（土壤学专业论文）土地利用动态规划方法研究——以河北省卢龙县为例.pdf

摘要 为了实现区域可持续发展和土地资源的可持续利用 必须加强土地资源管理 加 强土地资源管理的根本就是要做好土地利用规划 因而对土地利用规划的要求越来越 高 传统规划模型方法局限于强调规划要素之间的线性的或确定型的关系 是一种基 于推理式的 一步一步式的方法论 很难适应复杂的规划过程的要求 难于满足土地 利用规划动态性与弹性的需求 表明传统规划模型方法存在一定的缺陷与不足 亟待 寻求一种新的解决方法 本研究在仔细进行土地利用系统分析的基础上 综合运用人工神经网络方法和多 目标模糊优选动态规划理论建立了土地利用动态规划模型 并以卢龙县为例进行实证 研究 取得了较好的结果 本研究主要有以下结论 1 通过对土地利用规划模型方法的分析 现有的土地利用规划模型在解决土 地利用规划的弹性和动态问题上存在缺陷 因此 适时引入了人工神经网络模型方法 建立了基于人工神经网络土地利用动态规划模型 有利于土地利用规划研究方法的进 一步创新与完善 2 在对卢龙县土地利用现状分析的基础上 构建了3 个时间序列 确定了土 地利用结构优化a n n 模型的相关参数及网络的结构 完成了学习样本的构建和网络 训练 通过调控参数的浮动及网络仿真得到了9 套规划方案 实现土地利用弹性规划 的要求 3 对卢龙县规划期内3 个时间序列的土地利用规划方案集进行多目标模糊优 选动态规划 最后确定了卢龙县土地利用规划的最优决策序列为2 0 1 0 年为经济社会 发展中等型方案 2 0 1 5 年为社会经济发展较低型方案 2 0 2 0 年为经济发展中等型方 案 避免了人为主观性 体现了动态规划的要求 为土地利用长期最优方案的选定提 供了有力保障 4 根据卢龙县动态规划结果 规划期内耕地由2 0 0 4 年的4 0 4 7 7 9 2 h m 2 减少为 2 0 2 0 年的3 9 4 6 3 1 8h m 2 园地由2 0 0 4 年的8 9 2 9 4 7 h m 2 增加到2 0 2 0 年的1 0 3 4 2 9 2 h m 2 林地由2 0 0 4 年的1 0 2 5 1 2 5 h m 2 增加到2 0 2 0 年的1 3 0 8 1 0 6 h m 2 建设用地由2 0 0 4 年的 1 1 0 5 1 4 4 h m 2 增加到2 0 2 0 年的1 7 1 3 0 4 8 h m 2 未利用地由2 0 0 4 年的2 4 9 0 8 6 7 h m 2 增加 到2 0 2 0 年的1 5 6 0 1 1 0 h m 2 各类用地变化能够反映在规划期内卢龙县社会经济发展对 土地需求的变化 关键词 土地利用 人工神经网络模型 多目标模糊优选 动态规划 卢龙县 s t u d yo nd y n a m i cp r o g r a m m i n gm e t h o do fl a n du t i l i z a t i o n ac a s es t u d yi nl u l o n gc o u n t yi nh e b e ip r o v i n c e n a m e j i a x u f e i s u p e r v i s o r p r o f e s s o rx uh a oa n da s s o c i a t ep r o f e s s o rz h a n gj u nm e i m a j o r l a n dr e s o u r c e a b s t r a c t i ti sn e e dt os 仃e n g t h e nl a n dr e s o u r c e sm a n a g e m e n tf o rr e a l i z i n gr e g i o n a ls u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta n ds u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no fl a n dr e s o u r c e s m o r e o v e r i ti se s s e n t i a lt od o l a n du s i n gp l a n n i n gw e l lf o rs t r e n g t h e n i n gl a n dr e s o u r c e sm a n a g e m e n t w h i c hr e s u l t si na h i g h e ra n dh i g h e rr e q u i r e m e n to fp l a n n i n g t h el i m i t a t i o n so ft r a d i t i o n a lp l a n n i n gm o d e l m e t h o da r ef o c u s i n go nl i n e a ro ro t h e r sr e l a t i o nb e t w e e np l a n n i n ge l e m e n t s b a s i n go n i n f e r e n c ef o r m u l a a n dd i f f i c u l tt om e e tt h en e e do fc o m p l e xp l a n n i n gp r o c e s s e sa n dt h e d y n a m i cd e m a n do fl a n du s i n gp l a n n i n g a l lo ft h e s es u g g e s tt h a tan e wm o d e lo fl a n d u s i n gd y n a m i cp r o g r a m m i n gs h o u l db eb r o u g h to u t i nt h i sp a p e r b a s i n go nt h el a n ds y s t e ma n a l y s i s w et o o kl u l o n gc o u n t ya sa n e x a m p l e t oe s t a b l i s ham o d e lo fl a n du s i n gd y n a m i cp r o g r a m m i n gb yc o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t i o no fa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ka n dm u l t i o b j e c t i v ef u z z yo p t i m i z a t i o nd y n a m i c p r o g r a m m i n gt h e o r y a n do b t a i n e dag o o dr e s u l t s i tc o m p r i s e st h em a i nc o n c l u s i o n s 1 t h e r ea r ed e f e c t st h a tt a k i n gu s eo ft h ee x i s t i n gm o d e lo fl a n du s i n gp l a n n i n gt o r e s o l v et h ee l a s t i ca n dd y n a m i cp r o b l e m sa f t e ra n a l y z i n g s o t h a ti n t r o d u c i n gm e t h o do f a r t i f i c i a ln e r v en e t w o r kp r o p e r l y e s t a b l i s h i n gt h em o d e lo fd y n a m i cp r o g r a m m i n gf o rl a n d u s i n gb a s i n go na r t i f i c i a ln e r v en e t w o r k i sb e n e f i c i a lt oi m p r o v i n gr e s e a r c hm e t h o do fl a n d u s i n gp l a n n i n g 2 c o n s t r u c t i n gt h r e et i m es e r i e s b a s i n go nt h ea n a l y s i so fl a n du s es t a t u si nl u l o n g c o u n t y d e t e r m i n i n gt h er e l a t e dp a r a m e t e r sa n dn e t w o r ks t r u c t u r eo fa n nm o d e lw h i c h r e l a t e st ol a n du s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n a c c o m p l i s h i n gt h el e a r n i n gs a m p l e sc o n s t r u c t i n g a n dn e t w o r kt r a i n i n g o b t a i n i n g9p l a n n i n gs c h e m e sb ya d j u s t i n gp a r a m e t e ra n dn e t w o r k s i m u l a t i o n m e e t i n gt h er e q u i r e m e n ti ne l a s t i c i t yo fl a n du s ep l a n n i n g 3 h a n d l i n gt h el a n du s i n gp l a n n i n gp r o j e c to ft h r e et i m es e r i e si nl u l o n gc o u n t y l i t h f u z z yo p t i m i z i n gm u l t i o b je c t i v ed y n a m i cp r o g r a m m i n g t h e nd e t e r m i n i n gt h e o p t i m a ld e c i s i o na r r a yo fl a n du s i n gp l a n n i n g t h a ti se c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n t m e d i u mt y p ei n2 010 s o c i a le c o n o m i cd e v e l o p m e n tl o wt y p ei n2 015a n de c o n o m i c d e v e l o p m e n tm e d i u mt y p ei n2 0 2 0 a n da v o i d i n gs u b j e c t i v i t y e m b o d y i n gt h en e e do f d y n a m i cp l a n n i n g o f f e r i n gt h eg u a r a n t e ef o rt h es e l e c t i n go fl a n du s i n gl o n g t e r mo p t i m a l p l a n 4 b a s i n go nt h ed y n a m i cp r o g r a m m i n go fl u l o n gc o u n t y d u r i n gt h ep l a n n i n g p e r i o di n2 0 0 4t o2 0 2 0 t h ec u l t i v a t e da r e aw i l lh a v ed e c r e a s e df r o m4 0 4 7 7 9 2 h m 2t o 3 9 4 6 3 18h m 2 t h eg a r d e np l o tw i l lh a v ei n c r e a s e df r o m8 9 2 9 4 7 h r n 2t o10 3 4 2 9 2 h m 2 f o r e s tl a n dw i l lh a v ei n c r e a s e df r o m10 2 51 2 5 h m 2t o13 0 81 0 6 h m 2 a n db u i l d i n gl a n df r o m 110 51 4 4 h m 2t o1713 0 4 8 h m 2 a n dt h eu n u t i l i z e dl a n dw i l lb ef r o m2 4 9 0 8 6 7 h m 2t o 15 6 01 1o h m z i ts u g g e s t st h a tt h ev a r i e t i e so fd i f f e r e n tl a n dc a l lr e f l e c tt h ec h a n g e so f s o c i a le c o n o m i cd e v e l o p m e n tt ol a n dd e m a n dd u r i n gt h ep l a n n i n gp e r i o di nl u l o n g c o u n t y k e yw o r d s l a n du s i n g a r t i f i c i a l n e u r a ln e t w o r km o d e l m u l t i o b j e c t i v e f u z z y o p t i m i z a t i o n d y n a m i cp r o g r a m m i n g l u l o n gc o u n t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得塑兰垦盛些盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名 锄参侈签字日期 矿面疹 年石月 口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑兰垦盔些盘堂有关保留 使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借 阅 本人授权塑皇垦盔些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 抛 盈 导师签名 签字日期 们杉年多月 矿日 y 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 圈 签字日期 7 嘲年多月 口日 电话 邮编 土地利用动态规划方法研究 1 1 研究背景及意义 1 引言 土地作为一种大自然赋予的资源 是财富之母 人类依赖土地生存而繁衍 人类 社会因依存土地而发展 在我国社会经济快速发展 市场经济体制不断完善的时代背 景下 相当薄弱的土地资源基础正承受着来自三方面的巨大压力 人v i 增长对食物 的需求形成了对耕地保护的压力 社会经济快速发展形成了对土地资源总量需求的压 力 加强生态建设和环境保护的压力 这三种压力的并存迫使我们必须对有限的土地 资源进行优化配置 科学 合理 高效 集约地进行利用 因此 对我国来说 开展 土地利用规划方法及应用研究更有着特殊意义和实践价值 2 j 土地利用规划是土地资源可持续利用的重要手段和工具 是保护耕地的 红线 是以土地资源合理配置和布局为核心 以经济 社会 生态三效益耦合为最佳目标 依据土地资源自然特点 社会经济条件和发展用地需求 在时间和空间上对区域内全 部土地进行开发 利用 整治 保护所做的总体部署和具体安排1 3 j 随着中国改革的 不断深化 投资主体呈现多元化 产业结构和布局的变化加快 影响土地利用规划的 不确定性因素增多 经济的不可预见性和难以预测性导致土地需求的变异性增加 使 得规划编制赖以生存的基础和背景不断发生快速变化 致使土地利用规划工作更加紧 迫 但难度将进一步加大 任务将更加繁重 这就迫切要求使原来过于具体的刚性规 划转变为应变能力较强的弹性规划 4 j 弹性规划的要求主要包括三层意思 一是规划 研究的指导思想要求满足 一要吃饭 二要建设 三要保护环境 三个目标即经济效益 社会效益和环境效益三者兼顾 二是要求规划具有灵活合理的规划时序 三是规划的 结果要提供决策者可供选择的多方案的比较规划设计 土地利用结构优化是实现土地 资源可持续利用的一条重要途径 是土地利用规划的核心内容 如何按自然规律和经 济规律来建立合理的土地利用结构是土地利用规划的关键所在 编制土地利用规划方案是土地利用总体规划的主要内容之一 它不仅涉及国家有 关土地利用的方针政策 满足农业 交通 城建 工矿企业等各经济部门对各类土地 数量的要求 而且要考虑满足各种用地需求的可能性 影响土地利用规划的因素很多 既有社会经济发展方面的因素 也有区域自然条件方面的因素 还有土地利用规划政 策与制度方面的因素 在这些因素中 有些因素与土地利用规划方案的关系可以用确 定的数学模型进行描述 有些因素与土地利用规划方案的关系尚不明确 不能用确定 的数学模型表达 是非线性的 尤其是在社会经济快速发展时期 各规划要素之间的 非线性关系更为显著 在土地利用规划方案的编制过程中 既要体现出生态效益 经 济效益 社会效益的综合效果 又要力求做到规划方案的科学 实用 合理 可行 采用传统的规划模型方法虽然也取得一些效果 但由于规划问题涉及的经济 社会 生态等一些指标难以量化或指标间存在复杂的非线性关系 在建立规划数学模型时 传统的规划模型方法难于清晰地反映各规划要素之问的本质特征 一般说来 对非线 河北农业大学硕士 学位 毕业论文 性系统的数学建模研究尚缺乏统一的手段 传统规划模型方法对于复杂的非线性系统 的适用性也是有限的 通常是将非线性问题转化为线性问题来解决 这就丧失了规划 本身所具有的非线性特性 或者对某些特殊的非线性系统做特殊的处理 从而使规划 模型方法在实际中常常失去应有的效用 5 j 在土地利用规划模型方法研究中 可以借 鉴相关学科的研究成果 引进并应用新的数学模型 以解决土地利用规划复杂的不确 定的非线性的规划问题 近年来 人工神经网络 a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k 以其特定的 工作方式在解决非线性问题上得到了广泛的应用 人工神经网络可通过 自学习 或 自训练 掌握大量的知识 完成特定的工作 它具有逼近任意非线性映射的特征 可 以处理非线性的 模糊的 含有噪音的数据 它不需构建任何确定型的精确数学模型 通过样本知识的学习与训练 就可以达到其输出与期望输出相符的结果 不需要改变 模型的结构 仅仅通过调整相应的调控参数 就可以实现模型的自动仿真计算 得出 多种不同的规划方案 实现土地利用规划的动态规划与弹性规划的要求 因而 用它 建立土地利用规划模型通常要比传统规划模型方法具有更多的优点 也可以弥补传统 规划模型方法的缺陷与不足 6 因此 将人工神经网络方法引入土地利用规划编制领 域 实现人工神经网络模型与土地利用规划编制技术相结合 解决土地利用规划中非 线性的 不确定型的函数关系问题 实现土地利用规划弹性规划的要求 是非常必要 的 第二轮土地利用规划模式 1 9 9 7 2 0 1 0 年 是在非市场经济条件下形成的 没有 充分考虑到市场经济对土地利用的作用 它的基本出发点仍然是试图由单一的计划手 段包揽全部土地利用的宏观管理 土地利用规划依然被视为社会经济发展的具体化 根据国民经济对未来年的土地利用进行预测和安排 主要侧重于对土地利用前景的描 述 忽视实施过程中的变化 是一种静态的规划模式 带有明显的计划经济缺陷 一 是约束过死 缺乏灵活性 二是难以掌握足够信息 难以保证规划方案的最优化 在 社会经济快速发展阶段 由于客观事物的复杂性 多重性和未来的不确定性 在规划 实践活动中主观和客观完全相符的情况是极为少有的 这就要求规划编制者在规划实 施过程中不断跟踪实施反馈信息 适时修改和完善原有的规划方案 变静止的稳定的 规划方案为滚动的动态的规划方案 从而提出了动态规划的要求 因而 提出土地利用动态规划方法模型的研究就是为了更充分的考虑市场经济因 素 政府的宏观政策和自然资源条件 使土地利用规划实现当前阶段的最优化和长期 土地利用最优化的藕合 实现土地在空间上的利用结构和配置最优化和在时间上的利 用效果达最佳状态 1 2 国内外研究进展 1 2 1 土地利用规划方法进展 一 国外研究概述 土地利用规划在国外已有2 0 0 多年的历史 2 0 世纪上半叶 国外土地利用规划 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 其研究的方法 2 十地利用动态规划方法研究 也大多是采用定性的经验规划方法 到了7 0 年代 土地评价为更好地满足土地利用 规划的要求 开始从一般目的的土地评价向有针对的专门性的土地评价过渡 最值得 提到的是联合国粮农组织在1 9 7 6 年发表的 土地评价纲要 这是一个针对特定土地 利用方式对土地的适宜性和适宜度做出评定的土地评价方案 先后被许多国家所采 用 从其目标和任务来看 这一时期的土地资源配置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资源配置研究工作最具代表性 7 o 进入8 0 年代以来 g i s 技术 遥感信息系统 计算机等先后应用在土地利用优 化配置的研究中 主要研究领域为 城市化 农业发展与土地利用优化配置的机理研 究 农作物 林业 水产养殖 交通运输等产业用地优化配置研究 土地使用政策及 其对土地利用优化配置的作用研究等等 如x i n g 8 j 等应用g i s 和多目标规划来预测 土地利用中引起的争地矛盾的原因 由此得出解决的策略 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 其采用模型是由具有决策模 型的g i s 分析和综合规划模型组成 9 其中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 e c h u v i e c e 曾就土地利 用中把线性规划与g i s 结合的理论与方法进行了探讨l l 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实验 x u a n g h u 等运用s d s s 构建了土地利用的 空间决策支持系统 1 s t a r k 探讨了在德国应用g i s 分析土地规划中争地矛盾和保护 土地及计算公共工程对土地需求 l2 j h u i z i n gh 等将混合多目标整数规划应用于土地 利用规划l d3 1 d o k m e c i 等进行了多目标土地利用规划 1 4 l r a ok 等用遥感手段进行土 地利用规划i l5 另外1 9 9 4 年荷兰瓦赫宁根大学在哥斯达黎加开展的 持续土地利用开 发 u s t e d 研究项目 提出了一套将g i s 土地生产力定量模拟 专家知识与线性 规划模型融于一体的定量化土地利用系统分析方法体系i l 刨 由此可见 国外土地资源 配置研究范围比较广泛 注重探讨深度 并使用了先进的技术手段 但从整体上看 对于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的研究仍显不 足 虽然我国的社会体制 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 但是 我国仍然可以广泛借鉴国外的成功经验 和研究方法 二 国内研究进展 新中国成立后我国土地利用规划经历了两个高峰期 即1 9 5 6 1 9 6 0 年和1 9 9 7 2 0 0 0 年两个阶段 前一阶段以发展农业合作杜和人民公社为目的 主要是为顺应农业机械 化和大规模农业建设而开展的 所以在规划的设计上只针对农用地的规划 没有统筹 全局的构思 因而缺乏长远性 广泛性和全面性 后一阶段是一个大的飞跃 土地利 用规划在三年中连续有六部重要的法律 法规 规章出台 土地利用总体规划一跃成 为土地管理的龙头 而且其重要性和发展潜力仍在不断挖掘 自8 0 年代中期 尤其是进入9 0 年代以来 土地利用规划的内容无论是在深度和 广度方面都有了很大的发展 林培先生1 9 9 2 年开始将多目标土地利用分析方法引入 土地利用规划中 提出 多目标土地利用规划 同时 基本农田保护和生态农业设计 河北农业大学硕士 学位 毕业论文 模式的土地利用规划方法也引入到我国土地规划实践 1 7 j 随着最优化技术的出现与应用 各种线性和非线性规划及多目标规划的方法开始 应用于土地利用规划过程中 李兰梅等应用灰色系统的微分拟合法研究南京市郊北城 好农场的土地利用规划 l8 j 宇振荣等应用系统思想和生态学原理 提出了以 土地 食物 人口 这一藕合运行发展过程为研究中心 以建立合理的土地利用系统为目标的 农区土地利用规划模型框架 l9 郑阳明 贾全昌运用动态规划法进行了农业土地利用 结构的优化 2 0 严金明则以南京市为例进行了土地利用结构的系统分析与优化设计 2 l j 张耀光以辽河三角洲为例进行了土地资源利用结构优化1 2 副 张贵祥 黄凌云 刘彦随以浙江省乐清市为例探讨了区域士地利用结构优化数学模型 2 3 张豪 张立亭 宋绍杭等则探讨了土地利用规划中综合协调各业用地数学模型1 2 4 j 张佳会 黄全富 王力讨论了最优线性规划法在土地利用总体规划中的应用 2 引 目前 在土地利用规划 过程中 在资源评价 指标预测和规划决策及方案评价等方面已经普遍使用定量方法 和模型 1 2 2 人工神经网络模型方法及应用研究进展 人工神经网络 a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k 简称a n n 是一门崭新的信息处理科 学 是用来模拟人脑结构和智能的一个前沿研究领域 因其具有独特的结构和处理信 息的方法 使其在许多实际应用中取得了显著成效 近年来 由于神经科学 数理科 学 信息科学 计算机科学的快速发展 使得研究以大脑工作模式 非程序的信息处 理的人工神经网络成为可能 人工神经网络不需构建任何数学模型 只靠过去的经验 和专家的知识来学习 通过网络学习达到其输出与期望输出相符的结果 目前 人工神经网络主要用来处理模糊的 非线性的 含有噪声的数据 已经在 许多研究领域得到广泛的应用 如智能控制 模式识别 风险预测 环境质量预测 组合优化等领域 目前 有关人工神经网络在土地资源管理领域的应用 已有学者开 展了这方面的研究工作 并取得了一些进展 在城镇土地估价与定级方面研究的文献 较多 理论与方法比较成熟 成果比较丰富 并有许多实际例子 王万茂 李玉英 2 6 j 成功地将人工神经网络技术应用到城镇土地估价领域 解决了城镇土地定级与估价 两层皮 现象 刘耀林 焦利副2 7 j 探讨了人工神经网络应用于基准地价评估的可行性 针对基准地价评估提出了相应的人工神经网络模型和算法改进措施 以及在采用神经 网络的前提下 进行土地定级与基准地价评估的新思路 孙晓 刘文楷1 2 驯研究表明应 用人工神经网络评估地价 不需要给出具体的数学模型 仅根据已有的土地资料进行 网络学习 可以自动映射出地价与各影响因素之间的非线性关系 人工神经网络系统 具有传统方法所不能比拟的优越性 阮连法 祝海 何闰峰眇j 提出了城乡交错区土地 价格评估的人工神经网络系统的基本构造 并在充分考虑城市规划对城乡交错区土地 价格影响的基础上对神经网络的估价系统进行了设计 以杭州市未来l o 年城市规划 为基础 分析了杭州市城乡交错区各个片区的特征指标值 利用改进的b p 神经网络 模型对它们进行了训练和模拟 取得了良好的模拟结果 证明了人工神经网络法用来 4 土地利用动态规划方法研究 预测城乡交错区地价的可行性和先进性 叶发茂探讨并设计了基于人工神经网络模型 的城镇土地定级与估价信息 包括系统开发模式 系统数据库的设计以及系统的基本 功能设计等 张菁 3 0 探讨了基于人工神经网络专家系统的城镇土地分等定级评价方 法 苑韶峰 吕军 3 l 在研究国内城市土地评价方法 分析山西省自然 经济和社会状 况的基础上 提出利用人工神经网络结合特尔菲法建立城市国有土地资产总量评估指 标体系 有效地解决了利用有限的城市地价资料进行国有土地价格的评估 为国有土 地资产总量的评估提出新的探讨途径 在土地利用规划研究及应用领域 人工神经网络研究的相对较少 仅有的这方面 研究更多地体现在土地适宜性评价方面 而对土地利用结构优化 土地利用规划方案 评价 土地需求量预测等方面的研究更少 焦利民 刘耀林建立了土地适宜性评价的 模糊神经网络模型 根据神经网络误差反向修正的原理 设计和推导了该模型的学习 算法i j 引 赵霈生 陈百明 3 3 j 利用人工神经网络模型构建土地适宜性评价专家系统 克服了传统的基于规则的专家系统的缺陷 针对b p 模型的训练时间过长 无法自动 确定拓扑关系 难以对结果进行解释等缺陷 提出了新想法和解决方案 曹菡 师军 p 4 j 用人工神经网络方法对航空影像进行土地类型分类研究 研究表明 神经网络方法 比其它传统方法具有较高的准确性 采用单波段影像作为神经网络的输入数据源将大 大提高土地类型分类的速度 杨国栋 贾成前p 5 j 依据人工神经网络原理 建立用于高 速公路临时用地复垦土地适宜性的神经网络评价模型 探讨了人工神经网络在土地复 垦适宜性评价中的特点和适用性 胡明星等 3 6 j 将模糊神经网络应用于土地质量评价 中 并以实例证实了该方法的简便 快速 客观和实用性 苏光全 何书金 郭焕成 应用人矗中经网络方法进行矿区废弃土地资源适宜性评价研究 人工神经网络是一种模仿人神经系统的智能型信息处理系统 它是具有实施学习 与知识获取能力的人工智能算法 目前这种方法在社会经济评价 风险预测和环境质 量预测等方面得到一些应用 尤庆华选用三层网络结构的b p 神经网络模型 对土地 利用规划的方案进行优化分析 戴文战 3 7 基于三层b p 网络进行多指标综合评估方法 及应用的研究 杨国栋 潘大丰 3 8 j 应用人工神经网络方法进行城市环境空气质量综合 评价 杨卫华等人用人工神经网络模型方法进行大坝变形分析与预报 实验表明人工 神经网络技术在大坝安全监测中表现了很好的特性 是一种行之有效的方法 潘大丰 李群 3 9 4 0 j 进行了人工智能预测方法和多指标评价方法的应用研究 裴树毅丌展了基于 人工神经网络的预测理论及其应用研究 杨璐 j 进行了基于神经网络的时间序列预测 方法研究 张秀艳将人工神经网络应用到经济领域 上述这些研究均可成为人工神经 网络应用到土地利用规划研究的基础 综上所述 国外土地利用规划方法的研究范围比较广泛 也比较注重结合先进的 技术手段来增强其应用的深度 对我国土地利用规划方法研究具有一定的借鉴意义 在我国社会经济快速发展时期 土地利用规划模型方法也呈多元化的发展趋势 各学 科的各种方法不断与土地利用规划领域相互渗透 相互交叉 定性分析与定量分析相 结合的方法得到广泛应用 尤其是在土地利用规划编制过程中 以各种数学模型为核 心的定量方法已经得到普遍使用 然而 在解决土地利用弹性规划和动态规划这一新 河北农业人学硕士 学位 毕业论文 问题上 需要寻找其他有效的数学模型来弥补传统数学模型的缺陷和不足 人工神经网络是未来定量研究的一项主要模型方法 在土地利用规划中的应用研 究较少 目前主要集中土地适宜性评价 土地质量评价等领域 人工神经网络还可以 应用到土地利用结构优化 规划方案评价 土地需求量预测等研究与应用方面 甚至 将人工神经网络模型与g i s 技术相结合 进一步扩展g i s 空间分析功能 将人工神 经网络研究成果应用到土地利用规划的空间优化 布局与评价工作 实现土地利用规 划的定量 定性 定位 定序等高度相结合 鉴于人工神经网络与土地利用规划具有融合性 以及它在土地利用规划研究及应 用相对较少 大有潜力可挖的现状 本研究借鉴以上的研究或其它相关学科应用研究 的成果 以河北省卢龙县为例将人工神经网络与土地利用结构优化和模糊动态规划技 术相结合 提出土地利用动态规划模型 使土地利用规划实现当前阶段的最优化和长 期土地利用最优化的藕合 实现土地在空间上的利用结构和配置最优化和在时间上的 利用效果达最佳状态 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本研究以县级土地利用总体规划编制为切入点 从土地利用规划编制的实际需要 出发 研究人工神经网络模型方法在土地利用结构优化工作中的应用 本研究的主要 内容包括以下三个方面 1 土地利用规划模型方法分析 在分析研究传统土地利用规划模型方法的适 用条件与特点基础上 辨析传统规划模型方法在解决土地利用规划中不确定的 非线 性的 动态性与弹性等规划难点问题的缺陷与不足 并将人工神经网络模型方法引入 到土地利用规划研究领域 弥补传统规划模型方法的缺陷 2 基于a n n 模型的卢龙县土地利用结构优化 以卢龙县为例 在分析其土 地利用变化特征和影响因素的基础上 研究人工神经网络土地利用结构优化模型的建 立方法 如模型参数的选取 样本的构建等 设计基于人工神经网络的土地利用结构 优化模型 并且在分析卢龙县区域特征的基础上构建时间序列 通过对不同时间序列 点的模型参数进行浮动及仿真 最后得到卢龙县各时间段土地利用规划方案集 3 卢龙县土地利用规划方案的多目标模糊动态决策 应用模糊动态优选对规 划期内各时段的土地利用规划方案进行优选 最终确定各时段的最优方案 并对最优 方案进行对比分析 评价其效果得出结论 6 土地利用动态规划方法研究 1 3 2 技术路线 图1 1 技术路线图 f i g i 1t e c h n o l o g yr o a d m a p 7 河北农业大学硕士 学位 毕业论文 2 土地利用规划模型方法分析 2 1 土地利用规划的一般过程 土地利用规划修编的核心是 不断适应 快速工业化 城市化和社会主义市场经 济发展 的客观需要 实现土地资源的优化配置 进一步完善规划内容和体系 处理 好规划的刚性与弹性 静态与动态 方案编制与规划实施 基础研究与规划方案编制 之间的关系 4 2 1 目前 我国第三轮县级土地利用总体规划的一般过程与内容应包括 规划编制任务的明确 规划前期的社会经济条件分析与预测 规划前期专题研究 规 划方案编制 规划方案分析论证 规划实施保障体系建设 以及规划实施评价等 1 明确规划编制任务 明确规划编制任务是规划编制过程的第一步 是规划编制对土地利用现状中存在 的各种问题的技术性解译 在这一环节 规划师应指出规划编制的技术路线与方法 明确规划编制的重点与要点 2 规划前期的社会经济条件分析预测 规划区域社会经济现状以及发展变化态势的分析与预测是进行规划编制的起点 和蘑要依据 在规划编制前期应着重分析规划区域社会经济结构现状及其动态变化规 律 分析社会经济制度环境对土地利用的影响 为规划方案的制定与实施提供真实可 靠的社会经济背景 3 规划前期专题研究 在规划方案编制之前 应根据规划区域的具体实际 有针对性地开展必要的专题 研究 如土地利用宏观战略研究 土地利用集约与节约化研究 土地利用需求研究 基本农田保护研究等 通过认真细致的分析研究 为各类规划指标的制定提供充分的 科学依据 4 规划方案的编制 在社会经济条件分析和专题研究基础上 编制土地利用总体规划方案 规划方案 应做到内容全面 文字简练 操作性强 通过综合平衡和充分协调 规划方案能合理 地确定农用地 建设用地 生态保护区 土地开发整理及重点建设项目的规模与空间 布局 能合理地确定耕地保有量 建设占用耕地面积 基本农田保护面积 土地开发 整理面积 主要城镇建设用地规模等主要控制指标 5 规划方案分析论证 土地利用规划编制完成后 规划编制人员首先应对规划进行论证 说明其规划的 科学性 可操作性 主要包括规划方案优选评价和规划方案的环境影响论证等方面 6 规划实施保障体系建设 规划实施保障体系建设与方案的编制具有同等的地位 是规划管理的前提与依 据 在规划编制过程中 应从法律 行政 经济 科技等方面加强规划实施保障体系 建设研究 为规划的实施提供良好的配套措施和法律依据 7 规划实施评价 8 土地利用动态规划方法研究 实施评价是土地利用规划执行阶段的重要环节 一个完整的土地利用规划 除了 科学合理地制定和有效的执行外 还需要对规划执行后的效果进行分析判断 以确定 规划的价值及执行情况 通过规划实施评价 全面评价上一轮规划实施所发挥的积极 作用和实施成效 客观分析土地利用现状及其发展潜力 客观分析建设用地指标分配 建设用地布局和规划实施管理中存在的主要问题 为下一轮规划修编提供理论依据 2 2 土地利用规划模型方法论 土地利用系统是一个涉及社会 经济 自然 环境 技术 政策 法律等各领域 的多种学科 开放的 复杂的动态系统 在经济快速发展时期 土地利用系统中的各 要素正在发生激烈而快速的变化 要对这个开放 复杂和快速变化中的动态系统实行 规划 传统规划方法已显得非常不足 必须加强土地利用规划模型方法论研究 借助 新的模型方法实现现代土地利用规划的编制与实施管理 就土地利用总体规划的一般 方法论而言 它是在系统调查 分析 预测与诊断的基础上 运用诸如线性规划 动 态规划 多目标突变决策 模糊综合评判及系统优化等模型方法进行的 根据县级土 地利用规划的一般过程与内容 从方法论角度来考察 土地利用规划模型方法应该包 括以下6 个方面的基本方法1 4 3 一缸 勘测与调查的模型方法 勘测与调查是获取土地利用总体规划第一手资料的必要途径 主要包括以下三个 方面 工程勘测 包括航片判读调绘 遥感图像解译 土地测绘等 专业调查 包括土地数量 土地质量 土地权属 土地利用结构 土地生产力 土地利用问题调 查 以及对土地利用有重要影响的土壤 植被 水文 农业 林业 牧业 交通 人 口 城镇网络 经济 环境等专题调查 观测与诊断 包括土壤生态 作物生态 水土流失等田间观测与诊断 2 系统分析与综合的模型方法 系统分析过程是信息再加工的过程 通过分析与综合将分散无序的数据转化成有 用的信息 找出规律 获得结论 系统分析与综合中的主要模型方法有 系统测辨 问题诊断 株连分析 多方案比较 效益与代价比较 模糊因果关系分析 聚类分析 因子分析 层次分析 趋势分析 突变分析等 3 预测的模型方法 预测是人们对土地利用施行控制的重要依据 是土地利用总体规划的基础和有机 组成部分 目前出现的预测方法有1 5 0 种以上 常用的也有2 0 种左右 这些方法按 预测性质的不同可分为定性预测和定量预测 定性预测又称经验判断预测 常用的方 法有特尔菲法 头脑风暴法 历史分析法 主观概率法等 常用的定量预测模型方法 有时间序列分析法 指数平滑法 移动平均法 回归分析法 灰色预测等 4 优化的模型方法 优化是土地利用总体规划的重要组成都分 它是通过对所设计的土地利用系统模 型的分析与研究 寻求最佳的土地利用效果的过程 对于数学模型而言 优化通常是 9 河北农业大学硕士 学位 毕业论文 指在约束条件下使系统的目标函数达到最大或最小值 土地利用总体规划中常用的优 化模型方法有条件极值 线性规划 动态规划 模糊线性规划 多目标模糊线性规划 价值分析法 可行性分析法 决策技术等 5 平衡与仿真的模型方法 平衡是土地利用总体规划中重要的指导思想和基本方法 包括土地数量平衡 土 地质量平衡 土地生态平衡 土地用途平衡 土地供需平衡 土地经济平衡等 平衡 与仿真的主要模型方法有综合平衡法 土宜法 线性规划法 投入产出法 系统动态 仿真法等 6 决策论证的模型方法 主要包括战略研究 单方案趋近和多方案择优等决策方法 主要应用模型有层次 分析模型 模糊综合评判模型 效用函数模型 成对因素比较模型等 2 3 土地利用规划常用方法及模型评述 土地利用规划从本质上来讲就是有限资源的合理配置问题 其中心内容是在一系 列因素的制约下 为达到某种或者某些目标对靶区的资源进行配置使土地利用综合效 益最高 规划的方法主要有土宜法 综合平衡法 线性规划法 多目标规划方法 灰 色规划法 目标规划法 动态规划法和系统动力学法 2 3 1 土宜法 土宜法是建立在土地质量评价的基础上 根据土地质量评价的成果和国民经济部 门发展对土地的需求 在土地需求和适宜土地域值范围内进行匹配 最终确定满意的 土地利用结构m j 土宜法的优点是可以综合考虑国民经济发展对土地的需求和土地的 适宜性 因而制定的土地利用规划符合土地质量条件 其缺点是必须有完备而详细的 土地适宜性评价为前提 而且基本上以土地的自然条件来确定土地的利用结构 缺乏 对土地利用系统的系统分析和优化 2 3 2 综合平衡法 综合平衡法是常规的土地利用规划方法 它依据土地利用现状统计资料和土地需 求预测数据 在单项用地计算的基础上采取逐项逼近 从而达到土地面积综合平衡和 土地利用空间布局平衡 综合平衡法可以同时考虑土地利用现状和土地需求 并在二 者之间取得平衡 2 3 3 线性规划法 线性规划法的基本思路是求一组变量的值 这组变量需要同时满足一定的约束条 件 这些约束条件可以用一组线性不等式或者线性方程组表达 这组变量同时可以使 某个可以用线性函数表示的指标例如土地利用经济效益达到最大 线性规划的一般表 达式如下 4 5 1 0 十地利用动态规划方法研究 1 a l ni i b b b b t x x x x t a 砌j 线性规划模型是一个静态规划模型 只能在静态条件下求最优解 而土地利用在 规划期间是动态变化的 一般可以通过分段预测模型的系数弥补线性规划的缺陷 此 外 线性规划模型的最大缺点是只能处理一个目标的优化 2 3 4 多目标规划法 在进行土地利用规划时 往往要同时考虑多个目标 如经济目标 社会目标和环 境目标 这种同时考虑多个目标的规划问题就是多目标规划 经济学家v p a r e t o 1 8 9 6 在他的经济福利理论中提出了多目标最优化问题和p a r e t o 最优化的概念 e b o r e l 1 9 2 1