面向可持续农光互补规划的规划导向型GIS筛选框架：康涅狄格州案例研究

《Sustainability》：A Planning-Oriented GIS Screening Framework for Sustainable Agrivoltaic Planning: A Connecticut Case Study

　　

城市和城乡结合部区域日益面临与气候相关的压力、竞争性土地利用需求，以及在不丧失农业用地和景观功能的前提下扩大可再生能源基础设施的需要。农光互补（agrivoltaics）将光伏能源生产与农业生产相结合，代表了一种潜在的多功能土地利用方式；然而，区域GIS评估通常止步于环境适宜性表面，而未将这些结果转化为与规划相关的地籍清单。本研究开发并应用了一个规划导向的地理信息系统（GIS）框架，用于康涅狄格州全州农光互补初步筛选。研究人员通过加权适宜性模型整合了年总太阳辐射（annual global solar radiation）和地形坡度（terrain slope），同时通过二值土地覆盖掩膜将不兼容土地覆盖类别作为硬排除项处理。该工作流随后排除了受保护和开放空间用地，将适宜区域与地籍地块关联，使用ParcelKey对地块标识符进行归一化与融合，基于所得唯一地块几何体重算适宜面积，并施加每保留地块累计适宜面积至少1公顷(ha)的最低要求。最终基线清单包含3497个归一化唯一地籍地块，涵盖16366.49公顷(ha)的GIS识别适宜面积，适宜用地占地块总面积平均42.46%。城乡结合部情境占最终适宜面积最大份额，含2497个地块及总量73.16%，对比城市476个与农村524个地块。敏感性分析显示替代权重方案下强稳定性，与基线空间重叠超99%。适宜性分数阈值由3.0降至2.5仅产生微小变化，升至3.5则清单缩减至3095个地块及13712.89公顷(ha)。从可持续性视角，该框架为协调可再生能源规划与农业用地管护、保护约束及碎片化土地资源更高效利用提供了空间决策支持途径。通过显化排除效应、地块阈值与分析假设的影响，该方法支持对可持续发展相关土地利用权衡进行更透明可复现的评估。所得清单旨在作为第一阶段规划资源，而非项目可行性或场地级可持续性绩效的判定。

研究背景方面，城市与城乡结合部区域正同时承受气候变化、土地利用竞争、能源转型与农地保护的多重压力。既有农光互补（agrivoltaics，光伏与农业共址）研究多聚焦系统设计、作物响应与微气候效益，区域GIS评价常止步于环境适宜性栅格表面，未能将其转化为规划部门可用的地籍级候选清单；而可行性还取决于区划、产权、电网、治理与社区接受度等非物质空间因素。为此，研究人员以康涅狄格州为案例，构建规划导向型GIS（Geographic Information System）筛选框架，将全州环境适宜性顺次经土地覆盖硬排除、保护地剔除、地籍关联、标识符归一化与地块级最小面积阈值，转为初步候选地块清单，并发表於《Sustainability》。研究结论指出，该框架产出3497个归一化唯一地籍地块、16366.49公顷适宜面积，城乡结合部占73.16%，敏感性分析显示权重与阈值扰动下空间重叠超99%，框架价值在於显化排除逻辑与假设、支撑可再生能源—农业—保护权衡的透明评估，但本身不等同可行性判定。

关键技术方法上，研究人员采用美国地质调查局3DEP（3D Elevation Program）DEM派生年总太阳辐射与地形坡度，重分类至1–5序数量表后按53.3333%与46.6667%归一权重加权；以2024年NLCD（National Land Cover Database）生成二值兼容掩膜，将水域、建设用地、森林与湿地作NoData硬排除；适宜分数≥3栅格转矢量后用Erase剔除受保护与开放空间；与康涅狄格全州地籍库叠加，依Parcel_Type='PARCEL'且Parcel_ID非空筛选，以Town_Name+Parcel_ID大写去空格生成ParcelKey归一化溶解；按归一唯一几何体重算公顷面积并保留≥1公顷地块；另以2020美国人口普查城市区加5千米缓冲划分城市—城乡结合部—农村用于事后描述；敏感性测试替换权重、阈值2.5/3.5与最小面积0.5/2公顷，权重情景用Jaccard相似系数比较ParcelKey集合重叠。

研究结果部分，引言指出农光互补需从技术适宜走向规划治理协同，既存文献缺地块级转化。概念与政策框架章节阐明五原则：环境兼容性、规划相关性、透明可复现、可转移性与多功能可持续性；农光互补被界定为气候适应型多功能用地干预而非单纯能源技术，治理与政治生态学仅作解释透镜不量化入模。方法论章节逐步展开八步：环境适宜性（公式S=0.5333R_solar+0.4667R_slope）、土地覆盖硬排除（M_landcover乘掩）、阈值≥3与保护地Erase、地籍关联与有效记录选取、Town_Name+Parcel_ID聚合后再以ParcelKey溶解、SuitableArea_ha≥1筛选、计算SuitablePct=(SuitableArea_ha/ParcelArea_ha)×100、敏感性含Jaccard（J(A,B)=|A∩B|/|A∪B|）。结果与政策洞察章节报告逐级面积：初始适宜76175.91公顷，保护剔除后61807.19公顷（留存81.14%），地块关联后21150.07公顷，ParcelKey溶解后20160.59公顷，≥1公顷筛选后16366.49公顷（3497地块，平均SuitablePct 42.46%，中位38.93%）；城乡结合部2497地块占73.16%、城市476、农村524；权重情景Jaccard>0.99，阈值3.5降至3095地块13712.89公顷。讨论部分强调，GIS筛选仅缩窄搜索空间，不替代区划、许可、并网、产权、农业活力与利益相关方评估；清单为第一阶段决策支持，非可持续性证明；框架可迁移至具备类似DEM、NLCD、保护地与地籍数据的辖区。

研究结论部分译文如下：从可持续性视角，该框架提供了一种空间决策支持途径，用于协调可再生能源规划与农业用地管护、保护约束及已碎片化土地资源的高效利用。通过显化排除效应、地块阈值与分析假设之影响，该方法支持对可持续发展相关土地利用权衡进行更透明与可复现的评估。所得清单意在作为第一阶段规划资源，而非对项目可行性或场地级可持续性绩效的判定。其贡献有三：将农光互补空间筛选置于可持续土地利用与气候适应规划讨论中；开发透明可复现、经顺次排除与地块级准则转栅格适宜性为地块清单的GIS框架；通过敏感性、地块级适宜比例及城乡梯度表征评估清单稳健性与规划相关性。该框架表明GIS筛选可支撑可再生能源扩张与农地保护间权衡的透明化评估，从而提供关涉可持续发展规划的决策支持工具。