基于模糊逻辑的城市土地集约化利用评价_以江苏省地级城市为例

1、基于模糊逻辑的城市土地集约化利用评价 以江苏省地级城市为例赵姚阳 1, 濮励杰 1, 2, 卜崇峰 3(1. 南京大学城市与资源学系 , 南京 210093; 2. 国土资源部土地利用重点实验室 , 北京 100029;3. 中国科学院地理科学与资源环境研究所 , 北京 100101BASED ON FUZZY LOGIC METHOD EVALUATING URBAN LAND INTENSIVE USE A Case Study of Jiangsu ProvinceZHAO Yao-yang 1, PU Li-jie 1, 2, BO Chong-feng 3(1.Department

2、of Urban and R esources Science, Nanjing University, Nanjing 210093,China;2.Land use key laboratory, Ministry of Land and R esource, Beijing 100029,China;3.Institute of Geographical Sciences and Natural R esources R esearch, CAS, Beijing 100101, China Abstract:Intensity of man-land relationship is o

3、ne of the several challenging problems for sustainable devel-opment of China. With the acceleration of urbanization, the development of city demands more land for con-structing. The nation s condition that we have a very large number of population and not enough farmland, which asking us should use

4、land intensively. Intensified use of urban land is not only an essential request for sustainable urban development but also one of the hot spots for recent urban land use study at home and abroad. This paper focuses on assessing the intensity of urban land use in Jiangsu province by fuzzy log-ic-bas

5、ed method.Fuzzy logic, provide a rich and meaningful improvement, or extension of conventional logic. In this paper, according to the fuzzy logic principles, the author established a multi-level index system for assessing urban land intensive use. The index system contained two major subjects and 9s

6、erial evaluation indicators. The two major subjects are high economic profits &efficiency of urban land use, both evaluation weights are assigned to 0.5. The index set of land use s high economic profits includes per unit area GDP, per unit area govern-ment revenue, per unit area gross output value

7、of industry and per unit area retail sales of consumer goods, which evaluating weights are set as 0.4, 0.2, 0.2and 0.2separately. The index set of land use s efficiency in-cludes per capital floor space in use, per capital floor space for living, per capital of road areas, per capital public green a

8、reas and floor area ration, which evaluating weights are assigned to 0.25, 0.167, 0.167, 0.167 and 0.25separately.Based on the assessment result, the urban land-use s intensiveness of Jiangsu province can be ranked into five levels. 1 Nanjing and Suzhou are belonging to the grade 1. 2 Wuxi and Yangz

9、hou belong to the grade 2; 3 Xuzhou, Changzhou, Lianyungang, et,al belong to the grade 3; 4 None belongs to grade 4; 5 Suqian city belongs to the grade 5. The assessing result accords with each city s man-land relationship and reflects the ef-ficiency of urban land s economic outputs. At the end of

10、this paper, some suggestions for the intensive use of urban land were proposed.Key words:urban land; intensive use; fuzzy logic; Jiangsu province文章编号 :1003-2398(2006 01-0017-04提 要 :基于 2000年的统计资料 , 选择地 均 GDP 、 地 均财政收入等九个指标 , 应用模糊逻辑 (Fuzzy Logic 方 法从土地经济效益和土地使用效率两个方面 对 江 苏 省 各地市的土地集约化利用程度进行了评价 。 结果表明江

11、 苏省 13个地市的土地集约化利用程度从高到低 可 以 分 为五个等级 。 评价结果基本上反映了各城市人地关系的 紧张程度和城市土地的经济产出效率 。关键词 :城市土地 ; 集约利用 ; 模糊逻辑 ; 江苏省 中图分类号 :F293.2文献标识码 :A17 2006年第 1期 总第 87期人文地理HUMAN GEOGRAPHY Vol.21.No.12006/2 HUMAN 2006/2随着我国城市化进程的加快 , 城市发展对土地的需求也 不断增加 。 但人多地少的国情 , 和当前城市存量土地有限 、 城 市空间外向扩张受阻的现状 , 决定了我国城市的发展要走土 地集约化利用的路子 1。城市土

12、地的集约化利用不仅是集约型 经济增长方式的内在前提 , 也是城市可持续发展的客观要求2,3。 因此 , 探讨城市土地集约化利用的问题 , 对推动城市可持续发展具有重要的现实意义 。 本文选择江苏省作为研究区域 , 根据 2000年各地市的人口 、 土地和城市经济等统计数据 , 在Matlab 软件的支持下 , 运用模糊逻辑分析方法对现阶段江苏各地市的土地集约化利用程度进行了评价 , 以期为城市土地 的集约 、 高效利用提供参考意义 。1研究区概况江 苏 省 位 于 我 国 东 部 沿 海 中 心 , 2000年 全 省 土 地 面 积10.26万 km 2, 人 口 7069万 , 人 口 密

13、 度 为 689人 /km 2, 是 中 国人口密度最大的省份之一 。 1990年代以来 , 随着江苏经济的 快速发展 , 导致了农用地向非农用地的大量转变 , 城市以建设 开发区和新区的形式大面积向外扩展 , 使城市的规模不断扩 大 。 目前 , 全省有 14个县 (市 、区 的人均耕地低于联合国粮 农组织确定的 0.05hm 2/人的警戒线 , 耕地面积的迅速减少 , 正在影响着江苏农业及整个社会持续发展的资源基础 5,6。2研究方法2.1模糊评价原理模糊综合评价是一种以模糊推理为主 , 定性与定量相结 合 、 精确与非精确相统一的分析评价方法 。 由于这种方法在处 理各种难以用精确数学方

14、法描述的复杂系统问题方面所表现 出的独特的优越性 , 近年来已在许多学科领域中得到了十分 广泛的应用 7,8。模糊系统的描述建立在自然语言的基础上 , 其使用的规 则接近于人们的思维习惯 ; 而模糊推理是采用模糊逻辑 , 通过 给定的输入映射到输出的过程 , 它一般包括以下几个步骤 9:(1 输入变量的模糊化 (Fuzzification , 即将确定的输 入转化为隶属度函数描述的模糊集 ;(2 建立模糊推论规则 (Rule base ;(3 根据模糊蕴含运算推断结论 (Inference ;(4 合成每一个规则的结论部分 , 得出总结论 (Aggre-gation ;(5 反模糊化 (Def

15、uzzification , 即把输出的模糊量转 变成确定的输出 。模糊推理利用简单的模糊规则建立复杂问题的模型 , 用 以控制或求解复杂非线性问题 , 其计算流程见图 1。图 1是一个双输入 、单输出的模糊推理框图 , 输入数据经 过模糊规则计算后 , 得到的输出图形重心的横坐标为输出结 果 。 模糊推理一般形式为 :输入 :If X=A and Y=B规则 1:If X=A1and Y=B1, Then Z=C1OR 规则 2:If X=A2and Y=B2, Then Z=C2OR.结论 :Z=C上式中 , A 和 B 是输入 值 , 规 则 中 :A1、 B1、 A2、 B2、 C1、

16、C2是模糊条件 , C 是输出结论 。图 1模糊推理 (Mandani 计算过程Fig.1Inference Process of Fuzzy Logic Method2.2评价指标集的建立土地集约化利用是相对土地的粗放式利用而言 , 是在对 农业土地利用的研究基础上发展起来的 。 城市土地集约利用 是指在合理布局 、 优化用地结构的前提下 , 通过增加存量土地 投入 、 改善经营管理 、 充分发挥土地使用潜力等途径 , 提高建 成区土地的使用效率和利用效益 , 使土地的经济效益 、 社会效 益和生态效益相互协调统一 , 土地利用结构优化和功能提升 的利用方式 10,11。求金峰主编的 房地产

17、法辞典 12在解释城市土 地 利 用 集约程度时指出 :城市土地利用的集约程度指单位面积城市 土地上的投资和使用状况 。 衡量城市土地利用集约程度的指 标有 : 资金集约度 。 即单位面积城市土地上的投资额 ; 技 术集约度 。 即土地之上建筑物或设施在施工中和落成后所应 用的先进技术程度 , 这往往可通过资金集约度反映 ; 人口集 约度 。 根据江苏省的基本情况以及相关的研究成果 13-15, 本文 从土地的经济效益和土地的使用效率两个方面对城市土地的 集约化利用程度展开评价 。研究认为土地的经济效益和土地的使用效率作为土地高 效集约利用两个相互相承的方面 , 某一地块只有协调好这两 方面的

18、关系 , 我们才能说它的土地集约化利用程度较高 。 因 此 , 本文在具体的评价过程中 , 结合专家意见将准则层的土地 经济效益和土地使用效率两个指标的权重分别设置为 0.5。 考 虑到国民生产总值 (GDP 在社会经济发展中的重要指示作 用 , 所以在组成土地经济效益评价的 4个 指 标 中 , 地 均 GDP 的权重被设置为 0.4, 地均财政收入 、 地均工业产值和地均社 会消费品零售额分别被设置为 0.2; 在土地使用效率的 5个评 价指标中 , 鉴于人均用地面积和城市总容积率对土地使用效 率 的 提 高 起 着 至 关 重 要 的 作 用 , 因 此 分 别 设 置 其 评 价 权

19、重 0.25, 而人均居住面积 、人均道路铺装面积和人均绿地面积的 权重分别被设置为 0.167。 具体指标设置及权重如图 2所示 。2.3隶属函数隶属函数的形式很多 , 如三角形函数 (Trimf 、 矩形函数 (Trapmf 、钟形函数 (Gbellmf 和高斯函数 (Gausssmf 等 。 182006年第 1期 总第 87期人文地理 HUMAN GEOGRAPHY Vol.21.No.12006/2由于三角形分布函数具有简明及快速的特点 , 在一般应用上 , 通常以三角形分布函数来定义隶属函数 。 基于上述考虑 , 故本 研究采用 Matlab 语言中三角形分布函数为 输 入 及 输

20、 出 的 隶 属函数形式 。以隶属函数进行模糊化的过程中 , 本研究采用最简单的 两区段模糊分割 (fuzzy partition with two terms 。 也就是说 , 我们将上述指标集中的指标分成高 、 低两种语义变量来对其 所得分数加以模糊推论 。 如图 3所示 , 隶属函数 “ 高 ” 表示在 语意上指某个城市地均 GDP 相对较高的程度 , 是与其土地经 济效益的得分成正比 ; 相反的 , 隶属函数 “ 低 ” 则表示在语意 上指某个城市的地均 GDP 相对较低 , 是随着其地均 GDP 产 出越低而函数值越高 。应用同样的方法 , 其它评价因子也都类似地可以构建出 各自所对

21、应的输入隶属函数及其图形 。图 2土地集约化利用指标Fig.2The Evaluating Index System of IntensifiedUrban Land Use图 3地均 GDP 隶属函数Fig.3Membership Function for Per Unit Area GDP 2.4模糊推理规则的创建模糊推理规则的确定是模糊评价的重要步骤 , 也是结论 合理性的重要保证 10。 经分析土地经济效益具有 4个输入以 及高 、 低 2个语意变量 , 故其所有可能的模糊推论法则会有24=16条 ; 而土地使用效率具有 5个输入及 2个语义 , 故其模糊推论法则 25=32条 。下面

22、以准则层为例 , 说明模糊推理法则的建立 。 研究定义 准则层的土地经济效益和土地使用效率各分为高 、 中 、 低 3个语义 , 故其模糊推论法则为 32=9条 。 由于研究定义指标层各 模糊评价输出值范围为 0-5, 因此定义准则层推理逻辑前提 条 件 为 :土 地 经 济 效 益 , 低 002.5、 中 、 高 2.555; 土地使用效率 , 低 002.5、 中 、 高 2.555, 其具 体的推理法则如表 1:表 1准则层的模糊推理法则Tab.1Fuzzy Inference Rule Base of the Subject Layer3实例应用

23、江苏省地级城市土地集约化利用评价3.1基本数据表 2为江苏省各地市 2000年的土地利用及相关经济指 标数据 , 数据来源于 江苏统计年鉴 4和 中国城市统计年鉴 16等公开发表的政府统计资料 。3.2评价结果依据前述方法 , 在 Matlab 软件的模糊工具箱支持下 , 分 别计算出各市土地经济效益和土地使用效率的得分以及最终 的各城市土地集约化利用程度的综合得分 (表 3 。(1 土地经济效益是土地利用结构和功能产生的结果 , 土地经济效益评价就是对土地利用结构功能 , 以及对其外部 环境及内部因子所产生的经济效益进行评价 。 土地利用集约 度与土地利用经济效益有一定的相互关系 , 一般来

24、讲土地利 用集约度越高 , 收益越高 。 但在一定条件下 , 土地利用集约度 低的城市若能实现资源的优化配置 , 也能取得很好的效益 。 如 表 3所示 , 13个城市的土地经济效益高低排序为 :南京 苏 州 无锡 徐州 常州 泰州 南通 扬州 盐城 镇江淮阴 连云港 宿迁 。评价结果说明南京 、 苏州 、 无锡等排名靠前的城市在土地 资源与资金 、 技术 、 人力资源等的优化组合方面相对于其它城 市要好 , 因此 , 其城市土地的经济产出相对较高 。如 2000年宿 迁市的地均 GDP 仅为 90.73元 /m 2, 而当年南京市该指标却 高达 385.87元 /m 2, 相当于宿迁市的 4

25、.3倍 。 另外 , 在城市的地 均工业产值 、 财政收入和商品零售额方面 , 排名先后的城市之 间也存在着类似的情况 。(2 13个城市土地使用效率由高到低依次为 :无锡 扬 州 连云港 镇江 南通 南京 苏州 常州 淮阴 泰 州 徐州 宿迁 盐城 。 这说明了无锡 、 扬州 、 连云港等城市19赵姚阳等 :基于模糊逻辑的城市土地集约化利用评价HUMAN 2006/2在城市存量土地利用 , 降低商品房空置率 、 改造旧城区和挖掘 土地使用潜力方面比其它城市做的出色 , 评价结果比较准确 地反映了各城市在土地利用充分化和布局紧凑化方面的水平 差异 。表 3各城市土地集约化利用程度评价结果Tab

26、.3Result of Each Citys Intensified Land Use Evaluating由于江苏复杂的自然条件 , 以及各城市社会经济基础及 发展水平的差异 , 导致了城市土地集约化利用程度上差异明 显 。 根据各城市的土地集约化利用程度评价得分 , 研究最终把 江苏省 13个地市的土地集约化利用程度分为 5个等级 (表 4 : 集约化程度高 。由省会城市南京和经济高度发达的苏州 市构成 ; 集约化程度较高 。由经济发达的苏南城市无锡和经 济相对发达的苏中城市扬州组成 ; 集约化程度一般 。 包括徐 州 、 常州 、 连云港 、 镇江 、 南通 、 泰州 、 淮阴和盐城 ,

27、 主要以苏北城市为主 , 这类城市所占比例最大 , 为全部城市的 61.8%; 集约化程度较低 , 无 ; 宿迁市的土地集约化利用程度在 13个地级城市中排名最后 。 这种等级划分基本上反映了江苏省 各城市的人地关系紧张程度和城市土地的经济产出水平 。由表 3可知 , 从城市土地利用的协调度来看 , 无锡市无疑 在江苏 13个城市中表现最好 , 即其不仅土地使用效率高 (排 名第一 , 而且土地的经济效益也相对较好 (排名第三 , 说明 其城市发展的目标定位比较合理 , 较好地协调了发展过程中 城市规模和城市效益两者之间的关系 。 虽然其最终的土地利 用集约度排名为第三 , 这主要与 13个城

28、市的土地使用效率得 分差距不大有关 。 因此 , 针对具体的每个城市 , 对照评价结果 , 在今后开展的土地的集约化利用工作中应该有所侧重 。 土地 集约化利用必须因地制宜 , 唯有如此才能促进城市土地资源 与其他资源的优化组合 。表 4城市土地集约化利用等级划分Tab.4The Intensified Rank of each CityS Land Use4结论与建议城市土地集约化利用评价是一个发展中的课题 , 在社会 发展的不同阶段其内涵也有所不同 。 本文从土地经济效益和 土 地 使 用 效 率 两 个 方 面 选 取 了 9项 指 标 , 按 照 “ 建 立 指 标 体表 22000年

29、江苏省各地市土地利用和相关经济指标Tab.2Land Use &Economic Data of Jiangsu Province in 2000注 :2001年淮阴市更名为淮安市(下转第 115页 202006年第 1期 总第 87期人文地理HUMAN GEOGRAPHY Vol.21.No.12006/2andAustraliaJ.Planning,Practice.Research,2004, Vol.19,No.1:3-31. 5Adam Brown, Justin O Connor, Sara Cohen. Local music policies within a global m

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33、70- , 女 , 江西吉安人 , 副教授 , 博士研究生 ,主要研究方向城市地理 、 旅游地理 。收稿日期 :2005-04-11; 修订日期 :2005-10-20系 -分指标评价 -综合集约利用对比分析 -评价结论与集约 利用对策 ” 的思路 , 采用模糊评价与区域比较方法 , 在宏观层 面对江苏 13个地级城市的土地集约利用情况进行了较为详 尽的分析 , 在指标的选取上既注重指标对土地集约利用的强 指向性 , 又尽量避免了指标指示意义上的重叠性 , 评价结果准 确并且客观性较强 。 研究结果对下一阶段江苏各城市土地集 约化利用工作的开展应有一定的指导意义 。参考文献 1刘定惠 , 谭术魁 , 朱超洪 . 城市土地集约化利用的对策探讨 J. 湖北大学学报 (自然科学版 , 2003,(4 :356-359.2赵鹏军 , 彭建 . 城市土地高效集约化利用及其评价指标体系 J. 资源科学 , 2001, 23(5 :23-27.3董黎明 , 袁利平 . 集约利用土地 -21世纪中国城市土地利