（土地资源管理专业论文）郑州市城市土地利用结构优化研究.pdf

摘要 城市土地是城市社会和经济发展的基础，是城市各种资源配置的载体，也是最具 活力、增值潜力最大的国有资产，更是政府可以直接经营运作的高效资本载体。城市 土地结构即城市内部各种功能用地的比例、空间结构及其相互影响、作用的关系。城 市土地结构是城市多种因素综合作用的结果，各种用地比例失衡，势必造成城市中各 种机能失调，从而降低城市土地的整体功能并阻碍城市经济社会发展。 本文根据郑州市城市土地结构现状存在的问题，运用多元回归分析，建立郑州市 经济效益与各类用地面积的多元回归方程。在多元回归分析的基础上，采用多目标规 划法，建立郑州市城市土地利用结构优化决策模型，对郑州市的土地利用结构进行优 化，并对优化结果进行可行性分析，得到使经济效益最佳、同时兼顾社会和生态效益 的最优城市土地利用结构，以期对城市土地高效科学的利用及城市的可持续发展提供 理论借鉴。 分析得出，郑州市第二产业产值与工业用地、仓储用地和对外交通用地呈正相关 关系，相关系数分别为0 8 9 2 、0 9 5 4 、0 8 9 6 ：第三产业产值与公共设施用地和市政 公用设施用地呈正相关关系，相关系数分别为0 9 0 1 、0 8 4 7 ；在此基础上，结合郑 州国民经济发展实际，构建了郑州市土地优化利用模型，编制了优化利用程序，并运 用1i n g o 软件对优化利用模型进行了求解，优化后的各类土地面积分别为：7 0 、5 6 3 2 、 5 2 5 0 、2 1 3 1 、2 0 9 5 、4 6 1 、4 0 1 2 、4 2 、0 7 平方公里，所占城市建设用地总面积百 分比分别为：2 0 ，1 6 0 9 0 , 4 ，1 5 ，6 0 9 ，5 9 9 ，1 3 1 7 ，1 1 4 6 ，1 2 ，0 2 。 优化结果表明：郑州市居住用地、工业用地、对外交通用地及特殊用地所占总城市用 地面积的比例，都需要有一定程度的控制；公共设施用地、仓储用地及道路广场用地 所占城市土地总面积的比例基本保持不交：市政公用设施用地及绿地面积在城市土地 总面积中所占比例则需要大幅提高。这将为郑州市城市总体规划的进一步实施提供参 考。通过土地利用结构的优化，所带来的土地利用效益是非常可观的。 总之，郑州作为改革开放以来迅速成长的中原城市，随着各项制度改革的不断深 化，在计划经济体制下形成的城市土地结构与一系列城市成长环境变化之间的矛盾日 益显露。政府和有关部门应加强城市土地结构优化，从而使城市土地制度和管理水平 适应2 1 世纪城市及城市化加速发展的需要。 关键词：城市土地结构优化多目标规划郑州市 s t u d yo nt h eo p t i m i z a t i o no f u r b a nl a n du s e s t r u c t u r eo fz h e n g z h o uc i t y x us h i - j u n ( m a n a g e m e n to fl a n dr e s o u r c e ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rz h e n gx u n g a n g a b s t r a c t t h eu r b a nl a n di st b ef o u n d a t i o no fc i t ys o c i e t ya n dt h ee c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ， t h ec a r r i e ro fe a c hb n do fr e s o u r c e sd i s p o s i t i o ni nc i t y t h em o s ta c t i v eg o v e r n m e n t a l a s s e t sw h i c hh a st h eb i g g e s ti n c r e m e n tp o t e n t i a l ，a n dm u c hm o r et h ec a r t i e ro ft h eh i g h l y e f f e c t i v ec a p i t a lw h i c hg o v e r n m e n tc a no p e r a t ed i r e c t l y u r b a nl a n du s es t r u c t u r ei st h e p r o p o r t i o na n dt h es p a t i a ls t r u e t u r ea n d t h em u t u a l l ya f f e c t so f e a c hk i n do f f u n c t i o n a ll a n d i nc i t y i ti sm a n yk i n d so ff a c t o r sc o m b i n e da c t i o nr e s l l l ti nc i t y 1 f l l eu n b a l a n c e do f p r o p o r t i o no fe a c hk i n do fl a n dw i l lm a k ee a c hk i n do ff i m c t i o nt ob eo u to fb a l a n c e i n e v i t a b l yi nt h ec i t y t h u sl o w e r st h eo v e r a l lf u n c t i o no ft h eu r b a nl a n da n dh i n d e r st h e e c o n o m i c a la n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti ne i t y a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m se x i s t s i n t h eu r b a nl a n ds t r u c t u r es t a t u s q u oi n z h e n g z h o u t h i sa r t i c l eu s em u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i st os t a b l i s ht h em u l t i p l er e g r e s s i o n e q u a t i o na b o u te c o n o m i ce f f i c i e n c ya n da r e ao fe a c hk i n do fl a n d u s ei nz h e n g z h o u b a s e do i lt h em u l t i p l er e g r e s s i o na n a l y s i s ，t h r o u g ht h em u l t i - o b j e c t i v ep r o g r a m m i n g ，t h e d e c i s i o n - m a k i n gm o d e l o fz h e n g z h o uc i t y sl a n du t i l i z a t i o n s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o nw a s e s t a b l i s h e d t h r o u g ht h eo p t i m i z a t i o nt ot h ez b e n g z h o ul a n du t i l i z a t i o ns t r u c t u r ea n dt h e a n a l y s i n go ft h ef e a s i b i l i t yt ot h eo p t i m i z e dr e s u l t ，o b t a i n st h em o s ts u p e r i o ru r b a nl a n d u t i l i z a t i o ns t r u c t u r ew h i c hc a no b t a i nt h eb e s te c o n o m i ce f f i c i e n c ya n dg i v ed u a la t t e n t i o n t ot h es o c i a la n dt h ee c o n o m i c a lb e n e f i ts i m u l t a n e o u s l y ，t op r o v i d et h et h e o r ys u g g e s t i o n s f o rt h el a n d sh i g h l ye f f e c t i v eu a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h ec i t y t h r o u g ha n a l y z i n g ，t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ei n d u s t r i a lo u t p u tv a l u ea n dt h ea l e a f o ri n d u s t r i a lo p e r a t i o n ，a r e af o rs t o r a g e ，a r e af o ru a 衔cs y s t e mi sp o s i t i v e ，t h ec o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n ti so 8 9 2 、0 9 5 4 、o 8 9 6r e s p e c t i v e l y ：t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h et e r t i a r yi n d u s t r y o u t p u tv a l u ea n da r e af o rm u n i c i p a lu t i l i t i e s ，a r e af o rp u b f i cu t i l i t i e si sp o s i t i v e ，t h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti so ，9 0 1 、0 9 4 7r e s p e c t i v e l y ；o nt h eb a s i so ft h ea b o v e ，l i n k e du pt o t h er e a l i t yo fn a t i o n a le c o n o m yd e v e l o p m e n ti nz h e n g z h o u ，t h el a n do p t i m i z e du s em o d e l i nz h e n g z h o uw a ss t a b l i s h e d t h e nc o d e dt h eo p t i m i z e du s ep r o c e d u r ea n ds o l v e dt h e o p t i m i z e du s em o d e lt h r o u g hl i n g os o f t w a r e ，t h eo p t i m i z e dl a n da l - 戢lo fe a c hk i n di s7 0 、 5 6 3 2 、5 2 5 0 、2 1 ，3 1 、2 0 9 5 、4 6 1 、4 0 1 2 、4 2 、o 7s q u a r ek i l o m e t e r sr e s p e c t i v e l y t h e p e r c e n t a g e t h a no c e u p i st h et o t a la r e ao f t h ec o n s t r u c t i o nu r b a ni s2 0 ，1 6 0 9 * , 4 ，1 5 ，6 0 9 * , 4 ，5 9 9 * , 4 ， 1 3 1 7 ，i1 4 6 ，1 2 ，o 2 r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m i z e dr e s u l ti n d i c a t e dt h a t ：t h ep r o p o r t i o n o ft h er e s i d e n t i a la r e a ，a r e af o ri n d u s t r i a lo p e r a t i o n ，a r e af o rt r a f f i cs y s t e m ，a r e af o r s p e c i f i c - p u r p o s el a n dt ot h et o t a la r e ao f t h ec i t yn e e da c e r t a i nc o n t r o l ；t h ep r o p o r t i o no f a r e af o rp u b l i cu t i l i t i e s ，a r e af o rs t o r a g e ，a r e af o rr o a d sa n dp l a z a st ot h et o t a la r e ao f t h e c i t ym a i n t a i ni n v a r i a b l eb a s i c a l l y ；t h ep r o p o r t i o no fa r e af o rm u n i c i p a lu t i l i t i e sa n d g r e e n a n da r e at ot h et o t a la l g ao f t h ec i t yn e e dal a r g ee n h a n c e m e n t t h i sw i l lp r o v i d et h e r e f e r e n c ef o rt h ec i t yo v e r a l lp l a t a sf b r t h e ri m p l e m e n t a t i o ni nz h e n g z h o u t h el a n d u t i l i z a t i o nb e n e f i ti t b r i n g s i s e x t r e m e l y c o n s i d e r a b l et h r o u g hl a n du s es t r u c t u r e o o t m a i z i n g i naw o r d ，a sa g r o w i n gr a p i d l ym i d d l ec i t ys i n c er e f o r ma n do p e np o l i c y ，a l o n g 、i t i le a c hs y s t e mr e f o r md e e p e n i n gi n c e s s a n t l y t h ec o n t r a d i c t i o n sb e t w e e nu r b a nl a n du s e s l n l e t u r ew h i c hf o r m su n d e rt h ep j a r m e de c o n o m ys y s t e ma n das e r i e so fc i t yg r o w t h e n v i r o n m e n t a lv a r i a t i o nr e v e a l e dd a yb yd a yi nz h e n g z h o u t h eg o v e r n m e n ta n dt h e d e p a r t m e n tc o n c e r n e ds h o u l ds t r e n g t h e nt h ec i t yl a n ds i 期】c t i 鹏o p t i m i z a t i o n t h u sm a d e t h eu r b a nl a n ds y s t e ma n dt h em a n a g e m e n tl e v e lm e e t st h en e e dt oa c c e l e r a t ec i t i e sa n dt h e u r b a n i z a t i o ni n2 1 s tc e n t u r y k e yw o r d s ：t h eu r b a nl a n d s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n m u l t i - o b j e c t i v ep r o g r a m m i n g z h e n g z h o u i i l 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个入在导师指导下进行研究工作所段得的成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机构的学 位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在沦文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：彳聚士名易卿年g 月洲日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 伟i 手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以； j 不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 研究生签名： 徐士韶 导师签名 m 四年f 月女日 劢刁年f 月露日 1 绪论 1 1 研究的背景、目的和意义 1 1 1 立题的背景 城市自形成和出现起，就因“城”与“市”的相互分离表征其独特的历史背景、 深刻内涵和明确的用途。随着人类社会的不断发展，城市已成为人类文明的主要体现 和传承载体。城市之所以在社会、经济、文化等诸多领域取得显著于农村的发展，在 于城市具有区别于农村的聚集效益、规模效应、扩散效应、辐射带动效应，及城市内 部相对合理的分工和内在运行机制，城市能吸收更多的经济要素和社会细胞。 城市土地是城市社会和经济发展的基础，是城市各种资源配置的载体，也是最具 活力、增值潜力最大的国有资产，更是政府可以直接经营运作的高效资本载体。城市 经济对我国g d p 的贡献率已超过7 0 i l 】 地域上看，城市土地有三个层次，第一层是城市市区( 建成区) 土地，即城市建 设用地；第二层是城市规划区，目前大部分仍为农副业生产和村镇占用的土地；第三 层是城市行政区土地，包括城市规划区和城郊土地。城市土地资源数量、质量的差异， 及其在各行业分配的不同，给城市带来不同的经济效益、社会效益和环境效益。 城市土地结构即城市内部各种功能用地的比例、空间结构及其相互影响、作用的 关系1 2 。城市土地结构是城市多种因素综合作用的结果，各种用地比例失衡，势必造 成城市中各种机能失调，从而降低城市土地的整体功能并阻碍城市经济社会发展。 由于长期受计划经济的影响，土地无偿使用和行政划拔，导致郑州市城市土地利 用结构不合理，主要表现为生产用地过大，生活、商业、公共建筑用地偏少，道路、 广场、绿化、体育等用地不足。同时，城市各功能区布局混乱，生产区、生活区、商 业区交错分布，党政机关拥挤在商埠黄金街道，住宅包围工厂等，给生产、生活造成 诸多不便，人民健康受到严重影响，限制了城市中心商务功能的发挥。 这样的城市土地利用现状，一方面严重影响到城市快速步入现代化，另一方面造 成土地资源的大量浪费。在城市土地资源紧张和环境污染日趋严重的压力下，通过科 技手段、利用市场机制来调节城市土地资源，是缓解城市土地供需矛盾的根本措施之 一。此外，随着我国工业化、城市化和现代化的齐头并进，城市功能升级也要求城市 土地结构做出相一致或相接近的调整。城市土地利用结构优化配置，可以以等量的土 地投入，取得尽可能大的产出率和最佳综合效益。这是我国社会经济发展和2 l 世纪全 球城市化的必然要求。 1 1 2 研究的目的和意义 土地利用结构“优化”，既是相对于种种不合理土地利用结构而存在的人类期望 和目标，也是科学决策操作与及时反馈调节相结合的双向行为过程。关于土地利用结 构优化的概念，p l u m m e tl n 在1 9 9 3 年给出了具体表述：“土地利用结构优化是为 了达到一定的生态经济最优目标，依据土地资源的自身特性和土地适宜性评价，对区 域内土地资源的各种利用类型进行更加合理的数量安排和空间布局，以提高土地利用 效率和效益，维持土地生态系统的相对平衡，实现土地资源的可持续利用” 3 1 。城市 土地利用结构优化，则是指通过土地资源的规划配置，使城市土地在时间和空问上得 到合理安排和集约利用，以实现城市土地系统最佳的经济、社会和生态综合效益【4 1 。 土地利用结构优化，是一个相对、动态和渐进的过程，它是一种人类意愿满足程 度的逼近。从可持续的角度，土地利用结构优化可理解为“寻求区域土地持续利用和 效益最优的土地利用结构的过程和结果”。其总体目标是，实现对区域土地利用系统 结构的不断优化，以取得不断提高的综合效益或生产效益、生态效益和社会效益所构 成的不可分割的效益系统。因此，土地利用结构优化的目标是通过向人类持续发展愿 望特质和向土地系统环境特质双向逼近而实现的。通过对土地利用结构的优化和调 控，可以提高区域土地利用系统的结构效益和功能( 土地生产力) ，满足人们日益增 长的物质和文化生活的需要。 ： 由于城市土地供给的稀缺性，城市综合实力的竞争，一定程度上即土地利用结构 合理性的竞争。据测算【5 1 ，如果城市工业布局和结构合理，可节省城市用地1 0 2 0 0 4 ， 交通运输线可缩短2 0 - 4 0 ，工程管线可减少1 0 - 2 0 。而节约用地1 0 0 o - 2 0 的直 接经济意义是降低工业部门用地成本1 0 - 2 0 ，在不增加城市土地的情况下，增加 工业生产总量和利润1 0 0 o - 2 0 ；交通运输线缩短2 0 4 0 的直接经济意义是可减少 2 0 4 0 的城市交通线路的投资，可长期节约2 0 4 0 的城市交通使用的能源和 费用，相应地可以使利用城市交通运输的单位或个人大量节约人力、物力，缩短整个 社会再生产的流转过程和时问。因此，与城市社会经济发展相适应的土地利用结构， 对于促进城市的健康、持续发展有着重大意义。 城市土地利用结构与城市产业结构有着直接的关系，城市经济发展的过程就是产 业结构不断调整、优化的过程，如果城市土地利用结构长期不合理，就会阻碍城市生 2 产力合理布局，从而阻碍城市经济发展。通过对土地利用结构的分析，可以了解土地 利用结构是否与需求结构相吻合，了解现有利用结构是否与产业结构相适应。 总体来说，研究城市土地利用结构具有理论和实践上的双重意义：城市土地利用 结构是城市内部用地状况的最直接反映，因此它是研究城市用地的最基本、重要而又 准确的手段：城市是社会生产发展的产物，其形成和发展都要受社会生产力水平和生 产关系的制约，因此，考察城市的土地利用结构，是考察社会生产方式的一个重要途 径；城市是一个混合的自然地域，同时又是一个复杂的经济地域，是自然和人文环境 的高度融合，城市各种空间活动和发展方向的落脚点，最后都反映在土地利用结构上， 因此，城市土地利用结构的研究，有利于城市土地利用的有效管理与规划，有利于城 市规划的准确与协调，也有利于促进城市空间结构优化和制定可持续发展战略【6 1 。 特别是经济发达、人口密集、在全国经济格局中地理位置重要的的郑州市，一方 面是全国重要的商品集散地，另一方面是是中国重要的交通枢纽，由于其历史政策等 原因，郑州市区土地结构与经济发展之间的矛盾已日益突出，城市土地利用结构的合 理配置，已经成为制约其全面、持续发展的最重要因素，因此，对郑州市城市土地利 用结构优化进行研究，具有重要的战略意义。本文根据郑州市在2 1 世纪面临的机遇和 挑战，及其城市土地结构现状存在的问题，提出其城市土地结构的优化方案，以期对 城市土地高效科学的利用及城市的可持续发展提供理论借鉴。 1 2 国内外研究概况综述 1 2 1 国外研究概况 1 9 0 3 年r m h u r d 发表了城市土地价值原理一文，他的研究将城市土地纳入 到生产理论。1 9 4 9 年i l v r a t c l i f f e 又提出了一个相对完整地城市土地利用经济模型。 2 0 世纪上半叶，土地利用规划只是传统的建设性或蓝图规划，土地利用结构优化 研究没有得到重视。研究方法大多采用定性的经验规划方法，它是根据专业人员和领 导的实践经验与主观愿望来确定发展方向和用地配置比例。在英美等发达国家，是将 一定范围内的土地划分成不同使用分区，并以使用分区图来界定分区的范围及区位。 到y 2 0 世纪下半叶，尤其是进入7 0 年代以来，随着人口、资源、环境和发展问题 的日益出现，土地利用规划逐渐发展到以控制土地利用变化和可持续发展为目的的公 共决策，土地利用结构优化研究在土地利用规划中得到重视。其主要研究领域包括： 城市化、农业的发展与土地利用结构优化配置的机理研究；湿地、废弃地及居住地 等特殊地段的土地配置研究；农作物、林业、水产养殖、交通运输等用地的优化配 置研究；土地使用政策及其对土地利用结构优化配置的作用研究等。由此可见，国 外土地利用优化配置具有范围广泛、注重深度探讨、技术手段先进等特点。但是，从 总体上来看，对区域土地利用的整体性、层次性以及土地利用优化配置动因机制研究， 尚显不足i ”。 f a o 于1 9 9 3 年出版了第一本土地利用规划指南，提出土地利用规划的目的是 为了选择采用并实施最佳的土地利用结构方案，以满足人们对未来土地资源安全的需 要。1 9 9 4 年，h n v a n l i e r 等出版了可持续土地利用规划专著，他们认为土地利用 规划过程中，土地最佳利用和在可持续环境导向下的土地保护是两个最重要的方面。 优化设计从马克斯威尔理论( m a x w e l l1 9 8 0 ) 和米歇尔( m i e h e l l1 9 0 5 ) 桁架出现起 已有百年，从史密特( s c h m i t ) 用数学规划来解决结构优化设计起算，亦有4 0 余年的历 史【。 1 1 l 。2 0 世纪7 0 年代以后，土地利用规划中就已开始广泛引入遥感、计算机和数学 方法【1 2 1 。如x i n g ( 1 9 9 2 ) 等应用g i s 和多目标规划来预测土地利用中引起用地矛盾的 原因，由此得出解决的策略1 1 3 】；s h a r i f i ( 1 9 9 4 ) 等探讨了把土地利用动态规划系统， 用于作为土地配置的决策支持系统，这个模型是由具有决策模型的g i s 和综合规划模 型组成。综合规划模型又包括作物生长模式、线性规划模型和使规划设计转为可操作 规划的空问配置决策模式【1 4 】；c h u v i e c o ( 1 9 9 3 ) 应用线性规划作为g i s 分析工具，对 空间属性进行优化和变量组合，并在西班牙进行土地规划试验【i 习。 1 2 2 国内研究概况 由于城市土地利用学与城市经济学、土地经济学、城市规划学、房地产学、城市 土地管理学等学科存在较多的交叉【1 6 】，从事城市土地利用结构研究的学者也有各种不 同的专业背景。建筑规划学方面，主要代表人物有李德华、齐康、宋启林等，他们在 规划、建筑学专业知识背景的基础上，严格参照城市规划和建设的要求，善于工程技 术的可能性和经济性分析，并注重进行多要素分析和多方案比较；经济学方面，主要 代表人物有周诚、张德粹、刘书楷等，他们以城市经济学为理论基础，发挥经济数学 基础的优势，擅长从土地利用的经济效益角度分析城市土地利用结构优化问题；地理 学方面，主要代表人物有崔功豪、陈烈等，他们充分发挥人文地理学优势，将自然、 经济与社会紧密结合起来作为研究城市土地利用结构优化的理论基础，重视地域差异 与分工，采用计量地理学方法和g i s 工具等技术手段；生态学方面，主要代表人物有 4 马世骏、王如松等，生态城市理论将城市作为典型的社会一经济一自然复合生态系统， 从物质能量流、生态协调系数、自我调节能力等方面为城市土地利用结构优化研究开 辟了一个新视角。 ( 1 ) 土地利用结构研究 国内学者对土地利用结构的现状、动态变化、区域差异、社会驱动力等的研究 较多。王万茂等( 1 9 9 3 ) 设计了土地利用现状评价指标体系，并结合江苏省土地利用现 状的基本特点，运用模糊聚类法将江苏省土地利用现状划分为6 种类型；贾宏俊( 2 0 0 1 ) 从芜湖市土地利用结构变化、土地利用现状特征入手，分析引起土地结构变化的动力 机制；张建春等( 2 0 0 1 ) 利用马鞍山市1 9 8 3 、1 9 9 6 、2 0 1 0 年的土地详查、土地现状和土 地规划数据，分析了马鞍山市1 9 8 3 1 9 9 6 年以及1 9 9 7 2 0 1 0 规划年土地利用结构的变 化及其土地变化的驱动因子；傅小锋等( 1 9 9 7 ) 利用航片、城市平面图及城市用地调查 等资料，分析了苏锡常地区城镇用地扩展和结构变化特点，发现苏南地区城镇用地扩 展及土地利用结构变化的特征；张军涛等( 2 0 0 0 ) 分析了唐山市土地利用结构的动态变 化、土地利用现状，并着重对引起土地利用结构变化的社会经济因子进行了剖析。谢 大海等( 1 9 9 5 ) 在土地利用现状详查的基础上，运用聚类分析法对铅山县土地利用的现 状结构进行分区，并运用灰色局势决策，确定了各土地利用区的经济发展方向；高华 中( 2 0 0 1 ) 分析了临忻市土地利用现状结构、土地利用结构的动态变化，并初步探讨了 土地利用结构变化的主要驱动力及其作用；徐梦洁等( 2 0 0 1 ) ，杨朝现等( 2 0 0 2 ) 对单一 类型的土地利用动态分析和土地利用动态的综合分析；朱凤武等( 2 0 0 1 ) 运用吉布斯一 马丁多样化指数、区位指数、土地利用多样化指数、土地利用优势度指数、土地利用 均匀度指数、土地利用破碎度指数等多种数学模型，对温州市及县( 市、区) 的土地利 用空间格局进行定量分析，找出了各地区的土地利用存在的差异；周生路等( 2 0 0 3 ) 运用土地利用结构多样性、集中性、优势度和均匀度指数研究了温州市土地利用结构 的地域分异和区域差异。 土地利用结构信息熵可以综合反映某区域在一定时段内各种土地利用类型的动 态变化及其转换程度，对于区域土地利用结构调整具有指导意义，刘运通等( 2 0 0 2 ) 选用信息熵来反映珠海市土地利用的多样性和区位熵来反映珠海市土地资源结构相 对于全省的优劣状况；谭永忠等( 2 0 0 3 ) 根据对全国及东中西部、浙江省及各地市、杭 州市所属的5 个县市的土地利用结构信息熵的计算分析，结果表明土地利用结构的信 息熵可以用来反映一区域土地利用系统的有序程度；陈彦光基于信息论思想，提出反 s 映城市土地利用结构特征的均衡度概念，进而借助网格法定义城市土地利用的空间 熵，建议借此测算城市土地形态的信息维；王秀红( 2 0 0 2 ) 应用多元统计分析中的因子 分析，以中国西部地区各县市级行政单元为例，阐述了土地利用结构类型之间的关系， 以及土地利用结构综合数值表征方法，利用g i s 技术对因子综合得分值、土地利用率 和信息熵3 种综合性指数的空间格局进行叠加，并进行了类型区的划分。 由于影响土地利用结构和状况的因素很多，其中人类活动的影响又复杂多变，因 此划分土地利用结构等级没有一个相对一致的原则和方法，目前采用较多的是统计分 析和实地调查相结合的方法，已有的研究方法人为定性的因素居多，土地利用评价过 多地依赖于人为分等定级，使得等级之间缺乏过渡，导致分析结果与实际情况相去甚 远。对此，武建军等( 2 0 0 2 ) 以模糊模式识别理论为基础，采用模糊综合评判法，对土 地利用结构合理性等级的模糊划分进行了初步研究。 ( 2 ) 土地利用结构优化研究 土地利用结构优化问题，一直是经济发展中的一大热点问题，也是土地利用研究 中的重要内容。王万茂( 2 0 0 0 ) ，严金明( 2 0 0 1 ) 等都在土地利用规划中花大量篇幅讲述 土地利用结构优化问题。土地利用结构优化中方法的选择，是理论界探讨的热点问题， 常用的是线性规划法。最优线性规划法比较适合于人地复合系统中用地类型结构的优 化决策，这一方法的基本思想，是从区域土地利用的综合效益中，提炼出一个体现本 区土地资源特点和社会发展要求的单一效益，而将其它效益作为约束条件来考虑。张 佳会( 2 0 0 1 ) 探讨了最优线性规划法对土地利用总体规划的适用性，并以此方法构建比 较理想的土地利用结构模型；张豪等( 2 0 0 0 ) 详细介绍了单目标线性规划法在土地利用 结构优化中的应用，只从经济目标角度去考虑，把生态目标、社会效益作为部分约束 条件加以考虑；贾宏俊等( 2 0 0 1 ) 运用最优线性规划模型，预测并优化配置了芜湖市土 地利用结构；张贵祥等( 2 0 0 0 ) 根据土地利用结构调整原则和国家有关政策，结合当地 发展的实际，应用单目标线性规划方法构建乐清市区域土地利用结构优化数学模型； 严金明( 2 0 0 1 ) 采用线性规划法，求出了南京市2 0 1 0 年土地利用的最佳结构模式。 与单目标规划不同，钱文荣运用多目标线性规划法，不仅将经济效益作为目标函 数，而且还将生态效益、社会效益作为目标函数，而不再作为约束条件，对浙江省衢 州市的土地利用结构进行优化。 但由于一般线性规划是静态规划，不能反映和处理土地利用系统中约束条件的动 态变化，模型中的不确定性问题及变量之间的非线性关系，求出的解可能与实际不符， 6 甚至无解。灰色线性规划则能很好地弥补一般线性规划的不足，可在参数变化和发展 的情况下进行，是一种动态的线性规划。采用灰色线性规划，不仅可知道既定条件下 的最优结构，而且可以知道最优结构的发展变化情况。但承龙等( 2 0 0 1 ) 应用灰色线性 规划模型和层次分析法，对启东市土地利用结构优化和方案决策进行探讨：耿红等 ( 2 0 0 0 ) 以广西田阳县为例，验证了灰色线性规划方法优化土地利用结构的合理性、科 学性；谭淑豪( 1 9 9 7 ) 用灰色线性规划法，对浙江省土地利用结构进行了优化。 袁树林( 2 0 0 1 ) 从持续发展的观点出发，研究城市用地的经济效益、社会效益和 生态效益的评价方法，分析城市产业用地的比例，布局和结构的合理性，然后运用项 目评价法进行单体效益评价，最后借鉴传统的规划理论和空间模型，探讨城市土地利 用结构布局的合理性，以期望达到城市土地利用系统的优化。龚方方( 2 0 0 4 ) 分析了 郑州市区空间结构存在的问题，并探讨了未来影响郑州市区空间结构的有利条件和不 利因素，认为郑州市区空间结构应改变以往单中心圈层扩展的发展模式，向多中心分 散组团式转变，形成以交通网、信息网和绿化带连接的簇团式空间结构模式。边学芳 ( 2 0 0 5 ) 对城市化与城市土地利用结构建立多元线性的回归模型，则认为随着城市化 水平的提高，城市集中的居住用地面积也随之增加，工业用地、对外交通用地及仓储 用地随之减少。刘坚( 2 0 0 5 ) 利用数据包络分析江苏省1 3 个城市土地利用结构的效率， 其结论表明江苏省整体结构的效率低下，结构效益挖掘的潜力巨大；江苏省城市土地 利用结构效率具有趋同性。最后，根据城市现阶段的经济水平，提出一些控制城市土 地利用结构的建议。刘艳芳( 2 0 0 5 ) 以海南省琼海市土地利用结构优化为例，对遗传 算法在土地利用结构优化模型中的运用，进行了较为系统的分析和探讨，构建出一套 土地利用结构优化的多目标线性规划模型，并运用多目标的p a r e = t o 方法，成功地对模 型进行了解算，为今后的土地利用规划工作提供有益的参考。 由于城市土地系统的复杂性和影响土地利用结构因素的多样性与不确定性，数理 模型不可能面面俱到，而过于简单的数理模型必将降低优化模型的效果。中国城市土 地利用结构优化的数理模型研究及应用，还需要及时吸收国外相关领域的研究精华， 完善和改造结构优化模型，探索新方法，并进一步在实践中推广。 1 2 3 研究方法综述 传统的城市与区域规划，受地理学“经验归纳法”、建筑学“形象思维法”和经 济学“理论演绎法”的影响较大，实际工作中比较注重定性分析，定量分析的应用不 7 足。2 0 世纪7 0 年代末期以来，城市与区域规划模型逐步成熟和完善，除了概率论和 数理统计建模方法外，非线性分析方法、模糊数学、数学物理方法、分维几何学方法 等也被广泛用于模型的构建【用。 ( 1 ) 基本模型 城市土地利用结构优化的最主要阶段是数学模型设计。严金明认为土地利用系统 的数学模型虽然种类很多，但有其共同特点，即由目标函数和约束条件两部分组成。 目标函数的形式为：g = g ( 毛，屯，毛) ( 1 ) ，其中，毛，屯，矗为待定变量( 系 统的土地利用类型) 。约束条件的形式为：石“，毛，矗) ( 乏) 6 l 五( 毛，也，毛) ( = ) 6 2 丘( 而，毛，) ( 嘲屯 ( 2 ) 应取非负值，成为非负条件：五o i = l ，2 ，力 ( 3 ) ( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 三式一起构成土地利用规划系统的结构优化模型。其中，非负 性也作为约束条件的一部分。 ( 2 ) 线性规期法 近年来，线性规划的数学方法一直是最常用的方法。线性规划是一种优化资源配 置的有效方法，是一种确定的静态模型，该法克服了以往仅为土地利用结构优化，人 为布置措施的局面。1 9 9 4 年，有研究在以往土地利用线性规划方法基础上，提出了采 用混合整数线性规划方法的思想，保证了规划结果自成体系，互相配合，联合运用【1 9 1 。 ( 3 ) 灰色线性规剃模型 线性规划是一种优化资源配置的有效方法，是一种确定的静态模型，它要求目 标函数中效益系数、约束条件中的技术系数及其他限制量都固定下来。但由于土地利 用系统的多变性及系统因素之间的复杂性，所求出的解往往与实际不符，甚至无解。 有鉴于此，一些学者( 耿红、王泽民) 探讨了基于灰色线性规划的土地利用结构的优 化刚。数学模型如下： 目标函数为：，( 力= 口m a x ( r a i n )约束条件为：o 一茎6 ；x o 式中，x = k ，而，】r ； c = k ，c 2 ，6 】，其中，c j ( j = l ，2 ，3 ，力可以是灰数； i 圆( q ，) o ( q 。) l 约束条件的系数矩阵烈爿) 为：o 彳= i i； l ， l o ( ) o ( ) j q 吲却的白化矩阵一为：爿2 【， 约束量b = 【岛，6 2 ，以r ，它可以通过g m ( i ，1 ) 模型求得。约束条件式中，x ，为土地 利用类型；为约束系数；6 ，为约束常数。目标函数中，x ，为各种土地利用类型；c ， 为利益系数；厂( 力为产值。用单纯型法从模型中求得一组最优解 x ， ，即为最优的 土地利用结构。用这种方法求得的结果，更为合理一些。 ( 4 ) 多目标规划法 线性规划只能解决在一组约束条件下，求某一个目标的最大值或最小值。但在现 实社会经济系统中，通常决策者面对的是一连串的目标，换句话说，衡量一个方案的 好坏，标准不止一个，也就是说，问题本身难以用一个标准来衡量，而需要一个以上 的标准来衡量。在这些标准或目标中，彼此之间又往往不是那么协调，甚至是相互矛 盾的、对立的。这些标准的度量单位也常常是各不相同的。土地利用结构优化正是这 样一个现实问题，其目标不仅是要经济效益最大，而是要注重经济、生态、社会的综 合效益，且评价三效益的指标度量单位是不一致的。对于此，线性规划往往无能为力。 多目标规划正是在线性规划的基础上，为适应这种复杂的多目标最优决策需要而发展 起来的。 多目标规划具有以下特点：多目标规划不像系统动力学模型那样繁琐复杂，具 有简单明了的特征，同时它又带有系统动力学模型的正负反馈特征，模型中某决策变 量的参数变更会引起其它决策变量数值的变化：它克服了线性规划要求的目标函数 一维性，以及可行解区域局限性的弊病；建立多目标规划时，选取的目标个数不同， 赋予各目标不同的优先级，计算出来的结果就不一样，从这个意义上讲，多目标规划 具有可调性和可控性。在多目标规划中，如果某些目标由于种种约束而未能完全实 现，它也能指出目标值不能实现的程度及原因，供决策者参考，通过对各目标重要程 度、希望实现值及其它数据的变化分析，可得到一系列决策方案，供决策者在复杂的 活动中决策。近年来，多目标规划方法己广泛应用于土地利用结构优化中1 2 卜3 2 1 。 ( 5 ) 细胞自动机模型 国外分形理论的研究始于2 0 世纪7 0 年代后期，国内在此领域的研究工作于9 0 年代初刚刚起步。细胞自动机模型( c e l l u l a r a u t o m a t a m o d e l ) 简称c a 模型，成为该 9 领域研究的一个优秀范例。叶俊、陈秉钊探讨了分形理论在城市研究中的应用，认为 分形模型适合刻画城市的空间形态与空间过程，分形方法也许有助于寻找适合多准则 优化的空间结构，这将弥补传统城市模型的不足，同时也指出，分形性质是检验此类 城市增长模型有效性的一个必要而非充分条件p 3 l ；贾华等人把细胞自动机和灰色局势 决策结合起来，对土地利用变化机制进行了模拟】。c a 模型的应用研究促进了城市 土地利用结构优化的动态模拟。 ( 6 ) 信息熵与分维几何学方法 城市土地利用结构是应用