基于粒子群算法的城镇土地利用空间优化模型

土地利用结构优化是土地资源优化配置的核心,包括数量结构优化和空间结构优化。针对传统的优化模型如线性规划、多目标、灰色系统和景观生态等不能实现土地数量结构和空间结构的有效统一,在研究现有智能优化模型如元胞自动机、遗传算法的基础上,采用近年来新兴的粒子群优化算法,利用其空间飞行搜索特性和较强的全局优化能力,构建了基于粒子群算法的土地利用空间优化模型。研究表明,该模型能利用粒子的群体空间分布模拟土地利用空间格局,并能在多目标控制下进行全局优化处理,实现土地利用数量结构和空间结构的有效统一。

省级尺度国土空间生态保护红线划定——以湖南省为例

划定生态保护红线是国土规划的一项重要内容。文章将生物多样性保护、洪水调蓄、水土保持、水源涵养和荒漠化防治等作为省级尺度国土空间核心生态问题,从生态安全格局维持角度,通过"自上而下"的国土空间生态安全骨架分析和基于遥感与GIS的"自下而上"定量评价,以湖南省为案例探索国土空间生态保护红线划定。通过单要素低、中、高3种划分情景分析发现,湖南省生物多样性保护格局需要在现有保护区的基础上加强生态廊道的保护;洪水调蓄主要以洞庭湖及其淹没区为主;水源涵养能力较强的地区主要是东部、西部和南部的大型山脉地带,中北部的丘陵平原地区相对较弱;水土流失强度较大的区域主要集中于西部的武陵、雪峰、罗霄等山脉,尤其是大型山脉向丘陵平原过渡地带。基于单要素生态评价的综合划分结果显示,湖南省约有50%的国土空间具有重要生态安全维持功能,且红线范围打破了县级行政区划界限,强调生态保护的自然地理界线,呈空间网状分布的红线格局符合湖南省"一湖三山四水"的生态安全战略构想。

永久基本农田保护片区智能识别系统iZone的建立与应用

永久基本农田划定是当前国土资源管理一项十分重要而紧迫的任务,其对维护粮食安全和控制城镇无序增长具有重要意义。永久基本农田划定不仅要满足耕地质量较高而且还要集中连片,更需要协调城镇化矛盾。因此,如何从土地利用现状数据库中提取永久基本农田保护图斑实际上是一个复杂的空间数据挖掘过程。研究利用农用地分等成果定义保护片区质量,利用元胞自动机模拟分析土地利用矛盾,利用种子扩充算法进行保护片区搜索,利用神经网络进行耕地保护压力预警。基于C#和Arc Engine10.1将多种空间数据挖掘模型进行集成,构成了面向全域永久基本农田识别的智能系统工具包iZone,并在广东省高要区金利镇进行实例应用。研究表明,iZone能按既定规则从土地利用现状数据库中提取保护图斑,有效避免了人为划定的过多主观性,并且能获得与人工方案相当乃至更好的表现。iZone利用复杂地理计算技术进行永久基本农田智能识别,可提高永久基本农田划定工作的科学性。

土地利用规划模型研究综述

研究目的:以服务土地利用规划编制为目标,针对区域土地利用规划模型研究进行系统回顾。研究方法:文献综述和比较分析法。研究结果:土地利用规划的核心是数量结构和空间布局的调整。作者从模拟与优化两个角度系统地分析了已有区域土地利用规划模型,论述了土地利用规划由传统单一数量结构研究向数量、空间协同研究的发展趋势,并探讨了这些模型在区域土地利用规划应用上的优势与不足。研究结论:基于GIS技术的"自下而上"与"自上而下"双重耦合空间协同决策模式,是未来区域土地利用规划建模的发展方向,而关于国土空间多尺度转换机理解释是中国构建"多规合一"空间规划体系的关键所在。

基于三生功能优化的国土空间综合分区理论框架

国土空间综合分区必须要从立体层面建立新的空间认知。国土空间三生功能理论给出了宏观尺度国土认知的基本范式,其与微观尺度的三生空间有着显著的区别,三生功能源于三生空间,但又高于三生空间的局限。在进行国土空间综合分区时,需要进行国土空间标准地域划分;在分区的基础上,三生功能的空间协同优化可依据"反规划"理论实施。国土空间综合分区可以通过一个"千层饼"模型描述,综合分区就是按照区内功能相似、区间功能差异的分区原则对"千层饼"进行切分。湖南省国土空间综合分区范例表明,利用三生功能解释国土空间优化是可行的,所构建的理论模型也易于理解,划分的结果符合国土规划的综合性定位需求。

面向国土规划的空间评价标准地域单元划分

国土规划是宏观尺度国土空间开发、保护与治理的政策性依据。为了便于国土规划政策的实施,一般采取某一级别的行政单元进行分区,但现有静态性行政区划体系不利于国土空间政策一致性和差异性表达。根据欧盟国土空间规划关于标准地区统计单元划分(NUTS)的启示,提出了国土空间标准地域单元划分理念,构建了标准地域单元划分的原则、依据和技术路线,并以中国中部地区湖南省为例,对省级尺度国土空间标准地域划分的具体实施途径进行了探讨。研究结果表明,标准地域划分是国土规划关于国土空间综合分区进行空间评价的基础,能为国土规划编制提供更好的单元选择服务。

基于约束性CA的土地利用规划预评估及警情探测

土地利用规划是协调土地利用矛盾、实现土地可持续利用的重要空间管制措施之一。当前,规划方案的评估多偏重规划实施效果评估,对规划方案进行预评估尚不多见。该文根据我国土地利用规划框架,构建约束性CA对建设用地布局方案进行预评估,用于检测土地利用规划关于建设用地空间布局的合理性。以广州市为案例,对其2006-2020年土地利用总体规划的建设用地布局进行了预评估,对比了模拟方案与规划方案的差别,并提取冲突区域供规划决策参考。结果表明,约束性CA可以预测建设用地的空间布局,并能有效检测与规划相冲突区域,可为违法用地遥感督查提供更有效的空间信息。

基于地理模型与优化的城市扩张与生态保护二元空间协调优化

协调城市扩张与生态敏感区保护之间的矛盾是当前我国新型城镇化建设中的一项重要任务,但基于传统供需平衡模式或历史惯性驱动模拟的城市规划布局可能导致一系列潜在的生态环境问题。根据城市发展具有历史惯性驱动和空间规划引导的双重特性,提出将地理模拟与优化(Geographical Simulation and Optimization Systems,简写为GeoSOS)等复杂GIS空间分析技术引入规划决策分析。通过利用最小累积阻力模型获取生态敏感区保护压力格局,并利用元胞自动机模型进行城市扩张模拟,分析城市惯性扩张模式对生态敏感区的潜在影响;然后根据生态敏感区保护和城市空间扩张的协调性发展目标进行生态适宜性评价,进而利用蚁群智能空间优化配置模型产生一种优化的城市空间布局方案。研究以我国珠江三角洲地区的广州市为案例,详细分析了基于GeoSOS的城市扩张与生态保护的协调决策过程。结果表明,整合了城市发展惯性与生态敏感区保护双重目标的空间优化布局方案,比单纯基于地理模拟进行规划布局更符合生态型城市建设需求,研究所提出的城市与生态二元空间协调分析框架可为城市规划提供可靠的定量决策支撑。

约束性CA在城乡建设用地指标空间化中的应用

元胞自动机(Cellular Automata,CA)能通过简单的规则模拟复杂的地理时空演变过程。将城镇空间发展战略、限制性发展约束条件等规划思想耦合于CA模型中,可以提供城乡建设用地空间布局分析工具。以广州市为案例,根据中国当前土地利用总体规划编制规程,尝试利用构建的约束性CA模型确定规划期内城乡建设用地最可能的空间布局模式,并据此制定城镇扩展边界线(Urban Growing Boundary,UGB)和土地用途管制分区,提供土地利用总体规划中关于"六区一界"的编制方案。广州市的案例研究结果表明,耦合空间发展战略的约束性CA是一种非常有效的空间分析工具,可为土地利用规划提供决策参考。

国土空间“点线面体能”图元解读及规划应用认知

国土空间规划作为支撑生态文明时代国家空间治理的重要工具,迫切需要建立多尺度、多功能和多结构的混合传导体系。本文分析了国土空间规划“点线面体能”图元表达,对五维要素的制图内涵进行了深入解析,并以此为基础探索了国土空间五维要素与五级规划相互关联的空间嵌套模式,以期实现不同层级规划“点线面体能”多元混合的空间传导体系,最终构建出多中心、网络化、集约型和开放式的国土空间发展新格局。

粒子群神经网络混合模型在农用地分等中的应用

针对常规农用地分等模型因子权重计算存在人为干扰和神经网络模型自身优化过程中易陷入局部最优的情况,该文综合了BP神经网络非线性权重数据挖掘特性和粒子群的全局优化能力,建立了农用地分等计算的粒子群神经网络混合模型(PSO-BP网络模型),并应用于广东省揭西县农用地分等计算中,发现PSO-BP网络模型能避免定级因子权重确定的人为干扰,同时具有较高的优化效率,应用效果较好。

多尺度联合驱动的城市增长模拟建模

元胞自动机是模拟土地利用时空演变的重要建模工具,但其经典框架主要根据历史变化规律进行空间"自下而上"驱动,这种模拟机制缺乏对宏观土地供需平衡以及空间发展政策等"自上而下"机制的整合,难以科学解释中长期土地利用变化过程。该文利用金字塔架构解释城市空间增长的复合驱动力,提出了"顶层土地供需平衡-中层空间政策引导-底层元胞状态演化"多尺度联合驱动的土地利用变化模拟框架。以广州都市区为案例,利用改进模型对其2010-2030年的城市扩张过程进行了模拟,并对结果进行了精度对比和案例举证。研究表明,多尺度联合驱动进一步增强了元胞自动机模型对现实世界的仿真能力,多尺度空间协同是地理时空过程建模的发展方向。

城市扩张经典CA模型模拟精度的时空衰减效应——以广州市2000-2010年城市扩张为例

城市快速增长是我国当前城市化过程的典型特征,而利用地理模拟工具预测未来城市空间形态有助于城市规划政策制定。元胞自动机(CA)是一种模拟城市扩张的有效建模工具,但由于城市是一个自然人文复合系统,仅根据地理学第一定律构建的CA模型模拟精度存在时空衰减效应。研究以广州市2000-2010年的城市扩张为案例,通过对经典CA模拟结果时间和空间两个维度的精度分析,探讨了经典CA模型模拟精度的时空衰减规律。

基于潜力模型的国土经济空间差异性分析——以湖南省为例

基于中心地和网络城市理论,利用潜力模型对省级国土经济空间结构进行识别。该模型以百度地图服务为基础,建立时间可达性分析模块,提取网络城市节点之间的时间距离;以GDP等指标作为网络城市节点经济实力的综合性度量,并利用双对数Pareto交通流模型建立各中心节点影响力势能场衰减模型。以中部地区湖南省为案例,分析了网络城市组织下的国土空间经济结构。结果表明,湖南省当前呈现出多中心组团模式,整体格局表现为单中心圈层式结构,长株潭城市群是整个国土经济空间的增长极;交通网络带动的经济势能场对传统"点-轴"结构认知具有重要影响。国土经济空间结构识别对湖南省国土规划关于经济空间布局具有重要的参考作用。

湿地资源生态价值实现路径及其规划响应

党的十八大以来,习近平总书记多次强调“绿水青山就是金山银山”的发展理念。探索“绿水青山”向“金山银山”转化的路径研究成为生态文明建设中的重要议题。文章基于“两山”理论,从自然资源资产化的视角探讨湿地资源生态价值实现的路径。研究发现:湿地资源在生态、生产、生活方面的价值实现有市场型、政府型、政府与市场相结合型3种基本路径;公益性湿地资源以保护为主,在资源转化成资产的过程中,主要通过生态补偿、生态修复和权益交易等方式实现湿地资源的保值增值和生产力发展;经营性湿地资源通过市场培育建立生态产品交易平台,并以“生态+”理念发展生态产品第四产业,实现生态价值向经济社会价值的转化;通过探索政府主导的POD模式和政府与市场相结合的EOD模式,可实现“绿水青山”高质量发展。

基于粒子群双重空间聚类的城镇地价空间分异规律挖掘

城镇地价的空间分异对其动态监测片区划定具有重要的参考作用,而空间聚类则是对该问题进行分析的一种有效方法。文中在分析空间聚类本质的基础上,设计了一种基于样本数据的粒子群双重空间聚类挖掘模型,并以北海市二手房地价空间分布挖掘为实例进行了应用。结果表明:粒子群双重空间聚类在空间聚类效果上优于传统K-均值聚类法,尤其是对于任意形状聚类簇的挖掘;然而,由于标准粒子群优化算法机理的限制,其聚类效果随聚类中心的增多而呈下降趋势。总体而言,该方法能利用有限的样本挖掘质量较好的城镇地价空间分异区,可为城镇地价动态监管提供相关决策基础。

自然资产规划:概念辨析、科学逻辑与基本框架

编制自然资源资产保护和使用规划、国土空间规划,是自然资源部门实现“两统一”职能和提升国土空间治理能力的重要抓手。与国土空间规划相比,我国自然资源资产保护和使用规划编制的基础研究较为薄弱,亟需解决规划编制目标定位不清、科学逻辑不明和基本框架欠缺等问题。文章首先根据“两统一”职能行使要求,剖析自然资源资产保护和使用规划与国土空间规划等相关规划的辩证关系;其次,从资源、资产和资本三位一体综合管理视角出发,梳理自然资源资产保护和使用规划编制的内在科学逻辑;最后,以自然资源资产保值增值为根本目标,围绕自然资源资产价值持续实现的开发、流转和分配3个重要环节,构建自然资源资产保护和使用规划编制技术框架,旨在为编制该规划提供相关思路和模式参考。

国土空间综合分区研究综述

研究目的:从指标体系和分区方法两方面对具有综合分区性质的主体功能区划和土地利用分区进行梳理和总结,提出对未来国土空间综合分区研究的建议。研究方法:文献资料法,统计法,对比法等。研究结果:(1)这两类分区的指标体系构建仅从城镇化、工业化开发或土地利用等单主题或单角度出发,不足以体现统筹复合国土空间的各类要素的综合分区性质;(2)分区的定性方法无法支撑整个分区过程,常规定量方法在空间上表达不佳,"3S"技术等新方法在分区中的应用尚有进一步的挖掘空间。研究结论:应深化多模型耦合的智能化分区模型研究,加强对多主题集成综合分区以及时空演变下动态分区的研究。

基于地理国情普查数据的土地开发强度评估——以珠三角核心区为例

通过深入分析土地利用现状数据及地理国情普查数据的内容及土地开发强度评估的内涵,表明了地理国情普查数据在土地开发强度评估方面的优势及合理性。阐述了基于地理国情普查数据的土地开发强度评估原理,以珠三角核心区六市为研究区域,研究了六市总体及各自的房屋建筑分布状况,以及每平方公里建筑及土地的平均开发强度。结果表明,珠三角核心区总体以高密度低矮房屋建筑较多,整体开发强度并不高,相对来说,东莞市的土地开发强度略高于其他市,这与该市良好的经济发展是密切相关的。

土地利用时空大数据挖掘框架设计与应用

随着城镇化进程的推进,土地供需矛盾日益加剧。土地利用调查是一个记录每宗地块时空演变的重要大数据,对其变化规律及趋势进行挖掘,可为国土资源管理相关政策制定提供直观的、科学的数据支撑与决策依据,进而实现国土资源的"精细化"管理。研究结合大量统计数据,探讨了土地利用动态度、建设用地扩张速度、城镇增长空间模式、土地利用综合效益、基于马尔科夫链的土地数量预测、土地利用空间格局模拟等挖掘模型,开发了土地利用时空大数据挖掘管理系统,实现了对数据的管理、分析与展示。