城市土地混合利用测度研究

包宇

摘要：采用了熵指数和相异指数两种土地混合利用测度，以深圳市第二次土地调查的数据为处理对象，研究深圳市土地混合利用现状。结果表明，深圳市土地类型中林地和工矿仓储用地的熵指数最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之间的占地面积和分布程度的差异都很大。由此可知，深圳市的城区土地是以工业用地为主，工业用地面积远大于其他用地，进而推得深圳市的经济发展也以第二产业为主。

关键词：土地混合利用；测度；深圳市

中图分类号：TU984.11 文献标识码：A 文章编号：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个特定的城市街区中，拥有的与市民生活密切相关的土地功能种类所占比重的综合组成状况。一般而言，在一定的地区内，该区块所负荷的功能类型越多、所承受的功能压力越重，这个区块的混合利用程度就越高。有专家学者尝试借助“信息熵”的概念来度量城市土地利用的多样性和混合度[1]。

城市土地具有高投入、高产出的特点，城市土地的使用效率和集约水平比农业土地高，土地集约利用也是城市土地的基本特性。与此同时，城市化要求城市土地资源必须要合理配置，即要合理地利用土地、资源、资本和技术，在时间和空间上充分挖掘城市土地的潜力，获得城市土地最佳的综合效益。随着中国第二、第三产业的迅猛发展，城市化水平的不断提高，人口的不断增多，城市开发与建设带来的土地利用短缺问题和土地的供需矛盾将日渐明显。所以，在城市的建设和规划中，必须将土地混合利用摆在重要的位置上[2]。

城市土地混合利用直接影响着市民的交通出行，而它带来的最重要的作用，就是通过城市功能的集中、就近提供便利设施来减少居民不必要的出行需求[3-8]。混合功能是城市建成区的存在方式，也是城市土地使用的理想状态，是城市可持续发展的必要途径和必然结果。

随着人类社会的发展和进步，居民生活水平的不断提高，人们不仅要求居住地区周边有良好的自然环境，也要求有足够近距离的商业圈、文化教育中心、文体卫生中心等，这就要求城市土地在功能上足以应对居民的需要。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进城市的紧凑发展，避免“摊大饼”式的城市蔓延，通过城市规划的手段促进混合型城市的形成[9，10]。

本研究从理论上探寻土地混合利用的测度，介绍不同的测度对于研究土地混合利用的优缺点，再以深圳市为例，使用测度探寻深圳市土地混合的利用类型，并给出分析与展望。

1 土地混合利用测度的指标

测度之间的最根本区别在于是否根据一个地区的土地利用分布计算为整体来看，或者是否利用细分从更小的尺度来分析土地利用分布。如果测量只利用了土地利用类型的面积范围内的总量，则定义为整体测度；如果利用了土地利用测量在地区的精细水平，则定义为分区测度。一般情况下，整体测度往往反映了土地利用的平衡，或者反映各类用地在整体上是否比例一致；而分区测度往往反映土地利用的均匀度，或者反映两个地块之间的相似程度。在实践中，应用整体测度，往往是针对小地区，如居民区；而对于较大的地区，如城市或城镇，分区测度则应用得更加频繁。整体测度包括了百分比、平衡指数和熵指数；分区测度包括阿特金森索引、聚簇索引和相异指数。

2.1 整体测度

整体测度只能测量出土地利用类型的面积或分析单位内的总体分布。

2.1.1 百分比和比例 百分比是相同类型的数量的比率，而比例可允许两种不同类型的数量之间存在相对值。百分比研究的仅仅是土地利用类型的现有比例。

2.1.2 平衡指数（BAL） 平衡指數是用来测量两种不同类型的土地利用的程度，或是在一个区域内彼此制衡的一组土地利用活动的测度。平衡指数范围在0～1这个区间内变化，它的取值越高，说明土地利用混合程度越大，即地块内土地利用类型越多。

BAL=1-■ （1）

其中，a是平衡因子，X和Y分别代表两种不同类型土地的占地总量。

变量a=X*/Y*是一个反映土地相对平衡的调整因子，如果理论上的X和Y的预期水平基本接近时，就没必要设置调整因子了。

2.1.3 熵指数（ENT） 熵指数是衡量土地利用结构的一种测度，它也需要考虑区域内的两个或两个以上土地利用类型的相对百分比。

ENT=-[∑■■Pjln（Pj）]/ln（k） （2）

其中，Pj是某种类型土地面积占总研究区域面积的百分比，k是该种类型的土地的面积数值。

熵指数关于土地利用类型也是对称的。当一种土地利用类型占主导地位，大部分地区将出现类似的低相对熵指数，即比例越大，混乱程度就越低。

2.2 分区测度

2.2.1 缓冲区分区测度 分区测度能够用不同的地理方法，其中分区将定义为某一固定距离周围的一组兴趣点。每一个区都是独立存在的，并且以该地区的土地总量来度量。这种方法称为分区测度的缓冲方法。

2.2.2 阿特金森指数（ATK） 阿特金森指数测量的是不同地区之间特定的某种土地利用类型的均匀度水平，取值介于0～1之间，以0表示土地功能最多，混合程度最大；1则表示土地功能越单一，土地的使用混合程度越小。设Si为区域i中非住宅用地Y的百分率，阿特金森指数定义为：

ATK（Y）=1-[■∑■■（■）1-ε]（1/1-ε）

=1-[■∑■■（Si）1-ε]（1/1-ε） （3）

其中，Si表示区域中非住宅用地的百分率，y表示区域中非住宅用地的占地面积，n表示区域中非住宅用地的区块数。

2.2.3 集群指数（CLST） 集群指数原本是对原产于住宅和收入划分的研究，可以用来衡量少數民族在空间聚集的程度。设Y是某一区域内非住宅用地的总量，令Si为区域i内非住宅用地的百分率，设yi和zi分别对应区域i内的非住宅用地和用地总量。i和i*是区域的数目，而dii*表示两个区域之间的物理距离。

CLST（Y）=■（4）

2.2.4 相异指数（DIS） 相异指数衡量的是不同土地分布区在一定范围内的使用程度，类似于在该地区的整体分布情况，因此，它可以作为区域之间土地使用分布均匀性的度量。该指数的范围为0～1，并且0对应组合的更高水平。这个测度适用于两种以上的土地利用类型。对于两种的情况，设ri为区域i住宅用地的百分率，si为i中非住宅用地的百分率。公式为：

D=0.5∑■■|ri-si| （5）

这个公式也可以用于多种土地利用类型的情况：

D（k）=■∑■■■∑i|Zrij-Zi| （6）

相异指数容易计算，在估计土地用途分布的均匀程度中比较有效。

如上所述，这些测度之间最重要的概念区别存在于整体测度及分区测度之间。整体测度是最容易计算的，但也是对于变化的土地利用格局最不敏感的。土地利用结构必然意味着两个或两个以上土地利用类型的审查。在两个相互排斥的土地利用类别的情况下，其中一个土地利用类别的数量惟一地决定了其他的量。因此单维度的测度在某些情况下也是有意义的，特别是有一个单一利用类型占据了主导地位，比如说居住区域小土地的使用变化。

3 深圳市土地混合利用测度实证研究

3.1 研究区概况

深圳位于中国南部海滨，毗邻香港，地处广东省南部，珠江口东岸，东临大亚湾和大鹏湾；西濒珠江口和伶仃洋；南边深圳河与香港相联；北部与东莞、惠州两城市接壤。辽阔海域连接南海及太平洋。深圳是中国重要的海陆空交通枢纽城市，其皇岗口岸实施24 h通关。

本研究的研究区域为深圳市主城区。深圳市下辖6个行政区和4个新区，行政区分别是福田区、罗湖区、南山区、盐田区、宝安区和龙岗区，新区分别为光明新区、龙华新区、坪山新区和大鹏新区（图1）。深圳市总面积约为1 996.85 km2。深圳市常住人口约有1 062.89万人，其中户籍人口为310.47万人，非户籍人口为752.42万人，下辖57个街道、790个居民委员会。

深圳作为中国改革开放的先锋城市，市场经济发育程度较高，城市规划体系的变革一直在进行适应和调控市场经济趋向合理发展的探索[11]。因此，对于深圳市的土地混合利用研究和分析，将会对大城市的城市化进程和发展非常有意义。

3.2 研究数据及方法

本研究的数据来自于第二次全国土地调查后完成的各级土地利用现状图（图2）。利用ArcGIS 10对本次图像进行分析研究，分别利用整体测度和分区测度中的熵指数和相异指数，最终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现状

3.3.1 熵指数计算 针对14种土地类型使用熵指数进行运算，结果见表1。

由表1可知，深圳市林地的熵指数最高，为0.018 1；工矿仓储用地的熵指数次之，为0.014 9；特殊用地的熵指数最低，为0.001 8。由于熵指数表示的是土地利用类型的混乱程度，因此，某种类型的土地熵指数越高，该类型土地的混乱程度越高，分布越离散；某种类型的土地熵指数越低，该类型土地的混乱程度越低，分布越集中。结果表明，深圳市林地的熵指数较高，格局较分散，分布状态也较为破碎（图3）。

深圳市的工矿仓储用地的熵指数次之，格局较为规整，分布也相对集中。而深圳市的特殊用地的熵指数最低，格局最为工整，分布也最集中。从熵指数的对称性也能推断出，林地在深圳市分布较为分散，对于城市规划而言也很难将林地具体圈定在某个范围之内，并且深圳市现在在走绿色发展经济的路线，着力点也慢慢转移到环境保护、资源节约的经济发展战略上面；工矿仓储用地的分散则是因为深圳市经济以第二产业为支柱（图4）。

本研究结果表明，深圳的土地利用格局与深圳市的经济建设格局息息相关。

就第一产业而言，深圳市耕地量较少，耕地熵指数较低，这说明农耕并不是深圳市农业的主导。相对的，种植园地无论在占地百分比上还是在混乱程度上都远高于耕地。由此可知，种植园地的分布在深圳市比耕地的分布更加广泛。

就第二产业而言，深圳市工矿仓储用地数量之多、比例之大、分布之广，充分反映了深圳市工业发展的兴旺和发达。一定的工业基础，必定会有一定的用地需求，而这种用地需求会要求深圳市在规划过程中增加工矿仓储用地的比例，使得土地混合利用中，工矿仓储用地的百分比和熵指数变大。

3.2.2 相异指数计算 对数据进行相异指数运算的过程中，为了简便计算，只涉及住宅用地和非住宅用地两种土地类型。

在ArcGIS 10中生成适用于本研究的鱼网，即1 000 m×1 000 m的方格区域。然后用鱼网来截取数据地图，从而使得鱼网的每个网格都截取在原始底图上面。将每个网格中的住宅用地和非住宅用地的比例做差，然后将这些差值积分并除以2，最终得到深圳市住宅用地与非住宅用地的相异指数。

通过计算得到深圳市关于住宅用地和非住宅用地的相异指数为37.163 4。由相异指数的性质可知，差值越大，说明两种土地利用类型的占地面积差异越悬殊，即非住宅用地在深圳市的土地利用现状占主导位置[12]。之所以出现这样的结果，是因为深圳市是由工业发展拉动其他产业发展的。因此，深圳市的住宅用地相对于非住宅用地的占地面积和单位面积土地内的比例要小得多。

4 小结与讨论

4.1 小结

本研究从多种土地利用测度选取了熵指数和相异指数，研究深圳市的当前土地混合利用的现状，并针对研究的结果进行分析，实现了对深圳市土地混合利用现状的研究调查。研究得出如下主要结论：

1）深圳市土地類型中林地和工矿仓储用地的熵指数最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之间的占地面积和分布程度的差异都很大。由此可知深圳市的城区规划是以工业用地为主，工业用地面积远大于其他用地。因此，深圳市的经济发展也以第二产业为主。

2）深圳市土地利用现在处于工矿仓储用地、非住宅用地占主导位置的格局。

4.2 讨论

本研究虽然在测度的选取上力求创新，但由于时间、数据、水平的限制，还有所不足。

1）关于测度指标的使用。本研究的测度选取的是熵指数和相异指数。其中，熵指数只能对照不同地类地块的混乱程度，也可以通过可视化看到不同地类的分布，但在城市规划的过程中，不同的土地类型之间不是相互独立的，它们也会互相作用和影响，具体到各种地类地块之间的作用，熵指数几乎不能反映。相异指数是通过网格分割地图计算土地类型的百分比，由于只能体现不同土地类型之间的差异，而无法分析出两者或多者之间的互动关系，因此这两种测度也分别存在着不可避免的局限性。

2）关于测度的基本单元。本研究运用的熵指数和相异指数均属于在矢量数据上面做的研究，得到的结论是深圳市整体的土地利用分布。如果能够将栅格数据使用到研究过程中，得到小范围地块内的土地类型，效果会更好，研究的意义会更大。因此，今后的研究中，应当注重栅格数据的使用。

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