时空建模辅助决策下的区域土地资源优化配置——以广州市花都区为例

摘要

目前，我国土地供需矛盾日益突出，各项建设占用大量优质耕地，土地利用结构失衡，土地利用效率偏低，已对国家资源安全构成严重威胁。科学合理预测区域土地利用供需，有效解决土地利用冲突，优化配置土地资源，节约集约用地，是保障国民经济发展的需要。土地资源优化配置是实现土地资源合理利用和区域可持续发展的重要途径与手段。科学的土地资源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，实现土地的可持续利用，促进区域经济快速发展与环境逐步和谐。
　　 土地资源优化配置是一项复杂的系统工程，是一个多目标、多层次的持续拟合与决策过程。本研究以我国经济快速发展地区广州市花都区为例，通过土地适宜性评价、元胞自动机模拟和多目标动态规划的多技术方法耦合，实现花都区土地利用时间和空间优化配置。据此，本文主要研究方法与内容如下：
　　 ①花都区土地利用空间差异明显，农用地减少迅速，人均建设用地面积偏大，闲置土地面积大，违法用地多，耕地保护压力大，运用TOPSIS方法与PSR耦合对花都区与主要城市进行土地综合集约利用水平综合评价，结果表明花都区土地利用集约水平较低，仅优于珠三角的江门市和肇庆市；
　　 ②土地适宜性评价是土地资源优化配置研究的前提，在FAO《土地评价纲要》原则指引下，分别选择8个评价指标和6个评价指标对花都区农用地和建设用地进行适宜性评价，以层次分析法计算每个评价单元的总分值，以频数直方图确定适宜等的划分级别，结果表明花都区土地质量总体较好，一等、二等地的比例较高；
　　 ③在近年来花都区土地利用变化分析基础上，在1990、1995、2000、2005和2008年TM影像解释数据基础上，分析了近年来花都区土地利用变化规律，并结合CA+ANN模型对花都区2020年的建设用地扩展进行了模拟预测。研究结果表明：建设用地的模拟准确率较高，模拟精度在80.50％，2020年建设用地总面积将达到35072hm2；
　　 ④土地利用结构优化是土地资源优化配置研究的难点，本研究以多目标动态规划方法中的逐步宽容约束(GECM)方法为基础，以社会、经济和生态效益为系统约束，设置涉及土地面积、土地利用结构、宏观计划、资源及技术约束等8个方面的GECM约束条件，对广州市花都区土地利用结构进行优化配置研究。研究表明：2020年建设用地最优面积应该为28800hm2，花都区2008年的建设用地规模已经快要达到2020年合理的建设用地规模。
　　 ⑤在建设用地扩展模拟和土地适宜性评价基础上，制定土地资源优化配置方案，并通过GIS空间选择功能，得出花都区2020年土地资源优化配置图。结果表明：2020年花都区建设用地面积将达到28800hm2，农用地面积为66485hm2，未利用地为1495hm2，其中建设用地比2008年增加5703hm2，农用地比2008年减少4975hm2，未利用地比2008年减少728hm2。其中建设用地主要分布在山前旅游大道以南的新华街道、狮岭镇南部、花山镇南部和花东镇西部，而农用地主要分布在山前旅游大道以北的梯面镇、狮岭镇北部、花山镇和花东镇的北部。通过该方案的调整，不仅能满足花都区经济发展对建设用地的需求，农用地的调整也能保证农用地的质量等级，具有较高的科学性。而且，通过土地资源优化配置的三方案进行比较说明也证实了该方案的合理性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2相关研究进展

1.2.1研究发展历程与阶段分析

1.2.2主要研究进展

1.2.3文献述评

1.3研究方案设计

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3拟解决的关键问题

1.3.4技术路线

1.3.5研究方法

1.4研究区域的选择

1.4.1研究区的典型性

1.4.2研究区的概况

第2章土地利用现状分析

2.1土地利用类型结构

2.1.1农用地

2.1.2建设用地

2.1.3未利用地

2.2土地利用的分布与区域差异

2.2.1整体布局

2.2.2农用地分布与区域差异

2.2.3建设用地分布与区域差异

2.2.4未利用地分布与区域差异

2.3土地利用效果

2.3.1集约效果分析

2.3.2 TOPSIS模型简介

2.3.3评价指标选择

2.3.4评价结果

2.3.5结果分析

2.4土地利用的基本特点

2.4.1土地利用空间差异明显

2.4.2林地比重、水域面积大，耕地面积小

2.4.3工矿用地占建设用地比重大

2.4.4闲置土地面积大，违法用地多

2.4.5建设用地集中与分散相结合

2.5土地利用中存在的主要问题

2.5.1耕地减少迅速，耕地保有任务压力大

2.5.2土地经济效益低，土地利用相对粗放

2.5.3闲置土地面积大，违法用地多，形成不了规模效应

2.5.4人均建设用地面积偏大，城镇布局松散

2.5.5农村居民点分散，整合难度较大

第3章农用地与建设用地的适宜性评价

3.1土地适宜性评价基本方法

3.1.1土地适宜性评价原则

3.1.2土地适宜性评价等级

3.1.3土地适宜性评价的技术路线

3.2农用地适宜性评价

3.2.1评价体系确定

3.2.2评价因素选择与指标划分

3.2.3权重的确定

3.2.4评价数据库的建立和评价单元的确定

3.2.5计算方法

3.2.6适宜等的划分与面积的量算

3.2.7评价结果分析

3.3建设用地适宜性评价

3.3.1选取评价指标体系

3.3.2确定评价指标权重

3.3.3评价单元与评价级别的划分

3.3.4评价结果分析

第4章土地利用变化及其建设用地扩展模拟

4.1近年来土地利用变化分析

4.1.1数据来源

4.1.2农用地变化分析

4.1.3建设用地扩展分析

4.2建设用地扩展的一般驱动因素分析

4.2.1经济发展是建设用地扩展的决定性因素

4.2.2交通建设对建设用地扩展具有指向性作用

4.2.3政策和规划因素是建设用地扩展的控制阀

4.2.4人口扩散对建设用地扩展具有特殊影响

4.2.5自然地理环境是建设用地扩展的基础条件

4.3基于元胞自动机与人工神经网络的建设用地扩展模拟

4.3.1 ANN-CA建设用地扩展模型

4.3.2基于ANN-CA的建设用地扩展模拟实施过程

4.3.3 ANN神经网络参数设置与模拟

4.3.4模拟结果与分析

第5章基于GECM的土地利用结构优化

5.1研究方法

5.1.1模型原理

5.1.2模型计算步骤

5.2目标要求

5.2.1经济效益目标函数

5.2.2生态效益目标函数

5.2.3社会效益目标函数

5.2.4总效益目标函数

5.3约束条件

5.3.1土地总面积约束

5.3.2宜耕地面积约束

5.3.3规划期未利用地面积约束

5.3.4宏观计划约束

5.3.5城乡建设用地规模约束

5.3.6总人口约束

5.3.7资源约束

5.3.8数学模型约束

5.4研究结果

5.4.1模型优化结果

5.4.2优化结果分析

第6章土地资源优化配置方案的比较与评价

6.1土地资源空间优化配置原则

6.1.1土地资源空间配置的一般原则

6.1.2土地资源空间优化配置原则

6.2土地资源空间优化配置的技术与配置方案

6.2.1空间优化配置技术

6.2.2土地资源空间优化配置方案

6.3土地资源优化配置结果与分析

6.4土地资源优化配置方案比较与评价

6.4.1三种配置方案的土地利用结构

6.4.2建立评价指标体系和确定权重

6.4.3评价指标数据的计算与归一化处理

6.4.4评价结果与方案比较

第7章土地利用优化配置方案实施的对策与建议

7.1实现土地资源优化配置方案存在的主要问题

7.1.1建设用地规模偏大，土地集约度较低

7.1.2耕地面积小，后备耕地资源不足

7.1.3建设用地分散，土地整合难度较大

7.1.4林地面积小，城市生态空间被压缩

7.2实现土地资源优化配置的对策与分析

7.2.1大力推进“三旧改造”工作，努力提高土地集约利用水平

7.2.2加大土地开发整理力度，切实增加耕地面积

7.2.3科学安排建设用地规模与布局

7.2.4改善土地生态环境，创建最佳人居环境的生态城市

第8章结论与展望

8.1主要结论

8.2本文创新之处

8.3论文不足

8.4展望

参考文献

附图

攻读博士学位期间的主要科研工作

致谢