关键词:
不确定性
土地利用结构优化
土地利用布局优化
弹性
土地利用规划
摘要:
目前快速的城镇化、工业化还需一定农地非农化作支撑,而人口与其它因子对粮食需求又不断增加,同时资源环境又加剧恶化,可见未来有限土地资源既要用作吃饭,还要用于发展经济,同时又要用作生态建设,因此通过科学、合理的土地利用规划来配置土地资源是实现可持续发展的关键。我国已编制三轮覆盖全国范围的土地利用规划,而规划实施评价时一个普遍问题就是规划预期偏离现实,规划中规定的指标不断被突破,规划内容也不断被否定。其中一个重要原因是对土地利用优化不确定性考虑不足,规划最主要特征是未来导向性,而未来又总是不确定的,于是规划天生就蕴育着不确定性,土地利用结构与布局优化中忽视不确定性则令规划政策的科学性不高而导致规划失效。弹性的根根源是未来不确定性,同时弹性亦是对不确定性的应对,而目前土地规划弹性不足,令规划约束过死而频繁修改,以致规划失效。因此于不确定角度研究土地利用结构与布局优化,全面考虑未来土地利用优化不确定性,可提高优化的科学性,令规划政策合乎未来最可能情景,同时据基于不确定性的优化研究可测算弹性空间大小,以提高规划弹性,增强规划生命力。基于不确定性的其它资源环境优化已有一定研究,且数学、工科领域对不确定信息、不确定规划研究正方兴未艾,论文从不确定角度用不确定数学法研究土地优化,开拓了该领域研究的新视角。本文首先考察了土地利用优化不确定性的来源、类型及特性;其次用期望值模型、线性区间优化模型分别求取了不确定因素最可能发生时之优化结构与不确定因素在一定可能范围时优化结构的弹性区间;随之又用CLUE-S模型把不确定环境下最可能优化结构与土地利用结构弹性区间配置在空间上,以达布局优化目的;最后以扬州为例作实证研究。论文主要研究内容与方法具体见下:1、考察土地利用优化不确定性。以土地利用优化概念为起点,考察土地利用优化不确定性来源,探求不确定性的属性,且分析不确定性类型、内容,以明确论文研究对象,提出应对土地利用优化不确定性的举措,以为下文研究奠定基础。2、求取不确定因素最可能时的优化结构。据不确定指标的历史序列用灰色模型预测目标年指标值;之后调查统计该些不确定指标在预测值周围可能的变化与分布;用大数定律把不确定指标的分布信息嵌入期望值模型,用多目标遗传算法求解期望值模型,其中多目标遗传算法是在Matlab中编程实现。3、求取不确定性在一定可能范围时的土地结构弹性区间。据不确定指标变化区间,用区间优化模型求取最好最优值对应的土地利用结构与最差最优值对应用地结构,于此基础上以计算机程序求取当有效向量密度达一定标准时的土地利用结构弹性区间。4、不确定因素最大可能时的土地利用布局优化。即把不确定环境下最优土地利用结构配置在空间,其先对现状用地布局优化,调整不合理布局,在经优化的现状图中提取不同用地的分布规则,即优化的布局规则;以其为准则,用CLUE-S模型把不确定因素最可能时的土地利用优化结构配置在空间上。5、土地优化布局弹性空间划定。用马尔科夫链中的转移概率推演了不同用地取上限值、下限值时的土地结构情景;随之以上限值、下限值时的用地结构为输入需求而以CLUE-S模型作空间配置,对该用地来说,两次不同之处便是其弹性空间;不同用地弹性空间有重叠部分,论文以CLUE-S中不同用地的适宜概率为准,把重叠部分配置给其适宜概率高之用地类型,由此形成土地利用布局弹性空间。经研究,论文得出以下研究结论:1、土地利用优化处于在不确定环境中,其面对诸多不确定性。以优化主体为界不确定性来源可分为外部与内部来源。其中内部环境中不确定性主要是模型不确定性与主体不确定性,外部不确定性主要是基础不确定性、经济不确定性、社会不确定性与生态不确定性。应对土地利用优化不确定性的措施主要有:广泛收集土地需求信息,令未来不确定信息尽量显化;应用不确定数学模型,求取最可能的优化结果;编制弹性土地利用规划,对未来不确定性预留一定空间。2、基于不确定性的土地利用结构优化的关键是识别不确定指标分布变化,且把不确定指标嵌入优化模型。不确定指标不再是唯一的预测值,而是具有一定概率分布的变量,则关键是寻求其分布信息,因其代表了不确定影响的大小与可能。把不确定指标嵌入优化模型亦是重要事宜,不确定指标分布代表其信息水平,能否把其很好嵌入优化模型则代表信息能否被模型充分利用。3、弹性区间是不确定因素对土地利用影响的外在表现。弹性产生的原因是影响土地利用优化因素的不确定性,因未来土地利用有诸多不确定性,则优化方案必不唯一,而须一定的弹性空间,且未来不确定性越大,弹性空间越大。土地利用优化中相关影响因素可看成函数的自变量,而把优化结果看成因变量,因自变量本身是不确定的,具有一定分布变化,则因变量亦应有一定变化区间。4、CLUE-S模型可用于空间布局优化。CLUE-S模型空间配置时,现状布局决定未来布局,现状布局是优化的