喀什市土地利用结构信息熵与社会经济发展灰色关联分析

康建锋， 张永福， 孙国军

(1. 新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.河西学院历史文化与旅游学院，甘肃张掖 734000)



喀什市土地利用结构信息熵与社会经济发展灰色关联分析

康建锋1， 张永福*， 孙国军2

(1. 新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.河西学院历史文化与旅游学院，甘肃张掖 734000)

根据2000～2012年喀什市土地利用变更调查数据，运用信息熵方法对期间喀什市土地利用结构信息熵进行分析，并对熵值与灰色关联度进行分析。结果表明：2000～2012年，喀什市土地利用信息熵由0.693 2上升到1.664 8，均衡度由0.693 2上升到0.723 0，优势度由0.306 8下降到2012年的0.277 0。信息墒、均衡度总体呈波动上升的趋势，优势度总体出现下降的趋势，土地利用系统无序性增加，均质性增强。土地利用结构熵与固定资产投资存在强关联，关联强度值为0.704 4，与城镇化率、土地经济密度、社会商品零销售总额、人均GDP、非农产业与农业产业产值比呈中等关联。利用土地利用结构信息墒和社会经济发展的灰色关联度综合分析，得出土地利用内部结构的变化是信息熵值变化的直接原因，社会经济发展是土地利用结构熵变化的主要原因。

喀什市；土地利用结构；信息熵；灰色关联分析

土地是一个自然历史综合体，具有结构与功能的有序性特征[1]。土地利用系统是子系统组合而成的复杂巨系统，不仅时间上表现出动态演变规律，而且空间上表现出不同的功能结构格局[2]。对于一个土地利用系统而言，在不同的土地利用方式下，土地利用结构的熵值和有序程度是不同的。熵值越低，说明土地利用系统的有序程度高；熵值越高，土地利用系统的有序程度越低[3]。近年来，许多专家学者利用信息熵理论、模型和方法，分析研究了土地利用结构的动态变化规律，揭示了其变化的原因和主要驱动力，并且取得了显著成果[4-12]。但选取的研究区域多集中在东部发达区域，西部欠发达地区的研究甚少。笔者分析了喀什市土地利用结构信息熵的动态变化及其成因，在此基础上，对喀什市土地利用结构变化的信息熵与社会经济发展的相互关系进行了研究，以期为喀什市土地资源节约集约利用及喀什市土地利用总体规划修改提供一定的指导和借鉴。

1 根据来源与研究方法

1.1 研究区概况喀什市地处欧亚大陆中部，地理坐标为75°48′50″～76°18′30″E、39°23′50″～39°37′30″N。东西宽45 km，南北长25 km，全市土地总面积55 010.90 hm2。东临塔克拉玛干大沙漠，南依喀喇昆仑山，与西藏阿里地区为邻，西靠帕米尔高原。属于喀什噶尔河水系形成的洪积、冲击平原。气候属于暖温带大陆性干旱气候，降水少，蒸发大，光照充足，积温高，气温年际变化不大，而日温差大，无霜期长。

2012年喀什市实现国民生产总值132.15亿元，较2000年的1.18亿元增长130.97亿元，人均生产总值达到2.39万元，完成固定资产投资113.20亿元。经济结构逐步优化，第三产业增加值为81.44亿元，在国民经济中的比重达到61.70%；二产特别是工业取得长足进展，2012年工业增加值达到45.51亿元；一、二、三产业对经济增长的贡献率分别为2.46%、34.49%、62.05%；经济发展能力显著增强，经济已步入加快发展时期，全市经济和各项事业取得了辉煌成就。

1.2 数据来源该研究土地利用类型数据来源于喀什市国土资源局、规划研究院提供的2000～2012年喀什市土地利用变更调查数据。基础经济数据来源于喀什市人民政府和各部门提供的历年统计年鉴、政府公报等统计数据。

1.3 研究方法

1.3.1土地利用结构信息熵。“熵”原本是一个物理学概念，用以表示分子的不规则运动程度，即表示随机无约束程度一种变量。信息熵用来衡量系统有序度，是对有序度的度量[13-14]。土地利用结构是人为对土地利用系统施加的影响，不同尺度干扰对土地利用系统产生不同的反应，这种有序度经常用信息熵来表述[15]。

假如区域土地总面积为S，土地利用类型分为N种，每一种类型面积表示为Si(i=1,2,…,N)，则有：

(1)

各类土地占土地总面积比例为：

Pi=Si/S

(2)

按照信息论的原理，土地利用结构信息熵的公式定义为[10]：

(3)

式中,H是土地利用结构的信息熵，熵值的大小反映土地类型多少和各土地类型面积的均一程度。信息熵的熵值越高，说明不同用地类型数越多，即各土地类型的面积差越小，土地分布的越均衡。即P1=P2=…=Pn=1/N时，熵值是最大的，该区域的土地利用处于均衡状态。

信息熵也可说明土地类型复杂度、有序度，但通常它不能反映职能数N的影响，这就使信息熵在分析土地利用均衡性的时时候有一定的困难。因此，通常引进均衡度的概念，在信息熵的基础上构造均衡度公式[16]：

(4)

式中,J是均衡度，它表示信息熵与最大熵值之比。因为H≤Hm，所以J值变化处于0～1之间，J的值越大，说明均质性越强。当J=0时，处于最不均匀的状态；当J=1时，土地利用类型达到最理想状态。

优势度表示为D：

D=1-J

(5)

优势度通常反映区域的一类或多类土地利用类型，表示该区域的土地类型程度一类或几类土地类型来支配区域土地类型的程度[16]。

1.3.2灰色关联分析。灰色关联分析是多因素的统计分析方法，以各因素样本数据为依据，用灰色关联度来刻画、描述因素间关系强弱大小与次序[17-18]。但是土地利用结构与社会经济发展之间的关系是模糊的，很难确定影响该区域土地利用结构发生变化的驱动力，运用灰色关联分析方法，能在一定程度上对土地利用结构熵与社会经济发展间关系进行描述[19]。该分析方法的思路是：

(1)确定分析对象序列。将土地利用结构熵的序列组(Xi)设为参考序列；喀什市社会经济的序列组(yi)为比较序列。

(2)进行无量纲化的处理。选取的多个指标的量纲是不一样，不利于分析统计，首先进行初值化的处理，初值化公式为[20]：

(6)

(3) 计算绝对差，用z(k)表示。计算出序列组yj与序列组xi数列差的绝对值，并统计出最小值和最大值。计算公式为[20]：

E(k)=|xi(k)-yj(k)|

(7)

(4) 计算关联系数，用ξij(k)表示。计算出序列组yj与参考序列组xi在不同时刻间的关联系数。计算公式为[20]：

(8)

(5)计算关联度rij。关联度的一般计算公式为[20]：

(9)

2 结果与与分析

2.1 土地利用结构信息熵变化根据2000～2012年喀什市土地分类数据，利用公式(3)～(5)进行分析处理，计算得出研究期间喀什市土地利用结构信息熵、均衡度、优势度(表1)。

表1 2000～2012年喀什市土地利用结构的信息熵、均衡度、优势度

由表1可知，2000～2012年土地利用结构信息熵呈波动上升趋势；信息熵最低值为1.498 7(2009年)，最高值为1.664 8(2012年)，年均增长率为0.057%。在波动上升过程中，分为4个明显阶段：第一阶段，2000～2007年研究区土地利用结构信息熵处于平稳上升时期，但总体上升幅度较小，年均增长0.053%。主要原因是由于园地、林地、其他农用地、居民点及工矿用地、交通运输用地的增加和耕地、未利用地的减少变动引起的。 第二阶段，2007～2009年土地利用结构信息熵出现剧烈下降，由2007年的1.639 0减少到2009年的1.498 7，年递减率0.468%。其他农用地、居民点及工矿用地增加快，园地、林地、牧草地减少速度快。第三阶段，2009～2010年土地利用结构信息熵呈上升阶段，由2009年的1.498 7增长到2010年的1.655 9，年增长率为0.786%。其他农用地、居民点及工矿用地、交通运输用地、水利设施用地快速增加，耕地、园地、林地、未利用地减少速度快。第四阶段，2010～2012年土地利用结构信息熵出现平稳上升，土地利用结构信息熵由2010年的1.655 9增长到2012年的1.664 8，年增长率为0.089%。

2.2 土地利用结构熵与社会经济发展关联分析土地利用结构是社会经济发展的根本，熵值的变化直接原因是结构的调整与变化，土地利用结构变化大多是人类通过各种人为干扰造成的，因而分析土地利用结构变化的社会经济因素的相互关系显得非常重要。运用灰色关联分析方法，利用收集到的喀什市统计分析资料，在综合分析的基础上，依据喀什市社会经济发展的实际情况，选取城镇化率(y1)、土地经济密度(y2)、固定资产投资(y3)、社会商品零销售总额(y4)、人均GDP(y5)、非农产业与农业产业产值比(y6)等6个指标[21]，并建立灰色关联模型计算其关联度。

以灰色关联模型为基础，进行数据处理，得到土地利用结构信息熵与社会经济发展关联度结果，根据关联度强弱划分，关联度在(0,0.3]区间为弱关联；关联度在(0.35,0.70]区间为中等关联；关联度在(0.70,1]区间为强关联，列出计算强度等级(表2)。

表2 土地利用结构熵与社会经济发展关联度

表2结果显示，喀什市信息熵熵值和社会经济发展的关联度从大到小排序为y3>y4>y2>y6>y1>y5。其中，关联度最强的为固定资产投资，最弱的为人均GDP。从关联强度来看，土地利用结构信息熵与固定资产投资呈现强关联，关联强度值为0.704 4。与社会商品零售总额、土地经济密度、非农产业与农业产业产值比、城镇化率、人均GDP呈中等关联，关联强度值分别为0.678 6、0.631 4、0.624 8、0.600 8、0.580 9。选取与喀什市经济发展相关性较高的6项重要指标，分别为人均GDP、城镇化率、土地经济密度、社会商品零售总额人均GDP、社会商品零售总额及固定资产投资。结果表明，喀什市社会经济发展与土地利用结构熵的变化存在较为密切的内在联系，是间接引起该区域土地利用结构熵变化的主要原因。

3 结语

根据信息熵理论，运用综合分析方法，对喀什市土地利用结构信息墒与社会经济发展关系进行分析，得出以下结论：

(1)农业内部结构的调整和建设用地大幅增加，是引起土地利用信息熵增大的直接因素。农用地比重从2000年的45.15%下降到2012年的41.35%；建设用地比重从2000年的14.39%上升到31.71%。这种变化使得各类土地利用所占比重趋于均衡，从而使土地利用信息熵值增大。

(2)2009年喀什市土地利用结构信息熵突降，熵值为历史最低的1.498 7，主要是未利用土地的减少所致。2000年喀什市未利用土地面积为22 252.49 hm2，2012年为14 819.98 hm2，净减少7 432.51 hm2，占土地总面积的比重从2000年的40.45%减小到2012年的26.94%，从而导致信息熵急剧减小。

(3) 喀什市人口的增长、经济的快速发展、城市化、工业化进程加快及国家各种优惠政策的推行，是土地利用结构信息熵发生变化的主要原因。

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The Grey Relational Analysis of Land Use Structure Information Entropy and Socio-economic Development in Kashi City

KANG Jian-feng1, ZHANG Yong-fu*, SUN Guo-jun2

(1. School of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046; 2. Historical Culture and Tourism College, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000)

According to land use change data of Kashi City during 2000-2012, using entropy, the land use structure entropy was analyzed, as well as the grey relational degree. The results showed that compared with 2000, information entropy of land use rose from 0.693 2 to 1.664 8 in 2012, equilibrium degree rose from 0.693 2 to 0.723 0 in 2012, dominance degree dropped from 0.306 8 to 0.277 0 in 2012. Entropy and equilibrium degree were generally on the rise, dominance degree declined, the degree of disorder of land use system increased, and homogeneity enhanced. Entropy of land use structure and investment in fixed assets had a strong correlation, and the strength of association was 0.704 4. And the rate of urbanization, land economic density, total sales of social commodities to zero per capita GDP, non-agricultural and agricultural industry output ratio showed a moderate association. Using the comprehensive analysis of gray correlation degree of land use structure information entropy and the development of society and economy, it can be obtained that the land use change of internal structure was the direct cause of the changes of information entropy, and the development of social economy is the main reason of the changes of land use structure entropy.

Kashi City; Land use structure; Entropy; Grey relational analysis

康建锋(1987-)，男，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向：国土资源信息技术。*通讯作者，副教授，博士，硕士生导师，从事国土资源评价与规划、土地管理研究。

2015-02-09

S 28

A

0517-6611(2015)09-301-03