基于LP-MCDM-CA模型的土地利用结构优化研究——以天水市为例

土地利用类型数量在地域空间上的优化配置是实现土地可持续利用,提高土地聚集效应和保持土地生态系统平衡的重要途径.针对当前土地利用优化配置模型存在的不足,构建了基于多目标线性规划与元胞自动机的土地利用优化配置模型(MCDM-CA),在定义邻域规则、转换规则和土地适宜性评价的基础上,开展了基于经济效益、生态效益最大化的土地利用空间配置,实现了土地资源数量结构优化与空间布局优化的统一;并运用该模型对天水市土地利用结构优化进行了实证研究.研究表明,该模型兼顾到区域宏观水平上的土地利用数量结构与局部尺度上的土地利用适宜性,能够较好地同时模拟不同土地利用类型以及不同人类决策情景下的土地利用效果.本研究可为解决土地利用规划中的资源优化配置关键问题提供新的技术方法.     

基于多目标决策和CA 模型的土地利用变化 预测模型及其应用

结合宏观用地总体需求与微观土地利用适宜性, 集成灰色预测模型、多目标决策模型、 元胞自动机模型、地理信息系统技术方法, 建立了GCMG 土地利用变化预测模型。GCMG 模型包括非空间和空间2 个模块, 非空间模块侧重依据宏观社会经济发展趋势预测研究区未 来的总体用地需求变化, 而空间模块集成多目标决策模型、元胞自动机、地理信息系统等技 术方法实现了基于土地适宜性的土地利用空间配置。运用该模型对龙海市2000-2010 年土地 利用变化进行了情景模拟, 结果表明园地和建设用地是该区域内变化最为显著的用地类型, 基本农田保护政策严格实施与否将对龙海市未来土地利用变化产生深远的影响。GCMG 模型 在龙海市的应用实例表明, 该模型将土地利用系统作为一个整体, 兼顾到区域宏观水平上的 土地利用需求与局部尺度上的土地利用适宜性, 能够较好地同时模拟不同土地利用类型以及 不同人类决策情景下的土地利用转换概率, 因而可为理解土地利用多尺度复杂系统提供一定 的帮助。     

多智能体区域土地利用优化配置模型及其应用

土地利用优化配置对促进区域可持续土地利用具有重要意义,然而现有的土地利用优化配置模型引导可持续土地利用的能力有待提高。本文从整体考量区域土地利用优化配置数量、空间、时间三维特征的角度,定义了区域土地利用优化配置多智能体系统及其决策行为规则,构建了基于多智能体系统的区域土地利用优化配置RLUOA (Regional Land Use OptimizationAllocation) 模型,并以中部地区典型城市--长沙市为例开展了实证应用研究。研究结果表明：该模型能够将规划时间段内多目标约束的区域土地利用规模的数量结构合理配置到不同的空间单元,实现土地利用数量结构、空间布局、效益的协同优化,构建整体上经济可行、社会可接受、生态环境友好的土地利用格局,并明显提高区域整体土地利用经济、生态和社会效益,从而能够为促进区域土地资源可持续利用和制定土地利用总体规划提供参考借鉴。     

基于氮磷输出风险控制的小流域土地利用结构优化研究

以沂蒙山区典型小流域——双河峪小流域为研究对象,将线性规划模型与GIS有效耦合,以控制N、P等面源污染物输出与增加经济效益作为土地利用优化配置首要目标,以地块为单元对研究区土地利用结构进行优化配置。结果表明:线性规划模型与GIS有效结合,使土地利用优化配置结果既具有面积上的约束,又同时与具体的空间位置相匹配;将N、P等面源污染物输出纳入土地利用优化配置所考虑的因素当中,使配置结果兼顾经济与环境效益的统一;双河峪小流域优化方案提高园地与林地面积,降低了耕地与未利用地面积比重,N、P年输出量降低15.3%,年经济效益提高41%。     

土地利用空间优化配置研究进展与展望

土地利用优化配置是实现土地可持续利用,促进区域经济快速发展和环境逐步和谐的重要途径.科学的土地利用优化配置能充分发挥土地利用潜力、提高土地聚集效应、保持土地生态系统平衡.以往的土地利用优化配置研究主要侧重土地利用数量结构的优化,却忽视了土地利用空间布局的优化.尽管土地利用数量结构是土地利用合理配置的基础,但是在地域空间上分布不当,就会限制土地利用效率的提高,影响土地资源配置的科学性和精确性.因此如何将各土地利用类型数量在地域空间上进行合理的落位,开展土地利用空间优化配置问题研究显得尤为重要.本文全面地解释了土地利用空间优化配置的概念,系统介绍了国内外土地利用空间布局的相关理论和方法,并从地理学、景观生态学、系统工程和管理学、地理信息系统及遥感和数学模型应用、社会学和政策学等理论角度,对土地利用空间优化配置的发展方向和趋势进行了展望,以期促进土地利用空间优化配置研究的创新和深化.     

基于MAS的农户土地利用模型构建与模拟——以陕西省米脂县孟岔村为例

Multi-Agent System(简称MAS)给进行多主体参与的LUCC研究提供一个概念性框架.本文试图通过对多主体决策的模拟,来探讨MAS在微观层面土地利用变化过程中的应用,揭示农户土地利用决策变化的机制.首先,简要说明MAS在土地利用变化模拟中的研究进展和背景:然后,基于B、D、I的决策结构.建立基于MAS的农户土地利用框架;再次,以陕西省米脂县孟岔村为例进行研究:最后.探讨了MAS模型在微观层面模拟LUCC的潜力与不足.研究表明:①利用可清晰地表达决策产生过程的B、D、I决策框架,构建微观个体(农户)的土地利用决策模型:②利用连续函数,构建同类农户间的相互作用模型;③构建市场对农户决策的影响模型.定量分析市场对农户最终土地利用决策的影响,厘定市场、同类农户间相互作用对其土地利用决策的影响:④构建的基于MAS的农户土地利用决策模型为从微观视角研究土地利用变化提供了新的方法.同时.也为进一步探索宏观土地利用变化与微观土地利用决策间的互动机理积累理论与实践的经验.还需要进一步研究和探讨的问题包括:①决策的尺度变化问题,即单个农户决策与群体农户决策之间的转化问题;②探索在更长时间里进行农户土地利用决策研究的方法.以期在大量的土地利用资料与有限时间决策之间找到沟通的桥梁:③进一步探讨不同农户间相互作用的定量方法和模型,充实农户间相互作用的研究.     

基于多目标遗传算法的土地利用空间结构优化配置

针对如何将土地利用数量结构落实到具体的地域空间，以实现土地资源的优化配置的土地利用总体规划编制难点，以及常规的叠加法等土地利用配置方法难以根据土地适宜性评价结果，有效地将土地利用数量结构匹配到具体的土地单元问题，该文利用遗传算法的内在并行机制及其全局优化的特性，提出了基于多目标遗传算法的土地利用空间结构优化配置方法。实例分析表明，该方法具有客观性强、灵活性高、操作简便等优点。     

基于NSGA-Ⅱ的土地利用数量结构优化研究——以舟山市定海区为例

土地利用的数量结构优化问题是个典型的多目标优化问题。文章通过引入带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),构建基于NSGA-Ⅱ的土地利用数量结构优化模型。在参考Kanpur遗传算法实验室提供的NSGA-Ⅱ源代码的基础上,利用C/C⁺⁺语言进行程序的二次开发,获得土地利用数量结构优化的一系列Pareto解,并组成Pareto解集。最后,通过权重来近似地表达决策意愿,通过计算综合效益,来实现各种决策意愿下的方案择优决策。研究结果表明该模型能较好地解决土地利用的数量结构优化问题。     

城市交通与土地利用一体化模型的理论基础与发展趋势

城市交通与土地利用间的协调发展是科学调控城市发展的重要环节。在基于地租理论的微观区位决策与土地利用与交通系统宏观动态交互理论基础上,回顾了城市交通与土地利用一体化模型的发展过程及不同依据下的分类特征,对空间相互作用和重力模型理论模型、空间经济学理论模型、随机效用和离散选择模型和基于行为的微观模型4类一体化模型的优劣进行了系统梳理分析。分析表明,具有合理理论基础、科学数据处理方法、较高模型精度和政策评估适用性的一体化模型仍存在巨大发展空间。近年来西方学者研究趋向微观化、综合化和简约化,而国内一体化模型发展相对滞后,要求模型理论与综合实证开发的进一步突破。特别是在新数据、新交通技术、国土空间规划体系背景下,城市交通与土地利用一体化模型将从“空间”模型向“时空间”模型转变;从“宏观”集计模型向“微观”行为模型转变;从“交通-土地”模型向“综合系统”模型转变;从“样本数据”模型向“大数据”模型转变;从“交通规划”应用向“国土空间规划”应用转变。旨在对城市交通与土地利用一体化模型的一般结构、原理类型、当前面临的问题和挑战进行深入剖析,以推进一体化模型在中国的研究与开发。     

土地利用功能变化与农户响应研究进展

LUCC是表达土地系统的主要方法之一,但仅利用LUCC已不能完整理解土地系统的变化,而通过土地利用功能变化的研究加深对土地系统的认识已成为国内外学者的共识。目前,探讨和分析宏观土地利用功能变化与微观主体行为间的相互影响机制,已成为土地利用功能变化研究急需解决的问题。本文从土地利用功能表达与变化研究、土地利用功能变化的微观响应机制等两个方面,对土地利用功能变化与农户响应的研究进展进行归纳与总结,结论如下：（1）需进一步完善土地利用功能类型的表达方式和方法,使其在表达宏观土地利用功能分异规律的同时,亦能表达微观主体土地利用行为的信息;（2）还需借鉴土地利用决策和多模型整合的理论与方法对土地利用功能及其微观响应进行模拟。同时,指出发展土地利用功能变化下农户响应的有限理性决策模型,探索多模型整合的方式与方法就成为今后研究的重要任务。它对于认识和理解该宏观土地利用功能变化下微观主体的响应,进而引导农户土地利用行为,具有十分重要的理论和现实意义。     

CLUE-S模型的改进在亚热带城市边缘区的应用——以福州市仓山区为例

由于土地利用矛盾突出和地理位置独特,城市边缘区是中国目前土地利用变化最为剧烈的地域单元,是土地利用变化研究关注的热点区域,在土地资源的可持续利用、规划的科学制定上也具有重要意义．本研究以中国典型的亚热带城市边缘区——福州市仓山区为研究对象,引入Tietenberg资源分配模型改进目前国际上广泛应用的CLUE-S土地利用动态模拟模型的非空间需求模块,在研究区土地利用变化驱动机制分析的基础上,选择合适参数回溯了研究区2004年的土地利用现状、模拟了2020年的土地利用时空变化格局,拟合精度良好（Kappa指数为0．72）．研究结果表明：以Tietenberg资源配置模型作为CLUE—S模型的非空间需求计算方法在一定意义上是合理的,同时,模拟结果也进一步证明了城市边缘区以非农建设用地占用耕地为主的用地矛盾．在此基础上,对该区域发展合理的用地空间布局提出了针对性的建议,该方法和成果可以作为城市边缘区制定土地利用规划和发展管理政策的参考依据．     

A multi-type ant colony optimization (MACO) method for optimal land use allocation in large areas

Optimizing land use allocation is a challenging task, as it involves multiple stakeholders with conflicting objectives. In addition, the solution space of the optimization grows exponentially as the size of the region and the resolution increase. This article presents a new ant colony optimization algorithm by incorporating multiple types of ants for solving complex multiple land use allocation problems. A spatial exchange mechanism is used to deal with competition between different types of land use allocation. This multi-type ant colony optimization optimal multiple land allocation (MACO-MLA) model was successfully applied to a case study in Panyu, Guangdong, China, a large region with an area of 1,454,285 cells. The proposed model took only about 25 minutes to find near-optimal solution in terms of overall suitability, compactness, and cost. Comparison indicates that MACO-MLA can yield better performances than the simulated annealing (SA) and the genetic algorithm (GA) methods. It is found that MACO-MLA has an improvement of the total utility value over SA and GA methods by 4.5% and 1.3%, respectively. The computation time of this proposed model amounts to only 2.6% and 12.3%, respectively, of that of the SA and GA methods. The experiments have demonstrated that the proposed model was an efficient and effective optimization technique for generating optimal land use patterns.     

转型期农村土地整治的基础理论与模式探析

农村土地整治是适时补充耕地、盘活存量土地、优化城乡用地、强化集约用地和提升土地产能的重要途径。本文针对中国城乡发展转型进程中出现的农村空心化加剧发展和农村居民点用地“不减反增”等突出问题,分析了科学推进农村土地整治的战略目标与现实意义,阐释了农村土地整治中土地资源优化配置、农村土地“三整合”、农村空心化“生命周期”、克里斯泰勒中心地理论等相关的基础理论,深入探讨了农村土地整治的区域差异性模式、城乡一体化模式、“一整三还”综合模式、统筹协同决策模式及其创新机制。     

Structural patterns of land types and optimal allocation of land use in Qinling Mountains

1 IntroductionMountains，as one of the huge ecosystems in the world, play a significant role during human evolution and development[1]. As the treasury of ecological resources[2], mountains have faced the challenge of the degradation of their eco-environment and the difficulty in their regional poverty relief because of human unsuitable exploitation. The 53rd Conference of United Nations has claimed the year 2002 as the International Mountains Year and called on each country to pay attention…     

Structural patterns of land types and optimal allocation of land use in Qinling Mountains

The case study based on Qinling Mountains in Shaanxi Province of China, in virtue of the information from TM image, classifies the land types and analyzes their spatial and temporal differential law, and puts forward three structural patterns of land types in mountainous areas, namely, spatial, quantitative and qualitative structures of mountainous land types. Furthermore, it has been noticed that the analysis of structural patterns can disclose the heterogeneity and orderliness of combination of land types, which can lay the theoretic foundation for comprehensively recognizing ecological characteristics and succession law of structure and function of land types. After the all-around comparative analysis, an optimal allocation of land use in Qinling Mountains has been put forward according to the principle of sustainable development and landscape ecology, which can lay the scientific foundation in practice for the structural adjustment and distribution optimization from the macro level to micro level.     

Optimal rural land use allocation in central China: Linking the effect of spatiotemporal patterns and policy interventions

Rural land use development is experiencing a transition stage of socioeconomic and land use development in China. Historic land use transition process and policy interventions have key influence on the applicability of land use allocation solutions in future land use management. Strategic land use allocation is therefore required to possess a good adjustment capability to the transition process. Although heuristic optimization methods have been promising to solve land use allocation problems, most of them ignored the spatially explicit effect of historic land use transition and policies. To help resolve this issue, this study aims to optimize future land use pattern in the context of rural land use development. We took Yunmeng County, one of the typical major grain producing and rapidly urbanizing areas in central China, as a case study and solved the sustainable land use allocation problem by using an improved heuristic optimization model. The model was constructed based on the integration of a spatial discrete particle swarm optimization and cellular automata-Markov simulation approach. The spatiotemporal land use patterns and policy interventions were represented by the CA-Markov as in spatially explicit transition rules, and then incorporated into the discrete PSO for optimal land use solutions. We examined the influence of the joint effect of spatiotemporal land use patterns and policy interventions on the land use allocation outcome. Our results demonstrate the robustness and potential of the proposed model, and, more importantly, indicate the significance of incorporating the spatiotemporal land use patterns and policy interventions into rural land use allocation.     

基于生态功能区划的黄河三角洲土地资源优化配置

土地资源的优化配置作为一种手段,其实质是依据土地类型本身的生态适宜性及其结构格局的差异性,运用人工技术调控的方法对有悖于自然生态结构的现状利用结构进行优化调整与安排,从而达到土地利用系统功能趋优的目的。论文首先从生态学的角度,根据黄河三角洲生态区划优化配置原则,对土地资源适宜方向与土地利用现状相匹配,甄别出需要调整的类型,构建黄河三角洲土地资源优化配置模型。其次基于该模型,利用GIS软件分析模块,实现土地资源优化配置。最后采用土地资源利用综合适宜度指数,对黄河三角洲土地资源优化配置效果进行评价,进一步说明了按照生态功能区划原则进行土地资源优化效果很好,具有一定的创新性。     

基于CLUE-S模型的黄土台塬区土地利用变化模拟——以陕西省咸阳台塬区为例

本文以2000 年的TM遥感影像解译数据以及水文水资源数据为基础, 综合运用Binary Logistic、CLUE-S模型以及SPSS19.0 统计分析软件, 测评了咸阳黄土台塬区水土资源在数量和空间上的配置, 并在此基础上模拟了咸阳台塬区未来土地利用变化的图谱。分析发现:①从水土数量优化配置的结果可知, 耕地、草地、水域及未利用地面积减少, 而林地和建设用地面积则有增加的趋势;②从面向生态的角度出发, 黄土台塬区的水土优化配置结果反映了台塬区土地生态系统的生态价值和经济效益, 台塬区的生态效益由2000 年的1.5313 亿元增加到2020 年的1.5445 亿元;而台塬区的土地经济收益则由2000 年的68.4901 亿元增加到2020 年的71.9021 亿元;③从水土空间优化配置的结果可以看出, 咸阳台塬区建设用地在过去10 年以及未来10 年变化极为明显, 建设用地主要在原有建设用地周边进行拓展, 其中, 建设用地变化最为明显的区域主要集中在咸阳市的秦都区以及三原县。