城市土地混合利用測(cè)度研究

包宇

摘要：采用了熵指數(shù)和相異指數(shù)兩種土地混合利用測(cè)度，以深圳市第二次土地調(diào)查的數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，研究深圳市土地混合利用現(xiàn)狀。結(jié)果表明，深圳市土地類型中林地和工礦倉儲(chǔ)用地的熵指數(shù)最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之間的占地面積和分布程度的差異都很大。由此可知，深圳市的城區(qū)土地是以工業(yè)用地為主，工業(yè)用地面積遠(yuǎn)大于其他用地，進(jìn)而推得深圳市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也以第二產(chǎn)業(yè)為主。

關(guān)鍵詞：土地混合利用；測(cè)度；深圳市

中圖分類號(hào)：TU984.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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個(gè)特定的城市街區(qū)中，擁有的與市民生活密切相關(guān)的土地功能種類所占比重的綜合組成狀況。一般而言，在一定的地區(qū)內(nèi)，該區(qū)塊所負(fù)荷的功能類型越多、所承受的功能壓力越重，這個(gè)區(qū)塊的混合利用程度就越高。有專家學(xué)者嘗試借助“信息熵”的概念來度量城市土地利用的多樣性和混合度[1]。

城市土地具有高投入、高產(chǎn)出的特點(diǎn)，城市土地的使用效率和集約水平比農(nóng)業(yè)土地高，土地集約利用也是城市土地的基本特性。與此同時(shí)，城市化要求城市土地資源必須要合理配置，即要合理地利用土地、資源、資本和技術(shù)，在時(shí)間和空間上充分挖掘城市土地的潛力，獲得城市土地最佳的綜合效益。隨著中國第二、第三產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，城市化水平的不斷提高，人口的不斷增多，城市開發(fā)與建設(shè)帶來的土地利用短缺問題和土地的供需矛盾將日漸明顯。所以，在城市的建設(shè)和規(guī)劃中，必須將土地混合利用擺在重要的位置上[2]。

城市土地混合利用直接影響著市民的交通出行，而它帶來的最重要的作用，就是通過城市功能的集中、就近提供便利設(shè)施來減少居民不必要的出行需求[3-8]?；旌瞎δ苁浅鞘薪ǔ蓞^(qū)的存在方式，也是城市土地使用的理想狀態(tài)，是城市可持續(xù)發(fā)展的必要途徑和必然結(jié)果。

隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，居民生活水平的不斷提高，人們不僅要求居住地區(qū)周邊有良好的自然環(huán)境，也要求有足夠近距離的商業(yè)圈、文化教育中心、文體衛(wèi)生中心等，這就要求城市土地在功能上足以應(yīng)對(duì)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進(jìn)城市的緊湊發(fā)展，避免“攤大餅”式的城市蔓延，通過城市規(guī)劃的手段促進(jìn)混合型城市的形成[9，10]。

本研究從理論上探尋土地混合利用的測(cè)度，介紹不同的測(cè)度對(duì)于研究土地混合利用的優(yōu)缺點(diǎn)，再以深圳市為例，使用測(cè)度探尋深圳市土地混合的利用類型，并給出分析與展望。

1 土地混合利用測(cè)度的指標(biāo)

測(cè)度之間的最根本區(qū)別在于是否根據(jù)一個(gè)地區(qū)的土地利用分布計(jì)算為整體來看，或者是否利用細(xì)分從更小的尺度來分析土地利用分布。如果測(cè)量只利用了土地利用類型的面積范圍內(nèi)的總量，則定義為整體測(cè)度；如果利用了土地利用測(cè)量在地區(qū)的精細(xì)水平，則定義為分區(qū)測(cè)度。一般情況下，整體測(cè)度往往反映了土地利用的平衡，或者反映各類用地在整體上是否比例一致；而分區(qū)測(cè)度往往反映土地利用的均勻度，或者反映兩個(gè)地塊之間的相似程度。在實(shí)踐中，應(yīng)用整體測(cè)度，往往是針對(duì)小地區(qū)，如居民區(qū)；而對(duì)于較大的地區(qū)，如城市或城鎮(zhèn)，分區(qū)測(cè)度則應(yīng)用得更加頻繁。整體測(cè)度包括了百分比、平衡指數(shù)和熵指數(shù)；分區(qū)測(cè)度包括阿特金森索引、聚簇索引和相異指數(shù)。

2.1 整體測(cè)度

整體測(cè)度只能測(cè)量出土地利用類型的面積或分析單位內(nèi)的總體分布。

2.1.1 百分比和比例 百分比是相同類型的數(shù)量的比率，而比例可允許兩種不同類型的數(shù)量之間存在相對(duì)值。百分比研究的僅僅是土地利用類型的現(xiàn)有比例。

2.1.2 平衡指數(shù)（BAL） 平衡指數(shù)是用來測(cè)量?jī)煞N不同類型的土地利用的程度，或是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)彼此制衡的一組土地利用活動(dòng)的測(cè)度。平衡指數(shù)范圍在0～1這個(gè)區(qū)間內(nèi)變化，它的取值越高，說明土地利用混合程度越大，即地塊內(nèi)土地利用類型越多。

BAL=1-■ （1）

其中，a是平衡因子，X和Y分別代表兩種不同類型土地的占地總量。

變量a=X*/Y*是一個(gè)反映土地相對(duì)平衡的調(diào)整因子，如果理論上的X和Y的預(yù)期水平基本接近時(shí)，就沒必要設(shè)置調(diào)整因子了。

2.1.3 熵指數(shù)（ENT） 熵指數(shù)是衡量土地利用結(jié)構(gòu)的一種測(cè)度，它也需要考慮區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)或兩個(gè)以上土地利用類型的相對(duì)百分比。

ENT=-[∑■■Pjln（Pj）]/ln（k） （2）

其中，Pj是某種類型土地面積占總研究區(qū)域面積的百分比，k是該種類型的土地的面積數(shù)值。

熵指數(shù)關(guān)于土地利用類型也是對(duì)稱的。當(dāng)一種土地利用類型占主導(dǎo)地位，大部分地區(qū)將出現(xiàn)類似的低相對(duì)熵指數(shù)，即比例越大，混亂程度就越低。

2.2 分區(qū)測(cè)度

2.2.1 緩沖區(qū)分區(qū)測(cè)度 分區(qū)測(cè)度能夠用不同的地理方法，其中分區(qū)將定義為某一固定距離周圍的一組興趣點(diǎn)。每一個(gè)區(qū)都是獨(dú)立存在的，并且以該地區(qū)的土地總量來度量。這種方法稱為分區(qū)測(cè)度的緩沖方法。

2.2.2 阿特金森指數(shù)（ATK） 阿特金森指數(shù)測(cè)量的是不同地區(qū)之間特定的某種土地利用類型的均勻度水平，取值介于0～1之間，以0表示土地功能最多，混合程度最大；1則表示土地功能越單一，土地的使用混合程度越小。設(shè)Si為區(qū)域i中非住宅用地Y的百分率，阿特金森指數(shù)定義為：

ATK（Y）=1-[■∑■■（■）1-ε]（1/1-ε）

=1-[■∑■■（Si）1-ε]（1/1-ε） （3）

其中，Si表示區(qū)域中非住宅用地的百分率，y表示區(qū)域中非住宅用地的占地面積，n表示區(qū)域中非住宅用地的區(qū)塊數(shù)。

2.2.3 集群指數(shù)（CLST） 集群指數(shù)原本是對(duì)原產(chǎn)于住宅和收入劃分的研究，可以用來衡量少數(shù)民族在空間聚集的程度。設(shè)Y是某一區(qū)域內(nèi)非住宅用地的總量，令Si為區(qū)域i內(nèi)非住宅用地的百分率，設(shè)yi和zi分別對(duì)應(yīng)區(qū)域i內(nèi)的非住宅用地和用地總量。i和i*是區(qū)域的數(shù)目，而dii*表示兩個(gè)區(qū)域之間的物理距離。

CLST（Y）=■（4）

2.2.4 相異指數(shù)（DIS） 相異指數(shù)衡量的是不同土地分布區(qū)在一定范圍內(nèi)的使用程度，類似于在該地區(qū)的整體分布情況，因此，它可以作為區(qū)域之間土地使用分布均勻性的度量。該指數(shù)的范圍為0～1，并且0對(duì)應(yīng)組合的更高水平。這個(gè)測(cè)度適用于兩種以上的土地利用類型。對(duì)于兩種的情況，設(shè)ri為區(qū)域i住宅用地的百分率，si為i中非住宅用地的百分率。公式為：

D=0.5∑■■|ri-si| （5）

這個(gè)公式也可以用于多種土地利用類型的情況：

D（k）=■∑■■■∑i|Zrij-Zi| （6）

相異指數(shù)容易計(jì)算，在估計(jì)土地用途分布的均勻程度中比較有效。

如上所述，這些測(cè)度之間最重要的概念區(qū)別存在于整體測(cè)度及分區(qū)測(cè)度之間。整體測(cè)度是最容易計(jì)算的，但也是對(duì)于變化的土地利用格局最不敏感的。土地利用結(jié)構(gòu)必然意味著兩個(gè)或兩個(gè)以上土地利用類型的審查。在兩個(gè)相互排斥的土地利用類別的情況下，其中一個(gè)土地利用類別的數(shù)量惟一地決定了其他的量。因此單維度的測(cè)度在某些情況下也是有意義的，特別是有一個(gè)單一利用類型占據(jù)了主導(dǎo)地位，比如說居住區(qū)域小土地的使用變化。

3 深圳市土地混合利用測(cè)度實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)概況

深圳位于中國南部海濱，毗鄰香港，地處廣東省南部，珠江口東岸，東臨大亞灣和大鵬灣；西瀕珠江口和伶仃洋；南邊深圳河與香港相聯(lián)；北部與東莞、惠州兩城市接壤。遼闊海域連接南海及太平洋。深圳是中國重要的海陸空交通樞紐城市，其皇崗口岸實(shí)施24 h通關(guān)。

本研究的研究區(qū)域?yàn)樯钲谑兄鞒菂^(qū)。深圳市下轄6個(gè)行政區(qū)和4個(gè)新區(qū)，行政區(qū)分別是福田區(qū)、羅湖區(qū)、南山區(qū)、鹽田區(qū)、寶安區(qū)和龍崗區(qū)，新區(qū)分別為光明新區(qū)、龍華新區(qū)、坪山新區(qū)和大鵬新區(qū)（圖1）。深圳市總面積約為1 996.85 km2。深圳市常住人口約有1 062.89萬人，其中戶籍人口為310.47萬人，非戶籍人口為752.42萬人，下轄57個(gè)街道、790個(gè)居民委員會(huì)。

深圳作為中國改革開放的先鋒城市，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)育程度較高，城市規(guī)劃體系的變革一直在進(jìn)行適應(yīng)和調(diào)控市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)趨向合理發(fā)展的探索[11]。因此，對(duì)于深圳市的土地混合利用研究和分析，將會(huì)對(duì)大城市的城市化進(jìn)程和發(fā)展非常有意義。

3.2 研究數(shù)據(jù)及方法

本研究的數(shù)據(jù)來自于第二次全國土地調(diào)查后完成的各級(jí)土地利用現(xiàn)狀圖（圖2）。利用ArcGIS 10對(duì)本次圖像進(jìn)行分析研究，分別利用整體測(cè)度和分區(qū)測(cè)度中的熵指數(shù)和相異指數(shù)，最終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現(xiàn)狀

3.3.1 熵指數(shù)計(jì)算 針對(duì)14種土地類型使用熵指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果見表1。

由表1可知，深圳市林地的熵指數(shù)最高，為0.018 1；工礦倉儲(chǔ)用地的熵指數(shù)次之，為0.014 9；特殊用地的熵指數(shù)最低，為0.001 8。由于熵指數(shù)表示的是土地利用類型的混亂程度，因此，某種類型的土地熵指數(shù)越高，該類型土地的混亂程度越高，分布越離散；某種類型的土地熵指數(shù)越低，該類型土地的混亂程度越低，分布越集中。結(jié)果表明，深圳市林地的熵指數(shù)較高，格局較分散，分布狀態(tài)也較為破碎（圖3）。

深圳市的工礦倉儲(chǔ)用地的熵指數(shù)次之，格局較為規(guī)整，分布也相對(duì)集中。而深圳市的特殊用地的熵指數(shù)最低，格局最為工整，分布也最集中。從熵指數(shù)的對(duì)稱性也能推斷出，林地在深圳市分布較為分散，對(duì)于城市規(guī)劃而言也很難將林地具體圈定在某個(gè)范圍之內(nèi)，并且深圳市現(xiàn)在在走綠色發(fā)展經(jīng)濟(jì)的路線，著力點(diǎn)也慢慢轉(zhuǎn)移到環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略上面；工礦倉儲(chǔ)用地的分散則是因?yàn)樯钲谑薪?jīng)濟(jì)以第二產(chǎn)業(yè)為支柱（圖4）。

本研究結(jié)果表明，深圳的土地利用格局與深圳市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)格局息息相關(guān)。

就第一產(chǎn)業(yè)而言，深圳市耕地量較少，耕地熵指數(shù)較低，這說明農(nóng)耕并不是深圳市農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)。相對(duì)的，種植園地?zé)o論在占地百分比上還是在混亂程度上都遠(yuǎn)高于耕地。由此可知，種植園地的分布在深圳市比耕地的分布更加廣泛。

就第二產(chǎn)業(yè)而言，深圳市工礦倉儲(chǔ)用地?cái)?shù)量之多、比例之大、分布之廣，充分反映了深圳市工業(yè)發(fā)展的興旺和發(fā)達(dá)。一定的工業(yè)基礎(chǔ)，必定會(huì)有一定的用地需求，而這種用地需求會(huì)要求深圳市在規(guī)劃過程中增加工礦倉儲(chǔ)用地的比例，使得土地混合利用中，工礦倉儲(chǔ)用地的百分比和熵指數(shù)變大。

3.2.2 相異指數(shù)計(jì)算 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相異指數(shù)運(yùn)算的過程中，為了簡(jiǎn)便計(jì)算，只涉及住宅用地和非住宅用地兩種土地類型。

在ArcGIS 10中生成適用于本研究的魚網(wǎng)，即1 000 m×1 000 m的方格區(qū)域。然后用魚網(wǎng)來截取數(shù)據(jù)地圖，從而使得魚網(wǎng)的每個(gè)網(wǎng)格都截取在原始底圖上面。將每個(gè)網(wǎng)格中的住宅用地和非住宅用地的比例做差，然后將這些差值積分并除以2，最終得到深圳市住宅用地與非住宅用地的相異指數(shù)。

通過計(jì)算得到深圳市關(guān)于住宅用地和非住宅用地的相異指數(shù)為37.163 4。由相異指數(shù)的性質(zhì)可知，差值越大，說明兩種土地利用類型的占地面積差異越懸殊，即非住宅用地在深圳市的土地利用現(xiàn)狀占主導(dǎo)位置[12]。之所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果，是因?yàn)樯钲谑惺怯晒I(yè)發(fā)展拉動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展的。因此，深圳市的住宅用地相對(duì)于非住宅用地的占地面積和單位面積土地內(nèi)的比例要小得多。

4 小結(jié)與討論

4.1 小結(jié)

本研究從多種土地利用測(cè)度選取了熵指數(shù)和相異指數(shù)，研究深圳市的當(dāng)前土地混合利用的現(xiàn)狀，并針對(duì)研究的結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深圳市土地混合利用現(xiàn)狀的研究調(diào)查。研究得出如下主要結(jié)論：

1）深圳市土地類型中林地和工礦倉儲(chǔ)用地的熵指數(shù)最高，特殊用地最低；住宅用地和非住宅用地之間的占地面積和分布程度的差異都很大。由此可知深圳市的城區(qū)規(guī)劃是以工業(yè)用地為主，工業(yè)用地面積遠(yuǎn)大于其他用地。因此，深圳市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也以第二產(chǎn)業(yè)為主。

2）深圳市土地利用現(xiàn)在處于工礦倉儲(chǔ)用地、非住宅用地占主導(dǎo)位置的格局。

4.2 討論

本研究雖然在測(cè)度的選取上力求創(chuàng)新，但由于時(shí)間、數(shù)據(jù)、水平的限制，還有所不足。

1）關(guān)于測(cè)度指標(biāo)的使用。本研究的測(cè)度選取的是熵指數(shù)和相異指數(shù)。其中，熵指數(shù)只能對(duì)照不同地類地塊的混亂程度，也可以通過可視化看到不同地類的分布，但在城市規(guī)劃的過程中，不同的土地類型之間不是相互獨(dú)立的，它們也會(huì)互相作用和影響，具體到各種地類地塊之間的作用，熵指數(shù)幾乎不能反映。相異指數(shù)是通過網(wǎng)格分割地圖計(jì)算土地類型的百分比，由于只能體現(xiàn)不同土地類型之間的差異，而無法分析出兩者或多者之間的互動(dòng)關(guān)系，因此這兩種測(cè)度也分別存在著不可避免的局限性。

2）關(guān)于測(cè)度的基本單元。本研究運(yùn)用的熵指數(shù)和相異指數(shù)均屬于在矢量數(shù)據(jù)上面做的研究，得到的結(jié)論是深圳市整體的土地利用分布。如果能夠?qū)鸥駭?shù)據(jù)使用到研究過程中，得到小范圍地塊內(nèi)的土地類型，效果會(huì)更好，研究的意義會(huì)更大。因此，今后的研究中，應(yīng)當(dāng)注重柵格數(shù)據(jù)的使用。

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