土地整理立项决策的属性约简方法研究

赵 微 汪文雄

(华中农业大学土地管理学院,湖北武汉430070)

土地整理立项决策的属性约简方法研究

赵 微 汪文雄

(华中农业大学土地管理学院,湖北武汉430070)

土地整理是按照可持续发展的原则,对耕地、道路、林网、居民点、水利设施等进行综合整治,调整土地利用结构和土地覆被的行为。土地整理立项决策是土地整理全生命周期项目管理的一个重要环节。针对决策过程中普遍存在的对象属性过于复杂的特点,论文通过二元关系理论刻画了评价对象不依赖于连通性的重要特征,并以此构建其格序结构。提出了采用属性约简的方法分析优势关系,基于优势基和差异度的概念逐步简化决策规则,判断约简前后格序结构的相对贴近程度和约简规则的合理性。论文最后以东南沿海区及黄土高原区典型土地开发整理项目为例,根据“市场与社会需求程度”、“技术可行性”、“建设规模合理性”、“项目效益”等指标,对其立项合理性进行评价。研究表明,属性约简结果可视为最初格序结构的一个线性扩张,是评价集合中的部分不可比元素在其偏好决策空间中的一个投影形式,其形成反映了属性约简规则的逐阶段选择过程,体现了决策者的知识水平和思维背景发展水平。

土地整理;决策;二元关系;偏好;格序;属性约简

土地整理是按照可持续发展的原则,综合行政、经济、工程技术等手段,对耕地、道路、林网、居民点、水利设施等进行整治,调整土地利用结构和土地覆被,以实现增加有效耕地面积、改进农业生产条件、提高土地生产能力、改善土地生态环境、优化土地景观格局等目的。土地整理的投资主体为各级政府,收益群体为项目区全体农民,既有明显的公益性和公共性特色,它的投资重点集中在农业生产的基础设施,追求土地生产力水平的提高,因此其社会效益、生态效益等外部性效益远远高于直接经济效益,并且该种效益的体现具有一定的滞后性和隐蔽性。

土地整理的立项决策是土地整理项目管理的一个重要环节,是明确土地开发整理责权、合理使用工程投资、保证工程质量和项目工期的有效方法,因此科学的评价方法是土地整理立项决策的重要保障和重要途径。规划中的土地整理项目承担着项目区土地功能分区、空间布局、调整土地利用类型和数量结构的功能,必须达到经济合理、社会可行、生态平衡的多重目的,受到多方面复杂因素影响与制约。针对土地整理领域中评价决策问题,当前较为普遍的理论方法是层次分析法、主成分分析法、特尔菲法、可拓工程方法等,如王瑷玲等”[1]借鉴多目标多层次指标体系综合评价理论,构建包括技术效益、经济效益、社会效益、景观生态环境效益指标的土地整理评价指标体系,采用特尔菲法和层次分析法相互校正方法确定评价指标权重,根据评价指标对项目成功度的效应建立模糊分布函数,获得评价结果;薛继斌等[2]通过分析我国土地整理事业的基本特点,认为可拓工程方法凭借其思维模式和物元变换方法,在土地整理规划设计策略集生成方面占有一定优势,提出针对土地整理目标和条件间及主、客观条件间的矛盾,利用物元的可拓性,通过物元变换化矛盾问题为相容问题,开拓出符合要求的规划设计方案集;李岩等[3]从土地整理的经济、社会和生态效益等方面人手,构建了由八个经济效益指标、六个社会效益指标和八个生态效益指标组成的土地整理效益评价指标体系,并采用层次分析方法确定各指标权重,以指数和法计算土地整理项目的评价得分,从而确定评价标准。本文将着眼于不完备决策信息的处理,从决策空间的二元关系入手,分析决策对象的格序结构关系,运用属性约简和优势关系理论辨别决策规则的合理性,深入探讨土地整理立项决策过程。最后通过实例分析说明了构建的理论模型方法在实际工作中的运用。

1 立项决策中的格序关系

土地整理立项决策是一个逐步寻优的过程,决策者根据主观偏好和知识经验,不断构建基于主观认识的决策规则和决策空间,选择令自己更加满意的对象。但是,在某些复杂决策环境中,决策目标或者对象属性之间存在客观冲突,决策者无法直接做出偏好比较和优劣排序时,可以引入“格序”这一理论工具。

“序”是自然界与社会经济领域中的一种基本属性,它表现为对象间的相对优劣。在复杂决策过程中,决策者就是要在诸多干扰因素下赋予决策对象一个序关系的属性。“格”是一种特殊的有序结构,它在处理决策问题中的不确定性偏好关系、选择决策空间中的满意对象等方面有较大的优势与广泛的应用。格序决策理论的建立,开创了决策科学发展的新方向,能够更加客观地定性或定量地描述不确定决策问题。

设Q是土地整理立项决策集合,称 R为Q上的一个二元关系[4],如果满足 R⊆Q×Q。决策者对评价对象(土地整理项目)的相对偏爱程度称为偏好序或偏好关系,可以表示为目标决策空间上的一种二元关系[4]。如二元关系“f”表示“严格优于”关系。存在立项决策集合 Q,偏好关系“f”是 Q上的一个二元关系,它满足:①对任意的立项决策对象 a∈Q,不存在 afa(非自反性);②对任意的立项决策对象 a,b∈Q,如果 afb,那么不存在 bfa(非对称性);③对任意的立项决策对象 a,b,c∈Q,如果 afb且bfc,那么 afc(传递性);④对任意的立项决策对象 a,b,c∈Q,如果不存在 afb以及bfc,那么也不存在有 afc(逆传递性)。

在偏好集(Q,f)中,S⊆Q,x∈Q,如果对任意的 s∈S有xfs,则称 x是S的一个上界;对偶地,如果对任意的s∈S有sfx,则称 x是S的一个下界。记 S的所有上界的集合SU={x∈Q|对任意的s∈S,xfs};S的所有下界的集合SL={x∈Q|对任意的 s∈S,sfx}。如果 SU有最小元x,则称 x是集合S的上确界,表示为supS=如果 SL有最大元y,则称 y是集合S的下确界,表示为infS=。

格序是区别于全序的一种重要的序关系结构。所谓全序是指偏好关系满足连通性假设,即保证对于 Q的每一对元素是可比的,使得对所有元素排序成为可能。然而,由于决策人对土地整理立项决策环境认知的局限以及决策对象属性信息集的不完备性,或者决策人自身判断能力的限制等原因,对一般的二元关系,连通性的假设并不一定总能成立。因此,较之全序,格序是一种更真实地反映决策者实际偏好、不依赖于连通性又能满足某些公理的序结构。因此,基于格序偏好结构的土地整理立项决策分析与推理更加科学和合理。

2 属性约简及立项决策模型

属性约简是粗糙集理论的一种方法和应用,它通过优势关系的判定代替格序结构中不可比二元关系进行科学决策。定义如下:

定义2[6]x,y∈Q,P⊆C。若对任意 p∈P,偏好属性值f(x,p)≥f(y,p),则称这种关系为优势关系,记为xDpy,其中 Dp={(x,y)∈Q×Q,f(x,p)≥f(y,p),∀p∈P}。推论1 若集合Q={q1,q2,L,qn}是满足连通性假设的全序结构,则集合 Q基于属性集P的优势基φP(Q)=n(n-1)。

通过对格序结构中不可比对象的属性约简处理,可以精炼决策规则,简化决策过程,得到预期的决策目标。本文构建的模型以属性约简前后的优势关系差异度衡量约简规则的科学性:

由定义可知,当且仅当φP′(qt)=φP(qt),∀qt∈Q时,μP′P(Q)=0,即属性约简规则实施前后,评价对象的优势关系没有发生改变,与原评价信息完全相同(该简约规则无效)。

借助上述理论工具,基于属性约简的土地整理立项决策步骤如下:

Step① 根据土地整理立项决策环境信息提取备选属性约简规则 ri;

Step② 遵从规则 ri对决策对象属性进行约简,得到属性集 Pi;

Step③ 求得φPi(qt)和φPi(Q);

Step④ 计算贴近度μPiP0(Q);

Step⑤ 求出μPGP0(Q)=miin{μ0(Q)|μ(Q)≠0};

Step⑥ 选择 rG为约简规则;

Step⑦ 完成本阶段的属性约简决策过程,转入下一阶段。

3 实例分析

文献[8]按照全面性、可比性、代表性、有效性、实用性及可操作性原则,将土地开发整理项目立项决策评价指标分为若干一级指标(综合指标)和相应二级指标,并对全国土地整理规划片区中的东南沿海区、黄土高原区中抽取不同类型的土地开发整理项目,运用可拓评价方法对其进行立项决策评价。本文针对上述实例,从格序决策理论出发,进行基于属性约简方法的立项决策模型分析。具体评价决策方法为从“市场与社会需求程度”、“技术可行性”、“建设规模合理性”、“项目效益”等四类一级指标出发,对各个项目的分类指标进行评价。评价时重点考察一级指标下涵盖的二级指标,如“市场与社会需求程度”强调耕地指标占用率、人均耕地、公众支持率等;“技术可行性”强调新增耕地率、田块平整度、耕地质量、灌溉排水标准、灌溉水利用系数、路网密度、防护林配套等;“建设规模合理性”强调建设规模面积、项目投资、亩均投资等;“项目效益”强调投资回收期、农业生产能力增加率、防护面积增加率、水土流失面积控制率等。文献[8]从东南沿海区(q1、q2、q3)和黄土高原区(q4、q5、q6)分别选出典型项目,其中 q1、q3、q6为平原区项目,q2、q4、q5为丘陵区项目,根据其对应区域的评分标准,经过专家对各评价对象的二级指标进行打分,然后乘以该二级指标对于其所属一级指标的权重后加权得出各类一级指标的评价值为[8](见表1):

表1 土地整理项目立项决策表Tab.1 Decision Information of Land Consolidation Project

表中 q1-q6为评价对象集合:东南沿海区及黄土高原区土地开发整理项目;C1-C4为一级评价指标:“市场与社会需求程度”、“技术可行性”、“建设规模合理性”、“项目效益”。指标值的高低反映了决策专家的主观偏好(越大越优型)。现利用二元关系理论分析评价对象。考虑各对象的属性指标,有 q5fqi∈{q1,q2,q3,q4,q6},q2fq3,而其他元素之间都是不可比的,无法满足理想状况下的连通性假设。但是任意两个元素都存在上确界和下确界(或拟下确界),因此可采用格序结构描述该评价对象集合,见Hasse图1-图6:

图1 评价对象格序结构Hasse图Fig.1 Hasse of Lattice Order

图2 属性约简 P1格序结构Hasse图Fig.2 Hasse of Attributes Reduction ofP1

图3 属性约简 P3格序结构Hasse图Fig.3 Hasse of Attributes Reduction ofP3

格序结构的形成,本质上是评价对象存在多重属性,导致方案的满意度水平无法直接获得。以土地整理项目q3、q4为例分析其属性,q3={C1,C2,C3,C4}={+,-,-,-},q4={C1,C2,C3,C4}={-,+,+,+}。符号“+”表示该属性值优于比较对象,符号“-”表示该属性值劣于比较对象,即 q3项目的“市场与社会需求程度”优于q4项目,但是技术可行性”、“建设规模合理性”、“项目效益”等指标劣于 q4项目,满意度评价决策时属性值发生冲突。对于该冲突问题,其上确界为 q5=q3∨q4,同时引入拟确界概念,用虚拟对象qL表示二者的下确界,即qL=q3∧q4。类似的,构建其他不可比元素对的拟下确界,得到评价对象格序结构。

本文提出的属性约简方法可对格序结构对象进行优势关系分析和科学决策。评价对象土地整理项目属性指标 C={C1,C2,C3,C4},按照基于优势关系的属性约简方法,分别对单个属性依次约简,约简规则实施后属性集为P1={C2,C3,C4},P2={C1,C3,C4},P3={C1,C2,C4},P4={C1,C2,C3}。分别得到对应于各种约简规则的评价对象Hasse图(属性约简 P2、P4格序结构同图1,约简规则失效,此处略去):

不难看出,不同的约简规则得到的格序结构及决策结果是不一致的。由约简 P1={C2,C3,C4}对土地整理项目进行满意度评价,得到新的决策信息 q2fq1、q4fq1、q6f q1,q2=q3∨q1,q1=q2∧q4,q1=q6∧q4;约简 P3={C1,C2,C4}得到新决策信息 q1fq3、q6fq3,q3=q2∧q1,q3=q2∧q6。从Hasse图可知,属性约简后的格序结构保留了原有结构的部分特征,并增强了决策信息,促使评价对象集合逐步向“连通性”转变。

图4 属性约简 P31Hasse图Fig.4 Hasse of Attributes Reduction ofP31

图5 属性约简 P32Hasse图Fig.5 Hasse of Attributes Reduction ofP32

图6 属性约简 P34Hasse图Fig.6 Hasse of Attributes Reduction ofP34

在属性约简 P3的基础上,进一步做约简处理。约简规则 P31={C2,C4},P32={C1,C4},P34={C1,C2}的格序结构分别对应于图4-图6,其差异度分别为μP31P3(Q)=0.63,μP32P3(Q)=0.25,μP34P3(Q)=0.38,选择相对差异度较小的 P32={C1,C4}为本阶段决策规则。

在第三阶段决策中,由于可选约简规则 P321={C4}和P324={C1}仅包含单一属性,决策问题已由格序决策转换为单一准则决策,根据推论1,不同约简规则的相对差异度数值也相同,因此采用约简前后的评价方案逻辑层次的一致性来判断约简的合理性。最终得到土地整理项目立项合理性评价结果为 q5fq1fq6fq2fq3fq4。该结果可视为图1中初始格序结构的一个线性扩张,是评价集合中的部分不可比元素在其偏好决策空间中的一个投影形式,它的形成反映了属性约简规则的逐阶段选择过程,体现了决策者的知识水平和思维背景发展水平。

4 结 语

土地整理项目是按照土地利用总体规划,对农业生产和农村生活环境进行的综合整治[9]。为保证项目的合理性,本文利用格序决策理论和属性约简方法对土地整理项目的“市场与社会需求程度”、“技术可行性”、“建设规模合理性”、“项目效益”等指标进行分析评价。针对格序结构中无法直接给出优势关系的不足,构建了属性约简模型,探讨了约简规则提取的原则和步骤,实现了评价对象由复杂格序结构向单一链状结构转变的目的,科学地完成了土地整理项目立项决策的过程。

References)

[1]王瑷玲,赵庚星,李占军.土地整理效益项目后综合评价方法[J].农业工程学报,2006,22(4):58-61.[Wang Ailing,Zhao Gengxing,Li Zhanjun.Integrated Evaluation Method for Project Post-Evaluation of Land Consolidation Benefits[J].Transaction of the CSAE,2006,22(4):58-61.]

[2]薛继斌,吴次芳,叶艳妹,等.基于可拓工程方法的土地整理规划设计探讨[J].浙江大学学报:农业与生命科学版,2005,31(6):816-819.[Xue Jibin,Wu Cifang,Ye Yanmei,et al.Research on Planning and Design ofLand ConsolidationBased on Extension Engineering Method[J].Journal of Zhejiang University:Agric&Life Sci,2005,31(6):816-819.]

[3]李岩,赵庚星,王瑷玲,等.土地整理效益评价指标体系研究及其应用[J].农业工程学报,2006,22(10):98-101.[Li Yan,Zhao Gengxing,Wang Ailing,et al.Evaluation Index System for Land Consolidation Benefits and Its Application[J].Transaction of the CSAE,2006,22(10):98-101.]

[4]胡长流,宋振明.格论基础[M].开封:河南大学出版社,1990.[Hu Changliu,Song Zhenming.Introduction for Lattice Theory[M].Kaifeng:Henan University Publishing House,1990.]

[5]郭耀煌,刘家诚,刘常青,等.格序决策[M].上海:上海科学技术出版社,2003.[Guo yaohuang,Liu Jiacheng,Liu Changqing,et al.Decision-Making of Lattice Theory[M].Shanghai:Shanghai Scientific and Technical Publishing House,2003.]

[6]戴毓,周德群.决策分析中属性约简的择优算法[J].系统工程,2007,25(8):89-93.[Dai Yu,Zhou Dequn.An Algorithm to Choose the Reduction ofAttributesin Decision Analysis[J]. Systems Engineering,2007,25(8):89-93.]

[7]戴毓,周德群.基于粗糙集理论的格序选择方法[J].中国管理科学,2007,15(6):105-110.[Dai Yu,Zhou Dequn.A methodof Lattice-Order Selection Based on Rough Sets Theory[J].Chinese Journal of Management Science,2007,15(6):105-110.]

[8]关涛,余万军,慎勇扬,等.基于可拓评价方法的土地开发整理项目立项决策研究[J].农业工程学报,2005,21(1):71-75.[Guan Tao,Yu Wanjun,Shen Y ongyuan,et al.Decision-making of Land Development and Consolidation Project Based on Extension Evaluation Method[J].Transaction of the CSAE,2005,21(1):71-75.]

[9]匡文慧,张树文.土地整理项目效益的多目标分析研究[J].干旱区资源与环境,2005,19(2):72-75.[Kuang Wenhui,Zhang Shuwen.The Multi-Objective Analysis and Research of the benefit in the project of the land consolidation[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2005,19(2):72-75.]

Attributes Reduction Approach in Decision-making of Land Consolidation Project Approval

ZHAO Wei WANG Wen-xiong
(College of Land Management,Huazhong Agricultural University,Wuhan Hubei 430070,China)

Land consolidation is one of the integrated measures to adjust land use structure and land cover,through improving the condition of land,road,forest,residential spots,water conservancy facilities,etc.project determination is the key stage through the process of land consolidation project management.For the purpose of analyzing complex attributes,binary relation theory is employed to discuss the interrelation of assessed objects and corresponding lattice structure is construct,which particularly depicts the un-connectedness.Attributes reduction approach is proposed to analyze advantage relationship and simplify the decision-making rules.In the advised model,the conceptions of advantage base and diversity degree are used to explain the reasonableness of attributes reduction rules for lattice structure.Finally,a case study of land consolidation project approval,both in southeast coastal region and the Loess Plateau region,is carried out.In the case study,four indexes are focused,requirement from market and society,technical feasibility,construction scale and engineering benefit.The results show that,attributes reduction can be considered as one linear extension of original lattice-order structure and is the projection in preference space of non-comparative objectives.The generation process implies choosingprocedure of attributes reduction rules.It also is used to illustrate the knowledge and thought level of decision-makers.

land consolidation;decision-making;binary relation;preference;lattice;attributes reduction

F301

A

1002-2104(2010)10-0086-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.015

2010-04-10

赵微,博士,讲师,主要研究方向为国土整治规划与管理。

＊水资源与水电工程科学国家重点实验室开放研究基金(项目编号:2008B045)资助。

(编辑:于 杰)