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所属栏目：建筑设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:183
副标题#e#
刘林霞
城市土地利用结构优化研究述评
徐士珺
河南农业职业学院纪检办郑州451450
【摘要】城市土地是城市社会和经济发展的基础，是城市各种资源配置的载体，也是最具活力、增值潜力最大的国有资产，更是政府可以直接经营运作的高效资本载体。城市土地结构是城市多种因素综合作用的结果，各种用地比例失衡，势必造成城市中各种机能失调，从而降低城市土地的整体功能并阻碍城市经济社会发展。本文从研究城市土地利用结构优化的意义出发，介绍了国内外具有代表性的研究成果，并进行了简要评价。
关键词：城市土地结构优化述评
1城市土地利用结构优化的概念
关于土地利用结构优化的概念，PlummerL.N.在1993年给出了具体表述：“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”。
城市土地利用结构优化，则是指通过土地资源的规划配置，使城市土地在时间和空间上得到合理安排和集约利用，以实现城市土地系统最佳的经济、社会和生态综合效益。
2城市土地利用结构优化的研究意义
研究城市土地利用结构具有理论和实践上的双重意义：城市土地利用结构是城市内部用地状况的最直接反映，因此它是研究城市用地的最基本、重要而又准确的手段；城市是社会生产发展的产物，其形成和发展都要受社会生产力水平和生产关系的制约，因此，考察城市的土地利用结构，是考察社会生产方式的一个重要途径；城市是一个混合的自然地域，同时又是一个复杂的经济地域，是自然和人文环境的高度融合，城市各种空间活动和发展方向的落脚点，最后都反映在土地利用结构上，因此，城市土地利用结构的研究，有利于城市土地利用的有效管理与规划，有利于城市规划的准确与协调，也有利于促进城市空间结构优化和制定可持续发展战略。
3国内外研究概况概况
3.1国外研究概况
20世纪上半叶，土地利用规划只是传统的建设性或蓝图规划，土地利用结构优化研究没有得到重视。研究方法大多采用定性的经验规划方法，它是根据专业人员和领导的实践经验与主观愿望来确定发展方向和用地配置比例。在英美等发达国家，是将一定范围内的土地划分成不同使用分区，并以使用分区图来界定分区的范围及区位。
到了20世纪下半叶，尤其是进入70年代以来，随着人口、资源、环境和发展问题的日益出现，土地利用规划逐渐发展到以控制土地利用变化和可持续发展为目的的公共决策，土地利用结构优化研究在土地利用规划中得到重视。但从总体上来看，对区域土地利用的整体性、层次性以及土地利用优化配置动因机制研究，尚显不足。
FAO于1993年出版了第一本《土地利用规划》指南，提出土地利用规划的目的是为了选择采用并实施最佳的土地利用结构方案，以满足人们对未来土地资源安全的需要。1994年，H.N.Vanlier等出版了《可持续土地利用规划》专著，他们认为土地利用规划过程中，土地最佳利用和在可持续环境导向下的土地保护是两个最重要的方面。
20世纪70年代以后，土地利用规划中就已开始广泛引入遥感、计算机和数学方法。如Xing（1992）等应用GIS和多目标规划来预测土地利用中引起用地矛盾的原因，由此得出解决的策略；Sharifi（1994）等探讨了把土地利用动态规划系统，用于作为土地配置的决策支持系统，这个模型是由具有决策模型的GIS和综合规划模型组成，综合规划模型又包括作物生长模式、线性规划模型和使规划设计转为可操作规划的空间配置决策模式；Chuvieco（1993）应用线性规划作为GIS分析工具，对空间属性进行优化和变量组合，并在西#p#副标题#e#班牙进行土地规划试验。
3.2国内研究概况
土地利用结构优化问题，一直是经济发展中的一大热点问题，也是土地利用研究中的重要内容。王万茂(2000)，严金明(2001)等都在土地利用规划中花大量篇幅讲述土地利用结构优化问题。张佳会(2001)探讨了最优线性规划法对土地利用总体规划的适用性，并以此方法构建比较理想的土地利用结构模型；张豪等(2000)详细介绍了单目标线性规划法在土地利用结构优化中的应用，只从经济目标角度去考虑，把生态目标、社会效益作为部分约束条件加以考虑；贾宏俊等(2001)运用最优线性规划模型，预测并优化配置了芜湖市土地利用结构；张贵祥等(2000)根据土地利用结构调整原则和国家有关政策，结合当地发展的实际，应用单目标线性规划方法构建乐清市区域土地利用结构优化数学模型；严金明(2001)采用线性规划法，求出了南京市2010年土地利用的最佳结构模式。
与单目标规划不同，钱文荣运用多目标线性规划法，不仅将经济效益作为目标函数，而且还将生态效益、社会效益作为目标函数，而不再作为约束条件，对浙江省衢州市的土地利用结构进行优化。
但由于一般线性规划是静态规划，不能反映和处理土地利用系统中约束条件的动态变化，模型中的不确定性问题及变量之间的非线性关系，求出的解可能与实际不符，甚至无解。灰色线性规划则能很好地弥补一般线性规划的不足，可在参数变化和发展的情况下进行，是一种动态的线性规划。但承龙等(2001)应用灰色线性规划模型和层次分析法，对启东市土地利用结构优化和方案决策进行探讨；耿红等(2000)以广西田阳县为例，验证了灰色线性规划方法优化土地利用结构的合理性、科学性；谭淑豪(1997)用灰色线性规划法，对浙江省土地利用结构进行了优化。
袁树林（2001）从持续发展的观点出发，研究城市用地的经济效益、社会效益和生态效益的评价方法，分析城市产业用地的比例，布局和结构的合理性，然后运用项目评价法进行单体效益评价，最后借鉴传统的规划理论和空间模型，探讨城市土地利用结构布局的合理性，以期望达到城市土地利用系统的优化。边学芳（2005）对城市化与城市土地利用结构建立多元线性的回归模型，则认为随着城市化水平的提高，城市集中的居住用地面积也随之增加，工业用地、对外交通用地及仓储用地随之减少。刘坚（2005）利用数据包络分析江苏省13个城市土地利用结构的效率，其结论表明江苏省整体结构的效率低下，结构效益挖掘的潜力巨大；江苏省城市土地利用结构效率具有趋同性。最后，根据城市现阶段的经济水平，提出一些控制城市土地利用结构的建议。刘艳芳（2005）以海南省琼海市土地利用结构优化为例,对遗传算法在土地利用结构优化模型中的运用，进行了较为系统的分析和探讨,构建出一套土地利用结构优化的多目标线性规划模型，并运用多目标的Pareto方法，成功地对模型进行了解算,为今后的土地利用规划工作提供有益的参考。
由于城市土地系统的复杂性和影响土地利用结构因素的多样性与不确定性，数理模型不可能面面俱到，而过于简单的数理模型必将降低优化模型的效果。中国城市土地利用结构优化的数理模型研究及应用，还需要及时吸收国外相关领域的研究精华，完善和改造结构优化模型，探索新方法，并进一步在实践中推广。
3.3研究方法综述
传统的城市与区域规划，受地理学“经验归纳法”、建筑学“形象思维法”和经济学“理论演绎法”的影响较大，实际工作中比较注重定性分析，定量分析的应用不足。20世纪70年代末期以来，城市与区域规划模型逐步成熟和完善，除了概率论和数理统计建模方法外，非线性分析方法、模糊数学、数学物理方法、分维几何学方法等也被广泛用于模型的构建。
3.3.1线性规划法
近年来，线性规划的数学方法一#p#副标题#e#直是最常用的方法。线性规划是一种优化资源配置的有效方法，是一种确定的静态模型，该法克服了以往仅为土地利用结构优化，人为布置措施的局面。1994年，有研究在以往土地利用线性规划方法基础上，提出了采用混合整数线性规划方法的思想，保证了规划结果自成体系，互相配合，联合运用。
3.3.2灰色线性规划模型
线性规划是一种优化资源配置的有效方法，是一种确定的静态模型，但由于土地利用系统的多变性及系统因素之间的复杂性，所求出的解往往与实际不符，甚至无解。有鉴于此，一些学者（耿红、王泽民）探讨了基于灰色线性规划的土地利用结构的优化。数学模型如下：
目标函数为：约束条件为：
式中，；，其中，可以是灰数；
约束条件的系数矩阵为：，
的白化矩阵为：
约束量，它可以通过模型求得。约束条件式中，为土地
利用类型；为约束系数；为约束常数。目标函数中，为各种土地利用类型；为利益系数；为产值。用单纯型法从模型中求得一组最优解，即为最优的土地利用结构。用这种方法求得的结果，更为合理一些。
3.3.3多目标规划法
线性规划只能解决在一组约束条件下，求某一个目标的最大值或最小值。但在现实社会经济系统中，通常决策者面对的是一连串的目标，问题本身难以用一个标准来衡量，而需要一个以上的标准来衡量。在这些标准或目标中，彼此之间又往往不是那么协调，甚至是相互矛盾的、对立的。对于此，线性规划往往无能为力。多目标规划正是在线性规划的基础上，为适应这种复杂的多目标最优决策需要而发展起来的。
多目标规划具有以下特点:①简单明了，同时它又带有系统动力学模型的正负反馈特征，模型中某决策变量的参数变更会引起其它决策变量数值的变化；②它克服了线性规划要求的目标函数一维性，以及可行解区域局限性的弊病；③建立多目标规划时，选取的目标个数不同，赋予各目标不同的优先级，计算出来的结果就不一样，从这个意义上讲，多目标规划具有可调性和可控性。④在多目标规划中，如果某些目标由于种种约束而未能完全实现，它也能指出目标值不能实现的程度及原因，供决策者参考，通过对各目标重要程度、希望实现值及其它数据的变化分析，可得到一系列决策方案，供决策者在复杂的活动中决策。近年来，多目标规划方法己广泛应用于土地利用结构优化中。
3.3.4细胞自动机模型
国外分形理论的研究始于20世纪70年代后期，国内在此领域的研究工作于90年代初刚刚起步。细胞自动机模型（CellularAutomatamodel）简称CA模型，成为该领域研究的一个优秀范例。叶俊、陈秉钊探讨了分形理论在城市研究中的应用，认为分形模型适合刻画城市的空间形态与空间过程，分形方法也许有助于寻找适合多准则优化的空间结构，这将弥补传统城市模型的不足，同时也指出，分形性质是检验此类城市增长模型有效性的一个必要而非充分条件；贾华等人把细胞自动机和灰色局势决策结合起来，对土地利用变化机制进行了模拟。CA模型的应用研究促进了城市土地利用结构优化的动态模拟。
3.3.5信息熵与分维几何学方法
城市土地利用结构是应用信息熵分析的重要领域之一。陈彦光、刘明华借助Shannon熵函数，分析郑州和广州等城市土地利用结构的熵值特征，总结出几条基本“法则”，作为城市土地规划的基本原则，进而提出关于城市空间结构的分维包容原理，指出该原理将与分维匹配原理一起成为城市结构分形优化的理论指南。
一些学者从城市产业结构和土地利用结构的关系入手，研究城市土地利用结构优化。张秋娈、李景国运用系统聚类法对邯郸市域各区域土地利用类型结构和经济结构分别进行分区，分析两种类型结构之间的关系，并在此基础上提出了邯郸市土地利用结构调整的方向和对策。然而有时候，城市#p#副标题#e#用地结构的扭曲，与其产业结构的扭曲是互为表里、互相影响的，在制定优化方案时应该注意。
3.3.6基于神经网络的土地利用结构优化法
作为一个前沿科学的神经网络，它具有逼近任意非线性映射的特征，可以处理模糊的、非线性的、含有噪音的数据，因而用它建立模型通常要比常规分析方法具有更多的优点。由于土地利用规划问题是一个多目标的规划问题，规划的方案既追求经济、社会方面的效益，又追求生态方面的效益，其效益指标多，且某些难以量化或者指标变量之间属于非线性的复杂关系，因而难以建立其定量的数学模型。采用定量分析与定性分析相结合的基于神经网络的优化方法则能克服这一缺陷。神经网络优化系统具有很好的识别诊断功能，可以跟踪方案实施的状况，随时检验土地利用实施的效果。
4小结
4.1需要由静态到动态、由刚性向弹性思想方法的转变
城市是一个不断发展中的大系统，其运行过程中的协调性和效益，对于城市来说更为重要。国民经济的发展和城市产业化发展方向的调整，决定了城市土地利用结构是一个动态的结构，优化只是一个相对的概念。因此，需要重视优化方案运行过程的模拟和预测。
欲求唯一的最佳方案，这种思想很难适应城市这个错综复杂的社会团体发展的需要。城市社会意识和社会经济水平构成的多样性、发展时间上的非均衡性，再加上当今新技术、新产业、新观念的不断发展，决定了优化方案必须提供多种可能性和选择性，即弹性的优化方案，这也是城市持续发展所要求的。
4.2定量化的研究与实践有待加强
20世纪末，在各地开展的2010年土地利用总体规划修编工作中，结构优化仍然较多地采用了传统的定性或部分定量的方法。城市土地系统的复杂性和影响土地利用结构因素的多样性与不确定性，数理模型不可能面面俱到，而过于简单的数理模型必将降低优化模型的效果。中国城市土地利用结构优化的数理模型研究及应用，需要及时吸收国外相关领域的研究精华，完善和改造结构优化模型，探索新方法，并进一步在实践中推广。
4.3要加强各学科的合作与交流
城市土地利用可以说是一个存在较多交叉的边缘学科，单一的学科背景不可能做好土地利用结构优化的研究工作，合作是既节约人力资源，又可以取长补短、收到良好效果的方法。因此，应该进一步寻求多学科的合作，以期完善城市土地利用结构优化研究。
4.4要发展城市土地利用结构优化中的政治经济学
中国目前比较缺乏对于城市土地利用的政治经济学方面的研究。土地利用结构优化要靠规划和管理相互配合。发展城市土地利用结构优化中的政治经济学，有利于全面分析城市土地利用结构优化，有助于优化方案的顺利实施。在这方面，国外有许多优秀的研究成果值得我们借鉴和学习。
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