一種基於土地配置模型的土地規劃方法和系統與流程
2023-09-18 10:54:05
本發明屬於土地規劃領域，更具體地，涉及一種基於土地配置模型的土地規劃方法和系統。
背景技術：
我國正經歷社會經濟轉型發展階段，隨著城鎮化、工業化、現代化建設步伐的加快，粗放型的土地利用方式，過分追求經濟效益，忽視社會和生態效益，使土地利用結構不合理，不僅造成了土地資源的大量浪費，而且導致了城市過度擴張、農用地大量流失、生態環境惡化等諸多社會和環境問題，並成為制約可持續發展最嚴重的瓶頸。
在國外，模型很早就被用於解決資源分配問題。自1985年gilbert等提出第一個土地利用結構優化配置的數學模型以來，國內外專家學者們開發了大量的數學優化模型來解決土地利用結構的配置問題。這些模型可以分為四類：第一類是土地模擬模型，主要用來模擬土地利用/覆蓋變化(lucc)，如clue模型(conversionoflanduseanditseffects)，dls(土地系統動態模擬系統)，多智能體主體分析模型(agentbasedmodel)、系統動力學模型(systemdynamic)、gtr(generalizedthumen-ricardian)模型、人工神經網絡模型等等；第二類是土地利用數學規劃模型，主要用來進行數量優化，如多目標線性規劃，整數規劃等；第三類是土地利用空間優化模型，主要用來進行空間配置，例如gis模型，元胞自動機模型，蟻群模型，遺傳算法，人工免疫系統等；第四類是混合模型，即以上三類模型的混合：數學優化-模擬模型，數學優化-gis空間配置混合模型，模擬模型-gis空間配置混合模型。
以上各種土地模擬或者優化模型各有優勢，也各有缺點。例如，元胞自動機模型主要依賴於土地系統的自然物理要素分析，對人為因素的影響未予考慮；多智能體模型要求的數據比較苛刻，需要智能體的微觀調查數據；系統動力學模型缺乏空間表達，且難以與土地空間優化模型耦合。gtr模型選取的因子太過局限於城市地區，對待規劃等大尺度土地變化模擬不太適用。線性規劃模型和多目標模型不涉及空間優化，無法處理非線性的、具有複雜性和不確定性的土地利用優化配置問題。clue沒有考慮土地系統中的生態環境因素，對土地系統的自然或者認為造成的不確定參數也未作考慮。
傳統的土地利用優化配置模型存在兩個主要缺陷：一是缺乏系統全面性。以往的模型往往僅考慮土地系統與經濟效益的關係，或者考慮土地系統與經濟系統、環境系統之間的關係，忽略了生態因素、社會因素；二是往往忽略土地系統固有的不確定性。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基於土地配置模型的土地規劃方法和系統，其目的在於利用約束條件對土地配置模型進行約束，考慮到了待規劃土地的固有的不確定性，由此進行的土地規划具有全面性。
為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基於土地配置模型的土地規劃方法，包括：
(1)獲取待規劃土地的經濟、社會、土地適宜性、環境和生態開發成本信息；
(2)建立以開發成本信息為常量、土地規劃方案為變量、經濟效益為目標值的土地配置模型；
(3)利用約束條件對土地規劃方案進行約束，在經濟效益最大時對應的土地規劃方案即為最終土地規劃方案；
所述約束條件包括：經濟約束、社會約束、土地適宜性約束、環境約束、生態約束。
進一步的，經濟、社會、生態、環境和土地適宜性開發成本信息包括：單位面積耕地經濟效益單位面積建設用地經濟效益單位面積水域經濟效益單位面積耕地汙水處理費單位面積耕地固體廢棄物處理費單位面積耕地空氣汙染處理費單位面積耕地供水費單位面積耕地供電費單位面積建設用地汙水處理費單位面積建設用地固體廢棄物處理費單位面積建設用地空氣汙染處理費單位面積建設用地供水費單位面積建設用地供電費單位面積林地維護費單位面積草地維護費單位面積水域維護費單位面積未利用地開發費和單位面積填埋場用地維護費
所述土地規劃方案包括：待規劃土地的耕地面積待規劃土地的林地面積待規劃土地的草地面積待規劃土地的建設用地面積待規劃土地的水域面積待規劃土地的未利用地面積待規劃土地的填埋用地面積
其中，i為分區：i＝1代表控制發展區；i＝2代表核心保護區；i＝3代表重點發展區；j為土地類型：j＝1表示耕地；j＝2表示林地；j＝3表示草地；j＝4表示建設用地；j＝5表示水域；j＝6表示未利用地；j＝7表示填埋用地；k表示土地適宜性：k＝1表示高度適宜；k＝2表示中度適宜；k＝3表示不適宜；
所述以經濟效益為目標值土地配置模型表示為：
其中，lgdp±為經濟效益，「±」為區間值，為模糊等於。
進一步的，約束條件還包括技術約束。
進一步的，經濟約束為政府投資約束、糧食安全約束、水產品供給約束、水資源供給約束和電力資源供給約束，
政府投資約束為：
其中，mgi±為最大政府投資；表示模糊小於等於；
糧食安全約束為：其中，為單位面積耕地的糧食產量；gd±為糧食需求量；表示模糊大於等於；
水產品供給約束為：其中，為單位水域的水產品產量，wd±為水產品需求量；
水資源供給約束為：其中，表示單位各類型土地面積平均所需水資源量，awc±表示水資源供給量，表示待規劃土地面積；
電力資源供給約束為：其中，表示單位各類型土地面積平均所需電力資源，aec±表示可供給電量。
進一步的，社會約束為人口承載力約束和勞動力約束，
人口承載力約束為：其中，tp±為總人口，mip±為單位面積人口承載力；
勞動力約束為：其中，為單位面積內的勞動力，al±為可用勞動力。
進一步的，土地適宜性約束為：其中，為j類土地的最大面積。
進一步的，環境約束至少為汙水排放約束和固體廢棄物排放約束中的一種，
汙水排放約束為：其中，為耕地汙水排放係數，為建設用地汙水排放係數，awd為水環境容量，p＝違反環境約束的概率，p∈[0，1]；
固體廢棄物排放約束為：
其中，為耕地固體廢棄物排放係數，為建設用地固體廢棄物排放係數，為填埋場用地固體廢棄物處理係數，asd為固體廢棄物環境容量。
進一步的，生態約束為土壤侵蝕約束、林草覆蓋率約束和肥料施用約束，
土壤侵蝕約束為：其中，為各類型土地土壤侵蝕率，ao為允許的土地侵蝕率；
林草覆蓋率約束為：mr±為最小林草覆蓋率，
肥料施用約束為：其中，為單位耕地面積的肥料施用量，mp±為最大肥料施用量。
進一步的，技術約束為土地總面積約束和非負約束，
土地總面積約束為：其中，tul±為土地總面積，
非負約束為：
按照本發明的另一方面，提供了一種基於土地配置模型的土地規劃系統，包括：
獲取開發成本模塊，用於獲取待規劃土地的經濟、社會、土地適宜性、環境和生態開發成本信息；
建立土地配置模型模塊，用於建立以開發成本信息為常量、土地規劃方案為變量、經濟效益為目標值的土地配置模型；
土地規劃模塊，用於利用約束條件對土地規劃方案進行約束，在經濟效益最大時對應的土地規劃方案即為最終土地規劃方案；
所述約束條件包括：經濟約束、社會約束、土地適宜性約束、環境約束、生態約束。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術優點：
(1)由於利用約束條件對土地配置模型進行約束，考慮到了待規劃土地的固有的不確定性，由此進行的土地規划具有全面性。本發明將不確定數學模型應用於待規劃土地利用優化配置，是土地利用優化配置方法的一個創舉，本發明建立的土地配置模型可為我國待規劃土地資源合理利用、社會經濟發展和生態環境保護提供定量依據和支持。
(2)約束條件為經濟約束、社會約束、土地適宜性約束、環境約束、生態約束。這樣同時考慮經濟、社會、環境和生態四大系統對土地系統的影響，得到的土地配置模型綜合考慮待規劃土地系統的複雜性、不確定性、動態性、多目標性和系統性。全面考慮各種不確定性和各種因素的綜合土地利用優化配置模型，可解決待規劃尺度土地利用優化配置、社會經濟發展和生態環境保護三大問題。
附圖說明
圖1是一種基於土地配置模型的土地規劃方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
提供了一種基於土地配置模型的土地規劃方法，包括：
(1)獲取待規劃土地的經濟、社會、土地適宜性、環境和生態開發成本信息；
(2)建立以開發成本信息為常量、土地規劃方案為變量、經濟效益為目標值的土地配置模型；
(3)利用約束條件對土地規劃方案進行約束，在經濟效益最大時對應的土地規劃方案即為最終土地規劃方案；
所述約束條件包括：經濟約束、社會約束、土地適宜性約束、環境約束、生態約束。
進一步的，經濟、社會、生態、環境和土地適宜性開發成本信息包括：單位面積耕地經濟效益單位面積建設用地經濟效益單位面積水域經濟效益單位面積耕地汙水處理費單位面積耕地固體廢棄物處理費單位面積耕地空氣汙染處理費單位面積耕地供水費單位面積耕地供電費單位面積建設用地汙水處理費單位面積建設用地固體廢棄物處理費單位面積建設用地空氣汙染處理費單位面積建設用地供水費單位面積建設用地供電費單位面積林地維護費單位面積草地維護費單位面積水域維護費單位面積未利用地開發費和單位面積填埋場用地維護費
所述土地規劃方案包括：待規劃土地的耕地面積待規劃土地的林地面積待規劃土地的草地面積待規劃土地的建設用地面積待規劃土地的水域面積待規劃土地的未利用地面積待規劃土地的填埋用地面積
其中，i為分區：i＝1代表控制發展區；i＝2代表核心保護區；i＝3代表重點發展區；j為土地類型：j＝1表示耕地；j＝2表示林地；j＝3表示草地；j＝4表示建設用地；j＝5表示水域；j＝6表示未利用地；j＝7表示填埋用地；k表示土地適宜性：k＝1表示高度適宜；k＝2表示中度適宜；k＝3表示不適宜；
進一步的，目標函數設定為最大化從待規劃土地系統獲取的純利潤，即從耕地、建設用地和水域獲取的經濟效益減去維護所有用地所產生的費用。從土地系統獲得的經濟效益設定為從依附於土地上的產業系統獲得的經濟效益。維護土地費用為各類型土地的投資、維護費用。以經濟效益為目標值建立土地配置模型：
其中，lgdp±為經濟效益，「±」為區間值，為模糊等於。
進一步的，約束條件還包括技術約束。
進一步的，經濟約束為政府投資約束、糧食安全約束、水產品供給約束、水資源供給約束和電力資源供給約束。
在我國，土地為公共資源，所有的土地維護費用均由政府投資負擔，土地維護所產生的費用不得超過政府最大投資，政府投資約束為：
其中，mgi±為最大政府投資；表示模糊小於等於；
糧食安全是我國重大的發展保障，在模型假設中，糧食由耕地提供，因此糧食產量約束耕地面積，糧食安全約束為：其中，為單位面積耕地的糧食產量；gd±為糧食需求量；表示模糊大於等於；
待規劃土地出產大量水產品，因此為保證待規劃內水產品供給，水產品產量必須大於需求，水產品供給約束為：其中，為單位水域的水產品產量，wd±為水產品需求量；
所有依附於土地的產業都需要使用水資源，待規劃土地的水供給來源於待規劃土地內的江河湖，水資源供給約束為：其中，表示單位各類型土地面積平均所需水資源量，awc±表示水資源供給量，表示待規劃土地面積；
同樣地，所有依附於土地的產業亦需要使用電力，因此總的電力供應必須滿足待規劃土地內電力消耗，電力資源供給約束為：其中，表示單位各類型土地面積平均所需電力資源，aec±表示可供給電量。
進一步的，社會約束為人口承載力約束和勞動力約束。
土地承載的人口是有限的，人口承載力約束為：其中，tp±為總人口，mip±為單位面積人口承載力；
所有依附於土地的產業都需要勞動力，而待規劃土地內勞動力的數量是有限的，勞動力約束為：其中，為單位面積內的勞動力，al±為可用勞動力。
進一步的，土地適宜性評價對土地利用優化配置不可或缺，各類型土地面積的優化結果必須滿足土地適宜性評價的結果，土地適宜性約束為：其中，為j類土地的最大面積。
進一步的，環境約束為汙水排放約束和固體廢棄物排放約束。
汙水排放約束為：其中，為耕地汙水排放係數，為建設用地汙水排放係數，awd為水環境容量，p＝違反環境約束的概率，p∈[0，1]；
固體廢棄物排放約束為：
其中，為耕地固體廢棄物排放係數，為建設用地固體廢棄物排放係數，為填埋場用地固體廢棄物處理係數，asd為固體廢棄物環境容量。
進一步的，生態約束為土壤侵蝕約束、林草覆蓋率約束和肥料施用約束中。
所述土壤侵蝕約束為：其中，為各類型土地土壤侵蝕率，ao為允許的土地侵蝕率；
林草覆蓋率約束為：mr±為最小林草覆蓋率，
所述肥料施用約束為：其中，為單位耕地面積的肥料施用量，mp±為最大肥料施用量。
進一步的，技術約束為土地總面積約束和非負約束，
土地總面積約束為：其中，tul±為土地總面積，
非負約束為：
土地的利益和消耗係數可以通過指數預測、蒙特卡羅預測、馬爾科夫鏈預測三種方法得到。土地適宜性評價可以通過gis軟體實現。
為保證搜集數據的準確性，除了查閱相關的統計年鑑、環境公報、土地規劃、相關研究等文獻資料，還須實地走訪流域典型的城鎮、河流、村莊、工廠，了解當地的社會經濟發展情況、土地利用現狀、生態環境現狀等情況。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。