（农业经济管理专业论文）土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究.pdf

土地利用结构优化 灰色多目标规划建模与实证研究 摘要 土地利用结构多目标规划方法是新轮土地利用总体规划修编重点研究的前沿和 热点问题。现以广西钦州市新一轮土地利用总体规划修编为研究背景，从系统论的角度 对市级土地利用结杓优化系统的特征、功能和结构进行了定性、定量相结合的深入分析， 目的是针对区域土地利用结构优化系统灰色性、可控性、动态性、多目标性和复杂性等 特点，运用运筹学、数学和灰色系统等多学科交叉理论建立钦州市级土地利用结构优化 的灰色多目标动态规划模型，找出该市土地利用结构优化的满意方案，为其新一轮土地 利用总体规划修编提供科学的、可行的工具和手段。 在研究内容和技术方法上，进行了创新。在对市级土地、人口、经济、社会与资源 环境组成的复杂开放的地利用结构优化系统进行系统分析的基础上，依据钦州市国民 经济和社会发展的“十一五”总体规划及到2 0 2 0 年远景目标展望，结合其2 0 1 0 年土地 利1 | 总体规划的发展战略，按照土地利用结构优化模型设计流程，设计了3 个目标函数， 1 8 个变量和2 5 个约束条件，建立了钦州市土地利用结构优化的灰色多目标动态规划模 型( g m d p ) 。采用所建模型对该市土地利用结构进行优化，利用灰色系统理论的方法对 其进行白化，运用w i n q s b 软件的g o a lp r o g r a m m i n g 程序对模型反复调试分析、优化求 解，得到了9 个供选方案。根据综合效益最大化的原则，选用了1 1 个综合效益评价指 标，采用灰色关联分析法对各个供选方案进行择优，最后为该市土地利用结构优化选出 了一套既科学合理、又现实可行的方案8 。同时，为有效地实施该方案而提出了相府的 保障描施。 经实证检验分析，所建模型的科学性、可行性和实用性程度较高，这种系统分析与 g m d p 模型是优化区域土地利用结构这类复杂系统的一种行之有效的方法。 关键词：。土地资源土地利用结构优化方案灰色多目标动态规划模型灰色关联分析法 e x a m p l er e s e a c ha n dm o d e lo fg r e ym u l t i g o a l p r o g r a m m i n go nl a n d u s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n a b s t r a c t t h em u l t i g o a lp l a n n i n gm e t h o d so fl a n d - - u s es t r u c t u r ea l et h ef r o n ta n dh o ti s s u e so fa n e wr o u n do fi t so v e r a l lp l a na n dr e v i s i o n f o r mt h ea n g l eo fs y s t e mt h e o r y , t h ep a p e lw h i c h t o o ko nq i n z h o ua sa l le x a m p l e ，a n a l y z e dq u a n t i t a t i v e l ya n dq u a l i t a t i v e l yt h ec h a r a c t e r i s t i c s ， f o u n c t i o n sa n ds t r u c t u r e so ft h eo p t i m a ls y s t e mo nq i n z h o u sl a n d u s es t r u c t u r e b yu s i n gi t s c h a r a c t e r i s t i c s ( g r e y , c o n t r o l l a b l e ，d y n a m i c ，m u l t i g o a l ，a n dc o m p l i c a t e de t c ) a n d s o n i c a l l - r o u n da n d o v e r l a p p i n gt h e o r i e s ( o p e r a t i o n sr e s e a r c h , m a t h e m a t i c s ，a n dg r e ys y s t e me t c ) ， w es e tu pt h em o d e lo fg m d p , a n df i n do u tt h em o s to p t i m a ls c h e m ew h i c hp r o v i d e su sw i t h as c i e n t i f i ca n df e a s i b l em e a n sa n dt o o lt od r a w i n gu pt h eo v e r a l lp l a no f n e wt u r nl a n d - u s e t h i st h e s i sc a r r i e do ns o m ei n n o v a t i o n si ns t u d y i n gc o n t e n t sa n dt e c h n i q u em e t h o d f i r s t l y , t h et h e s i sa n a l y z e ds y s t e m i c a l l yt h eo p t i m a ls y s t e mo fl a n d - u s es t r u c t u r eo nc i t yl e v e l w h i c hi sac o m p l i c a t e da n do p e ns y s t e mm a d eu pb yl a n d ，p o p u l a t i o n , e c o n o m y ，s o c i e t y , r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h i s ，t h ea u t h o rw a so nt h eb a s i so ft h ed e s i g n i n g f l o wc h a r to fl a n d u s eo p t i m a lm o d e l ，h a sd e s i g n e d3g o a lf u n c t i o n s ，18v a r i a b l e sa n d2 5 t e r m so fr e s t r a i n i n g ，a n ds e tu pt h em o d e lo fg m d po nq i n z h o ue i t yo p t i m a ll a n d - u s e s t r u c t u r eb yc o m b i n i n gn a t i o n a le c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t e l e v e nf i v e o v e r a l lp l a n o fl a n d u s et h ed e v e l o p m e n ts t r a t e g yo f t h e2 0 1 0w i t ht h el o n g p l a no f t h e2 0 2 0i nq i n z h o u s e c o n d l y , t h ea n t h o ro p t i m i z e dq i n z h o u sl a n d u s es t r u c t u r eb ya p p l y i n ga n dc a l c u l a t i n g g m d p r e p e a t e d l y a f t e r i t sg r e yq u a n t i t yw a se x p l i c a t e db yt h em e t h o d so fg r e ys y s t e m t h e o r y , w es o l v e da n da n a l y z e dt h em o d e lb ya p p l y i n gg o a lp r o g r a m m i n go fq s b ，a n d c o n s t r u c t e dn i n e o p t i o n a ls c h e m e s f i n a l l y , a c c o r d i n g t ot h e o p t i m a lp r i n c i p l e o f c o m p r e h e n s i v eb e n e f i t , t h ea n t h o rs e l e c t e d 11 c o m p r e h e n s i v ei n d e x i e s ，a d o p t e dg r a t o o p h m l z et h o s es c h e m e s ，a n df o u n do u tt h em o s to p t i m a ls c h e m e8 i na d d i t i o n ，t h et h e s i s p r o v i d e ds o m ec o u n t e r m e a s u r e st or e a l i z et h es c h e m e8 t h er e s u l tp r o v e dt h a tt h em o d e lh a db i g g e rs c i e n c e ，f e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t y t h e s y s t e ma n a l y s i sa n dt h em o d e lo fg m d pi sac o n v e n i e n ta n de f f e c t i v em e t h o dt o t h e c o m p l i c a t e ds y s t e mo f o p t i m a ll a n d - u s es t r u c t u r e k e y w o r d s ：l a n dr e s o u r c e ；o p t i m i z a t i o ns c h e m e so fl a n d - u s es t r u c t u r e ；m o d e lo fg r e y m u l t i g o a l a n d d y n a m i c p r o g r a m m i n g ( g m d p ) ；a n a l y s i s o f g r e y r e l a t i o n ( g r a ) 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 上地作为一种大自然赋予的资源，鬼财富之母。人类依赖土地生存而繁衍，人类仕 会因依存土地而发展。没有土地，一切无从谈起。所以，古往今来许多有识之士对有关 土地利用问题的研究倾注了大量的心血。 2 0 世纪以来，世界人口剧增，人类对土地的需求大幅度增加，土地供应十分短缺。 在人均资源占有量不断降低的情况下，人类为了生存与发展，一方面大踔丌发土地资源， 另一方面又滥用技术去任意支配和利用土地，造成地力消耗过度，后备资源迅速减少， 土地生态环境急剧恶化，人地矛盾极为紧张，形成了全球性土地危机并威胁着人类自身 赖以生存的地球o 。毫无疑问，土地面积的有限性和土地需求的无限性之间的不协调性， 已成为制约世界各国社会经济发展的主要“瓶颈”。也正因为如此，对土地利用结构的 合理安排的客观必要性日显重要。 我国人口众多而现有陆上国土中约有2 2 是难以利用的沙漠、戈壁、石山、雪原和 高寒荒漠，因此“十分珍惜和合理利用每一寸土地”是我国的既定国策田。新时期条件 下，更是要求我们在实行“耕地总量平衡”的原则下重新审视我们土地利用的思路，制 定科学的土地利用结构优化的方案，扭转当前土地利用的混乱局势，使土地资源的配置 既要保证我围近1 3 亿人口的口粮问题，又要适应经济的快速发展和城镇化、现代化水 平不断提高的客观要求，适应社会经济可持续发展的战略方针。因此，开展区域土地利 用结构优化的系统研究，不仅成为土地利用领域的前沿课题，而且是转变土地管理方式 和实现土地集约与可持续利用的一项十分紧迫的任务。 土地面积的有限性和土地需求的无限性之间的矛盾是需要借助于合理地组织土地 利用米解决的。故在利用一k 地时，必须要有一个系统的观念”1 ，要考虑到土地利用系统 的内、外部的各种相兀关系，不能仅仅单纯地考虑土地的利用，以期获得眼前的最大利 厂 j 效益，l m 忽视土地的开发及整治和利用对土地本身及其周围生态环境所带束的不利影 响；不能仅仅考虑局部地区的土地资源充分利用，而忽视整个地区和更大范围内对其合 理的利用。总之，土地利用实践提出合理地组织土地利用的客观要求，要制定出科学合 理的土地利用方案，使其实施以后获得最大的综合效益。 对土地利用结构优化的研究正是针对当前土地资源经济供给的稀缺性以及土地利 用过程的不合理性而提出来的。由于土地资源经济供给具有稀缺性，所以土地利用系统 l 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 优化的目标，是在时空上把有限的土地资源分配于不同的用途，并在微观层次与其他经 济资源( 人力、资金、技术) 达到合理组合，以使用这些资源生产出更多的为社会所需要 的产品和提供更多的服务，又不导致生态环境质量下降”1 。也就是说，上地利用结构优 化的l j 丰，j 、”最终足要通过土地利用的经济效益、社会效益和生态环境效益三个方面来 综合体现的，即要力争所有目标达到一种最优化的社会综合效益。 土地利用结构的优化配置，是一个动态和渐进发展的社会过程。从宏观到微观，土 地利用结构优化的研究要解决以下两个相关的问题，即国民经济各部门之间合理分配土 地负脚利文现上地x jj f l 效， ，最人化。如何解决这阴个问题足本研究的主要内容，其中义 主要是通过灰色多目标动态规划模型对土地利用结构优化进行系统的研究，其目的在于 把一定的土地利用方式和土地适宜性、社会经济性进行配比，形成合理的土地利用结构， 以最大限度提高土地利用的效率与综合效益。本文建立的土地利用结构优化的新模式、 新模型，涵盖了土地利用结构优化的全过程，为区域土地资源优化配置提供一种更方便、 更高效的新工具和新手段，具有重要的学术价值和实践意义 1 2 国内外的研究概况 随着社会生产力的发展，土地利用的结构和布局趋向复杂化。为了查明区域土地利 用现状特点、问题及开发利用方向，世界范围内的土地利用调查、分类、评价、区划、 规划等一系列工作先后开展起来，为区域土地利用的研究提供了基本参考资料。 在资本主义经济发展过程中，有关经济活动空间组织优化的理论得到了较快发展， 其中就包含了土地利用布局的理论，成为土地利用结构优化最原始的理论基础，以德国 区位布局理论的形成与发展最具影响力。1 8 2 6 年杜能发表的孤立国与农业和政治经济 的关系，集中阐述了其农业土地利用最优区位的布局思想。 在土地资源系统调查研究基础上编制全国性土地利用图，以英国为最早。英国于 1 9 3 0 年成立了不列颠土地利用调查所，在斯坦普( l d s t a m p ) 主持下，从1 9 3 l 一1 9 3 9 f r 丌展了个叫十地利用凋奄，取得了包括全国调查总报告、各郡分报告及土地利用专题 图等一系列成果。英国土地利用调查的成功，引起了各国地理学界的普遍重视。1 9 4 9 年在里斯本召开的第1 6 届国际地理大会决议，在国际地理联合会( i g o ) 下设立世界土地 利用调查专业委员会，以推进世界各国土地利用调查与制图的开展。 以合理利用土地为目的的土地研究是随着资源调查与土地合理规划而产生和发展 起来的，它的历史可追溯到2 0 世纪3 0 年代早期”，在美国，尤其是中西部，由于严重 2 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 的士壤侵蚀和大量的水土流失，很有必要根据自然环境特征，提出合理的土地利用和土 地管理。于是，基于土地利用不导致环境退化原则，提出了土地利用潜力分类。1 9 3 3 年力i f l 纳两河流域整体规划中，采用此法进行土地利用调查获得了成功。随后，在世界 备幽时上地计价的彤j 扳参与和大批研究报告出版f ，2 0 世纪6 0 年代，以美国的土地潜 力分类系统为代表，其特点表现为一般目的的土地评价。该系统客观地反映了各级土地 对土地利用的限制性程度：它强调不合理的土地利用可能对环境产生的不良后果，便于 结合利用进行土地保护。但该系统的分类不能显示土地的相对价值和获利水平，无法进 行投伊核算和经济效益、生态效益和干上会效益的综合分析与对比，未能指出土地的最佳 利用，即最有利的利用方式。 第二次世界大战以后，由于世界各国对农产品的需求量迅速上升，而城市和工业的 发展又占用了大量耕地，于是城乡之间、工农业之间以及农林牧之间的争地矛盾日益突 出，如何合理分配有限的土地资源，以保证国民经济各部门发展需求，解决土地过度利 用、土地退化以及改善环境等问题，引起了各国的关注。因此，自二十世纪5 0 年代以 来，许多国家积极开展土地评价及在其基础上制定土地利用规划。特别是日本，为了配 合各项规划工作，其地理调查所着手编制大比例尺全国土地利用图，并于1 9 5 3 1 9 7 3 年 进行了土地利用调查，目的在于揭示土地利用的合理程度和存在问题，为改善土地利用 和地区规划提供科学依据。为了使各国的土地评价在某种形式上得以标准化，1 9 7 2 年联 合国粮农 ! l i 织( f a o ) 在荷兰瓦格宁根召开一次国际性的土地学专家会议，在此基础上提 出了土地适宜性分类系统。1 9 7 6 年f a o 正式公布了土地评价纲要 s - 9 ，这是世界上 土地评价研究广泛开展并趋向成熟的重要标志。 7 0 年代以来，随着世界范围的土地资源调查、评价研究的广泛开展，以及遥感技术、 计算机技术在地学领域的应用，己获得了和积累了丰富的土地资源信息。与此同时，面 对工业化发展、大量人口集中到大城市所引起的土地利用显著变化的新趋势，促使各国 i 一地利用规划“泛丌展。此后，如何在较长的时间和较大的范围内，根扼j 二地适宜性及 l c 纥脐建设发f ，：苦婴，在国民经济各部门之问合 里分配和巾局上地，就成为土地利用 规划需要解决的中心任务。从其目标和任务来看，这时期的土地利用结构优化的研究 才真正进入实质性阶段。其中以美国、英国、日本、澳大利亚和原苏联等国的土地利用 结构优化的研究工作最具代表性总之，7 0 年代土地利用研究的一个显著特点是运用遥 感、计算机技术手段来解决地域性或某一领域土地利用的一些具体问题。 进入8 0 年代以来，g i s 技术先后应用于土地资源调查与土地资源评价、土地利用模 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 式、农业土地利用规划、农业土地利用规划及其变化研究。从1 9 8 7 年我们共同的未 来报告的发表到1 9 9 2 年世界环境与发展大会上( 2 1 世纪议程的颁布，可持续发展 的思想废渐破世界各国所接受，实现土地资源可持续发展与管理，己成为新时期世界各 囤共同笑往的目标。特别是近年来，在土地利用与环境变化、土地利用规划模式、持续 土地评价等方面开展了比较深入的研究。土地利用结构的优化作为区域可持续发展的重 要途径和手段受到广泛的重视，如对土地使用政策及土地利用结构优化作用的研究等。 综上所述，国外土地利用结构优化的研究范围比较广泛，也比较注重结合先进的技 术丁段爿：增证萸应用的深度。但由于我国的社会体制、人地关系特点、经济发展水平、 土地利用管理与经营方式、土地政策等方面与国外有很大的差异，因而，我国必须在符 合国情的基础之上，灵活地借鉴国外的成功经验和研究方法。 我国从8 0 年代后期至9 0 年代以来，土地资源研究迈上了一个新台阶，进入了一个 更加广泛而深入的研究阶段。土地利用结构优化研究受到重视，并日显活跃。结合g i s 支持区域土地利用调查、土地利用优化决策的研究已广泛开展，并取得了显著成效。 土地利用结构优化工作是一个涉及生态学、经济学、数学、运筹学的复杂系统工程。 纵观国内外对其的研究 1 0 - 1 6 1 ，具有如下特点：。 ( 1 ) 具有范围广、注重深度探讨、技术手段先进等特点； ( 2 ) 从总体上注重对土地利用现状数量、质量结构分析： ( 3 ) j 着力丁建立模型对宏观土地利用结构进行优化设计，但对土地资源空间分析 模型及优化配置研究相对薄弱： ( 4 ) 土地利用结构优化方案一般受时间、空间的限制，不具有动态性和持续性； ( 5 ) 侧重定性分析、定性描述，忽略其定量化、可视化研究o ”；特别是县级以下 的土地利用的优化配置往往根据上级下达的控制指标以及土地资源变更历史经验，从经 济效益角度概算一番了事，有很大随意性。 1 3 本文研究的目标、内容、方法和技术路线 1 3 1 研究的口标 本文以广西钦州市新一轮土地利用总体规划修编为研究背景，着重对其土地利用结 构进行创新研究，构建分析、优化、评价与选择模型群，实现对区域土地利用结构的现 状分析、潜力分析、问题诊断、供选方案的提出和方案择优等功能，完成土地资源的再 配置，力争为钦州市土地利用结构优化提供科学的、可行的工具与手段。 4 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 1 3 2 研究的内容 本文针对国内外对土地利用结构优化研究的不足之处，重点研究以下几方面内容： ri ) 地利用结构优化的系统分析。科学地分析市级土地利用系统的特征，明确 市级土地利用结构优化系统的结构及要实现的功能，找出土地利用的优势和存在的不 足，指出未来土地利用的方向与途径： ( 2 ) 土地利用结构优化模型选取的研究。在对土地利用结构优化系统的理论与方 法进行定性与定量相结合的深入分析时，重点放在找出比传统研究方法更科学、更可行 自j 系统工程优化方，上的研究上： ( 3 ) 土地利用结构优化模型系统的构建与设计。应用系统工程优化原理、灰系统 论和多目标规划建模原理来完成本研究所需灰色多目标动态规划模型系统的设计，并运 用w i n q s b 软件的g p 程序来实现以上系统模型的优化，最后对供选方案进行灰关联择优； ( 4 ) 土地利用结构优化模型系统的实施与完善。利用上述g m d p 模型设计的流程对 广西钦州市进行土地利用结构优化的建模与实证研究，并通过对优选方案的结果分析， 提出优化该市土地利用结构相应的保障措施。 1 3 3 研究的方法 系统工程方法是贯穿本文始终的重要方法，选择这种方法一方面是由系统工程本身 的特点决定的，另一方面是由所研究的问题的特性所决定的。 系统工程”足以大型复杂系统为研究对象，将自然科学与社会科学的某些思想、理 论、方法有机地联系起来；将生产、科研与经济活动有效地组织起来；应用定性分析与 定量分析相结合的方法和电子计算机等技术工具，按一定目的进行设计、开发、管理与 控制以期实现系统总体最优的理论与方法。现代数学和计算机技术，通过系统工程，为 社会科学研究增加了极为有用的定量方法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。 土地利用结构优化系统具有整体联系性、目标复杂性、认为可控性、发展动态竹和 f i ，自从仉州等耳士征，足一项十分开放的、巨大的社会经济系统工程，其优化配置时需要 探讨土地利用结构在空间和时间上的合理配置，必然要求助于系统工程的优化方法。优 化过程中的系统优化方法是以数学模型、工程决策的方法为主要手段的定量分析过程。 用传统的定性方案拟定法，是可以拟定出可行的结构调整方案，但毕竟只是可行方 案，其可靠性和精确度比用系统工程定量和定性相结合的优化方法求出的最优方案差很 多。应用系统优化方法对土地利用结构进行系统分析与系统综合，有以下几点好处嗍： 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实i , r - u r 究 ( 1 ) 能在定性分析的基础上，对土地利用结构进行定量分析； ( 2 ) 能在多方案比较研究的基础上，选择最优的土地利用结构调整方案： r0 ) 能在，七态经济论证的基础上，对土地利用结构调整方案实施的可行性及生态 经拼效果预尤做出估计； ( 4 ) 能综合吸收各个学科的单项研究成果，特别是国土规划、城市规划、资源综 合考察和农业区划的成果，能综合考虑各有关方面的意见，能综合处理各种信息； ( 5 ) 能采用计算机高速、大容量地处理数据； ( ( ，) 能对一定口0 空条t l 下某些技术因素变动与土地利用结构变动的关系以及土地 利用结构变动与土地经济效率和生态效率变动的关系进行模拟研究。 灰色多目标动态规划就是一种系统工程的优化方法，是在技术系数为可变的灰数， 约束值为发展的情况下进行的，是一种动态的线性规划与多目标规划的结合体。它弥补 了一般线性规划的不足，不仅可知道既定条件下的最优结构，还可知道最优结构的发展 变化情况1 2 0 川。本文正是基于此，选择了g m d p 模型来研究土地利用结构优化的，这是 经过大量地阅读和收集优化的相关资料并结合土地资源的特征而确定下来的研究方法。 1 3 4 研究的技术路线 针对市级土地利用结构优化系统的特征，在广西钦州市土地利用总体规划为背景 下，以灰色多目标动态规划模型设计流程构建了市级土地利用结构优化系统的模型，研 究技术路线如下图卜1 所示： 查阅文献，收集、整理资料 l 阐述研究背景、意义和发展历程 l 土地利用结构优化模型的系统分析 l l 利用g s a 、m d p 思路完成土地利用结构优化模型的构建 j 土地利用结构优化模型的实证研究 图i - i 本研究的技术路线框架图 6 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 第二章市级土地利用结构优化的系统分析 系统分析是对客观事物进行认识、描述、模拟和评价协调的过程。本章提出了土地 利川结构仇化的 | c 念，接着汁细地指出了土地利用结构优化的目标、基本原则和衡管标 准，最后应用系统工程的观点分析了市级土地利用结构优化系统的特征、功能和结构。 2 1 有关土地利用结构优化的基本概念 可以说，现在距新一轮土地利用总体规划修编开始已经进入倒计时，留给我们讨论 驯研冗规划方江的叫i n j 并不多了。筱风况：“我们应当集中力量讨论、研究并尽快确定 新的土地利用规划方法。因为我们需要一个更科学、更有效的土地利用规划b ”。” 2 1 1 土地利用规划 土地利用规划是对一定区域未来土地利用超前性的计划和安排，是依据区域社会经 济发展和土地的自然历史特性在时空上进行土地资源分配和合理组织土地利用的综合 技术经济措旌。寻求符合区域特点和土地利用效率最大化约束下最满意的土地利用决策 方案是土地利用规划的主要内容，而优化土地利用结构是在保证其效率最大化约束下解 决土地供需平衡的有效途径。土地利用规划的实质是土地利用结构在时空上的优化。 2 1 2 土地利用结构 土地利用结构足指各种用地，如耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民 点及工矿用地、交通用地和未利用地占本区总面积的百分比。如图2 1 所示。 土地利用结构 农用地建设用地 未利用地 圳驯洲圳洲晕船ff 麓 f 盍犁洲橥荔洲柔焉豢 图2 - 1 土地利用结构 2 1 3 土地利用结构优化 所谓土地利用结构优化是以一定区域土地利用系统的效益为最大目标，在满足一 定的条件下将一定数量的土地分配到各用地部门，使土地在时间上得到合理安排，在空 间上得到最佳落实。优化土地利用结构，简单地说就是指通过一定方法使未来土地利用 7 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 取得经济、社会、生态效益的最佳土地利用结构。 就其过程而言，土地利用结构优化实质上是由政府的管理或干预所产生维护公众利 盏的7 i 会j 量首先确定一整套土地布局的技巧或活动，然后对既定目标不断修正，对影 响i 二地利川发展演，殳的各种洲索和不i 司利益集团不断进行协调进而达到一定粘殊目枷、 的过程，或被认为是对适合于特定土地利用目标的多种用地类型的合理选择。 2 1 4 土地利用系统 从系统论观点看d ，土地利用的实质是土地自然生态子系统和土地社会经济予系统 以人口f 系统为纽带和接口耦合而成的上地生态经济系统，见图2 2 。 社会环境经济环境 技术环境 图2 2 土地利用系统 生态环境 根据系统观点，土地利用结构是土地利用系统的核心内容，结构决定功能。只有用 地结构合理，才能保持土地利用系统的良性循环，才能取得土地利用的最大效率，优化 结构，提高功能，从而可用较少的消耗或投入取得较高的效益。 因此，利用土地时，必须要有一个系统的观念，要考虑到土地利用系统的内、外部 的各种相互关系，以期制定出科学合理的土地利用方案，使其实施后综合效益最大化。 2 2 市级土地利用结构优化的目标、基本原则和衡量标准 小史对七地利用结构优化的研究是针对当前土地资源经济供给的稀缺性及利用过 程的不合理时相提出的。敞土地利用系统优化的目标，是在时空上分配有限上地资源于 不同的用途，并在微观层次与其他经济资源( 人力、资金、技术) 达到合理组合，以使这 些资源生产出更多的社会所需的产品和提供更多的服务，又不导致生态环境质量下降。 2 2 1 市级土地利用结构优化的目标 在一定的经济技术条件下，土地利用结构优化的目标可以有两种描述”1 ：使有限 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 的土地资源产生最大的效益；为取得预定的效益尽可能少利用土地资源。 按描述，要求在一定的约束条件下，通过各种土地类型的合理组合，以追求产出 效益的最大化。这里的资源投入量和规划目标的限制是约束条件，因而它对应着一个求 最大的最优规划 u 题。按描述，为了既定效益目标，如何合理组织土地利用结构，使 总的成本最小，效益值足约束条件，资源总成本最小足目标函数，因而它对应着一个最 小化的最优规划问题。一般而言，对于完成一个既定的优化配置问题，使用描述：对 于总体上如何配置问题，使用描述。 匦域二地利用系统足一个多重利益交织、多重目标取向的综合体，不同阶层、不同 利益集团对各自利益的寻求很强烈。现实情况下，既表现为国家、集体和个人间的分配， 又表现为资源在代表不同利益集团的产业部门间的配置。区域土地利用结构优化应建在 对区域不同阶层社会利益的正确分析基础上，通过控制机制影响并体现其利益取向。 区域土地利用结构优化的目标有四：经济效益目标、社会效益目标、生态效益目标 和综合效益目标。 2 2 1 1 经济效益目标 不管效益目标函数如何复杂，土地利用结构优化主要标准就是使有限土地尽可能生 产出较多的产品和提供较多的服务。这个经济效益的概念，讲的是生产过程的效益，是 指有限的投入生产出尽可能多的符合需要的产品及提供人民需要的各种服务。就目前的 认识水平来既，反映一国或地区在一年内创造的产品和服务价值的指标一国民生产总值 ( g n p ) 、国内生产总值( g d p ) 和净产值。按照经济效益原则，要求国民生产总值或国 内生产总值或净产值尽可能大的增长。 2 2 i 2 社会效益目标 土地利用结构符合上述经济效益的原则，并不代表土地合理利用的全部内容。优化 上地利用的结构，还须考虑土地产出的产品和服务与社会需求如何最好适应的问题，不 仅要求最有效地进行t 产，同时也要求社会最有效地分配生产和服务，实现最有效的消 费，小解决分配和；自赞过程r ，的效益问题，生产中的效益或经济效益就不能最终实现。 2 2 1 3 生态效益日标 生态环境可作为一种资源，这种资源的所有者是全人类。任何地球上人类工程，任 何一种土地利用方式都必然与人类生态环境相交流。一个建设项目对生态环境的破坏， 实际上是生态作为二种资源向项目的投入。许多污染性大的用地项目，在不计其他生态 投入的成本时，可能计算出较高的土地利用效果，但考虑生态投入后，就要大打折扣了。 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 因此，土地利用结构优化的合理性应包括对生态环境改善的自然要求。具有高效益 的最大产出和公平的分配并不能保证对生态环境的充分保护，因而不是土地合理利用的 充分条件。土地利用要注重经济效益、社会效益和生态效益的总和，才是土地资源合理 利用的允分条件，才足土地负t 1 5 1 合理利用的一组完整的准则。 但生态效益和社会效益一样，很难像经济效益一样用货币的价值尺度来衡量土地资 源的投入或损失。在生态环境和社会效益的定量化并建立社会生态环境资源与经济资源 共有的度量标准方面，存在着许多尚未克服的困难。这种困难也影响了土地利用结构优 化j ，1 态环境效益指标所作的准确的评价。 2 2 1 4 综合效益目标 如前所述，根据土地利用结构优化的目标，其效益可分为三大类：经济效益、社会 效益和生态效益。这些效益在一个具体的配置项目上可能相互依存、彼此正相关，但有 的土地利用项目各项效益可能互相排斥。因此，对具体的土地利用结构的优化方案，必 须全面权衡各种效益并进行利弊的权衡，按综合效益的原则实行资源分配的价值取向， 作到“因地制宜、地尽其用、各得其所、合理利用、协调控制”，土地利用结构才可能 实现优化配置。 2 2 2 市级土地利用结构优化的基本原则 为保证市级土地利用结构优化的科学性、可行性和可操作性，必须以邓小平关于建 设行中圈犄色的社会主义理论和系统科学思想为指导，以国民经济与社会发展“十一五” 规划和2 0 2 0 年远景目标为依据，依照社会主义市场经济规律以及土地利用的自然与经 济属性，科学地优化土地利用结构。即在系统框架下，其应按下列八个基本原则去进行。 2 2 2 1 整体性原则2 3 系统的整体性是系统理论的核心，是系统科学考虑问题的出发点和归宿。土地利用 结构优化工作方案的设计就是对土地利用的规划，它是有结构的。结构决定功能，而且 蛩求整体功能大于各部分功能之总和。因此，土地利用结构优化必须，擎持势体住的原则， 必须从总体、凋的， j 耍出发，正确处理好每个子系统的技术要求；处理好每个子系统与 整体之间、各子系统之间的矛盾，使系统处于最佳的运行状态、实现整体功能最优。 2 2 2 2 协调性原则 土地利用总体规划作为一般意义上的宏观层次的土地利用优化配置方式，对一定区 域内部的土地利用做时空间上的统筹安排和战略部署，而土地利用结构的优化则给予技 术上的支持。土地利用总体规划的实质是土地利用结构在时空上的优化，土地利用结构 i o 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 优化为土地利用总体规划提供重要依据。因此，土地利用结构优化必须要与土地利用总 体规划相协调，只有这样，才能使土地利用系统的整体功能发挥最佳，保证区域内土地 资源的高效、持续和协调利用，使上地利用结构才能在时空上实现效益最大化。 2 2 2 3 继承性原则 土地利用的结构与布局是人类长期的经济活动形成的，具有一定的合理性，同时也 具有一定的刚性。土地资源在时空调整的过程就足土地利用结构对现状土地利用进行调 整趋优的过程。在这个过程中，并不是完全的摈弃，是扬弃，这符合土地利用刚性的特 t j 。囚此- i 地利川i 孙自的优化必须以上地利用的现状为基础，在对土地利用现状的结构、 空问钿局和综合效益进行系统分析的基础上确定相对合理的优化方案，才能保持土地利 用的稳定性，做到循序渐进。 一 v 2 2 2 4 持续性原则 土地利用既要考虑现在也要着眼于未来，即要考虑其可持续性。可持续利用的思想 现在已深入人心。土地资源可持续利用是在特定的时期和地区条件下，对土地资源 进行合理的开发、使用、治理、保护，并通过一系列的合理利用组织、协调人地关系及 人与资源、环境的关系，以期满足当代人与后代人生存发展的需要。土地利用结构优化 必须以其为根本，以其为准则来制定配置方案。 2 2 2 5 动态性原则 上地的自然要素和经济要素是不断变化和发展的，随着社会因素的变化，导致土地 利用配置方案不断进行调整和优化。土地利用配置方案的优化具有相对性，要根据区域 经济发展变化的需要不断进行适时调整和修正，以保持相对优化的状态，从而在相对稳 定的基础上表现区域土地利用的动态性。 2 2 2 6 冈地制宜原则 区域土地利用结构优化不仅要遵循资源优化配置本身的一般规律，而且还必须注重 不同陶家、不同时期的特殊自然与社会经济条件，由此决定了市级土地利用结构优化的 目标、主体、结构、方式、规校等必然里现出较强的差异性。我国的市级土地利用结构 优化同样必须严格遵循因地制宜、区别对待的原则，针对不同地区的不同水平，选择适 合自身特点的土地利用结构优化的配置机制与实现模式，避免土地资源的空闲与荒废。 2 2 2 7 综合效益最大化原则 土地利用结构优化的综合效益最大原则，并不是经济效益、社会效益和生态效益等 目标效益问的均衡或同时获得这几种目标效益的最大化，而是通过一种主导目标辅以其 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 它目标的实现，还要视具体地区、系统层次而做出选择。因为这些效益在一个具体的项 目上则既有可能相互依存，也有可能互相排斥。因此，对一个具体的土地利用结构优化 力案，必须个面衡量各种效益爿进行利弊的权衡，按综合效益原则实行资源分配，土地 利川 勾| 能实现优化蚍置”。 2 2 2 8 宏观、中观、微观棚结合的原则 作为市级土地利用结构的优化系统，在制定方案时应兼顾宏观、中观、微观三个层 次，宏观上立足该市生态环境的持续性与经济发展的她域性，根据不同区域土地生态适 血。h ，利学构建该区域_ j 地利用方式和格局：巾观上土要着眼了二产业结构的调整和布局， 根据不同产业用地的生态经济功能要求，寻求各生态经济区内与之相适应的土地类型， 尤其是通过土地利用结构格局的系统分析，对现状经济结构有悖于白然生态结构的利用 方式相应提出改进对策；微观模式侧重于具体的土地利用方式，强调可操作性，如发展 生态林草保护与开发利用模式。区域土地利用结构优化只有按照宏观、中观到微观分步、 分层地落实，才能真正使其具有可操作性，并逐步达到土地可持续利用的目标。 2 2 3 市级土地利用结构优化的衡量标准 当前国情下，认为一个好的区域土地利用结构优化方案应该满足以下条件： 2 2 3 1 符合党中央提出的正确的“发展观”和。以人为本”的原则。着眼于提高占本 市人口大多数农民的收入，缩小城乡差别。提高该市总g d p 的水平固然应该成为衡量一 种土地资源配置方案好坏的标准，但还应该看在g d p 的增长额中农民得到了多少实惠， 因为农民增收与否、城乡差距缩小与否是决定社会效益大小的最重要的因素。因此，这 是当今土地利用结构优化首先要考虑和必须遵循的原则。 2 2 3 2 符合国家国土资源部所提出的“实行最严格的耕地保护制度”的方针从全国 来看，人口增长给粮食生产带来了巨大的压力，就某个区域来看，人均耕地面积偏少、 人口密度大，粮食生产要基本实现自给自足也存在很大压力，市级土地配置一定要保持 “耕地总量的动态平衡”。 2 2 3 3 峰持土地可持续利用的原则。土地过度垦殖会给生态环境造成很大的伤害，经 济效益的增长会以生态效益的负增长为代价，长此以往，生态效益负增长会完全抵消其 他效益的增加，给我们将来及后代子孙的生存和发展造成隐患。 2 3 市级土地利用结构优化的系统分析 系统分析是采用系统思想、观点和方法，运用定性和定量的工具，根据系统的组成 广西大学硕士学位论文土地利用结构优化灰色多目标规划建模与实证研究 和边界范围，研究组成系统的各要素和子系统之间相互关系，系统与周围环境之间的联 系。土地利用结构优化的系统分析就是将系统工程理论和方法与土地利用科学有机结 台，j 每川系统分析的力法，分析评价土地利用系统的各个子系统和要素之间相互关系， 以及各系统的结构和功能。 2 3 1 市级土地利用结构优化系统的特征 要制定切实可行的市级土地利用结构优化系统，就必须了解该系统的整体特征。 2 3 1 1 市级土地利用结丰每优化系统具有复杂性 上地i j 然 in 、社会 0 性和生态特性的综合与交融，决定了i 地利用是一项复杂的 综合的系统工程。而且市级土地利用系统又涉及人口、农业、工业、交通、城镇、水域 等诸多因素，这些因素之间的因果关系是一个复杂的非线性大系统。因此，市级土地利 用结构优化系统也将涉及许多复杂的因素，也是一个非常复杂的系统工程系统。 2 3 1 2 市级土地利用结构优化系统具有灰色性 市级土地配置涉及到很多社会的、经济的、生态的因素，有些是确定的，但有些却 具有不确定性，因而市级土地利用结构优化系统是一个信息不完全的系统，其具有灰色 性，要我们用灰色系统理论去分析该系统，用灰色模型去抽象该系统。 2 3 1 3 市级土地利用结构优化系统具有多目标性 任何系统的发展、演变都有其既定的目标，这个目标决定了该系统发展的方向。就 市级土地利用结构优化系统本身来讲存在着几种目标：经济效益目标、生态效益目标、 社会效益目标，是一个多目标的系统。但对系统优化的时候需要坚持综合效益最大化原 则，以达到优化系统的总体功能的效果。 2 3 1 4 市级土地利用结构优化系统具有动态性 土地利用系统是一个动态系统，因而市级土地利用的结构和模式也不是一成不变 的，土地的用途、土地资源的分配、土地利用的效益，常随着自然条件、国民经济和社 会的发展以及科学进步等因素的变化而变化。因此，我们在建立土地利用结构优化系统 校型h t ，必须要考虑其动态性。 2 3 1 5 市级土地利用结构优化系统具有可控性 由于统计资料不准确、信息不确切，以及因素问相互联系交织在一起，那么，在市 级土地利用结构优化这个抽象的系统中，究竟包括哪些变量，变量之间有