耦合MOP与FLUS模型的杭州市土地利用格局优化及权衡分析

调整优化城市土地利用结构与布局,实现社会经济发展和生态保护的协同优化是城市土地利用规划管理和决策的关键。该研究使用多目标规划(multiple objective planning,MOP)模型和未来土地利用模拟(future land use simulation model,FLUS)模型相结合的方法,运用权衡分析制定多目标权衡下的土地利用优化配置情景方案,以期为杭州市土地利用优化配置规划和管理提供科学参考。结果表明:1)通过耦合MOP模型和FLUS模型,从土地利用生态-经济转化效率视角可以有效实现土地利用结构和布局的优化配置情景模拟。2)通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定土地利用经济与生态效益权重比例为4:6的发展情景是权衡土地利用社会、经济和生态效益下的杭州市土地利用结构最优方案。3)最优土地利用结构方案的建设用地扩张规模介于经济发展优化和生态保护优先情景方案间,耕地规模较其他情景方案减少幅度放缓,在空间上减少对生态用地的侵占,土地利用景观格局破碎度和复杂性降低。该研究的方法和结果可为区域土地利用规划决策和可持续发展提供理论与应用参考。     

基于改进CoMOLA模型的镇域土地利用优化

全域土地综合整治是实施乡村振兴战略的重要抓手,也是提升农村土地整治效果的有效途径。为探索服务全域整治目标的土地利用优化配置方法,借助非优势排序遗传算法在进化模拟、全局搜索等多目标决策优化中的优势,从转型条件、面积约束、效益测算等方面构建约束多目标土地利用优化配置模型(Constrained Multi-objective Optimization of Land-use Allocation,CoMOLA),同时借鉴首位度理论改进模型并选取典型研究区进行案例分析。通过设置经济优先、生态优先及生产优先3种不同发展情景优化土地利用土地管理配置,利用中间结果识别未来发展可能的冲突,为规划制定提供依据。研究结果表明:1)经济优先情景下,研究区2030年经济效益较基期年(2018年)增长了12.33%,生态效益和生产产量分别减少了11.41%和3.73%;生态优先和生产优先情景下,生态效益和生产产量分别提高了51.68%、11.63%;2)土地利用数量结构与空间结构在3种情景中均存在一定的极化趋势,绝对冲突地块面积分别为1.98%、3.12%和1.71%。需结合发展目标等多重因素,参考冲突识别结果,因地制宜制定发展方案。综合而言,运用改进约束多目标土地利用优化配置模型进行研究,能同时满足土地利用的时空特征,得到较为客观的土地利用土地管理优化方案,且其中间结果可作为地类发展冲突识别依据,可为多目标优化问题提供新的方法借鉴。     

基于生态安全的土地利用结构优化研究

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。本文以保定市土地利用结构数据(2002~2009年)为基础,引入反映生态指标生态绿当量和土壤有机碳储量,评价研究区土地利用结构在不同发展阶段的生态效益,并且借助TOPSIS模型对历年土地利用结构进行生态合理度评价。在此基础上以经济发展和生态效益并重为目标,构建多目标优化模型,获得保定市2020年土地利用结构优化方案,调整内部用地结构,注重生态用地保护,生态效益和生态合理度得到提升,进而提出合理利用土地资源的建议。研究结果为保定市土地利用可持续发展以及土地利用总体规划修编提供借鉴和指导。     

基于NSGA-Ⅱ和GeoSOS-FLUS的喀什地区土地利用空间多目标优化

[目的] 对喀什地区进行土地资源的空间优化,为该区社会和经济的可持续发展提供理论支持。[方法] 设置了粮食安全、经济效益和生态效益(固碳量、产水量和土壤侵蚀)作为算法的多目标函数,通过NSGA-Ⅱ算法能够得到较为科学的土地利用数量结构优化,再通过GeoSOS-FLUS模型根据数量结构优化结果、自然条件和经济因素模拟土地利用空间优化。最后,通过Fragstats 4软件对优化结果进行景观格局分析。[结果] ①在3种优化结果下,GDP、固碳量、粮食产量都比未优化前多,土壤侵蚀有所降低。产水量只有在生态效益优先情况下提高了。②2005—2020年,耕地、建设用地都有不同程度的增加,水域、林地和未利用地都有不同程度的减少。③通过Fragstats 4对2020年土地利用数据、经济优先、生态优先和生态经济协调发展下优化结果进行分析。相对于优化前,3种优化结果下的香浓多样性和散布与并列指数都有所提高,斑块凝聚度和景观多样性也提高了。[结论] 6种土地利用类型在景观中呈均衡化趋势分布,草地过渡型的土地利用类型有所提高。优化后的土地资源能够较好地满足喀什地区生态可持续发展,其布局更加合理,为该区未来的土地资源的配置提供辅助决策服务。     

基于生态安全格局的干旱内陆河流域土地利用优化配置分区

为提高干旱内陆地区土地利用效率,促进土地资源可持续利用,该文以典型干旱内陆河流域石羊河为例,将GIS技术和土地利用优化空间配置模型应用到该流域土地利用优化配置研究中,提出了一种基于生态安全格局的土地利用优化配置新方法,并借助1986年、2000年和2014年3期土地利用数据对石羊河流域生态安全格局情景、耕地保护情景和自然发展情景3种模式下2030年的土地利用结构和布局进行了优化配置研究。研究结果表明：在生态安全情景下2030年耕地面积减少314.41 km2（5.32%）,但林地和草地面积分别增加1424.17 km2（33.85%）和1485.13 km2（12.05%）,同时未利用地也有较大幅度减少;而耕地保护情景则以土地开发和整治及宅基地还耕为主要目标,使得耕地到2030年增加5.85%（386.53 km2）,林地和草地分别增加7.61%（229.38 km2）和0.77%（84.58 km2）,而未利用地则减少3.91%（789.92 km2）;自然发展情景下其耕地、林地和草地到2030年均有减少,建设用地则有较大幅度增长。通过对3种综合考虑石羊河流域社会经济、生态及耕地保护等多方面的因素,研究结果认为耕地保护情景更为合理,既能保持耕地面积不减少,又能兼顾考虑生态恢复和城镇发展等方面的需求,而其它2种可为耕地保护情景进行补充和局部修正。     

土地利用的生态位及调控机制的研究

根据生态位态势理论，对土地利用生态位的理论与模型的建立进行了探讨。土地利用的生态位表征了不同土地利用类型占用新生境的能力，土地利用变化由土地利用的综合生态位驱动，但在市场经济条件下，土地利用变化实际上是由土地利用的经济效益决定的。为实现土地资源的合理利用，必须对土地利用的综合生态位进行调控，其调控的难点是土地利用生态效益和社会效益的经济量化。土地利用生态位的调控就是通过经济手段，制定相关政策和法规，调节土地利用的经济效益、生态效益和社会效益，从而促进土地利用结构的调整，达到土地利用的整体效果最佳。     

松嫩平原肇源县土地利用结构低碳优化研究

土地利用结构调整是实现低碳经济型发展模式的关键途径之一,以松嫩平原区肇源县为研究对象,从经济效益最大化和土地碳排放量最小化两方面出发,基于多目标规划方法,得到了2020年肇源县土地利用结构低碳优化方案并进行对比分析。结果显示:低碳优化方案中,农用地、建设用地和未利用土地相对面积比例依次为65.60%,7.24%和27.16%,与规划方案相比,碳排放量共减少2.62万t,对应经济效益增加量2.45亿元,与2005年相比,单位GDP碳排放强度下降46%,有效实现了碳减排目标。优化方案中,建设用地是最主要的碳源,其碳排放量占总量的98%以上;最主要的碳汇是林地和水域,二者碳吸收量之和为89%以上。以上结果表明以经济效益最大化和土地利用碳排放最小化为目标的土地利用结构低碳优化方案可以较好地兼顾经济效益和生态效益,并有效减少城市碳排放量。研究为该地区未来低碳经济发展提供指导意义。     

曹妃甸新区土地资源优化配置与模拟

采用线性规划模型,设定生态效益和经济效益作为目标函数,在土地面积、社会经济、生态环境等方面设置约束条件,对曹妃甸新区目标年土地利用结构进行优化配置研究,并将其结果作为CA-ANN模型约束条件,模拟曹妃甸新区土地利用空间布局。研究结果:(1)曹妃甸新区优化后,沿海滩涂和盐田减少较为明显,耕地略有所减,建设用地、港口码头和林地呈现增加趋势;优化后经济效益和生态效益均有所增加。(2)运用CA-ANN模型进行空间结构优化。模拟结果在空间布局以及其他规划的衔接上较为合理,为土地资源可持续利用提供借鉴。基于线性规划的CA-ANN模型能够实现土地资源的优化配置,研究方法较为合理,拓展了土地资源优化配置研究思路。     

黄河中上游区土地使用结构与布局复合优化

黄河中上游地区生态环境脆弱,空间发展问题突出,探索该区域土地使用结构和布局优化配置是实现黄河流域生态保护和高质量发展的有效途径。该研究以黄河中上游地区为研究对象,基于该区域土地使用、社会经济等数据,运用多目标规划（multi-objective programming, MOP）和PLUS模型模拟了惯性发展、生态保护、经济优先和生态-经济均衡4种情景下研究区未来土地格局和变化趋势,并在平衡生态与经济的目标下提出最优土地使用结构和布局方案。结果表明：1）4种情景下,土地使用比例结构存在较大差异;2）均衡情景下的区域土地使用结构和空间布局方案为最优,其综合效益值最高且达到19481.01亿元,与生态保护情景相比其经济效益（12223.88亿元）增长了4.03%,与经济优先情景相比其生态价值（77257.12亿元）增长了2.32%;3）经济优先情景下综合效益值为20273.96亿元,是4种情景下最高的。研究可为黄河中上游区域未来土地使用规划编制和土地可持续利用规划提供依据。     

基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置

土地利用优化配置是促进土地资源可持续利用的必要手段,然而现有模型在解决土地利用优化配置问题时存在一定缺陷。该文将多智能体系统的建模框架与遗传算法的计算框架有机结合,设计了土地利用规划多智能体决策框架,将多智能体在空间决策行为与遗传进化算子相结合,构建基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置模型,促进土地利用数量结构与空间布局向可持续方向发展。该文选取武汉市蔡甸区开展了实例应用研究,试验结果表明:模型能够合理地对区域土地利用数量结构与空间布局进行配置,协调不同土地利用决策主体的需求,明显提高了区域土地利用经济、社会和生态效益,促进区域土地资源可持续利用。     

基于低碳经济导向的土地利用结构优化研究——以福建省福州市为例

[目的]研究基于低碳经济导向的福州市土地利用结构优化方案,为相关部门进行土地利用规划及其调整提供参考。[方法]采用灰色多目标线性规划法,建立目标函数,获得土地利用结构优化方案。[结果]通过与土地规划方案对比发现,中碳排放型的的优化方案最佳。在该方案下,预计到2020年福州市土地碳排放量达1.30×107 t,土地经济效益为7 701.24亿元,土地生态效益为785.33亿元。[结论]低碳经济导向的土地利用结构优化方案有利于该区域经济效益的发挥和生态环境的改善,实现碳减排目标。     

基于改进包围盒树和GPU的水稻群体叶片间快速碰撞检测

为了解决水稻群体动态生长模拟过程中叶片间碰撞检测效率较低的技术问题,该文利用水稻叶片抛物线的形态结构特性以及CPU/GPU硬件加速特性,提出了水稻叶片混合层次包围盒树(mixed level tree,MLT)快速构造方法以及基于CPU/GPU的群体叶片快速相交检测方法。提出了新的OBB包围盒方向轴计算方式,降低了OBB包围盒构建的复杂度,在此基础上,利用单株叶片之间、群体叶片之间碰撞检测计算关系的依赖性,设计了CPU/GPU加速方案,并使用CUDA在Tesla 40加速卡上实现。对分蘖期大规模水稻群体叶片进行了效率对比试验,结果表明,水稻群体规模从2 000株增长到10 000株的过程中,本文提出的基于MLT的碰撞检测方法耗时是传统的AABB方法耗时的50%,是OBB方法耗时的30%,有效地提升了叶片之间的碰撞检测速度;同时,基于CPU的碰撞检测方法耗时呈线性增长,而利用CPU/GPU并行加速耗时相较于在CPU上的运行时间节省了98%,大幅度提升碰撞检测效率。该研究可为虚拟作物可视化仿真提供参考。     

土地利用的生态位及调控机制的研究

根据生态位态势理论,对土地利用生态位的理论与模型的建立进行了探讨.土地利用的生态位表征了不同土地利用类型占用新生境的能力,土地利用变化由土地利用的综合生态位驱动,但在市场经济条件下,土地利用变化实际上是由土地利用的经济效益决定的.为实现土地资源的合理利用,必须对土地利用的综合生态位进行调控,其调控的难点是土地利用生态效益和社会效益的经济量化.土地利用生态位的调控就是通过经济手段,制定相关政策和法规,调节土地利用的经济效益、生态效益和社会效益,从而促进土地利用结构的调整,达到土地利用的整体效果最佳.     

基于系统动力学的土地利用结构多目标优化

土地利用结构优化是编制土地利用总体规划的基础和核心。该文以吉林省西部为例,利用2000年和2010年2期TM遥感影像数据,结合野外调查及社会经济统计年鉴数据,基于经济-生态双重目标,利用SD-MOP（system dynamics-multi-objective programming）整合模型,对2020年吉林省西部土地利用结构进行了仿真与优化。结果显示,到2020年,在经济效益、生态效益分别增长7.43%、3.09%条件下,建设用地和耕地分别增加了349.89和2 705.74 km2,而林地、草地、水域、未利用地分别减少了12.75、11.51、270.43和2 772.56 km2;与利用单目标SD（system dynamics）模型优化方案相比,建设用地、耕地增幅分别下降了31.55%、14.97%,而林地、草地、水域和未利用地减幅分别下降了42.70%、20.99%、42.68%、29.34%。研究表明,SD-MOP优化方案优于单目标的SD优化方案。     

基于生态敏感性分析的江川区土地利用空间格局优化配置

为优化江川区土地利用空间格局,促进土地可持续发展,该文以云南省玉溪市江川区为研究区,将CLUE-S（conversion of land use and its effects at small region extent）模型和生态敏感性分析应用于江川区土地利用空间格局优化配置。以高度敏感区为CLUE-S模型中区域约束文件,突出研究区生态保护重点区域,并以综合生态敏感性分区为影响研究区土地利用变化的驱动力因子,提出一种将生态敏感性融入土地利用空间格局优化配置的过程和结果中的土地利用情景模拟方法,并借助2006年和2016年土地利用数据对江川区自然发展情景和土地生态优化情景2种模式下2025年的土地利用空间格局进行优化配置,并基于生态敏感性分区对优化配置模拟结果进行对比分析。结果表明：2种情景下2025年江川区土地利用格局既有共同特征也存在差异。在2种情景下均有效的保护了原有林地、耕地、未利用地和建设用地格局,但新增林地、草地等空间分布格局不同。根据2025年2种情景与2016年土地利用现状在不同敏感性区内主要土地利用类型分布情况表明,情景二土地利用空间格局优于自然发展情景和2016年土地利用现状。研究结果认为土地生态优化情景更为合理,该结果可为江川区生态保护和城镇发展提供参考。     

陕西省县域土地利用协调发展度评价

土地利用协调发展度评价对区域土地资源的利用具有重要指导意义。基于土地利用的生态服务价值指数,以陕西省101个县区为例,从土地利用的社会经济发展水平和生态环境质量两个方面建立了土地利用协调发展度评价模型,对陕西省各县区的土地利用协调发展度进行综合评价。研究结果表明,基于生态系统服务价值(ESV)核算的土地利用效益评价可在一定程度上反映土地利用潜力,为全面分析土地利用协调发展度提供了较好的视角同时,陕西省各县市土地利用的地均经济效益和社会效益协调度明显高于二者与生态效益之间的协调度榆林、延安市及周边县市的土地利用协调发展度较高,总体协调发展度呈北高,南低,关中塌陷的状态。因此,经济发展过程中应更加注重生态环境的保护,以增强土地承载能力。     

基于区域土壤水分供给量的土地利用优化模式

与以数量结构生态优化为目标的土地利用优化配置不同，提出了基于主要生态过程的土地利用空间格局优化的思路。借助于地理信息系统等技术，在对主要生态水文过程模拟的基础上，建立了土地利用最小耗费表面模型，探讨了土地利用时空格局优化模式研究的技术途径。最后，以受沙质荒漠化威胁地区较严重的鄂尔多斯高原的考考赖沟流域为例，对模型进行了应用研究。     

商洛市土地利用结构优化的情景分析

以陕西省商洛市为例,借助灰色线性规划模型,对宏观的土地利用结构优化进行了情景设定与分析。研究结果表明,在未来10 a内,商洛市土地利用结构仍以农用地为主,适宜发展以林为主,林农结合的复合经营方式,建立立体复合生态系统,保护湿地,防止水土流失;在土地利用结构优化过程中,要充分考虑区域发展的整体效益和长远利益,注重经济效益、社会效益和生态效益的协调统一。研究表明,情景分析在土地利用结构优化中具有可行性,在宏观市域尺度上的土地利用结构优化配置中具有有效性。     

基于CLUE-S模型县域土地利用情景模拟与碳排放效应分析

土地利用与变化产生的碳排放是国家温室气体排放清单核算中的重要组成部分。该研究以辽宁省沈阳市法库县为研究区域,基于2013年土地利用现状数据,运用CLUE-S模型对法库县2019年土地利用变化格局进行模拟与验证。在此基础上,通过设置基线情景、农业发展、建设发展、生态保护、土地利用结构优化5种模拟情景预测2030年法库县土地利用分布空间格局及各情景下土地利用碳收支状况。结果表明：1）CLUE-S模型对法库县土地利用格局变化具有良好的模拟能力,Kappa系数为0.989 6,模拟总体精度达到99.14%;2）在5种模拟情景中,土地利用结构优化情景下2030年法库县土地资源利用效果最优,是法库县中长期发展阶段较为适宜的土地利用模式;3）法库县2013-2019年碳排放量增长5.53%。5种模拟情景同2019年相比,除生态保护和农业发展情景外,其余模拟情景下法库县碳排放量均呈现增长趋势,其中土地利用结构优化情景增幅最小,为2.29%。研究结果可为法库县土地利用优化布局、国土空间规划编制及碳减排相关政策制订提供参考依据和决策支持,研究方法也可为其他区域土地利用格局预测及碳收支变化提供借鉴。     

黄河三角洲自然保护区土地利用格局空间优化模拟

空间优化模型能够实现多管理目标下的土地利用格局空间优化,为管理者制定保护政策提供参考。该文以黄河三角洲自然保护区为研究区域,基于保护区的多目标管理需求,设计了3种用于协调丹顶鹤生境保护和社区可持续发展的情景模式,并采用土地利用空间优化(land use pattern optimization,LUPO)模型,模拟实现了不同情景模式下的保护区土地利用格局空间优化配置。模拟结果表明:情景A通过将光滩和芦苇滩等转为丹顶鹤喜好的翅碱蓬滩涂和柽柳-翅碱蓬滩涂,实现使丹顶鹤适宜生境面积增加30%的生态效益目标,但年经济收益增幅仅为11%;情景B通过将农田、芦苇滩和光滩等转为年经济效益更高的虾池,使区域年经济效益增长54%,但丹顶鹤适宜生境面积变化较小,生境更为破碎化;情景C通过将光滩等转为翅碱蓬滩涂,将农田等转为虾池,分别使丹顶鹤适宜生境面积增加24%和区域年经济效益增长41.3%,是一种双赢方案。研究结果表明,该模型可用于保护区土地利用格局空间优化,协调物种保护和经济发展之间的平衡关系,但需对模型结构和参数进一步优化设计。