基于多源数据下杭州地铁站点 地区耦合协调性评价

0 引言

基于此，Luca[4]从空间要素流动的角度提出了节点-场所(Node-Place)理论模型。其基本设想是改善站点地区可达性，提高站点对于所在区位的节点价值，来强化站点地区对要素活动吸引力，促进场所价值提升。相应地，无论是节点或场所价值的提高都会带来交通需求，由此实现站点及其周边正效应发展。既有研究在探究枢纽站点地区节点与场所功能的协调发展效应[5]，分析站点类型特征[6]、站点周边土地利用开发[7]和交通可达性[8]等方面有着诸多尝试。伴随着城市新兴数据与技术逐步运用，也有研究基于节点-场所模型并结合多源数据进行优化拓展[9]，应用到站域TOD效能[10]、站区空间一体化评价[11]等研究内容中。

当前，我国城市轨道交通建设进入快速发展期，但由于轨道交通与土地开发利用上存在着周期差异，导致了部分站点地区发展协调性问题突出。在这一背景下评估站点地区发展现状，发掘节点与场所功能潜力，对于优化城市空间结构，推动紧凑型城市建设方面具有重要的现实意义。因此，以杭州地铁为研究对象，运用节点-场所理论和耦合协调度模型，量化评估站点地区发展状态并分析空间差异特征，为制定站点地区发展策略提供参考。

1 研究对象、方法及数据

1.1 研究对象

选取杭州地铁1号线(一二期)共计34个站点及其地区为研究对象。杭州地铁1号线作为杭州市第一条建成运营的地铁线路，穿越杭州主城区、临平、下沙、江南副城中心等地区重要地段，连接杭州城站、杭州东站及客运中心等重要交通枢纽，对于杭州市地区发展产生重要影响。在参照有关研究以及站点实际状况后，界定以站点为中心半径800 m范围为研究区域[12]。杭州地铁1号线(一二期)站点及线路分布如图1所示。

图1 杭州地铁1号线（一二期）站点及线路分布Fig.1 Distribution of stations and lines of Hangzhou Metro Line 1 (Phase 1 and 2)

1.2 研究方法

节点-场所理论模型构建了节点和场所价值的综合评价指数坐标体系。根据站点综合评价指数将节点和场所价值区分为“从属”“平衡”“失衡节点”“失衡场所”以及“压力”5种状态：“从属”状态表示节点和场所价值处于低水平耦合状态，处于该状态是由于站点本身区位条件限制，也可能是站点地区目前处于待开发或初级发展阶段，通过合理开发策略引导能够进入“平衡”状态；“平衡”状态表示节点与场所价值相互作用明显，地区发展态势良好，一般处于成长期；处于该时期的还有“失衡节点”和“失衡场所”2种失衡状态，“失衡节点”状态表示站点交通发展相对先于或优于站点周边地区发展；“失衡场所”状态则是站点交通可达性差无法满足站点周边地区发展。这2种失衡状态需要相应策略进行干预而回归平衡；“压力”状态表示站点和场所价值得到最大利用，意味着站点交通与周边地区活动处于高度耦合，站点发展潜力和土地利用得到有效开发。同时，交通和活动要素高度集聚达到了有限空间的最大承载力，而进一步发展可能会导致两者失衡。节点-场所模型示意如图2所示。

图2 节点-场所模型示意图Fig.2 Node-place model

对于节点和场所价值的计算，指标权重赋值是重要环节，采用客观赋权法中的熵值法分别对节点和场所价值指标进行权重赋值后，再进行加权综合评价。

（1）考虑到指标数据在量纲上存在差异性，先对指标数据进行标准化处理(本次仅涉及正向指标处理)。

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正向指标为

式中：x′ij为第i个站点标准化后的第j项指标值；xij为第i个站点节点与场所指标中第j项指标值；xj为第j项指标中的任意值。

（2）第i个站点第j项指标所占该指标特征比重Xij。

式中：m为站点个数。

（3）第j项指标信息熵ej。

（4）第j项指标差异系数dj。指标的信息效用值取决于指标信息熵ej与1的差值，差值越大权重也就越大，该值直接影响权重大小。

（5）第j个指标权重Wj。

（6）第i个站点节点与场所单个指标评价值Nij，Pij。

（7）第i个站点节点与场所综合评价值Ni，Pi。

式中：n为评价指标个数。

然而节点-场所模型存在二元属性和部分定性分析的局限，导致无法进一步探究站点的节点与场所价值的协调强度，因此进一步结合耦合协调度模型进行分析。“耦合”的概念源于物理学，应用到站点地区则是节点与场所要素之间耦合关系。其中的耦合度指2个或2个以上系统之间的相互作用影响，可以反映系统之间的相互依赖和制约程度。协调度指耦合相互作用关系中良性耦合程度的大小可体现出协调状况的好坏，对应形成节点与场所价值的耦合协调度是衡量站点地区内交通与周边地区发展是否存在良性相互作用以及之间协同一致的强度。耦合协调度模型共涉及3个指标值的计算，分别是耦合度C值，协调指数T值，耦合协调度D值。基于上述站点地区节点与场所具备的耦合关系，构建站点地区节点与场所价值耦合度模型，具体计算公式如下。

式中：Ni为节点价值；Pi为场所价值；C为站点地区节点与场所价值的耦合度，取值范围[0，1]，C值大小表明了两者之间的相互作用强弱。只依靠耦合度来分析则存在局限，当节点与场所价值都处于低水平时耦合度很高，但耦合质量是低水平的。最终还需要计算耦合协调度来反映真实的协调发展水平。

式中：D为耦合协调度；T为站点地区节点与场所价值综合协调指数，反映两者整体发展水平对协调度的贡献；α，β为待定系数，分别表示节点价值与场所价值的贡献系数。考虑到两系统之间的相互促进程度和相对重要性，因此α，β赋值均为0.5。耦合协调等级依据耦合协调度D值的取值范围[0，1]进行划分，每个区间代表一个协调等级，每个等级对应一类协调状态来直观反映2个系统之间的耦合协调程度。划分方法将按照自然间断点分级法将其划分5个耦合协调度等级。

1.3 研究数据来源与评价体系建立

主要数据来源为开源地图数据、传统站点数据、网络平台数据和兴趣点(POI)数据。开源地图数据提供的站点地区基础地理信息数据相比传统地图可获取性更强，且能提供矢量信息数据便于空间分析。其中基础站点和道路数据来自Open Street Map (OSM)地图，数据导入到软件中进行地理配准和矢量处理；传统站点数据是站点属性基本直观的表达，是分析中不可缺少的部分，主要的站点客流量、周边公交换乘线路、出入口数量等数据来源于杭州地铁集团公开数据；网络平台数据具有商业数据特性，更新快，时效性和真实性更强。涉及到的房价数据为2020年12月通过链家网对站点周边地区房价采样取均值。

POI数据是近年来新兴大数据的一种类型，主要特征优势是数据量大且多样、准确性高以及覆盖面广泛，弥补了传统数据定量研究不足，因而能反映出城市中各项功能设施的空间分布状况。根据获得的2020年12月站点800 m范围内各类POI数据，并根据各类设施代表性和使用功能进行归类和剔除，整理后包括商业服务设施点、生活服务设施点、企事业单位设施点及公共服务设施点数据表征站点地区场所价值。同时各类设施多样性往往能吸引人流集聚，促进地区活力。通过计算站点地区商业设施混合度来表征服务设施功能的多样性，计算方法采用香农多样性指数。

式中：H为站点地区商业设施混合度；pi为站域内第i种POI类型占POI总数的比例，混合度H≥ 0，每个站点地区的H值越大代表站点地区服务设施多样性越好。站点周边地区的步行与骑行可达性有助于提高公共换乘交通使用率，对于提升站点的节点价值起到重要作用。通常情况下，两者在路径选择和可达范围上具有相似性。而分析部分研究后发现在不同站点周边的道路等级、交通管制以及目的地距站点距离不同情况下对于接驳方式选择存在一些差异，为准确体现两者差异，将步行10 min、骑行10 min交通等时圈范围导入软件后进行统计，可与站域道路网密度共同表征站点可达性。利用多源数据基本构成了对站点地区点状、线状和面状的多维度描述。部分站点POI数据分布如图3所示。部分站点步行10 min步行可达范围如图4所示。

图3 部分站点POI数据分布Fig.3 POI data distribution of some stations

图4 部分站点步行10 min可达范围Fig.4 Accessible area from the stations after a 10-minute walk

评价指标参照相关文献，选取原则包括：密度、多样性、设计、距离、可达性等对站点节点与场所价值有重大影响的周边建成环境要素[13]。同时考虑数据可获取性和地铁站点周边特征，选取了节点和场所指标共计14项来构建评价指标体系。接着分别针对节点和场所2组指标变量进行组内指标相关分析和组间典型相关分析[14]。利用主成分分析方法对组内相关性较强的指标整合到同一要素准则层，形成表征站点地区不同属性的评价要素。对节点和场所组间相关分析中共生成6对典型相关对，其中典型相关对1的典型相关分析系数达到0.957，表明了站点的节点价值和场所价值之间存在着显著的相关关系，也说明两者互动关系密切。之后通过上述熵值法进行指标权重赋值计算后得到站点地区节点－场所综合评价值。杭州地铁1号线站点地区节点－场所模型评价指标体系如表1所示。

表1 杭州地铁1号线(一二期)站点地区节点-场所模型评价指标体系Tab.1 Evaluation indicator system for node-place model in station areas of Hangzhou Metro Line 1 (Phase 1 and 2)

2 站点地区节点-场所价值特征分析

2.1 站点地区节点与场所价值结果

基于上述评价方法，得到各站点的节点价值和场所价值。通过分析评价结果发现：总体上杭州地铁1号线站点地区发展目前处于“从属”和“平衡”状态，没有出现失衡站点。但部分站点地区出现了失衡倾向，发展状态也存在较大差异，大部分站点地区处于“从属”的初级平衡状态说明了该类站点地区尚未得到有效开发，存在发展滞后的问题。杭州地铁1号线站点地区节点-场所价值模型如图5所示。

图5 杭州地铁1号线站点地区节点-场所价值模型Fig.5 Node-place value model for station areas of Hangzhou Metro Line 1

2.2 站点地区节点与场所价值结果特征分析

（1）“平衡”但具有失衡倾向站点。根据评价结果，凤起路、龙翔桥、安定路、武林广场站点尽管目前处于“平衡”状态，但是偏离45°平衡线距离较大，场所价值相对过高出现了失衡倾向。其中凤起路、龙翔桥、安定路3站毗邻西湖风景名胜区且地处杭州繁华的市中心，各类服务设施密集。4个站点出现的失衡倾向也反映了中心城区服务设施可能过于集中在站点周边，未来发展中应对非必要场所功能进行疏解，突出主要服务功能，积极提升站点交通实现地区协调发展。同时火车东站、文泽路站点则出现节点价值相对过高问题，为避免导致“失衡节点”应因地制宜地对其周边地区进行开发，提升站点周边的场所价值。

（2）一般“平衡”和“从属”站点。城站、闸弄口、金沙湖、临平、婺江路、打铁关、西湖文化广场、高沙路、江陵路、彭埠、客运中心、九和路、近江、九堡、滨和路15个站点相对处于“平衡”状态，发展态势较好但处于成长期阶段，可采用相应的发展策略快速提升该类站点的节点价值和场所价值。相比之下，南苑、文海南路、翁梅、滨康路、乔司、云水、下沙西、湘湖、下沙江滨、西兴、余杭高铁站、乔司南、七堡13个站点处于“从属”状态，发展水平较低。导致此类站点地区发展缓慢，一方面是由于站点所处区位差异性，另一方面是站点地区内部交通可达性低、开发强度不足或用地类型不合理造成场所价值过低，进而导致站点吸引力过低出现负效应耦合。

3 站点地区耦合协调测度评价

3.1 站点地区节点与场所耦合协调测度结果分析

依据上述节点与场所综合评价值进行耦合协调度分析，杭州地铁1号线站点节点与场所价值耦合度C值介于0.617 ～ 1之间，除南苑、余杭高速铁路车站、文泽路、下沙西处于磨合阶段外，其他站点均处于高水平耦合阶段。这也说明大部分站点与周边地区发展过程中相互作用关系显著，耦合状态基本处于良好。但耦合度水平的高低阶段，并不能说明两者之间耦合协调度高，如七堡、乔司南站点耦合度较高，但耦合协调度仅有0.135。因此，需要综合利用耦合协调度来分析站点的节点与场所耦合协调发展程度。

相比之下，耦合协调度D值介于0.135至0.995呈现出较大差异。高度耦合协调站点5个，占比14.7%；较高度耦合协调站点9个，占比26.5%；中度耦合协调站点7个，占比20.6%；较低和低度耦合协调站点13个，占比38.2%，从数量上看，大部分站点的节点与场所价值耦合协调发展状态仍然有待改善。杭州地铁1号线(一二期)站点地区耦合协调性评价如表2所示。

表2 杭州地铁1号线(一二期)站点地区耦合协调性评价Tab.2 Coupling coordination degree for station areas of Hangzhou Metro Line 1 (Phase 1 and 2)

3.2 站点地区节点与场所耦合协调度空间差异

（1）站点地区耦合协调度出现明显空间分异规律。总体呈现出以主城区、副城为中心圈层结构并呈现梯度递减特征。其中主城区最为明显，基本上形成以凤起路、龙翔桥为高耦合协调度核心，伴随距离增加，耦合协调度逐渐降低。以金沙湖、高沙路为核心的下沙副城市组团也呈现类似特征，但耦合协调度梯度变化强度低于主城区，而临平与江南副城核心无明显的梯度变化。可见主城区站点总耦合协调效应是中心好于其边缘，这符合城市地区与站点互动发展的一般规律。

（2）站点开发策略影响站点地区耦合协调度。具体到主城区中心内部如城站和火车东站等站点耦合协调度还是受到具体站点区位及周边用地影响而不同。虽然受站点区位限制，一定程度上仍可反映出各个副城中心地区发展水平存在差异：下沙副城较之临平、江南副城发展水平较好。主要原因是下沙副城中心站点周边均规划大型商业综合体并围绕着站点进行高强度开发，说明在一般性结果下局部还是受开发策略的影响而存在差异。

（3）城区边缘的站点地区耦合协调度还有待改善。位于主城区与各个副城中心边缘地区站点耦合协调度较差，该类型站点目前更多是满足基本交通需求，对于站点周边地区发展带动作用不足，但其中部分站点处于待开发状态，开发阻力较小，未来应抓住时机采取诸如TOD等开发模式，使之成为推动杭州主副城融合先行触点。杭州地铁1号线站点地区节点－场所耦合协调性空间分布特征如图6所示。同时值得注意的是，位于主城区内的七堡和下沙副城内的下沙西2个站点与周边站点耦合协调度存在差异。通过实地调查发现，由于这2个站点开发建设周期晚于周边站点，导致其目前处于低耦合协调状态；但这2个站点采用了较为先进的站点地区规划理念，从长远来看有助于实现站点与周边地区良性互动，未来发展潜力较大。

图6 杭州地铁1号线站点地区节点-场所耦合协调性空间分布特征Fig.6 Spatial distribution characteristics of coupling coordination degree for node-place in station areas of Hangzhou Metro Line 1

4 结束语

城市地铁站点的布设影响着周边地区的规划开发，评估站点地区发展状态对探究站点与周边地区高效协调发展路径有着现实作用。基于节点-场所模型，构建节点与场所价值评价指标体系，量化评估站点地区发展状态，进一步结合耦合协调度模型测算节点与场所耦合协调程度。杭州地铁1号线站点实测分析表明，不同区位条件下站点耦合协调发展状态存在较大差异，耦合协调性强度在空间表现出一定的以主城区、副城为中心圈层结构并呈现梯度递减特征。同时研究仍有可优化之处，例如后续加入具有时间序列、方向性、标签性的“流”数据来研究站点地区发展变化规律将会更加精确，并可据此因地制宜地提出不同类型站点地区的发展策略。