（土地资源管理专业论文）基于运输问题的土地利用优化模型研究——以延安市为例.pdf

t h er e s e a r c ho nl a n d - - u s eo p t i m u mm o d e lb a s e do nt h e t r a n s p o r t a t i o np r o b l e m ，f o re x a m p l e o fy a h a n ad i s s e r t a t i o ns u b m i a e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：z h a ow e i ju n s u p e r v i s o r ：p r o f w uj i n h u a c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：趣丰军 舢年6 n 占日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 赶伟军 客多牮 厶 刎r 拜石月罗日 列d 年6 月5e t 摘要 土地是人类赖以生存和赖以发展的物质基础。近年来，伴随着工业化和城镇化水平 的提高，人口的增加和人类活动范围的扩大，土地供需矛盾日益加剧。在可持续发展的 前提下，如何合理利用土地资源，如何合理分配国民经济各产业、各部门间有限的土地 资源，如何协调不同区域的土地供给需求，如何寻求既符合区域特点又能使土地利用效 益达到最优的决策方案，成为我们迫切需要解决的问题。虽然土地利用优化研究的理论 和方法很多，但大都侧重于土地的数量结构优化，很少对土地资源在区域间的配置进行 研究。基于以上背景，本文利用运输问题这一特殊的线性规划模型对土地资源在区域间 的配置问题进行探索研究。 全文共分为五章，第一章介绍了本文的研究背景和意义，总结了国内外土地土地利 用优化研究的现状，提出基于运输问题的土地利用优化模型的研究思路和研究内容。第 二章介绍了土地利用优化的相关理论和方法，通过对比不同方法的优劣，探讨基于运输 问题的土地利用优化模型研究的可行性。第三章介绍了运输问题的相关理论与方法，在 分析总结线性运输问题适用范围和特点的基础上，按照运输问题的原理建立基于运输问 题的土地利用优化模型，并探讨其优势。第四章以延安市为例，通过各类用地需求量预 测、分析各类用地效益、确定约束条件、运输模型求解、优化结果分析等步骤对基于运 输问题的土地利用优化模型进行实证研究，在确定用地需求量、用地效益和约束条件过 程中采用了层次分析法、变异系数法、回归分析等多种数学模型和方法。第五章，对全 文进行了总结并对本课题未来的研究提出了建议。 根据相关基础理论和实证分析研究，证明利用运输问题解决土地资源的优化配置的 方法是可行的，能够为指标分解提供一定的参考依据。但由于它所涉及内容较为庞杂， 对基础数据量要求较高，本文只是基于探索目的对该方法的可行性进行简单探讨，因而 该方法的完善仍需进行深入研究。 关键词：运输问题土地利用延安市 a b s t r a c t l a n di st h em a t e r i a lf o u n d a t i o no fh u m a nb e i n g sf o rl i v i n ga n dd e v e l o p m e n t r e c e n t l y t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n do fl a n di s i n c r e a s i n g l ya l o n g 、i t l lt h e d e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o na n dt h ei n c r e a s eo fp o p u l a t i o na n dh u m a n a c t i v i t i e s o nt h ep r e m i s eo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，i tb e c o m eau r g e n tp r o b l e mn e e d su st o s o l v e ，h o wt ou s el a n dr e a s o n a b l e ，h o wt od i s t r i b u t i o no ft h el i m i t e dl a n dr e s o u r c e sb e t w e e n d i f f e r e n td e p a r t m e n t sa n dv a r i o u si n d u s t r i e so fn a t i o n a le c o n o m y , h o wt oc o o r d i n a t et h e s u p p l ya n dd e m a n df o rl a n do fd i f f e r e n tr e g i o n s ，h o wt os e e kt h eo p t i m a ld e c i s i o ns c h e m e w h i c hc a nm a k ett h el a n du s ee f f i c i e n c yt oa c h i e v eb e s ta n db e i n ga c c o r d sw i t l lr e g i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s a l t h o u g ht h er e s e a r c ho fl a n d u s eo p t i m u mt h e o r ya n dm e t h o da r et o om a n y , m o s t l yi sf o c u s e do nt h el a n do ft h en u m b e ro fs t r u c t u r e ，t h er e s e a r c ho f t h ea l l o c a t i o no fl a n d r e s o u r c e si nt h ea r e ai sr a r e l y s om yp a p e ru s e st h et r a n s p o r t a t i o np r o b l e mt os t u d yt h e a l l o c a t i o no fl a n dr e s o u r c e si nt h ea r e a m yp a p e ri sd i v i d e di n t of i v ec h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n d 、 s i g n i f i c a n c eo fl a n d - u s e ，a n ds u m m a r i z e st h es t a t u so fl a n d - u s e ，a n dp r o p o s e dt h ec o n t e n ta n d t h i n k i n go fr e s e a r c hw h i c hi s b a s e do nt h eo p t i m i z a t i o nm o d e lo fl a n du s e t h es e c o n d c h a p t e ri n t r o d u c e st h er e l a t e dt h e o r ya n dm e t h o do fl a n d - u s eo p t i m u m i td i s c u s s e sw h e t h e ri t i sr e a s o n a b l et h r o u g hc o m p a r i n gt h ed i f f e r e n tm e t h o d s t h et l l i r dc h a p t e ri n t r o d u c e sr e l a t e d t h e o r ya n dm e t h o do ft h et r a n s p o r t a t i o np r o b l e m o nt h ea n a l y s i so ft r a n s p o r t a t i o np r o b l e m a n di t sc h a r a c t e r i s t i c s ，i td i s c u s s e st h ea d v a n t a g e so fo p t i m i z a t i o nm o d e l t h ef o u r t hc h a p t e r 晰ma d e q u a t ei l l u m i n a t i o nf o re x a m p l e ，t h r o u g hv a r i o u sk i n d so fd e m a n df o r e c a s t i n ga n d a n a l y s i sf o rl a n du s ee f f i c i e n c ya n dc o n s t r a i n tc o n d i t i o n s ，t r a n s p o r tm o d e l ，a n do p t i m i z e d r e s u l ta n a l y s i so ft h et r a n s p o r t a t i o np r o b l e mb a s e do nt h es t e p so fl a n du s eo p t i m i z a t i o n m o d e lf o re m p i r i c a lr e s e a r c h ，i nd e t e r m i n i n gt h ed e m a n df o rl a n d ，l a n du s ee f f i c i e n c ya n d c o n s t r a i n tc o n d i t i o n su s e di nt h ep r o c e s so ft h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ，v a r i a t i o n c o e f f i c i e n tm e t h o d ，r e g r e s s i o na n a l y s i sm e t h o da n dm a t h e m a t i c a lm o d e lo f t h ef i f t hc h a p t e r o ft e x t ，t h i st o p i ci ss u m m a r i z e d ，a n dt h ef u r t h e rr e s e a r c hi sp r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h er e l a t e dt h e o r ya n de m p i r i c a la n a l y s i sp r o v e st h a ti ti sf e a s i b l ea n dc a n i i i d e c o m p o s ei n d i c a t o r sp r o v i d ec e r t a i nr e f e r e n c et ou s et r a n s p o r t a t i o np r o b l e ms o l v i n gt h e o p t i m i z e da l l o c a t i o no fl a n dr e s o u r c eo f t h em e t h o d b u ti t sc o n t e n ta r ei n v o l v e di nn u m e r o u s d a t a , s om yp a p e ri sb a s e do nt h eh i g h e rr e q u i r e m e n t sf o rt h ep u r p o s et oe x p l o r et h e f e a s i b i l i t yo ft h em e t h o da n di ts t i l ln e e df u r t h e rr e s e a r c h k e yw o r d ：t r a n s p o r t a t i o np r o b l e m l a n du s ey a n a n i v 目录 第一章引言1 1 1 研究背景1 1 2 研究目的和意义2 1 3 国内外研究综述。2 1 3 1 国外研究现状2 1 3 2 国内研究现状3 1 4 研究思路和内容5 1 4 1 研究思路5 1 4 2 研究内容5 第二章土地利用优化的理论与方法概述7 2 1 基本理论。7 2 1 1 系统理论7 2 1 2 土地稀缺性理论7 2 1 3 土地可持续利用理论8 2 1 4 区位理论8 2 2 常用方法。9 2 2 1 定性与定量结合法9 2 2 2 线性规划法9 2 2 3 灰色线性规划法9 2 2 4 多目标规划法。l o 2 2 5 基于神经网络的土地利用优化法：1 0 2 2 6 各种方法优劣比较1 0 第三章基于运输问题的土地利用优化模型1 2 3 1 运输问题12 3 1 1 运输问题概述12 3 1 2 运输问题的类型1 3 3 1 3 运输问题的特点1 4 3 2 线性运输问题。：1 4 3 2 1 线性运输问题概述1 4 3 2 2 线性运输问题的类型1 5 3 2 3 线性运输问题的特点1 5 v 3 2 4 线性运输问题计算方法l5 3 3 基于运输问题的土地利用优化模型1 7 3 3 1 模型建立的思想1 7 3 3 2 模型建立的过程18 3 3 3 模型的优点1 9 第四章实证研究2 1 4 1 研究区概况2 l 4 1 1 延安市概况2 1 4 1 2 土地利用状况分析2 1 4 2 各类用地需求量的确定2 4 4 2 1 主要用地类型2 4 4 2 2 其他用地类型2 4 4 2 3 各类用地规模2 8 4 3 各类用地效益分析2 8 4 3 1 土地利用总效益2 8 4 3 2 各类用地效益权重3 2 4 3 3 各类用地效益3 5 4 4 模型的约束条件3 5 4 5 运输模型的求解_ 4 2 4 6 模型优化结果分析4 5 第五章结论与建议4 8 参考文献5 0 致谢5 2 v i 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 土地是人类赖以生存和发展不可替代的物质基础。近年来，伴随着工业化和城镇化 水平的提高，人口的增加和人类活动范围的扩大，非农建设用地需求不断增大。与此同 时，由于土地资源的不合理利用造成土地污染和浪费的问题也日益严重，使得土地供需 矛盾不断加剧。在可持续发展的前提下，如何合理利用土地资源，如何合理分配国民经 济各产业、各部门间有限的土地资源，如何协调不同区域、不同时空下的土地供给需求， 如何寻求既符合区域特点又能使土地利用效率达到最优的土地利用决策方案，促进土地 的集约利用和可持续发展，成为我们迫切需要解决的问题。 适值新一轮土地利用总体规划修编工作展开，其目的是通过对土地资源配置的宏观 引导与调控作用，协调好土地利用活动中的各种利益关系，解决入口增长、经济发展与 资源利用之间的矛盾。本轮规划在编制及实施过程中，无论是从规划的理论、方法、内 容、手段还是规划的深度与广度，较之前两轮土地利用总体规划都有了很大的进步，但 由于对土地利用进行系统研究起步较晚，相较于国外而言，其理论与方法体系仍有待完 善，其中，作为规划主要内容之一的优化用地结构与布局的问题尤为值得深入探讨。 我国各级土地利用总体规划的优化用地结构与布局的常用思路是在分析土地资源 的基本特征、土地利用现状特点及存在的主要问题的基础上，结合区域社会经济发展状 况及各部门、各地区土地利用的实际需求，以各项用地控制指标为依据，通过地类间的 调整达到土地数量结构和空间布局的平衡。事实上，优化用地结构与布局的实质是实现 土地资源的优化配置，即在时空上把有限的土地资源分配于不同用途，并与其它资源如 人力、资金和技术等达到合理组合，以使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。这一过程十分复杂，涉及到经济、社会和生态等诸多方面。为了使各 种影响因素组合后能够达到一个最优的水平，需要采用系统分析的方法，在对各种影响 因素进行系统研究的基础上按照该地区土地利用时空变化规律建立一定的数学模型作 定量分析。而实际上，我国土地利用规划中在这方面的研究较少。 在此背景下，为了缓解区域土地供需矛盾，协调人口、资源和生态环境之间关系。 促进区域土地资源的合理配置，本文对优化城乡用地结构与布局的理论和方法进行探索 研究，对于完善土地利用规划理论与方法体系具有十分积极的作用。 1 第一章引言 1 2 研究目的和意义 优化用地结构与布局的根本目的是使区域的土地利用系统效益最大，即在满足一定 的条件下将一定数量的土地分配到各个地区、各个用地部门，使土地在时间上得到合理 安排，在空间上得到最佳落实。这里的土地利用系统效益一般包括社会、经济和生态效 益。其主要过程是把一定的土地利用方式与土地适宜性、社会经济性联系起来，从数量 和空间两方面来有效配置土地资源，以寻求土地资源在地区间和产业间的合理分配的最 优方案，从而协调经济、人口、资源与环境之间的关系，获得最佳的社会、经济及生态 的综合效益。它包含两方面的内容：一方面，在了解一个地区土地资源的供给与需求是 否吻合的基础上，结合各种用地之间的内在联系建立合理的用地结构；另一方面，通过 揭示土地利用变化的机制与驱动力，找出合理利用土地的途径，从而实现合理的土地利 用结构及其最佳空间布局，促进土地资源的可持续发展。 因此，本文从研究土地利用的系统效益入手，在对土地利用优化的原理、目标与模 式进行深入研究的基础上，结合相关理论和方法，探索在土地资源有限供给的前提下， 如何有效地把土地资源分配于不同的地区和不同的部门，并与其他资源达到合理配置， 使各种资源产出效益最大化，具有较强的理论价值与实践意义。 1 3 国内外研究综述 1 3 1 国外研究现状 国外科学地研究土地利用始于1 9 世纪初期。德国经济学家杜能的农业区位论和韦 伯工厂区位论，美国地理学家马什的人地关系与自然保护理论等，为土地利用的研究探 索了新的道路。 2 0 世纪上半叶，土地利用研究没有得到重视，其研究的方法大多采用定性的经验 规划方法，它是根据专业人员的实践经验和领导的主观愿望来确定土地利用发展方向和 各类用地的配置比例。随着社会生产力的发展，土地利用结构与布局日趋复杂化，简单 的定性分析已不能满足土地利用研究的需要，因而土地利用调查、分类、评价、区划、 规划等一系列土地利用研究基础工作在全世界范围内先后开展起来。 到了2 0 世纪下半叶，随着人口、资源、环境和发展( p r e d ) i h 题的出现，特别是1 9 9 5 年联合国提出了“土地利用和土地覆盖变化 ( l u c c ) 的研究计划，土地利用研究逐 渐得到重视，土地利用变化成为当时全球变化研究的核心领域和前沿课题。为保证人口、 2 长安大学硕士学位论文 资源和环境的协调发展，土地利用研究的方向逐渐转变为以控制土地利用变化和可持续 发展为目的而进行的公共决策，其主要研究领域包括：城市化和农业的发展过程中土 地利用优化配置的机理研究；湿地、废弃地、居住地以及其他特殊地段的土地优化配 置研究；农业、林业、水产养殖等农副业用地的优化配置研究；土地利用政策及其 对土地利用结构优化配置的作用研究等。 近年来，随着计算机技术的发展，地理信息系统( g i s ) 开始普遍应用于土地资源 调查、土地资源评价等研究中，国外对遥感、g i s 和数学模型在土地利用结构、土地利 用规划模式等方面的应用开展了深入的研究，并取得了不少成果，如s h a r i f i 等探讨了 把土地利用动态规划系统用于作为农场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间配置决策模式：c h u v i e c o 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等。这些研 究主要有以下几个特点： 。 ( 1 ) 从研究内容上多侧重于土地利用动态变化的监测、模拟和分析； ( 2 ) 从空间尺度上多侧重于全球大区域或国家尺度的研究，而针对较小区域的研 究不多； ( 3 ) 从研究方向上，虽然构建大量的模型深入研究土地利用结构现状的驱动力和 影响因子，但多侧重于土地利用的评价和统计分析； ( 4 ) 从研究方法上，多侧重于对土地利用系统要素和结构的定性描述上，或采用 建模方法并结合g i s 技术对单一土地利用系统进行模拟和分析，而针对区域性土地利用 结构进行的定量分析研究比较少见。 1 3 2 国内研究现状 我国开展土地利用研究由来已久，早在2 0 0 0 多年前禹贡一书就有对土地利用 类别和差异的详细描述。此后，土地利用研究逐渐发展，但相较于国外而言，利用现代 科学理论对土地利用进行系统的研究起步较晚。 2 0 世纪中叶，我国土地利用研究主要在土地利用规划、资源调查等任务的基础上， 运用土宜法和综合平衡法对土地资源配置作定性分析，很少采用系统分析的方法。由于 这些研究受前苏联土地利用与规划模式影响较大，主要是结合大规模的区域自然资源考 察而开展的、具有特定目的的区域土地利用调查研究，因而在研究方法上，多属定性的、 3 第一章引言 经验性研究，缺乏系统的理论性总结。 2 0 世纪8 0 年代中期，为了解决生态安全问题，土地利用研究的内容进一步拓展， 具体包括以可持续发展为导向的土地资源分配与再分配，各类用地结构的合理调整和优 化布局等内容，土地利用结构研究成为土地利用规划的主要内容。 2 0 世纪9 0 年代以后，随着“3 s 技术( 遥感技术r s 、地理信息系统技术g i s 和 全球定位系统技术g p s ) 的发展和推广，土地利用研究的基础理论进一步加强。同时， 由于粮食生产不稳、土地配置利用状况不佳使得土地资源的配置利用问题引起学术界的 高度关注。大量学者对土地利用研究的理论和方法体系进行深入探讨，土地评价、土地 利用规划、土地利用系统工程，城镇土地定级与估价研究等方面的著作不断问世，将土 地利用研究引入了新的发展阶段。 进入2 1 世纪，土地资源合理配置的基础作用日益凸显，引起国内学者的广泛重视， 许多学者对土地资源配置问题开展了全面和系统的研究，土地资源配置的基础理论研究 进一步完善。资源配置是指经济中的各种资源( 包括人力、物力、财力) 在各种不同的 使用方向之间的分配，即在资源供给有限的条件下，研究如何有效地把经济中的各种资 源分配于各种不同的用途，以便用这些资源生产出更多的为社会所需要的产品和劳动。 李金昌指出“自然资源配置是指资源之间以及自然资源与其他经济要素之间的组合关 系，在时间结构、空间结构和产业结构等方面的具体体现及演变过程”；关涛认为“资 源配置是指在一定的自然、经济和社会条件下，为了满足人类社会需要和经营目的，对 特定时期、地区和企业、生产单位各种生产资源的种类、数量及其结构与布局的安排和 组合”；刘彦随指出“土地资源配置的实质是转换土地用途或对土地做实体性改变的复 杂的社会过程，土地资源配置具有过程性，决定了它必须随着时空的变化而变化，土地 资源配置方案是相对稳定性和动态性的统一 。 目前，我国对土地利用的优化配置研究已经进入了一个更加广泛而深入的研究阶 段，主要呈现出以下特点： ( 1 ) 研究领域逐渐深入，已由原来比较狭窄的农业土地利用研究转入更为广泛、 实践性更强的农林复合与牧业用地、城镇用地、住宅用地、旅游用地等土地利用研究领 域； ( 2 ) 研究方向已由原来的单纯以土地供需为着眼点而进行的土地利用结构优化趋 向于通过合理配置区域内各地区、各产业、各部门土地资源以取得区域土地利用经济、 社会和生态等综合效益最大化为目标，以保持土地的可持续利用为目的。 4 长安大学硕士学位论文 ( 3 ) 研究方法逐步向多元化、模型化和信息化方向发展，由原来简单的定性分析 逐渐发展为定性与定量相结合的综合分析法，由一般的静态规划模型逐渐演变为更符合 土地利用变化特征的动态规划规划模型。 1 4 研究思路和内容 1 4 1 研究思路 本文的研究思路如下，具体如图1 1 所示。 第一步，对土地利用优化的相关理论与常用方法进行研究，总结各种方法优劣，为 探索新的土地利用优化方法奠定理论基础； 第二步，对运输问题及其相关理论和方法进行分析研究，总结其特点和适用性，并 与土地资源优化配置的方法和理论结合起来，设计基于运输问题的土地利用优化模型； 第三步，进行实证研究，以延安市为例，按照运输模型的设计思想和过程建立基于 运输问题的土地利用优化模型。 一。 第四步，总结全文的主要结论，探讨本研究的优势与不足。 图1 1 论文研究思路图 1 4 2 研究内容 l 、土地利用优化的相关理论与方法研究 5 第一章引言 对土地利用相关基础理论与常用方法进行研究，基础理论包括系统理论、土地供给 稀缺性理论、土地可持续利用理论和区位理论等，常用方法包括定性与定量结合法、线 性规划法、多目标规划法和基于神经网络的土地利用优化模型等。 2 、基于运输问题的土地利用优化模型研究 对运输问题相关理论进行研究，结合其特点设计基于运输问题的土地利用优化模 型，具体包括运输问题及其特殊形式线性运输问题的相关理论研究、基于运输问题的土 地利用优化模型的设计思想、过程和特点等。 3 、基于运输问题的土地利用优化模型的实证研究 以延安市为例，在土地利用状况进行系统分析的基础上，按照运输模型的设计原理 和步骤建立土地利用优化模型，对延安市进行实证研究，具体包括土地利用状况分析、 各类用地需求量预测、各类用地效益分析、约束条件的设定、运输模型求解和优化结果 分析等。 6 长安大学硕士学位论文 2 1 基本理论 第二章土地利用优化的理论与方法概述 2 1 1 系统理论 系统是指相互作用的多元素的复合体，可以表述为：如果一个集合中至少有两个可 以区分的对象，且所有对象能够按照可以辨认的特有方式相互联系在一起，就称该集合 为一个系统。系统的原理主要表现在三个方面：( 1 ) 系统内部各要素之间是互为因果的， 即某一要素的变化必然导致其它要素乃至整个系统的变化，而不同的要素配置决定不同 的系统功能；( 2 ) 系统中某一要素的微小变化，其作用在整个系统中将被放大，即从功 能上这一要素的变化会导致其它要素及整个系统的显著变化；( 3 ) 系统各要素在数量上 的呈相互对比关系。 土地利用系统是指为人类活动所利用的土地表层及其以上和以下的所有要素相互 联系、相互制约而构成的具有特定功能的综合体。它是指由自然系统和人工系统相结合 的复杂系统，具有层次性、开放性、整体性和动态性等特点。运用系统理论与方法，用 系统的观点去看待土地利用问题，就是对土地利用及其过程进行抽象和概括，并以定量 分析和数学模型的方法表达出来，从而为人们认识、判断和决策土地利用及其变化过程 提供了可靠的理论和有力的方法依据。根据系统原理，合理的土地利用结构可以产生结 构效应，从而使土地利用系统功能增强和效率提高，这就要求在进行区域土地资源优化 配置的时候，各地区、各部门、各产业以及其他各利益主体之间必须相互协调，注重区 域整体功能的增强和效率的提高。 2 1 2 土地稀缺性理论 稀缺性是指相对于人类的需求而言，土地、技术、劳务等资源总是不足的，其供应 量少于人们能够免费或自由取用。由于土地具有自然供给的有限性、位置的固定性、质 量的普遍差异性以及报酬递减的规律性，因此土地资源无论是从其总量还是经济供给量 方面来看都是稀缺有限的。随着社会经济的发展和人口的增加，土地的需求日益增加， 当正常的土地供应满足不了需求时，土地就会表现出稀缺性。因而在土地利用过程中， 需要不断加强土地的规划和管理，通过合理配置有限的土地资源来满足日益增长的社会 需求。 7 第二章土地利用优化的理论与方法概述 2 1 3 土地可持续利用理论 可持续发展的定义为：既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成 危害的发展。土地作为人类赖以生存和发展的物质基础，由于其供给的有限性，土地产 出不能无限制满足人类的社会需求，只能是在保证有持续不断的生产能力的前提下，最 大限度地满足每一代人的需要。世界粮食组织( f a o ) 认为：如果预测到一种土地利用 在未来相当长一段时期内不会引起土地适宜性的退化，则可认为这样的土地利用是可持 续的，即将技术、政策和社会经济等原理与环境活动结合在一起，同时保持和提高土地 的生产力，保证土地的经济可行性和社会接受性，降低土地的生产风险，保护土地资源 的开发潜力，防止土壤与水质的退化。 实际上，土地的可持续利用就是协调人类当代与后代之间在经济、社会与环境方面 的需求，同时维持与加强土地资源质量，它包含三层意义：( 1 ) 土地的供给和需求的平 衡；( 2 ) 土地利用经济效益、社会效益和生态效益的统一；( 3 ) 土地的可持续利用。实 现土地的可持续性有三个方面因素构成：土地物质存在的可持续性、土地利用功能存在 的可持续性、生态环境与土地利用功能协调的可持续性。从土地上获得商品和服务是土 地利用的最终目的，因而土地利用功能存在的可持续性是土地可持续利用的核心；土地 功能的存在和发挥是其以物质存在为基础和依托，因而土地物质存在的可持续性是土地 可持续利用的物质基础；生态环境与土地利用功能的协调是为土地功能正常和有效发挥 提供条件，因而生态环境与土地功能协调的可持续性是土地可持续利用的环境基础。 2 1 4 区位理论 区位理论具体是指按照各种类型土地利用的特点来选择相应的区位，从而保证土地 资源得到合理利用，获得最大经济效益。区位规律是指在特定或在某几个同类地点进行 一种经济活动，比在其它地方进行同类经济活动，能够取得更大的效益。一般说来，任 何土地除本身的资源条件外，总是与其周围某种其它经济因素，如距离城市远近、附近 工业布局状况、交通便利程度、环境条件好坏等因素有关，这就要求在土地利用过程中 必须遵循区位规律。 区位理论可以确定不同地段的土地用途，通过政策和规划指导各种用地的区位选 择，从而调整区域土地利用结构。土地具有位置固定性，由于在土地上面从事活动的不 同使之表现出不同的利用类型，从而使得每个土地利用单元之间不仅具有距离和方位的 特征，还具有一定的空间地域分布规律。而这些区位特征、空间地域分布规律又都与各 8 长安大学硕士学位论文 种自然地理要素和社会经济技术条件的影响有密切的关系。因此，可以把土地作为区位 论研究的对象，分析研究土地利用类型单元的空间分布特点及其形成机理，从而找出区 域土地合理利用的途径。从区位理论的角度而言，用地位置的合理性，就是所选择的区 位对于其它区位来说，相较而言利益最大，综合效益最好。这就要求在土地资源配置过 程中，必须遵循区位规律，运用各种区位优势，对各类用地进行科学合理布局，从而达 到合理利用土地的目的。 2 2 常用方法 2 2 1 定性与定量结合法 定性与定量相结合的方法是在分析和总结土地资源的基本特征、土地利用现状特点 及存在的主要问题的基础上，结合区域社会经济发展状况及各部门、各地区土地利用的 实际需求，以各项用地控制指标为依据，通过地类间的调整达到土地数量结构和空间布 局的平衡，进而提出合理的土地利用优化调整方案。目前，该方法是我国各级土地利用 总体规划的常用思路。 2 2 2 线性规划法 线性规划是一种优化土地资源配置的有效方法，它是一种确定的静态模型。它是在 分析和研究土地相关资料的基础上，依据规划任务和目的，确定规划目标，设置决策变 量，构建约束条件和目标函数，建立数学模型来反映区域土地利用活动与其他社会经济 因素之间的相互关系，通过模型求解得到多个可供选择的土地利用优化方案。该方法近 年来应用较多，有人甚至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，相互配合，联合运用。 2 2 3 灰色线性规划法 灰色线性规划法是利用某一变量的现状和趋势预测其未来状态的一种分析手段，是 一种技术系数为可变的灰数、约束值为发展的情况下进行的动态线性规划。一般线性规 划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，一般线性规划所求出的解往往与实际 不符，甚至无解。灰色线性规划是一种动态的线性规划，它不仅可以知道既定条件下的 最优结构，还可以知道最优结构的发展变化情况。它弥补了一般线性规划的不足，逐渐 成为土地利用结构预测研究的常用方法。 o 第二章土地利用优化的理论与方法概述 2 2 4 多目标规划法 多目标规划是在线性规划的基础上，为适应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，同时它又具有系统动力学模型的反馈特征，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，如果某些目标由于某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，为决策者提供参考，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， 多目标规划方法已广泛应用于土地利用结构优化中。 2 2 5 基于神经网络的土地利用优化法 作为一个前沿科学的神经网络，它具有逼近任意非线性映射的特征，可以处理模糊 的、非线性的数据，因而用它建立模型通常要比常规分析方法具有更多的优点。由于土 地利用规划问题是一个多目标的规划问题，需要处理某些难以量化或者指标变量之间属 于非线性的复杂关系。基于神经网络的土地利用优化法很好地解决了这一难题，由于它 的操作对象是一组可行解，搜索轨道有较多，因而具有良好的并行性、全局优化性和稳 定性，能够通过对土地利用中的大量基础数据进行分析，综合寻找出最优的土地利用结 构。该方法逐渐被应用到土地资源优化配置中。 2 2 6 各种方法优劣比较 通过对比以上研究方法可以看出，这些方法具有以下特点： ( 1 ) 定性与定量相结合的方法虽从定性的角度提出了土地资源可持续利用的一些 方法和措施，但缺乏应用数学模型进行数据支撑，相对来说缺少一定的说服力。 ( 2 ) 线性规划法通常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，而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，且衡量一个方案的 好坏，标准不止一个，对于此，线性规划往往无能为力。 ( 3 ) 灰色线性规划法不仅可以知道既定条件下的最优结构，还可以知道最优结构 的发展变化情况，是一种动态规划，它弥补了一般线性规划的不足。但单纯采用数学模 型分析的方法往往存在着模型简单化难以反映问题的本质特征的缺陷。 1 0 长安大学硕士学位论文 ( 4 ) 多目标规划法。由于土地利用规划问题是一个多目标的规划问题，规划的方 案追求经济、社会和生态等多方面的效益，因而运用多目标规划法具有较强的优势。但 由于土地利用规划问题中的不确定因素及模糊的因素很多，模型建立的过程较为困难。 ( 5 ) 基于神经网络的土地利用优化模型。由于神经网络优化系统具有很好的识别 诊断功能，可以跟踪方案实施的状况，随时检验土地利用实施的效果，因而能够很容易 实现多目标非线性的土地利用方案的组合优化问题。但由于所需数据量过于庞大，收集 和处理数据的过程较为繁琐。 综上所述，土地利用优化研究方法已逐渐由定性向定性与定量相结合，由静态规划 向动态规划，并逐步向规划的模型化和信息化方向发展。事实上，土地资源的优化配置 是一个探究领域很广的问题，涉及到土地利用数量、分布和空间特征等多个方面，以上 研究方法大都侧重于土地资源数量在不同部门产业间的配置状况，即土地利用的数量结 构优化，很少对土地资源在区域间的配置进行研究，因而对土地资源的区域配置状况进 行深入研究是很有必要的。 鏊 第三章基于运输问题的土地利用优化模型 第三章基于运输问题的土地利用优化模型 运输问题是一类常见而且极其典型的线性规划问题，也是一个基本的网络问题，在 现实世界中具有极其广泛的应用，它是指将某种物资由若干个供给地直接运往若干个需 求地的问题。它在分析各产销地间运费( 效益) 大小的基础上，通过合理调配不同地区 物资供量，从而使各地区物资调配费用最小或效益最优。而在土地利用中，各类型土地 在不同地区和不同部门中所产生的效益是不同的，如何合理安排土地资源在不同地区和 不同部门的分配，使区域土地利用效益达到最大是土地利用结构与布局优化所要解决的 问题。因此，将运输问题引入到优化用地结构与布局中，解决区域内土地资源的合理配 置的是一种科学有效的方法。 3 1 运输问题 3 1 1 运输问题概述 随着社会经济的发展，物流的重要性日益凸现，运输作为物流中不可或缺的环节， 运输过程中对物资调运进行科学合理的安排显得十分重要。运输问题最早由h i c h c o c k 在1 9 4 1 年提出，此后人们开始研究各类运输问题，将其扩展为更为复杂的运输模型。 运输问题主要是解决物资的合理调运问题，即在物资生产地到销售地之间如何合理地分 配各地区物资的供应量从而使整个调运过程中所需运费最小或效益最优。后来，许多学 者提炼和扩展了基本的运输模型，不仅包括最优运输模式的确定，还包括生产计划、转 运问题和指派问题的分析等，使运输问题的研究应用范围大大扩展，社会经济中许多资 源配置的问题都可以用运输问题来解决。 尽管运输问题在不同领域研究的侧重点和方法并不相同，但其基本形式仍然是一致 的，主要由源点和终点两部分组成，其基本模型如图3 1 所示。图中：左边的结点代表 “源点