基于农业可持续发展的土地利用结构最优化研究——以长沙县为案例

由于过度施用化肥、使用农药、侵占农田等行为造成的农业环境和社会问题日益严重,尤其是在城郊农业区和高集约化农区问题更为突出,因此现代农业发展不仅仅追求经济效益,更应该关注生态功能提升和农村社会稳定。本研究旨在提出一套生态、经济和社会协调发展的土地利用结构优化方法,实现农业综合效益最大化和土地可持续发展。本研究以高集约化农业区长沙县为案例,首先构建经济-生态-社会效益评价指标体系,采用熵权-TOPSIS法对农业土地利用经济效益、生态效益和社会效益进行综合评价;其次采用耦合协调度模型和障碍因子模型,识别出影响农业综合效益的障碍因子;最后运用多目标线性规划法,构建生态、经济、社会约束条件和目标函数,计算得出土地利用最大综合效益和最优化结构,并提出了相关政策建议。研究结果表明:(1)长沙县农业综合效益呈现增长趋势,评价值从1996年的0.20上升到2016年的0.79;(2)经济因素不再是影响农业效益协调发展的障碍因子,而社会因素,例如粮食安全指数等成为主要影响因子;(3)综合考虑经济发展、环境保护和社会需求提出了长沙县土地利用优化结构,农业综合效益可由99.83亿元增长到129.34亿元,增长29.56%。本研究采用了一系列的模型和方法得出了长沙县农业综合效益最大化值和土地利用最优结构,可为农业土地空间格局优化和农业可持续发展提供科学的建议和依据。     

基于灰色线性规划的土地利用结构优化——以云南省澜沧县为例

土地利用结构优化是编制土地利用总体规划的基础和核心。以云南省澜沧县为例,分析该县2000年土地利用结构和社会经济结构状况,以最优化理论为指导思想,运用灰色线性规划方法,结合其未来社会经济发展的需求和有关控制指标,优化该县2015年土地利用结构,为全县土地资源的合理开发利用,获取最佳的社会、经济和生态效益提供“定量”的参考,最终促进区域社会经济又好又快发展。     

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。     

基于CA与AO的区域土地利用变化模拟研究——以三峡库区为例

运用元胞自动机(Cellular Automata)与AO(ArcObject) 相结合的方法, 在VB 环境下编程来 进行三峡库区地类变化模拟研究。以1995 年和2005 年的土地利用图为基础数据, 比较研究期各 地类的变化数量与方向以确定地类转换之间的优先级, 然后确定地类的转换概率。研究结果表明 此方法便于理解与操作, 同时模拟精度高; 预测结果说理性强, 其结果显示三峡库区城镇建设用 地增加, 耕地面积减少, 水域的面积在增加。其预测结果可以指导库区的土地利用规划, 为库区有 效土地管理提供参考。     

基于元胞自动机模型的土地利用变化模拟——以大连经济技术开发区为例

元胞自动机模型已经成为模拟土地利用变化的重要方法。传统土地模拟方法中侧重于通过分析影响土地利用变化的因素来构建预测模型,较少从土地利用类型变化及其相互作用的空间角度来关注模型构建。本文以1998年、2004年和2009年1:10000土地利用数据,利用Python语言结合GDAL与Numpy类库实现局部土地利用竞争的元胞自动机模型原型开发,并用于模拟大连市经济技术开发区1998-2009年土地利用变化模拟。研究结果:1建立了发掘多地类之间相互作用关系的试验方法,研究适用于具有明确物理意义的多地类元胞自动机模拟模型;2该模型具有好的模拟精度,对建设用地、农用地和林地等3种不同类型用地进行同时模拟,其对应Kappa系数分别为0.762,0.634和0.678;3该模型建立了研究不同种地类协调作用的基本方法,可以用于进一步研究土地利用变化地类之间驱动原理。     

土地利用结构多目标优化遗传算法

传统数学方法难以有效解决土地利用结构多目标优化问题,针对土地利用结构优化的多目标性和遗传算法在多目标优化求解方面的优势,以经济效益和生态效益为目标函数建立土地利用结构优化数学模型,采用遗传算法进行模型求解.以重庆市合川区为例详细介绍了具体应用过程,得出了4个可行方案,对方案进行论证择优,选出满意的最佳方案,证明采用遗传算法进行土地利用结构多目标优化求解是科学可行的.     

低碳背景下露天煤矿土地利用结构优化——以乌海市骆驼山矿区为例（英文）

人类对全球碳循环的影响主要来自于土地利用活动,随着露天煤矿开采进程加快,矿区内碳排放量增加、生态系统功能下降等问题显著,亟需探索低碳下生态效益最佳的土地利用优化结构,为西北干旱荒漠矿区土地利用结构优化调整提供理论支持。本研究以乌海市骆驼山矿区为研究对象,在矿区土地利用碳排放量核算的基础上,利用多目标线性规划模型以低碳排放和高生态系统服务价值为目标,探究矿区土地利用最优结构。研究结果：优化后的草地和水域面积有所增加,采矿用地和未利用地面积有所减少;与2021年相比,优化后方案碳排放量降低了19045.93tC,生态系统服务价值提升了5338.14万元。研究结果表明,以土地利用碳排放最小化、生态系统服务价值最大化为目标的矿区土地利用结构优化方案可以在低碳减排下,实现土地利用生态效益的提升,以期为西北干旱荒漠区矿山土地利用结构优化和生态修复工作提供科学指导。     

元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用

土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。     

基于优化GeoCA模型的土壤侵蚀时空变化模拟——以福建省长汀县为例

土壤侵蚀动态监测是侵蚀研究体系中的重要内容, 目前研究主要集中在强度评价以及趋势预测两方面, 其中, 地理元胞自动机(Geo-Cellular Automata, GeoCA)是最常用的土壤侵蚀趋势模拟模型, 但是现有研究主要基于邻域计算规则, 强度模型的数学意义, 而忽视了元胞自身发生变化的可能性, 不能完全体现土壤侵蚀演变的复杂性, 这些问题不仅降低了模拟的精度, 而且使得趋势预测与侵蚀评价两者间的融合性降低, 不利于完整的研究体系形成。本研究认为土壤侵蚀时空变化趋势是其自身侵蚀状态、自然条件以及邻域转换规则共同作用决定, 从而设计元胞侵蚀强度指数算法、元胞侵蚀强度函数以及元胞邻域转换函数, 对传统GeoCA进行了优化, 并在GIS与遥感技术支撑下, 以福建省长汀县为研究区, 设计了上述算法的整合模型, 对福建省长汀县30 年来土壤侵蚀时空演替过程进行了测算与分析。研究结果显示: 长汀县土壤侵蚀最严重的地区主要分布在以河田镇为中心的汀中地区, 20 世纪90 年代以来, 土壤侵蚀治理工作成效显著, 改善趋势明显加快, 至2000 年以后有所放缓。预计至2020 年, 土壤侵蚀区的比重将从1990 年的约40%下降至约20%。通过比较, 整合算法的精度达到72.7%, 高于单纯的侵蚀强度评价算法以及传统GeoCA模型, 证明优化GeoCA不仅是进行土壤侵蚀时空演变模拟研究的有效手段, 更为土壤侵蚀这一复杂地理系统的元胞表述规则研究进一步深入提供了思路。     

基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究

针对传统元胞自动机模型中栅格式规则空间模拟复杂地理元素精度不高的问题,提出一种基于土地区块特征的非规则空间元胞自动机模型,以地理单元实质不规则实体形状作为元胞空间单元,进行土地利用变化的仿真模拟,运用MapInfo建立非规则空间元胞自动机模型的应用软件.对头灶镇土地利用演化的实证研究表明,非规则空间元胞自动机模型可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则,可为城市规划提供决策支持.     

土地利用结构优化的若干问题研究

该文提出在土地适宜性评价的基础上,对土地利用方式进行类别划分,并以此来设计优化模型的思路与方法。认为优化的土地利用结构是随土地利用管理方式的变化而改变的,在土地利用结构优化模式的建立过程中,应该注重对土地利用管理方式的分析。     

土地利用/覆被变化与土地资源优化配置的相关分析

土地资源优化配置已成为土地科学领域前沿的重要课题,而近年来受到国内外学术界重视的土地利用/土地覆被变化研究正可为此提供支持,并相互促进。如何正确认识二者之间的关系,并有效的利用这种关系,无论对我们研究土地利用/土地覆被变化,还是实现土地资源优化利用都异常重要。本文对二者的研究目标及内容进行对比分析,并在此基础上详细阐述了二者的结合方式和途径,提出土地利用/土地覆被变化能为土地资源优化配置提供数据、理论、研究方法支持,同时土地资源优化配置研究有益于土地利用/土地覆被研究的深化,二者的结合可促进土地可持续利用。     

山地土地结构格局与土地利用优化配置

山地是具有高度和坡度的自然综合体,由此决定了土地芬异的序列及其结构格局的特殊性,形成土地空间格局,土地数量格局和土地格局等３种基本形式,格局分析可以揭示土地类型与功能的异质性和有序性,从而为全面认识土地类型群体的生态属笥与演替规律提供理论依据,为土地利用优化布置的实践提供科学指导。     

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。     

基于改进Converse断裂点模型和加权Voronoi图的区域城镇体系结构研究——以天水市为例

在对Converse断裂点模型进行改进的基础上,通过构建评价指标体系和计算城镇中心性强度,对天水市城镇体系等级结构进行了划分;通过运用加权Voronoi图,划分了城镇影响范围和城镇经济区。研究表明:1)天水市城镇体系等级分化非常明显,可按中心性值的大小分为3个等级,其中一级城镇主要为天水各县区政府所在地;2)基于加权Voronoi图的城镇经济区打破了行政区划界线,更符合区域"城镇-腹地"相互联系和作用的实际;3)城镇影响空间既受城镇综合实力和区位交通条件的影响,也与地形、资源分布以及历史文化等因素密切相关。在天水市东部和南部,城镇空间影响范围明显大于中部和北部地区。     

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。     

基于分区域的元胞自动机及城市扩张模拟

元胞自动机用于模拟城市扩张具有很好的空间建模能力,通常采用的建模方式将影响因子的空间条件作为线性要素对待,而在元胞转换规则建模中考虑影响因子的空间非线性特征更逼近真实状况.该文提出一种基于分区域的元胞自动机模型,通过划分各个全局影响因子的重要性子区域,计算不同类型区域中各因子对土地利用转换的影响强度,从而得到全区域的空间非线性转换规则.利用该模型模拟东莞市1988-1993年的城市扩展过程,并与Logistic模型模拟结果对比,表明这种有空间约束条件的分区域元胞自动机模拟精度更高,能有效模拟城市扩张的空间格局.     

基于系统动力学和多目标规划整合模型的土地利用总体规划方案研究

土地利用总体规划是土地资源管理的“龙头”,是时土地资源进行合理配置和实现国民经济宏观调控的基本手段,在我国土地资源管理事业中具有极其重要的作用。论文介绍了国内土地利用规划方法,分析了该方法的不足,并提出了基于系统动力学和多目标规划整合模型（SD-MOP）的土地利用总体规划方案．探讨了SD-MOP整合模型的可行性和优越性以及模型的整合过程和构建方法,为土地利用总体规划方案研究摸索出了一套新的方法。