第四章土地利用結構與布局

2021-03-04 08:04:33 字數 4826 閱讀 3455

一、土地利用結構

1、土地利用結構的概念和意義

土地利用結構係指國民經濟各部門占地的比重及其相互關係的總和,是各種用地按照一定的構成方式的集合。

用地結構有現狀結構和規劃結構之別,關鍵在於結構是否合理。根據系統論觀點,結構決定功能。只有用地結構合理,才能保持土地利用系統的良性迴圈,才能取得土地利用的最大效率,優化結構,提高功能,從而可用較少的消耗或投入取得較高的效益。

優化土地利用結構是在保證土地利用效率最大化的前提下,解決土地供需平衡的有效途徑。優化土地利用結構是不需要追加土地面積投入的條件下獲得土地供需平衡的結構效應的有力措施。

2、用地結構方案編制方法

土地利用結構供選方案編制方法有:土宜法、綜合法和模型法。

⑴土宜法

土宜法建立在土地質量評價的基礎之上,依據土地質量評價成果資料,結合國民經濟各部門發展對土地的需求和區域土地適宜性特點對於宜農、宜林、宜牧地和適宜種植各種農作物、樹種和草種地,以及適宜建築用途土地加以合理的歸併,在土地需求量和土宜閾值範圍加以比配,最終藉以確定較為滿意的土地利用結構。

應用土宜法的前提條件是已經完成土地質量評價工作,否則應用此法必須從土地質量評價開始。土地適宜性評價成果反映規劃區域宜農、宜林、宜牧和宜建築地的上、下限面積,結合考慮國民經濟發展對土地的需求,兩者之間加以合理的協調比配,達到確定土地利用結構。此法的優點在於各類用地面積和布局符合土地質量條件和土地適宜性條件。

⑵綜合法

綜合法是在單項用地計算的基礎上採取逐項逼近,藉以達到土地面積綜合平衡,即達到面積數量平衡和空間布局平衡。各項用地需求量具體計算方法詳見有關內容。

各類土地面積之間存在著相互聯絡,在數量上和空間上具有平衡關係。由於土地總面積是固定的,不能增加也不能減少,因此,土地面積的總體性表現為其內部構成的各類用地之間的此長彼消。土地內部構成的平衡關係可以用下式表示:

式中,—期內各類用地面積增加量之和;—期內各類用地面積減少量之和。

各類用地面積變動情況可以用下式表示:

式中,—期末用地面積;—期初用地面積;—期內用地增加量;—期內用地減少量。

上述公式適用於耕地、園地、林地、牧草地、居民點及工礦用地、交通用地、水域和未利用土地的平衡計算。只是各類用地期內增加量和減少量內涵不盡相同。

應用綜合平衡法確定土地利用結構可依據土地利用現狀統計資料和土地需求量**資料,借助於土地利用現狀圖,在土地利用綜合平衡表上作業,從而達到土地面積數量和空間位置上的平衡。

⑶模型法

模型法就是依據調查提供的基礎資料,建立數學模型,反映土地利用活動與其它經濟因素之間的相互關係,借助計算機技術求解、獲得多個可供選擇的解式,揭示土地利用活動對各項政策措施的反應,從而得到數個供選方案。在土地利用系統中許多因素的發展既受客觀因素的制約,又受決策者主觀因素的影響,確定科學的土地利用結構,就是具體確定土地利用結構系統中最優的主觀控制變數,使總體目標優化。常用的優化數學模型有:

式中,—目標函式取最大值或最小值;—約束;—約數函式;—具體的約束條件;—主觀控制變數(決策變數)。

①線性規劃模型當與均為線性函式時,上述模型為線性規劃模型:

其中,為係數矩陣

線性規劃模型可用單純形法求解。在此之前,需將模型標準化,即將目標函式化為統一求極大值(因)而將不等式約束方程在其左邊加上乙個變數(稱為鬆馳變數)或減去乙個變數(稱為剩餘變數),化為等式約束方程。在引入剩餘變數的約束式中,為了構成初始基陣,往往還要引入乙個「人工變數」。

這些引入的變數統稱為附加變數,而原來約束中的變數稱為結構變數,同時還應將化為非負,這樣線性規劃問題就化成了標準線性規劃模型:

②多目標規劃模型

實際工作中選擇方案時往往要同時考慮多個目標,如經濟目標、社會目標和環境目標,這種同時考慮多個目標規劃問題稱為多目標規劃。

具體構建多目標規劃模型時,一般應遵循兩條原則,即「化多為少」原則,即在滿足規劃需要的前提下,進行全面分析,儘量減少目標的數量,常用辦法有剔除從屬性和必要性不大的目標,將類似的幾個目標加以合併,把次要目標變為約束條件,或者把幾個目標通過同度量、平均或構成函式的辦法,形成乙個綜合目標。其次可對目標進行排序,選擇方案時首先考慮重要目標,淘汰那些滿足不了重要目標的方案,然後再考慮次要目標選擇方案。

多目標規劃現有幾十種方法,其中常用的有綜合效用值法、主目標優化法、目標規劃法和層次分析法(法)。

a. 綜合效用值法效用是指規劃者對損益的一種獨特的反應或感覺。效用值用來衡量人們對同一筆貨幣在主觀上的價值,它的取值範圍為0~1的無量綱數值,因此,只要將各目標值轉換成效用值,即可對各目標的效用值相加,最後選擇綜合效用值最大的方案。

如對於有個目標的規劃,存有個供選方案,則對於第個方案,可得到第個目標的效用值為。令第個目標的重要性加權係數為,則第個方案的綜合效用值為:。若第個方案的綜合效用值,則第個方案為所選方案。

b. 主目標優化法在多目標規劃中,分清了主要與次要目標後,可使主要目標優化,並兼顧其他目標,此法稱為主目標優化法。

若有個目標且,求的最優值。若是最主要目標,這時可將其它目標降為約束條件。因此,多目標規劃就化為下列單目標的數學規劃模型:

或c. 層次分析法(法) 法是一種把複雜問題中的各種因素通過劃分相互聯絡的有序層使之條理化,根據對一定客觀現實的判斷就每一層次的相對重要性給予定量表示,利用數學方法確定表達每一層次的全部元素的相對重要性,並通過排序來分析和解決問題的方法。

層次分析法的步驟大致可分為明確問題,對因素進行分層研究即目標層、策略層、約束層、準則層和措施層;構造判斷矩陣;層次單排序。

③模糊線性規劃模糊數學(fuzzy mathematics)是2023年由美國控制論專家扎德(l.a.zadeh)首先提出來的。

所謂模糊概念係指客觀事物差異的中間過渡的「不分明性」。對於土地利用中模糊性問題,如土地質量優、中、劣;土地利用效益好、中、差等,必須應用模糊數學來處理。把線性規劃中的線性目標函式和線性約束條件模糊化,即構成模糊線性規劃模型。

這類模型可分為:

a. 第一類模糊線性規劃:約束條件是模糊的,而目標是確定的,即

式中,—模糊約束;—大約小於這一模糊約束。

b. 第二類模糊線性規劃:約束條件和目標均是模糊的,即

式中,—決策人員提出的期望水平,此類模型表示在大約小於的模糊條件下,期望目標大約小於水平

c. 第三類模糊線性規劃:約束條件是明確的,目標是模糊的,即

線性規劃方法

在一組等式或不等式約束(自然數為約束條件)下求一函式(目標函式)的最大值或最小值,稱為數學規劃。如果目標函式與約束條件均為線性的,稱為線性規劃。它是研究非線性規劃及其它型別數學規劃的基礎。

例1 某工廠生產a、b兩種產品,使用同一種原料,但單位產品的所需的原料的數量及所耗費的工時都不相同,所獲利潤也不相同,資料見表,現共有原料100噸,可供使用的工程為120小時,那麼,為了獲得最大利潤,該廠應生產兩種產品各多少?

兩種產品所需原料,工時及所獲利潤

分析:分別用x1、x2表示兩種產品的產量,則問題歸結為線性規劃問題。

1、**法:對於只有兩個變數的線性規劃問題,可用**法求其最優解。

①首先畫出可行線(即滿足全部約束條件)。

②觀察目標函式等值線上、下平行移動時目標函式值的變化規律,便可找出最優解,(使目標函式達到最優值的各變數的值)。

本例,可行域如右圖所示,

圖中虛線表示目標函式等值線,上移(箭頭方向)時目標函式值增大,可知圖中a點為最優解。解下列才程組

得a點座標,即兩種產品的最優產量

這時,總利潤為

(百元)

2、單純形法 g.b.dantzig 2023年提出

步驟:①標準化,通過變換使線性規劃變為下列標準形式

標準形式的特點:①目標函式極大化,若原來是極小化,可用代替原來的目標函式;②約束條件右邊常數項排負,否則可用-1乘其兩邊;③結構性約束(除表明變數的非負性以外的其它約束)均為等式,否則,引進鬆馳變數將它化為等式(對於「≤」型的約束,左邊加上一鬆馳變數,對於「≥」型的約束,左邊減去一鬆馳變數);④每個變數都非負,否則,比如某個不是這樣,可令用代替原來的。

本例標準形式為

②找出初始其變數,計算檢驗數,並列出初始單純形象。

在結構性約束的係數矩陣中,單位矩陣(m階)的各列向量所對應的變數為基變數,例如,上例中的和即為基變數

單純形表由四部分組成:①結構性約束中各變數的係數,②右邊的常數項,③各變數的檢驗數,④當前解的目標函式值的相反數。

各變數檢驗數的計算

其中,ci表示與第i個結構性約束相對應的基變數(即在這個約束中係數為1的基變數)xi在目標函式中的係數,所謂當前解是指:基變數取各約束條件右邊常數項,非基變數取0值。當各變數的檢驗數都非正時,當前解是最優解。

③旋轉變換至少有乙個檢驗數是正數時,進入此步驟。

首先:選定具有最大檢驗數的非基變數為進入基變數;其次,計算與各基變數xi對應的θ值,計算公式是。其中,jo為進入基變數的下標(是對滿足aijo>0的i計算θi,如果所有aijo≤0,則無最優解)。

選定具有最小θ值的基變數為退出基變數;以進入基變數所在的列與退出基變數所在的行交叉點上的係數aiojo。為軸心項作旋轉變換,即以aiojo除第io行,第io行乘以適當的常數加入另外的行(包括檢驗數行),使第jo列除乙個1外其餘各數都變為0,這時也應以xjo替換原基變數xio,再依據新的檢驗數看能否斷定當前解是最優解或原規劃問題無最優解,如果不能,再進行旋轉變換,直到出現這兩種情況之一為止。

本例中,用單純統計算過程見表,最優解為,即應生產a、b兩種產品各20個單位,這時利潤為200萬元。

二、土地利用布局

1、土地利用分割槽概念

由於規劃區域內的自然和社會經濟條件客觀上存在著區域差異性,土地利用的方式和結構受自然和社會經濟條件的影響,也具有區域差異性。土地利用上差異性表現為土地質量、土地利用方式、利用潛力、利用特點和利用方向上的區域差異性。對土地利用進行分類劃區是實行分類指導,為巨集觀控制和微觀指導土地利用提供科學依據。

事物具有兩重性,土地利用現狀存在著地域分異的屬性,也有相對同一的屬性,即在同乙個區域內有若干小區,若干單位,以某種衡量準則和差別標準來看,在一定範圍內又有著相似與接近,存在著同一性,這種同一性正是土地利用分割槽的重要依據。

第六章土地利用結構與布局

內容提要 土地利用結構與布局是土地利用規劃的核心內容,也是為實現規劃目標的土地利用的具體落實。本章主要介紹土地利用結構與布局的概念,土地利用結構方案擬訂的方法和優化的模型,土地利用布局的模式和各類用地配置的基本原理。重點內容 掌握土地利用結構優化的模型和土地利用布局的模式 教學要求 理解和掌握土地利...

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