土地利用规划的多目标规划模式探讨，本文主要内容关键词为：土地利用论文,目标论文,模式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
如何科学、合理地进行土地利用总体规划，从而实现可持续性的土地资源利用，是土地利用研究中亟待解决的问题之一。以前的土地利用规划的规划模式大多采用线性规划（LP）和系统动力学（SD）模型，仅用单一目标函数处理，这与在可持续发展条件下，土地利用系统的多目标原则要求不相适应。笔者提出把多目标决策模型在徐水县应用，探讨土地利用总体规划实现的多目标规划模式。
1土地利用总体规划的多目标规划模式
该模式应用系统方法的多目标决策理论，优化用地系统，具有多目标性、多方案特点，决策者根据不同标准，选择满意的规划方案，提高了规划和决策的科学性；另外，借助计算机和GIS技术，实现了土地利用规划中的定性、定量和定位规划的结合，使规划工作的精确性和可操作性增强。此模式处理问题更符合实际，具有积极的生产应用意义。其具体实现过程如下：
1.1建立土地资源数据库 收集资料按《县级土地利用总体规划编制规程》（以下简称《规程》）中要求进行，根据收集到的图形和属性数据在GIS技术支持下建立土地资源数据库 。
1.2土地多宜性评价 土地评价对象的选择包括既定性的利用方式和可能性的利用方式。土地评价单元是土地评价中的最小单位，该文采用多因素叠加形成的最小图斑作为土地评价单元。
在进行土地评价过程中，一般包括：（1）评价指标的选择，（2）评价指标权重的确定，（3）评价指标值的获取。评价指标的选择是根据特定的评价对象而定，这样就会出现各评价系统的评价指标在数量和种类上有所差别，况且同一评价指标在各评价系统中对评价对象影响程度亦不一样（即权重的差异）。因此，笔者建议对每一种具体利用方式都应该有相应的一套评价系统（包括评价指标体系及其权重）。评价指标值是评价对象的要求与土地评价单元属性比较的值。对同一土地评价单元，多种评价对象的适宜等级组合成多宜性评价结果。
笔者认为土地利用规划的土地评价，应该根据《规程》中土地利用现状的分类确定评价对象。但对每一种利用方式就建立一套评价系统，则工作量太大而无法进行，因此提出建立土地评价标准系统，以减少确定评价指标及其权重的工作量。《规程》中一级类用地内部各具体利用方式要求评价指标接近，评价权重差异小，采用同一评价标准系统；一级类用地之间，要求差异显著，对属于不同的一级类各具体利用方式就应该分别选择不同的评价标准系统。同一评价标准系统内部各种具体利用方式的差异通过评价指标取值不同来体现。以此建立的土地评价标准系统，虽然减少了确定评价指标及其权重的工作量，但是对每一利用方式确定评价指标值，工作量仍然很大。笔者对此提出自然适宜相似归并法，把同一评价标准系统内的各种利用方式所满足最佳的生理条件和立地条件放在同一矩阵中，求欧氏相似距，并根据精度合并归类，把诸单个具体利用方式变成相似组合类利用方式评价。根据评价指标值及其权重，加权求和获得某具体（或组合类）利用方式适宜等级，各种具体利用方式组合成多宜性评价结果。
1.3多目标决策 多目标决策是在一组约束条件下，同时对多个目标求最优解，但由于目标之间的矛盾性，各个目标不可能同时达到最优，因此，多目标决策只是求得模型的非劣解。对多目标决策的解法常有下列几种模型：多目标单纯型（MCS）；目的规划（GP）；均衡规划（CP）；替代价值权衡法（SWT）；逐步进行法（STEM）等[1]。
土地利用总体规划是由决策者先给出一组理想的目标值（各用地部门期望和预测的值，及可持续性土地利用所要求各目标值），进行系统协调，观察土地系统能否完成各目标及完成的程度，即能恰好达到目标或超额或达不到，进行用地优化（包括用地指标和位置）。这与目的规划的模型要求一致，所以，应用多目标决策目的规划模型比较合理。目的规划模型描述如下：求
a.规划目标的确定：根据可持续性土地资源利用的要求来确定规划的各目标，一般包括：经济目标（包括国民经济生产总值，主要农产品产量等分目标）；社会目标（包括人均占有粮食，就业及娱乐天数等分目标）；环境目标（包括森林覆盖率，化肥、农药使用效率等目标）[2]。
b.确定有关土地利用的各个决策变量（与评价的具体利用方式有关）。
c.确定上述规划目标值（包括由预测模型所确定各业用地数量）。
d.确定与决策变量有关的约束条件：总土地面积约束；耕地动态平衡约束；专项规划约束；土地轮作平衡约束及非负约束。
e.建立总目标函数：确定各个目标的优先级及其权重，加和形成总目标函数。
f.求非劣解：通过多次调整目标的优先级和改变目标个数，计算一系列非劣解，这一系列非劣解组成非劣解集。
1.4多方案比较及决策结果输出 对有着不同着眼点和不同目的的使用者来说，通过调整优先级及目标（即目标重要程度和可期望目标的变化），就可看到解空间中各个目标之间交换的可能性及相应的非劣解。一个非劣解就形成了一个方案，非劣解集就形成了多种方案，通过决策者的标准，进行多方案比较，形成最终满意的规划方案(SatisfactoryPlanning Scenario)。
确定满意方案后，根据各个决策变量的大小，与土地适宜评价结果及各方面要求匹配，土地分解指标通过GIS能较方便地实现土地的平面配置。步骤如下：进行优先级为的土地利用规划指标分解—调用P[,i]为目标的土地适宜评价图—P[,i]的土地利用指标与空间配置—扣除掉规划的部分P[,i]土地利用适宜部分与其它土地利用适宜等级重叠部分，不影响后继其它土地利用的适宜配置）——根据余下的适宜性结果，再进行P[,i+1]目标规划的空间布置（考虑用地协调性安排原则）——依次类推，直到全部指标在空间分配完毕[3]。根据数量指标，完成空间规划，从而实现了土地定性、定量和定位规划的结合，见图1土地利用总体规划的多目标规划模式流程。
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│资│┌─────┐ ┌──────┐ ┃ └────────────┘ │
│料││ 图形数据 │ │ 属性数据 │ ┃ ┌─────────────┐│
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│础││土│因子选择│ ┌─────┐数字化扫描仪 ↓键盘输入 ↓ ┃ │预 测 分 析 模 型 │││
│工││地├────┤ │因子模型库│
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│空间数据库ARC │────── → │属性数据库INFO│┃ ┌────────┐ ││
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│ 满意的规划方案 ├───────────────┐│决 策 者 选
择 的 标 准 │
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图 │ └─────────────────────┘
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图1
土地利用总体规划多目标规划多目标规划模式流程示意
2应用结果分析
徐水县土地资源数据库建立是通过GIS PC ARC/INFO输入评价和规划所需要的各种图形数据和属性数据。
2.1徐水县土地多宜性评价 根据徐水县实际情况，结合《规程》中的土地利用现状分类，选择了八类用地中除交通、河流线状用地及未利用地外的五类地中48个具体的土地利用方式作为徐水县土地多宜性评价的评价对象。在建立土地评价标准系统时，根据《规程》中一级地类的具体情况共设置了7类评价标准系统，即耕地、菜地、林地、园地、草地、居民点及城镇工矿用地评价标准系统。根据48种具体土地利用方式的特点相应地分类到7类评价标准系统中，再把划归至某评价标准系统下的各具体利用方式要求，放在同一矩阵，求欧氏距。根据欧氏距的大小，在满足精度和要求条件下，进行归并组合。在徐水县，根据实际情况和欧氏距大小归并结果：（1）在耕地类评价标准系统中分五类组合类，即水稻类（水稻）；小麦组合类（小麦、玉米）；谷子组合类（谷子、高梁）；棉花组合类（棉花、大豆）；花生组合类（花生、甘薯）。划归的五类复合作物、与FAO对作物的分类，水生、中生、旱生、经济类和薯类等一致[4]。（2）菜地、草地各归并作为一类评价；（3）园地利用方式归并为三类组合类评价，即苹果组合类（苹果、梨、葡萄、桃），柿子组合类（柿子、核桃、枣），杏树类（杏树）；（4）林地利用方式归并为四类组合类，即杨树组合类（毛白杨、白榆、臭椿），旱柳类（旱柳），刺槐组合类（洋槐、花椒），侧柏类（侧柏树）；（5）居民点用地类；（6）城镇和工矿用地类共17种组合类利用方式。
评价因子值的获取，是调用土地利用评价因子模型库和土地评价单元的土地属性，根据因子模型库中相应因子的数学模型，计算评价因子值。根据评价标准系统中的评价因子的权重及其评价因子的值，运用加权指数和法求总分值，划分17种组合类利用方式适宜等级分界线及等级数。
2.2徐水县土地利用总体规划的多目标模型
2.2.1模型的决策变量设置 以1994年为规划基年，以2010年为规划年。在模型中共设置了36个决策变量，涉及不同利用方式及利用方式适宜等级，具体情况见表1
表1 决策变量
利用方式 适宜1等地 适宜2等地 适宜3等地 利用方式 适宜1等地 适宜2等地 适宜3等地
水稻
X[,1]
柿
X[,22]
小麦
X[,2] X[,3] X[,4]
杏
X[,23]
玉米
X[,5] X[,6] X[,7]
毛白杨 X[,24]
大豆
X[,8] X[,9] 旱柳
X[,25]
棉花
X[,10]X[,11]刺槐
X[,26]
谷子 X[,12]花椒
X[,27]
高粱 X[,13]侧柏 X[,28]
花生
X[,14]X[,15]草地 X[,29]
甘薯
X[,16]X[,17]工矿用地
X[,30]
蔬菜
X[,18]X[,19]城镇用地
X[,31]
苹果
X[,20]X[,21]居民点用地 X[,32]
注：水域用地，公路用地，未利用地和其它用地决策变量分别设为X[,33]，X[,34]，X[,35]，X[,36]
2.2.2各目标优先级的确定及目的规划模型的求解 根据徐水县实际情况选择如下三种顺序的优先级确定目的规划模型中的总目标函数。
经济—粮食—环境发展型方案1：与产值有关的分目标项的优先级较高；与粮食产量有关的分目标项居次；环境分目标项的优先级最低。
粮食—经济—环境发展型方案2：与粮食产量有关的分目标及耕地动态平衡分目标项优先级较高；与产值有关的分目标项的优先级居次；环境分目标项的优先级最低。
环境—经济—粮食发展型方案3：环境分目标项的优先级最高；与产值有关的分目标项的优先级居次；与粮食产量有关的分目标项优先级最低。
根据目标函数和34个约束方程，在PC—586微机上运行用C语言编写目的规划模型的程序，获得了三个比较有典型意义的规划方案，结果见表2和表3。
2.3徐水县多方案比较及满意方案确定
通过表2与表3综合比较分析发现，方案3虽然森林覆盖率目标满足要求，但是经济产值是最低的，粮食总产量目标也没有满足要求，这与徐水县粮棉大县要求不符，所以不能选用此方案。方案1发展型是经济产值最高，粮食总产量恰好满足目标的方案，林业用地面积达到目标值的81%，耕地减少6077.842hm2@>。方案2是粮食产量最高的一个方案，耕地面积与1994年土地利用现状相等，总产值居于第二位，但林地占地面积最少，与目标要求相差较远，但是在以平原为主地区的县中，既要考虑耕地动态平衡，又要使森林覆盖率达到13.2%这样高的目标要求，实际是不可能的。切合实际方案应该是保证一定森林面积情况下，使粮棉产量最高，同时具有较高的经济效益，所以推荐方案2为最终的满意规划方案。
表2 徐水县土地利用总体规划供选方案
决策变量(hm[2])
X1 X2
X3
X4 X5 X6
经济—粮食—环境(1) 332.86 12780.72 17214.13 2761.65 12715.34 17214.16
粮食—经济—环境(2) 332.86 14601.92 20000.00 3552.28 14536.53 20000.00
环境—经济—粮食(3) 332.86 11038.04 17214.13 2761.65 10792.66 17214.16
决策变量(hm[2])
X7 X8
X9
X10 X11 X12
经济—粮食—环境(1)2761.6565.390 2078.13 1493.130
粮食—经济—环境(2)3552.2865.390 3130.2600
环境—经济—粮食(3)2761.6565.390 1220.70 2709.960
决策变量(hm[2])
X13X14
X15 X16X17 X18
经济—粮食—环境(1) 0 3386.310
0
293.33 2666.67
粮食—经济—环境(2) 0 3058.46
388.91 2079.070 2000.00
环境—经济—粮食(3) 0 3386.310
00 0666.67
决策变量(hm[2])
X19
X20X21 X22X23 X24
经济—粮食—环境(1)1333.33
666.67
666.67 2000.00 6.67 1142.27
粮食—经济—环境(2)1274.36
666.670 894.81 6.67
480.97
环境—经济—粮食(3)1333.33
666.67
666.67 2000.00 6.67 2650.07
决策变量(hm[2]) X25 X26
X27 X28 X29X30
经济—粮食—环境(1) 420.42
349.20
200.00 2316.070 2981.67
粮食—经济—环境(2) 240.48
379.36
200.00 456.290 2821.67
环境—经济—粮食(3) 713.04
379.36
200.00 2316.070 2821.67
决策变量(hm[2]) X31
X32 X33 X34 X35 X36
经济—粮食—环境(1) 599.60 7934.98 2649.13 2299.49 4574.98
517.26
粮食—经济—环境(2) 599.60 7385.66 2649.13 2649.13 3649.24
517.26
环境—经济—粮食(3) 599.60 7934.98 2649.13 2649.13 4574.98
517.26
表3 徐水县土地利用总体规划方案结果比较
结果
细粮产量
总粮产量
耕地数量
种植业产量
林地面积
(t)(t)
(hm[2]) (元) (hm[2])
方案1结果 198268.76
403529.30 44340.28 994.76×10[6] 7768.03
方案2结果 229492.73
467799.02 50418.12 1082.52×10[6] 3325.50
方案3结果 186427.77
379747.47 42663.66 955.25×10[6] 9598.61
结果林业产值工矿业产值县总产值
(元) (元) (元)
方案1结果 97.65×10[6] 1267.59×10[6]
2360.01×10[6]
方案2结果 62.94×10[6] 1210.96×10[6]
2356.43×10[6]
方案3结果 120.81×10[6] 1210.96×10[6]
2287.02×10[6]
3 结论
a.土地利用总体规划的多目标规划模式解决了现代土地管理中“一要吃饭、二要建设、三要保护环境”的多目标原则要求下土地利用合理安排问题。
b.土地资源数据库建立是进行计算机土地评价和规划的基础，它极大地提高了土地管理工作的效率。若将来本地区要做新的土地评价和规划时，只要修改相应的数据库和模型，而不必重来，这可节省人力物力和财力，而且实现动态规划和信息资料数据的持续利用。
c.土地多宜性评价为土地利用规划科学合理地利用土地资源提供依据。这主要指对土地资源在数量上进行合理分解，在空间上进行科学布局，提供了多种利用方式的资源信息，既便于进行多种具体利用方式的比较和多目标决策的实现，又便于土地利用规划的具体落实，提高了土地利用规划的科学性和可操作性，同时，准确地实现土地的定性、定量和定位规划的结合。
d.多方案比较选优。在过去土地利用规划中应用模型大都是LP或SD，考虑目标是单一的，形成的方案是唯一静态方案，使土地利用规划者和决策者无选择的余地。而应用多目标决策模型来优化土地利用系统，在调整不同目标优先级时，就可得到与一系列非劣解相应诸多方案。土地利用规划者和决策者可根据不同的标准，进行不同方案的比较，选择满意的规划方案，从而提高土地利用规划和决策的科学性。