基于灰色线性规划模型的土地利用结构优化配置

蔡芹燕 邓欢欢 钱虎

摘要：土地利用结构优化致力于缓解土地供需问题，优化土地布局，维持土地生态系统平衡。本文选用清镇市作为研究区域，设定2016年为研究基期年，结合灰色线性规划理论，以清镇市2012-2016年的土地利用数据为基础，通过算法设计，对2025年的人口总数、平均人口密度、粮食单产等进行预测。优化过程中，根据清镇市发展需要，共设置9个变量，13个约束条件，构造出3种供选方案。其中，方案2能最大限度地发挥其土地利用的生态、经济和社会效益，实现土地资源的可持续发展。

关键词：清镇市;土地利用;灰色线性规划;结构优化

引言

在人类生活中，土地是一种不可或缺的自然资源，也是一种不可再生资源。其独特的不可再生性注定了土地资源的珍贵性。如今，由于城镇化和工业化的不断发展以及人口数量的快速增长，土地沙漠化、石漠化、盐碱化等土地问题日益突出[1]。以清镇市为研究对象，是因其在乡村振兴的大背景下，清镇市的土地发展具有较大潜力，实现清镇市的经济社会生态效益可持续、土地资源利用合理化以及土地利用结构优化刻不容缓。

1研究区概况

2016年，清镇市土地总面积为138658.46公顷。其中，耕地为49566.12公顷，园地1141.84公顷，林地46846.47公顷，牧草地17809.15公顷，城镇工矿用地4131.07公顷，农村居民点5145.94公顷，交通运输用地2260.72公顷，水域及水利设施用地5964.92公顷以及未利用地5792.23公顷。

2灰色模型构建及算法設计

2.1灰色线性规划概述

灰色线性规划是指含有灰数的线性规划，具有较好的非线性求解能力，与一般的线性规划相比，灰色线性规划更具有动态性[2]。所以，本文对清镇市土地的优化设计中选用灰色线性规划模型。

2.2变量设置

该规划模型共设置9个变量，分别为耕地、园地、林地、牧草地、城镇工矿用地、农村居民点、交通运输用地、水域及水利设施用地、未利用地。分别记为X1、X2。。。X9。

2.3约束条件

根据清镇市的土地利用状况以及社会发展需要，结合土地利用总体规划要求，本文确定了13个约束条件以及相应的约束方程，并建立约束方程，以优化2025年清镇市的土地利用结构。

（1）土地总面积约束

式中：为各种类型土地面积，为土地类型的个数，为土地总面积。

（2）人口总量约束

基于土地资源有限性分析，全市人口总数不应超过规划年（2025年）的预测人口数，即：

（2）式中：——农用地平均人口预测密度，通过GM（1，1）预测为3.78人/公顷。

——城镇用地平均人口预测密度，预测结果为27.89人/公顷。

——农用地利用类型。

——城镇用地利用类型。

P——目标规划年预测人口数。

（3）粮食产量约束

综合考虑，目标规划年（2025年）的粮食总产量应供应得上人民需求，通过GM（1，1）预测得出2025年清镇市的粮食总产量为116030吨，粮食平均单产水平为4.4075吨/公顷，即

（4）耕地保护约束

根据严格耕地保护制度，清镇市耕地红线为48698.91公顷。即：

（5）经济发展约束

根据清镇市发展建设需要，农用地总量将减少。

（5）为促进清镇市城镇化发展，加强建设用地综合整治，城镇工矿用地可适度扩张;此外，为响应国家可持续发展战略，应对清镇市交通运输用地进行合理布局，促进土地节约集约利用。结合清镇市土地利用总体规划，得：

此外，为实现清镇市土地节约集约利用，保证清镇市土地可持续发展。2025年的未利用地面积应不小于现状面积。即：

（6）政策约束

根据《清镇市环境总体规划》规定，清镇市设定65.8万亩的生态林地，即：

目前，生态农业已成为农业发展的一大趋势，为了优化农业产业结构，围绕园林发展，开展休闲观光、庄园经济等，加快农业转型发展，故规划年园地面积应不低于土地利用总体规划面积。

为加速清镇市产业发展，扩大肉牛、奶牛养殖等生态畜牧业，推动农林牧渔结合发展。规划期间，应合理利用并保护牧草地，达到土地可持续利用的目的，推动产业发展。故：

2.4目标函数

（1）确定各类用地效益的相对权重系数

运用GM（1，1）模型与层次分析法相结合，计算出9个变量的效益权重，构成效益权重集，其中未利用土地的用地效益视为0。

（2）确定效益系数C

选取某一变量单位面积土地收益的预测值，再结合该预测值计算出其他变量的收益预测值，乘以各自的相对权重系数，得到产出效益[3]，即价值向量（i=1，2，3，4，5，6，7，8，9），其中未利用土地的系数设为1。选用林地计算其土地产出效益，运用灰色模型预测，到目标规划年（2025年）清镇市的林地产出效益为119.93元/公顷。故：

因此，目标函数为：

3结论

综合本文所述，得出的结论如下：

通过设置的9个变量、13个约束条件，结合林地产值，计算出林地产出效益，得到目标函数。运用Lingo软件，分别对人口和粮食产量的三种取值进行计算，得到3种优化供选方案。在备选方案中，方案2的取值为参数灰区间的中间值，充分的考虑了清镇市的自然、社会、经济和环境现状以及未来社会经济发展的需求，实现的可能性最大。因此，本文建议方案2作为清镇土地利用规划的最佳土地利用结构优化配置方案。

参考文献：

[1]杜金龙，朱记伟，解建仓等.基于GIS的城市土地利用研究进展[J].国土资源遥感，2018，30（3），9-17.

贵州师范学院大学生创新创业训练计划项目。

（贵州师范学院 贵州贵阳 550018）