利用率和公交出行分担率的倒数,以此作为DEA模型输入指标,TOD社区土地利用系统指标均为正向指标,可直接作为DEA模型输出.

选取具有非阿基米德无穷小量ε的C2R模型,取ε=10-10.将轨道交通作为输入,TOD社区土地利用作为输出,在选定的指标体系下运用MATLAB编程求解出相对于轨道交通与TOD社区土地利用的协调发展指数,DEA评价结果如表3所示.

表3 DEA评价结果Table 3 Evaluate results with DEA model

由表3可看出,DMU2和DMU3均为DEA有效决策单元,协调发展指数θ均为1,为了对这两个社区的协调发展水平进行排序,需增加一个新的决策单元DMU*作为参照单元,决策单元DMU*的输入指标与输出指标分别为

应用考虑排序的修正DEA模型,轨道交通与5个TOD社区土地利用的协调发展水平排序结果如表4所示.

表4 TOD社区协调发展指数排序Table 4 Rank of coordinated growth index of TOD communities

由DEA评价结果可看出,5个TOD社区轨道交通与土地利用的平均协调发展指数θ=0.916 8,整体协调发展状况较好,但相对来说较偏远的Crafton和 Ingram两个 TOD社区协调程度有待提高.

4.3 DEA无效决策单元的改进

根据DEA投影原理,计算出DEA无效决策单元在相对有效面上的投影值,即TOD社区轨道交通与土地利用协调发展时应达到的指标值,如表5所示.

表5 DEA无效决策单元的有效前沿面投影值与现状值比较Table 5 Projection values of effective froutier and status values of DEA invalid DMU

在表5中,各指标如达到DEA投影值的要求,则各决策单元均为DEA有效,即城市轨道交通与沿线TOD社区土地利用达到了协调发展,这可为城市轨道交通与沿线TOD社区土地利用的进一步发展提供参考.

5 研究结论

本文构建了TOD模式下城市轨道交通与沿线土地利用协调关系评价指标体系,运用修正的DEA模型对城市轨道交通与沿线土地利用协调发展水平作出了评价,将不同输入、输出指标数据均值化处理,通过分析不同指标间的松弛变量和剩余变量,得出了不同指标对协调性的影响程度.利用DEA投影原理,提出了DEA无效决策单元达到协调发展时的指标值,为我国现阶段城市轨道交通建设及沿线土地利用开发的协调关系评价提供了理论与方法基础.

[1]Waddell P,Ulfarsson G F,Franklin J P,et al. Incorporating land use in metropolitan transportation planning[J].Transportation Research Part A,2007, 41(5):382-410.

[2]Yim K K,Wong S C,Anthony Chen,et al.A reliability-based land use and transportation optimization model[J].Transportation Research Part C,2011,19(2):351-362.

[3]褚浩然,王江燕,周延虎,等.北京市土地利用与交通发展评价指标研究[J].城市交通,2008,6(5): 30-35.[CHU H R,WANG J Y,ZHOU Y H,et al.A study on indicators ofevaluating land use and transportation developmentin Beijing[J].Urban Transport of China,2008,6(5):30-35.]

[4]杨励雅,邵春福,聂伟,等.基于TOD模式的城市交通与土地利用协调关系评价[J].北京交通大学学报, 2007,31(3):6-9.[YANG L Y,SHAO C F,NIE W,et al. Evaluation on relationship between urban transportation and land use based on TOD[J].Journal of Beijing Jiaotong University,2007,31(3):6-9.]

[5]University of North Carolina.Report on the theory and practice of integrated land use and urban transportation[R].North Carolina:University of North Carolina.2006.

[6]Carey C. Evolution oftransit-oriented development model for low-density cities:a case study of perth's new railway corridor[J].Planning Practice and Research,2008,23(3):285-302.

[7]王卓,王金祥.基于理想点法的DEA有效单元的效率评价及应用研究[J].科学管理研究,2008,26 (1):67-69.[WANG Z,WANG J X.Research on evaluation of efficient DEA units based on Ideal point method and its application [J]. Scientific Management Research,2008,26(1):67-69.]

[8]张俊容,郭耀煌.评价指标与 DEA有效的关系[J].系统工程理论方法应用,2004,13(6):520-523.[ZHANG J R,GUO Y H.The relationship between the number of factors and DEA efficiency [J]. Systems Engineering-Theory Methodology Application,2004,13(6):520-523.]

An Evaluation on Coordinated Relationship between Urban Rail Transit and Land-use under TOD Mode

XIE Bing-lei,DING Chuan
(Shenzhen Graduate School,Harbin Institute of Technology,Shenzhen 518055,Guangdong,China)

This paper establishes an evaluation index system of coordinated relationship between urban rail transit and land-use under TOD mode.The evaluation results and rank are generated by the improved DEA model.Different input/output indexes are standardized through further analysis of different indexes'slack variables and surplus variables.The influencing degrees of different index factors to the coordinated relationship are examined.The improved directions of DEA invalid decision making units(DMU)are also analyzed through the DEA projection theory,which provides an improved reference to the invalid DMU.A case of Allegheny country in U.S.is conducted to verify the evaluation method,and the results show that the evaluations mach well with the real situations.It is an effective way to evaluate the coordinated relationship between urban rail transit and land-use under TOD mode.

urban traftic;rail transit;coordinated relationship;land-use;DEA model;TOD mode

U491.1

A

1009-6744(2013)02-009-05

U491.1

A

2012-09-21

2012-11-20录用日期:2012-12-07

国家自然科学基金资助项目(71173061,70903018);北京大学——林肯研究院城市发展与土地政策研究中心,论文奖学金资助项目(DS20120901).

谢秉磊(1975-),男,陕西凤县人,博士,副教授.

*通讯作者:xiebinglei@126.com.