区域土地利用结构优化模型研究现状
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模型发展。区域土地利用结构优化 ,要求土地利用数量结构 与空间布局同时趋于优化 ,在应用结构优化模型时 ,同时借 助 A rc / Info和 Map Info等工具和 GIS等技术 ,有助于实现土 地资源数量结构优化与空间布局优化的统一 。
当前 ,相对于其他方法而言 ,灰色线性规划应是土地利 用结构优化模型的最佳选择 [26] 。吕永霞将灰色线性规划模
李兰海等应用灰色系统的微分拟合法建立了资源配置 的动态模型 ,随约束条件变化而得到不同的优化方案 ,并用 最优控制理论进行优化 ,得到了资源配置的优化控制模 型 [19] 。耿红基于控制论的人口预测方法及灰色线性规划方 法对土地利用结构进行了优化 ,从而使规划方案科学、可靠 且具动态性 ,弥补了现阶段主要采用常规方法的不足 [20] 。 刘兆顺探讨了土地利用结构优化灰色线性规划模型中决策 变量的生态经济参数 [21] 。
38卷 7期 葛兴燕等 区域土地利用结构优化模型研究现状
3597
构多目标线性规划模型 [11] 。王红瑞等结合双流县土地利用 的特征和土地利用结构调整的不确定性、复杂性等特点 ,应 用区间数不确定性多目标规划模型进行了土地利用结构优 化 [12] 。刘耀林等运用理想点法构造了评价函数 ,将多目标 规划问题的求解转化为单目标规划问题的求解 ,来求得原问 题的有效解或弱有效解 ,解决了多目标规划的绝对最优解未 必存在或难解的难题 ,最终达到了社会、经济、生态效益三者 的统一 [ 13 ] 。
但是 ,线性规划模型是一种静态模型 ,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是确定 的 ,只能在静态条件下求解。有解时 ,解唯一 ,即只能得到一 个优化方案 ,使规划没有调整余地。当模型中或约束条件中 出现灰数时不能灵活应对 ,不能反映约束条件随时间变化的 情况。土地利用系统影响因素复杂多变 ,而函数中的系数不 可能固定不变 ,从而导致所求解常脱离实际 ,甚至无解。为 使模型接近于客观实际 ,所建模型必须在实施过程中接受系 统的反馈信息 ,不断修正 ,才能得到理想的结果 [5] 。 1. 2 多目标规划模型 多目标规划是在一定约束条件下完 成一组目标 ,这组目标可能包含不同优先等级 ,各目标之间 甚至常存在冲突 。
多目标规划优于一维目标函数的线性规划 ,同时也避免 了线性规划可解区域局限性的弊端 ,又具有系统动力学模型 的正负反馈特征 ,但比系统动力学模型更为简单 ;同时 ,能指 出目标不能达到的原因 ,通过分析各目标的重要性程度、预 期值的变化得出供决策者参考的一系列决策方案 [17] 。但多 目标规划模型也是一种确定的静态模型 。 1. 3 灰色线性规划模型 1982年 ,我国学者邓聚龙首次提 出了灰色系统理论 ,灰色系统是指部分信息已知、部分信息 未知的系统 ,即信息不完全的系统 [18] 。灰色线性规划模型 是有灰色系数或系数由灰色理论和方法确定的线性规划模 型 ,它弥补了一般线性规划的不足 ,是一种动态的线性规划。
土地利用系统的现状和特点 ,在分析因果关系的基础上 ,应 用系统动力学方法建立了陕西省土地利用动态仿真模型 ,设 计出的规划方案做到了土地的用养结合 ,有助于土地生产力 的提高 [ 25 ] 。
2 结论与讨论 最初的规划大多只是定性分析、描述而缺乏定量手段 ,
大量应用模型是现在土地利用规划的趋势 。土地利用结构 优化模型已经从单向 、静态的规划模型向动态 、持续的规划
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri. Sci. 2010, 38 ( 7) : 3596 - 3597, 3610
责任编辑 金炎 责任校对 张士敏
区域土地利用结构优化模型研究现状
wk.baidu.com
葛兴燕 ,黄涛珍 (河海大学公共管理学院 ,江苏南京 210098)
摘要 对研究和应用土地利用结构优化模型的文献进行了梳理 ,并对各个模型进行了比较 ,分析了它们的应用现状及优缺点 ,探讨了模 型的发展方向 。 关键词 土地利用结构 ;优化 ;模型 中图分类号 F 301. 24 文献标识码 A 文章编号 0517 - 6611 (2010) 07 - 03596 - 02
土地利用结构优化是为了达到一定的生态经济最优目 标 ,依据土地资源的自身特性和土地适宜性评价 ,对区域内 土地资源的各种利用类型进行更加合理的数量安排和空间 布局 ,以提高土地利用效率和效益 ,维持土地生态系统的相 对平衡 ,实现土地资源的可持续利用 [1] 。
随着城市化和工业化进程的加快 ,人类面临着严重的资 源、人口、粮食、环境问题 ,而土地是这些问题的核心。当前 我国人口与土地资源分布越来越不平衡 ,土地利用结构极不 合理 。在土地资源配置过程中如何实现经济 、社会 、生态 、环 境的可持续发展 ,是目前面临的重大课题。采用数学模型优 化方法是现代土地利用规划的趋势之一 ,土地利用结构优化 模型对科学 、合理地利用土地资源有重要作用 。笔者对已有 模型进行了研究评述 ,旨在为模型的应用和进一步研究提供 参考 。 1 各类模型分析
影响因素的变化而随之调整规划目标和规划方案 ,模型具有 动态性 、仿真模拟性 。系统动力学模型建立了基于规划目标 和规划因素因果关系的信息反馈机制 ,模型的结构决定了模 型的运作方式和结果 。但是建立系统动力学模型需要充分 研究待模拟的系统 ,熟悉系统内的反馈机制 ,还要求目标和 因素间有明确的因果关系 [22] 。
收稿日期 2009212202
等采用生态学的理论观点和系统思想方法 ,应用多级参数平 衡法和线性规划技术 ,建立了土地利用结构模型 ,指出应用 线性规划技术进行优化是建立土地利用结构模型的一个行 之有效的方法 [5] 。张佳会等采用最优线性规划法对土地利 用结构进行了定量优化 (优化结果反映了当地土地利用的经 济主导性、地域特殊性和国家政策约束性 ) ,并得出了最优线 性规划法适用于土地利用总体规划的结论 [6] 。孙葭等采用 线性规划模型 ,以经济效益为优化目标 ,以生态效益、社会效 益及土地坡度作为约束条件 ,对 2010年桃江农林业土地利 用进行了优化配置 ,从农林复合经营的角度探讨了农业可持 续发展的模式 [7] 。这样不用考虑多种效益 ,更容易实现定量 化而使操作更简单 ,同时 ,又以其他效益作为约束条件 ,没有 忽略其他效益的最低要求 ,从而实现了土地利用结构优化的 目标 [ 8 ] 。
Research Sta tus of O ptim iza tion M odel of Reg iona l Land2use Structure GE X ing2yan et a l ( College of Public Adm inistration, Hohai University, Nanjing, J iangsu 210098) Abstract The literatures about the study and app lication of op tim ization models of land2use structure were classified. A lso, the four kinds of models were compared. The app lication status as well as the advantages and disadvantages were analyzed then. The development trend of mod2 els was discussed either. Key words Land2use structure; Op tim ization; Model
社会经济高速发展 ,生态环境却遭到了很大破坏 ,规划 不能再单纯追求经济目标 ,要兼顾社会和生态效益 ,多目标 规划模型解决了这种复杂的多目标最优决策问题 。多目标 规划的模型富有灵活性 ,适用于解决具有不同度量单位和相 互冲突目标的多目标决策问题 。对各个目标分级加权与逐 级优化是它的重要特点 ,这与处理问题时应区分轻重缓急是 一致的 [9] 。谭淑豪等以江阴市为例 ,选用多目标线性规划的 妥协约束法建立了约束条件与决策变量的时序预测模型群 , 对土地利用结构进行了优化 [10] 。刘艳芳等应用系统思想和 生态学原理 ,引入“绿当量 ”的概念 ,构建了区域土地利用结
线性规划模型在土地利用结构优化中得到了广泛的应 用 ,众多学者在建立线性规划数学优化模型的基础上 ,对区 域土地利用结构的优化调整进行了探讨 。刘震等针对刘家 沟流域水土保持规划中的土地利用部分 ,运用线性规划进行 了土地利用结构设计的尝试 ,并建立了优化模型 [4] 。段建南
作者简介 葛兴燕 ( 1984 - ) ,女 ,山东莱芜人 ,硕士研究生 ,研究方向 : 水土资源综合利用规划 。
型和多目标规划模型结合起来 ,集其所长建立了灰色多目标 规划模型 ,实现了模型的创新 ,并结合 GIS技术 ,实现了定 性、定量和定位规划的结合 ,增强了规划工作的精确性和可 操作性 [ 27 ] 。
根据约束条件和目标函数性质和形式的不同 ,可以把常 用的优化数学模型分为线性规划模型 、多目标规划模型 、灰 色线性规划模型和系统动力学模型等 。 1. 1 线性规划模型 线性规划是运筹学的一个重要分支 , 也是资源优化配置的有效方法 ,它研究较早、技术成熟、应用 范围广、计算简便 ,是最常用的规划方法。实践证明 ,将线性 规划用于建立区域土地利用结构优化模型 ,不失为一种行之 有效的方法 [2] 。线性规划模型是一简单的数学模型 ,它是关 于在一组线性约束条件下求线性目标函数最大值或最小值 (如土地利用效益最大或成本最小 )的方法。刘彦随指出在 一定生产力条件下 ,对于如何在区域各产业间、部门间合理 分配有限的土地资源这类宏观配置问题 ,线性规划模型比较 理想 [ 3 ] 。
在解决空间土地利用规划问题上 ,多目标规划模型得到 了广泛的应用。郑新奇等借助 A rc / Info和 Map Info等工具 , 将多目标规划模型与 GIS相结合 ,把规划面积落实到了具体 的空间地块上 [14] 。董品杰等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 ,将土地利用数量结构落实到具体 的地域空间 [15] 。王汉花等以湖北省嘉鱼县为例 ,应用多目 标线性规划 (MOP)与元胞自动机 (CA)的土地利用优化配置 模型 ,实现了土地资源数量结构优化与空间布局优化的 统一 [ 16 ] 。
1996年 ,赵小敏等通过分析土地系统内部结构及其影响 因素 ,应用系统动力学模型对杭州城市土地利用进行了动态 规划 ,认为该模型是在土地 - 社会 - 经济系统中进行土地利 用动态规划的有效工具 [23] 。同年 ,赵小敏等将系统动力学 仿真技术应用于余姚市土地利用总体规划中 ,证明了 SD 模 型是一种进行滚动式规划的有益工具。在将来 ,随着社会经 济条件的变化 ,通过调整 SD模型中的调控参数 ,可以对规划 目标 、规划方案进行不断的补充和修改 [24] 。唐亚平等根据
灰色线性规划提供的信息多 ,能提供多个备选方案 ,有 选择余地。约束条件可以用时间序列描述 ,用 GM (1, 1)模型 进行预测 ,这样得到的效益系数、技术系数及约束系数是区 间灰数 ,既可以按上限规划 ,又可以按下限规划 ,还可按区间 内的任何一白化值进行规划 ,只要给定一组白化值 ,就可得 到一组优化方案。不仅能反映一种特定的情况 ,而且还能随 约束条件而变化 ,从而使规划灵活、多变 ,有很大的调整余 地 ,满足情况发展变化的需要。通过综合权衡比较 ,可以得 到经济、社会和生态综合效益最优的方案 ,实现土地利用结 构的优化配置 ,进而提高规划和决策的科学性。 1. 4 系统动力学模型 系统动力学 ( SD )是一门基于系统 论、控制论、信息论和计算机仿真技术 ,分析、研究信息反馈 系统的新兴学科。系统动力学模型属于动态模型 ,可以随着
当前 ,相对于其他方法而言 ,灰色线性规划应是土地利 用结构优化模型的最佳选择 [26] 。吕永霞将灰色线性规划模
李兰海等应用灰色系统的微分拟合法建立了资源配置 的动态模型 ,随约束条件变化而得到不同的优化方案 ,并用 最优控制理论进行优化 ,得到了资源配置的优化控制模 型 [19] 。耿红基于控制论的人口预测方法及灰色线性规划方 法对土地利用结构进行了优化 ,从而使规划方案科学、可靠 且具动态性 ,弥补了现阶段主要采用常规方法的不足 [20] 。 刘兆顺探讨了土地利用结构优化灰色线性规划模型中决策 变量的生态经济参数 [21] 。
38卷 7期 葛兴燕等 区域土地利用结构优化模型研究现状
3597
构多目标线性规划模型 [11] 。王红瑞等结合双流县土地利用 的特征和土地利用结构调整的不确定性、复杂性等特点 ,应 用区间数不确定性多目标规划模型进行了土地利用结构优 化 [12] 。刘耀林等运用理想点法构造了评价函数 ,将多目标 规划问题的求解转化为单目标规划问题的求解 ,来求得原问 题的有效解或弱有效解 ,解决了多目标规划的绝对最优解未 必存在或难解的难题 ,最终达到了社会、经济、生态效益三者 的统一 [ 13 ] 。
但是 ,线性规划模型是一种静态模型 ,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是确定 的 ,只能在静态条件下求解。有解时 ,解唯一 ,即只能得到一 个优化方案 ,使规划没有调整余地。当模型中或约束条件中 出现灰数时不能灵活应对 ,不能反映约束条件随时间变化的 情况。土地利用系统影响因素复杂多变 ,而函数中的系数不 可能固定不变 ,从而导致所求解常脱离实际 ,甚至无解。为 使模型接近于客观实际 ,所建模型必须在实施过程中接受系 统的反馈信息 ,不断修正 ,才能得到理想的结果 [5] 。 1. 2 多目标规划模型 多目标规划是在一定约束条件下完 成一组目标 ,这组目标可能包含不同优先等级 ,各目标之间 甚至常存在冲突 。
多目标规划优于一维目标函数的线性规划 ,同时也避免 了线性规划可解区域局限性的弊端 ,又具有系统动力学模型 的正负反馈特征 ,但比系统动力学模型更为简单 ;同时 ,能指 出目标不能达到的原因 ,通过分析各目标的重要性程度、预 期值的变化得出供决策者参考的一系列决策方案 [17] 。但多 目标规划模型也是一种确定的静态模型 。 1. 3 灰色线性规划模型 1982年 ,我国学者邓聚龙首次提 出了灰色系统理论 ,灰色系统是指部分信息已知、部分信息 未知的系统 ,即信息不完全的系统 [18] 。灰色线性规划模型 是有灰色系数或系数由灰色理论和方法确定的线性规划模 型 ,它弥补了一般线性规划的不足 ,是一种动态的线性规划。
土地利用系统的现状和特点 ,在分析因果关系的基础上 ,应 用系统动力学方法建立了陕西省土地利用动态仿真模型 ,设 计出的规划方案做到了土地的用养结合 ,有助于土地生产力 的提高 [ 25 ] 。
2 结论与讨论 最初的规划大多只是定性分析、描述而缺乏定量手段 ,
大量应用模型是现在土地利用规划的趋势 。土地利用结构 优化模型已经从单向 、静态的规划模型向动态 、持续的规划
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri. Sci. 2010, 38 ( 7) : 3596 - 3597, 3610
责任编辑 金炎 责任校对 张士敏
区域土地利用结构优化模型研究现状
wk.baidu.com
葛兴燕 ,黄涛珍 (河海大学公共管理学院 ,江苏南京 210098)
摘要 对研究和应用土地利用结构优化模型的文献进行了梳理 ,并对各个模型进行了比较 ,分析了它们的应用现状及优缺点 ,探讨了模 型的发展方向 。 关键词 土地利用结构 ;优化 ;模型 中图分类号 F 301. 24 文献标识码 A 文章编号 0517 - 6611 (2010) 07 - 03596 - 02
土地利用结构优化是为了达到一定的生态经济最优目 标 ,依据土地资源的自身特性和土地适宜性评价 ,对区域内 土地资源的各种利用类型进行更加合理的数量安排和空间 布局 ,以提高土地利用效率和效益 ,维持土地生态系统的相 对平衡 ,实现土地资源的可持续利用 [1] 。
随着城市化和工业化进程的加快 ,人类面临着严重的资 源、人口、粮食、环境问题 ,而土地是这些问题的核心。当前 我国人口与土地资源分布越来越不平衡 ,土地利用结构极不 合理 。在土地资源配置过程中如何实现经济 、社会 、生态 、环 境的可持续发展 ,是目前面临的重大课题。采用数学模型优 化方法是现代土地利用规划的趋势之一 ,土地利用结构优化 模型对科学 、合理地利用土地资源有重要作用 。笔者对已有 模型进行了研究评述 ,旨在为模型的应用和进一步研究提供 参考 。 1 各类模型分析
影响因素的变化而随之调整规划目标和规划方案 ,模型具有 动态性 、仿真模拟性 。系统动力学模型建立了基于规划目标 和规划因素因果关系的信息反馈机制 ,模型的结构决定了模 型的运作方式和结果 。但是建立系统动力学模型需要充分 研究待模拟的系统 ,熟悉系统内的反馈机制 ,还要求目标和 因素间有明确的因果关系 [22] 。
收稿日期 2009212202
等采用生态学的理论观点和系统思想方法 ,应用多级参数平 衡法和线性规划技术 ,建立了土地利用结构模型 ,指出应用 线性规划技术进行优化是建立土地利用结构模型的一个行 之有效的方法 [5] 。张佳会等采用最优线性规划法对土地利 用结构进行了定量优化 (优化结果反映了当地土地利用的经 济主导性、地域特殊性和国家政策约束性 ) ,并得出了最优线 性规划法适用于土地利用总体规划的结论 [6] 。孙葭等采用 线性规划模型 ,以经济效益为优化目标 ,以生态效益、社会效 益及土地坡度作为约束条件 ,对 2010年桃江农林业土地利 用进行了优化配置 ,从农林复合经营的角度探讨了农业可持 续发展的模式 [7] 。这样不用考虑多种效益 ,更容易实现定量 化而使操作更简单 ,同时 ,又以其他效益作为约束条件 ,没有 忽略其他效益的最低要求 ,从而实现了土地利用结构优化的 目标 [ 8 ] 。
Research Sta tus of O ptim iza tion M odel of Reg iona l Land2use Structure GE X ing2yan et a l ( College of Public Adm inistration, Hohai University, Nanjing, J iangsu 210098) Abstract The literatures about the study and app lication of op tim ization models of land2use structure were classified. A lso, the four kinds of models were compared. The app lication status as well as the advantages and disadvantages were analyzed then. The development trend of mod2 els was discussed either. Key words Land2use structure; Op tim ization; Model
社会经济高速发展 ,生态环境却遭到了很大破坏 ,规划 不能再单纯追求经济目标 ,要兼顾社会和生态效益 ,多目标 规划模型解决了这种复杂的多目标最优决策问题 。多目标 规划的模型富有灵活性 ,适用于解决具有不同度量单位和相 互冲突目标的多目标决策问题 。对各个目标分级加权与逐 级优化是它的重要特点 ,这与处理问题时应区分轻重缓急是 一致的 [9] 。谭淑豪等以江阴市为例 ,选用多目标线性规划的 妥协约束法建立了约束条件与决策变量的时序预测模型群 , 对土地利用结构进行了优化 [10] 。刘艳芳等应用系统思想和 生态学原理 ,引入“绿当量 ”的概念 ,构建了区域土地利用结
线性规划模型在土地利用结构优化中得到了广泛的应 用 ,众多学者在建立线性规划数学优化模型的基础上 ,对区 域土地利用结构的优化调整进行了探讨 。刘震等针对刘家 沟流域水土保持规划中的土地利用部分 ,运用线性规划进行 了土地利用结构设计的尝试 ,并建立了优化模型 [4] 。段建南
作者简介 葛兴燕 ( 1984 - ) ,女 ,山东莱芜人 ,硕士研究生 ,研究方向 : 水土资源综合利用规划 。
型和多目标规划模型结合起来 ,集其所长建立了灰色多目标 规划模型 ,实现了模型的创新 ,并结合 GIS技术 ,实现了定 性、定量和定位规划的结合 ,增强了规划工作的精确性和可 操作性 [ 27 ] 。
根据约束条件和目标函数性质和形式的不同 ,可以把常 用的优化数学模型分为线性规划模型 、多目标规划模型 、灰 色线性规划模型和系统动力学模型等 。 1. 1 线性规划模型 线性规划是运筹学的一个重要分支 , 也是资源优化配置的有效方法 ,它研究较早、技术成熟、应用 范围广、计算简便 ,是最常用的规划方法。实践证明 ,将线性 规划用于建立区域土地利用结构优化模型 ,不失为一种行之 有效的方法 [2] 。线性规划模型是一简单的数学模型 ,它是关 于在一组线性约束条件下求线性目标函数最大值或最小值 (如土地利用效益最大或成本最小 )的方法。刘彦随指出在 一定生产力条件下 ,对于如何在区域各产业间、部门间合理 分配有限的土地资源这类宏观配置问题 ,线性规划模型比较 理想 [ 3 ] 。
在解决空间土地利用规划问题上 ,多目标规划模型得到 了广泛的应用。郑新奇等借助 A rc / Info和 Map Info等工具 , 将多目标规划模型与 GIS相结合 ,把规划面积落实到了具体 的空间地块上 [14] 。董品杰等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 ,将土地利用数量结构落实到具体 的地域空间 [15] 。王汉花等以湖北省嘉鱼县为例 ,应用多目 标线性规划 (MOP)与元胞自动机 (CA)的土地利用优化配置 模型 ,实现了土地资源数量结构优化与空间布局优化的 统一 [ 16 ] 。
1996年 ,赵小敏等通过分析土地系统内部结构及其影响 因素 ,应用系统动力学模型对杭州城市土地利用进行了动态 规划 ,认为该模型是在土地 - 社会 - 经济系统中进行土地利 用动态规划的有效工具 [23] 。同年 ,赵小敏等将系统动力学 仿真技术应用于余姚市土地利用总体规划中 ,证明了 SD 模 型是一种进行滚动式规划的有益工具。在将来 ,随着社会经 济条件的变化 ,通过调整 SD模型中的调控参数 ,可以对规划 目标 、规划方案进行不断的补充和修改 [24] 。唐亚平等根据
灰色线性规划提供的信息多 ,能提供多个备选方案 ,有 选择余地。约束条件可以用时间序列描述 ,用 GM (1, 1)模型 进行预测 ,这样得到的效益系数、技术系数及约束系数是区 间灰数 ,既可以按上限规划 ,又可以按下限规划 ,还可按区间 内的任何一白化值进行规划 ,只要给定一组白化值 ,就可得 到一组优化方案。不仅能反映一种特定的情况 ,而且还能随 约束条件而变化 ,从而使规划灵活、多变 ,有很大的调整余 地 ,满足情况发展变化的需要。通过综合权衡比较 ,可以得 到经济、社会和生态综合效益最优的方案 ,实现土地利用结 构的优化配置 ,进而提高规划和决策的科学性。 1. 4 系统动力学模型 系统动力学 ( SD )是一门基于系统 论、控制论、信息论和计算机仿真技术 ,分析、研究信息反馈 系统的新兴学科。系统动力学模型属于动态模型 ,可以随着