城市开发区土地集约利用评价——以武汉市为例

陆晓蕙，梁　勇，燕　琴，刘正军

(1. 山东农业大学信息科学与工程学院，山东 泰安 271018； 2. 中国测绘科学研究院，北京 100830； 3. 河南省丰华工程技术有限公司，河南 郑州 450000)

城市土地是城市化的基础，其在数量、质量上的差异，以及在使用过程中配比不同，城市化之后的经济发展、环境效益、社会产出也会随之不同。城市土地利用不当会造成土地外延扩张、用地粗放、效益低下等问题，这一系列问题会成为城市化的阻滞元素[1-2]。开发区是城市土地使用最为活跃的区域，资金集聚程度高、地均投资强度大是其主要特点，由于国家对于开发区建设的大力推进及计划、政策的调整，一方面让公众提前享受到了开发的成果，另一方面也造成了土地利用集聚效应不显著，土地浪费与低效利用等问题[3-4]。

土地集约利用是土地利益最大化的最佳方式[5-9]。对于开发区土地集约利用，学者作了大量的研究，主要集中于集约理论、评价方法体系的建立及集约程度的分析3方面的研究。国内对于城市土地集约的研究主要借鉴国外相关的研究理论，顾及土地利用结构和布局优化等约束因素建立土地集约理论体系[5-11]。对于评价方法体系，研究内容主要包括两方面：一是评价方法，二是评价指标及其权重确定。评价方法较为常用的有模糊综合评价法[2]、层次分析法[12]等。模糊综合评价法最初运用于交通管理、图像处理、故障诊断等领域，之后国外一些学者将该理论逐步引入土地资源评价研究中，如Schmidt[15]、Mangaraj[16]等，运用模糊综合法对土地集约利用评价能取得较为良好的结果[2,17]。评价指标主要是根据研究区域的具体情况及国家的相关政策文件确定，其对应权重的计算方式较为多样，有特尔非法、因素成对比较法、主成分分析法、熵权法等。对于集约程度的分析的研究较多，如赵小风[1]、陈莹[3]、秦鹏[13]等就对不同区域的土地集约利用程度进行了研究分析。

本文以武汉市的16个开发区为研究对象，研究选取了重要程度较高，能客观反映开发区状况的10项指标，并利用熵权法对指标赋予权重；根据模糊变换原理及最大隶属度原则，构建了模糊综合评价模型；采用ArcGIS查询统计和Voronoi图的CV值对4个集约利用的开发区进行分析，分析了这4个开发区企业、行政村、学校、医疗机构、基础服务设施的分布与利用状态。

1　研究区概况

武汉市地处华中腹地，是全国重要的工业基地和交通枢纽。目前全市拥有3个国家级开发区、12个省级开发区和1个市级开发区。3个国家级开发区分别为武汉东湖新技术开发区(R1)、武汉经济技术开发区(R2)与武汉临空港经济技术开发区(R3)；12个省级开发区分别为武汉江岸经济开发区(R4)、武汉江汉经济开发区(R5)、武汉硚口经济开发区(R6)、武汉汉阳经济开发区(R7)、武汉武昌经济开发区(R8)、武汉洪山经济开发区(R9)、武汉青山经济开发区(R10)、汉南经济开发区(R11)、武汉蔡甸经济开发区(R12)、武汉江夏经济开发区(R13)、武汉阳逻经济开发区(R14)与盘龙城经济开发区(R15)；1个市级开发区为武汉化学工业区(R16)，其区域分布如图1所示。

图1　开发区区位图

2　模糊综合评价模型构建

2.1　数据来源

各类土地面积、建设用地面积等土地数据均来自武汉市地理国情普查数据、武汉市国土规划局建设用地现状数据，税收、企业等经济数据均来自武汉第3次经济普查数据和武汉市统计年鉴，人口数据来自武汉市“两实”人口数据。因武汉开发区分布较为分散，因此数据处理方法是利用开发区边界进行分割处理从而进行统计。

2.2　评价指标确定

根据相关文件、武汉市相关专家的意见及开发区的特点，结合统计分析(因子分析)，选取重要程度较高，能客观反映开发区状况的10项指标，见表1。根据《城市土地集约利用潜力评价技术规程(试行)》及相关专家建议，对各指标集约程度制定评价标准，分为4个评价标准，分别为轻度利用、适度利用、集约利用与过度利用，见表2。

2.3　评价权重确定

确定指标权重，一般使用两种方式：主观法与客观法，主观法过于依赖专家的判断能力和先验知识。因此，本文对于指标权重值的确定采用熵权法。熵权法首先评价各指标的差异程度，然后利用信息熵计算各指标熵权，通过熵权修正评价指标权重，得到较为客观的权重值[14]。10个土地集约利用程度评价指标的权重见表3。

2.4　模糊综合评价模型确立

模糊综合评价的根据是模糊变换原理及最大隶属度原则。其主要评价流程为：①确定因素集和评语集；②建立隶属函数进行单因素评价；③建立评价因素权重分配向量；④模糊变换得到综合评价结果。

表1　指标体系

表2　指标评价标准

表3　指标权重值

2.4.1确立评语集

因素集指评判对象的各种属性或性能的集合，本文开发区作为对象，其评价指标就是对应的因素。因此，本文中的因素集可表示为

U={u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8,u9,u10}

2.4.2确立隶属度函数

根据函数的隶属形式，结合土地集约评价特点，本文采用降半梯形分布函数，其函数模型表述如下：若R表示从U到V上的模糊关系,则rij表示第i个因素对第j级评语的隶属度。建立隶属函数后，从每个单因素ui(i=1,2，…，10)出发确定对象U对决策等级Vj(j=1,2,3,4)的隶属度，得到ui对应评价结果rij(ui对于决策等级的隶属度)。

2.4.3模糊变换

由于各因素在总评价体系中的重要性不同，因此需要对其赋予权重(权重在上文中已由熵权法求出)。设wi为ui对于整个评价体系的权重，则可记W={w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w8,w9,w10}为U的权重模糊子集(或权重分配向量)。最终利用最为常用的最大隶属度原则(即取Max{bj}对应的等级作为被评土地集约等级)进行集约程度确定。

2.5　评价土地集约利用程度

根据构建的模糊综合评价模型，使用Python构建模糊计算流程脚本，输入权重及各指标值，计算武汉16个开发区的结果向量，计算流程如图2所示，并利用最大隶属度原则确定其对应的集约程度。

图2　Python脚本计算流程

各开发区模糊综合评价最终结果见表4，从表4可以看出，依据最大隶属度判断，目前处于集约开发利用的有4个区域，处于适度利用的有2个区域，其余的9个区域均为轻度利用。通过ArcGIS对开发区的集约状态进行空间可视化制图，其结果如图3所示。

表4　武汉开发区土地利用集约程度

图3　开发区集约程度空间分布

3　评价结果分析

3.1　方法及原理

利用ArcGIS，以各开发区的企业、行政村、学

校、医疗机构、基础服务设施(商业服务设施、公园、广场、高速公路出入口、加油(气)站等)的点位数据为生长点生成Voronoi图，计算其变异系数(CV值)，从而分析各开发区土地类型的空间分布特征。其中，变异系数CV是Voronoi多边形面积标准差和平均值的比值，其计算公式为

CV=标准差/平均值×100%

式中，CV可以衡量现象在空间的相对变化程度。Duyckaerts等提出3个建议值：当点集为随机分布时，CV为57%(包括33%～64%的值)；当点集为集群分布时，CV为92%(包括>64%的值)；当点集为均匀分布时，CV为29%(包括<33%的值)[18]。

3.2　结果分析

以4个集约利用开发区各项地物的点位数据为基础，利用ArcGIS生成4个开发区不同地物的Voronoi图，如图4所示。

图4　4个集约利用开发区各类地物Voronoi图

由此可以看出，武汉东湖新技术开发区、武汉临空港经济技术开发区、武汉江夏经济开发区与武汉盘龙城经济开发区的企业、行政村、学校、医疗及基础服务设施的CV值均大于33%，大多数大于64%，这说明这4个开发区的企业、行政村、学校及医疗均处于随机分布，大部分处于集群分布，见表5。

表5　4个集约利用开发区各类地物CV值

4　结论与建议

本文针对武汉市16个开发区的具体情况，对其开发区土地利用作出了评价。整体上，武汉市开发区土地集约使用状况较为良好，开发区大面积呈现集约和适度利用，1个开发区处于过度，其余处于轻度利用状态，具体表现为：

(1) 集约利用和适度利用的区域占据了整个开发区的大部分，轻度利用的开发区面积较小且大多依附于集约和适度开发区。空间分布上，处于轻度利用的开发区大多依附于集约或适度开发区，容易受到辐射带动，有较为良好的发展环境。

(2) 处于集约利用状态的有武汉东湖新技术开发区、武汉临空港经济技术开发区、武汉江夏经济开发区与武汉盘龙城经济开发区。武汉东湖新技术开发区是以光谷为核心的武汉市就业次中心，人口流动较大且各项配套设施齐全，单位土地面积的经济收益较大。武汉临空港经济技术开发区作为港口开发区，占地面积较小，但企业分布均匀。武汉江夏经济开发区区委、区政府对原开发区大力扩建，优化原有布局，使其发展状态不断提升。武汉盘龙城经济开发区企业分布较少，但其作为卧城，综合配套设施最为齐全，人居环境十分优良，生态、环境承载力较强。

(3) 武汉江汉经济开发区受开发土地资源不足的限制处于过度利用中，该区距离集约和适度开发区较远，较为孤立，应该尽快优化产业结构，调整土地使用布局。

(4) 土地集约利用评价是一个较为复杂的问题，会受到评价体系、指标评价标准、各项指标对应的权重及评价方式等诸多因素的影响，又需要大量土地数据与经济数据的支撑。本文针对武汉市开发区的具体情况，利用开发区各项经济与土地数据，构建了模糊综合评价模型，并利用Voronoi图的CV值对4个集约利用的开发区进行分析，评价结果与开发区实际发展情况吻合程度较高，表明该模型具有较高的实用性与准确性，可以作为其他地区开发区土地集约利用评价的参考模型。

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