城市轨道交通与土地利用的耦合协调度评价——以上海市为例

董 魏，刘魏巍，董洁霜

（上海理工大学 管理学院，上海 200093）

目前，国内外许多研究认为“耦合”要同时考虑系统组成元素之间在相互作用时所表现出的相互依存性和不确定性[1-2]，虽然对于“耦合”方法的研究时间不长，但其应用领域已经比较广泛.文献[3-4]从耦合发展的角度对城市交通、城市化发展和城市空间形成等进行分析，指出城市交通与土地利用在发展过程中存在互动耦合的关系.刘耀彬等[5]从城市化与生态环境交互耦合的角度提出二者的协调体系，其中将耦合度作为耦合系统协调度的看法值得商榷.目前，对于轨道交通与土地利用发展的论述多集中在城市空间范围内.国外研究者HEART 等[6]研究了城市形态等布局因素对交通系统的影响，并对公共交通与土地利用进行了整合分析.2007 年，Yang 等[7]评价了我国城市扩张过程中土地利用的可达性和机动性，对中国交通与土地利用的关系进行界定，分析了土地利用可达性与机动性的不确定性.文献[8-9]从轨道交通与城市空间结构发展的角度，分析了轨道交通对城市空间优化的作用和产生的社会效益.文献[10-11]从轨道交通站点与城市中心体系空间重叠一致的角度阐述了空间耦合的原则，指出轨道交通会对城市空间结构、土地使用和空间品质产生重大甚至是根本性的影响.

目前，关于轨道交通与土地利用之间协调发展的研究多集中于定性分析，很少从轨道交通与土地利用组成的大系统出发，探讨2 个子系统之间的互动耦合关系.因此，为了深入研究轨道交通系统与土地利用系统之间的协调发展程度和互动效应，本研究将轨道交通与土地利用看作2 个子系统，以两者耦合成的大系统为研究对象，结合系统论的方法[12]，建立综合评价指标体系，构建耦合协调度模型，并以上海市为例，对其轨道交通-土地利用系统进行分析.

1 轨道交通与土地利用耦合协调度模型的建立

1.1 轨道交通与土地利用的耦合协调度

轨道交通与土地利用的耦合协调度是指在一定的资源约束下，对轨道交通与土地利用中的人口、经济、社会和环境的协调发展进行量化研究，测量轨道交通-土地利用系统的协调性，以充分发挥城市轨道交通与土地利用相互促进、良性互动的各项功能.

1.2 耦合协调度的计算模型

轨道交通与土地利用存在一定的耦合关系，2个系统相互影响、相互依赖，构成了1 个更大的系统，即轨道交通-土地利用耦合系统.轨道交通-土地利用耦合系统是1 个复杂而无规律的系统，在这个系统内，子系统之间相互作用，各要素之间相互影响.

1.2.1 综合发展水平测度

一个耦合系统的子系统由若干个指标组成.设子系统有n 个评价指标，分别为x1，x2，…，xn，它们的功效函数可表示为

式（1）中：dij（0≤dij≤1）为系统i 指标j 的功效数，反映了目标达成的满意程度，当dij=0 时，为最不满意，当dij=1 时，为最满意；为系统指标的最大值；为系统i 指标j 的最小值；xij为i 系统指标j 的值.当指标数值较大，对系统有利时，选择式（1a），反之选式（1b）.利用线性加权法对各子系统的各自综合发展水平进行测算，

式（2）中：Ui为子系统i 某年的综合评价值；wij为子系统i 指标j 的权重，

1.2.2 耦合协调度评价模型的建立

城市轨道交通系统和土地利用系统之间存在着互动发展关系，二者是相互影响、相互制约的耦合交互体，利用一定时间序列的相关指标定量测度2 个系统的耦合关系和协调度可以反映二者间的耦合协调发展状况.借鉴物理学中的容量耦合（Capacitive Coupling）概念及容量耦合系数模型，可以建立多个系统相互作用的耦合度模型[13].

如果耦合系统由m 个子系统组成，则耦合系统的耦合度为

式（3）中：C 为系统的耦合度；Ui为子系统的综合评价指数.

耦合度C 虽然可以表示耦合系统中轨道交通与土地利用之间的协调程度，但在有些情况下却很难反映出轨道交通与土地利用的实际水平和状态.如U1（t，x）和U2（t，x）的得分均较低时，同样可以得到2 个系统协调度较高的结果，但这显然不符合事实.因此，为了评判不同区域轨道交通与土地利用交互耦合的协调程度，同时还能反映出轨道交通和土地利用水平的相对高低，构建耦合协调度模型如下：

式（4）和式（5）中：D 为系统耦合协调度；C 为系统耦合度；T 为系统间综合协调指数，反映子系统综合发展水平对协调度的贡献；Ui为系统i 的总贡献；αi为待定权重，反应系统的重要性程度.

1.3 评价标准

耦合协调度值D∈[0，1]，当D=1 时，耦合协调度最大，系统内达到良性共振耦合，系统趋向新的有序结构；当D=0 时，耦合度极小，系统内处于无关状态，系统将无序发展.为了更清楚地反映系统间耦合协调发展的程度，参考前人的研究成果[14]，采用均匀分布函数拟定协调度的等级和划分标准，耦合协调度评价标准如表1 所示.

表1 耦合协调度评价标准Tab.1 Criteria for evaluating coupling coordination degree

2 上海市轨道交通与土地利用耦合协调度评价

2.1 指标体系的建立和数据来源

城市轨道交通与土地利用系统是非线性的复杂系统，对于复杂系统的测度，需要采用多指标综合评价分析方法.其中，选取出与轨道交通发展关联度较高的7 项轨道交通指标，如表2 所示.

表2 轨道交通系统评价指标体系及其权重Tab.2 Indexes and their weights of rail transit system

土地利用系统指标的选取运用系统论的方法，分别从经济效益、社会效益和环境效益3 个方面选取大量的指标，并根据各指标与轨道交通综合发展能力的灰色关联度从中选取出18 个土地利用评价指标，如表3 所示.

本评价所用轨道交通数据主要来源于2001—2011 年《上海年鉴》，并以2001—2011 年《上海综合交通年度报告》和《上海第4 次综合交通调查总报告》数据作为必要补充.土地利用效益指标数据来源于2001—2011 年《上海年鉴》，并以2001—2011 年《上海房地产年鉴》作为必要补充.

表3 土地利用系统评价指标体系及其权重Tab.3 Indexes and their weights of land use system

2.2 上海市轨道交通与土地利用耦合协调度的计算与评价

2.2.1 上海市轨道交通与土地利用耦合协调度计算

上海市轨道交通与土地利用耦合协调度的具体计算过程为：

（1）指标值的无量纲化.根据式（1）对上海市轨道交通和土地利用指标值进行无量纲化处理.

（2）权重的确定.由于各地区的经济发展水平不同，指标权重的确定要根据不同地区的实际情况来确定，因此具有较强的主观性.本研究采用特尔菲法确定指标权重，请政府有关部门的专家和高校有关专业（城市规划、地理、土地管理、区域发展、经济学）的学者对评价指标权重进行打分，并对专家的打分进行整理，抛弃偏低或偏高的分值，然后将整理结果分发给各位专家，请他们再次打分，再对专家的打分进行整理，反复2 次，最终得出上海市轨道交通系统与土地利用系统效益综合评价指标体系中各因子的权重，如表2 和表3 所示.

（3）上海轨道交通与土地利用系统综合发展水平及耦合协调度的计算.轨道交通是土地利用“循环与累积效应”的重要诱导剂和强大触发力，是研究的着眼点，两者的发展相辅相成，所以轨道交通和土地利用同等重要，故设α1=α2=0.5.得到上海市轨道交通与土地利用综合发展水平及耦合协调度的结果如表4 所示，其中U1为轨道交通综合发展评价值，U2为土地利用综合发展评价值.

表4 上海市轨道交通与土地利用综合发展水平及耦合协调度等级划分Tab.4 Ranks of comprehensive development level of rail transit and land use and coupling coordination degree of Shanghai city

2.2.2 上海市轨道交通与土地利用综合发展水平及耦合协调度分析

根据以上计算分析得出2000—2010 年上海市轨道交通与土地利用的综合发展水平及耦合协调度的变化趋势，如图1 所示.

由图1 可以看出，2000—2010 年上海市轨道交通和土地利用综合发展水平的上升趋势明显，土地利用发展水平一直超前于轨道交通的发展，通过对轨道交通和土地利用的综合评价值进行相关性分析，发现两者相关系数高达0.968，相关关系显著，具有一种耦合互动的发展关系.从轨道交通发展状况看，其综合发展水平在2003 年和2004 年出现了下降趋势，这是由于随着上海轨道交通规模的扩大，运营能力不断提高，但利润总额却出现下滑，乘客换乘节点数依然保持4 个.这说明轨道交通在建设发展中，要兼顾投资与效益，设计上要注重乘客的便利性，增强乘客的可达性.由图1 可知，为了服务于未来的交通出行以及2010 年的世博会，上海市的轨道交通在2006 年之后呈现了良好的发展态势.从土地利用发展状况看，上海市土地利用的综合发展评价值从2000 年的0.129 发展到2010年的0.864，说明上海市土地利用状况得到明显改善，对轨道交通发展的需求和支撑作用也快速增强.

上海市轨道交通与土地利用系统间的耦合协调度整体水平较低，但增长趋势明显，协调等级从失调逐步向协调转变，整个过程总体上可分为3 个阶段，第1 阶段为2000—2004 年的失调阶段，第2 阶段为2005—2006 年的濒临阶段，第3 阶段为2007—2010 年的协调阶段.这表明上海市在2005年之前轨道交通与土地利用的协同效应较弱，彼此间促进作用不强；随着轨道交通与土地利用综合发展水平的提高，两者的互动效应逐步增强，在2010年达到较低的初级协调水平，由此可见，轨道交通与土地利用系统的可持续发展水平还有待提高.促进上海市轨道交通与土地利用系统由初级协调向良好协调以至优质协调发展还需合理加大轨道交通的建设，提高土地利用的发展水平.

3 结论

城市轨道交通系统与土地利用系统存在着相互影响、相互制约的关系，利用耦合协调度模型可以很好地评价二者的耦合协调状况和互动关系.本研究利用耦合协调度模型对上海市轨道交通系统和土地利用系统耦合协调度进行分析，拓展了该模型的应用范围，并得到以下结论：

（1）一个时期轨道交通与土地利用之间的耦合协调度的高低并不代表其绝对水平的高低，只能揭示某一时期轨道交通与土地利用的和谐发展程度，并以此来判别两者可持续发展的相对态势.

（2）上海市轨道交通与土地利用之间的耦合协调度的改进与提高是一个长期的、渐进的过程，应以政府为导向，实施轨道交通与土地利用协调可持续发展战略，重点做到整体研究、综合规划，以轨道交通支撑城市空间发展，以城市发展带动轨道交通建设，做到共同发展、协调共进.

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