万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
分形理论在土壤学应用中的研究进展 发表时间：2018-06-13T10:30:25.407Z 来源：《基层建设》2018年第12期作者：张苏茂 [导读] 摘要：近些年，分形理论逐渐致力于土壤学应用中，结合现已展开的工作，对分形理论在土壤学中应用的相关研究领域进行展望，希望有更多的帮助。 陕西省土地工程建设集团陕西西安 710000 摘要：近些年，分形理论逐渐致力于土壤学应用中，结合现已展开的工作，对分形理论在土壤学中应用的相关研究领域进行展望，希望有更多的帮助。 关键词：分形理论；土壤学；土壤特性 引言 本文深入剖析了分形理论在土壤学研究中各个方面应用的研究进展、存在的不足和突出问题，以期能引起更多学者对分形理论在土壤学研究的持续关注和思考，藉以推动土壤粒径分形的深入发展，对土地合理整治利用、结构调整等都有重要的理论意义和指导作用。 1分形理论的概念 分形理论是一种非线性科学理论，可以根据某物质的自相似性描述复杂无序且标度不变的系统，探究混沌事物内部的精细结构，故其理论与方法已被广泛应用于自然科学和社会科学各个领域，成为当今国际上许多学科的前沿研究课题之一。土壤的自然属性决定了其合理利用的必要性，从表面上呈现为不规则自相似的精细几何体，利用分形理论可以揭示看似无序的土壤形态背后的规律，找到局部之间、局部与整体的本质联系。 2分形理论在土壤学中的应用 2.1分形在表征土壤粒径分布方面的应用 土壤粒径分布是表征土壤质地和结构的基本属性，也是研究土壤肥力、孔隙分布状况、水力特性、空间异质性等土壤特性的前提和基础。土壤粒径分布具有明显的分形特征，引入分形理论可以弥补传统方法的不足，更好的反映土粒的各层级结构关系。相比较单分形参数只能用来表征粒径分布的整体特征，多重分形参数可以更好的反映土粒分布的非均匀程度，具有较高的精准度与灵敏性。例如：Miguel等利用多重分形理论来研究土粒分布状况与各土壤特性之间的关系；Wang等分析了不同土壤重构方案的多重分形谱，土壤的物理性质受重构模式的影响而表现出不同质量变化规律，可以为量化不同土地复垦方式的土壤质地状况提供理论依据。目前学者在土粒分布方面的研究多集中在不同地类的分形维数对比分析，单分形、多重分形参数可以作为表征土壤质量状况的潜在性指标，且土壤质地和各分形维数之间存在显著相关的关系，可以用土壤粒径分布分形维数反映土壤质地的差异和土壤的通透性。分形与土壤特性之间相关关系的研究已经较为深入，但是分形理论只在一定范围内有意义，且对理论本身的研究较少，在今后的研究中应不断完善分形理论，找到其在时间、空间等不同尺度均适用的尺度转换方式，突破分形理论应用的空间局限性。 2.2在土壤团粒结构和肥力方面的应用 土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，影响着土壤的理化性质。团聚体的数量和大小是决定土壤侵蚀、压实、板结等物理过程速度和幅度的关键指标，其稳定性是也反映土壤结构状况的重要指标之一，它不仅在调节土壤肥力、维持土地生产力方面具有重要作用，而且与土壤的抗蚀能力以及环境质量具有密切关系。除此之外，分形理论还在与土壤形成有关的地理环境的分形特征研究和土壤形成环境的预测中也发挥了它强大的作用。 2.3分形在描述土壤化学性质的应用 近年来利用分形理论对土壤特性的研究多集中在对土壤物理特性的分析上，而忽视分形在土壤化学特性研究方面的优势。土壤各参数指标随空间位置的变化具有自相关性，对土壤中微量元素的分析多采用显色示踪法等来探究其空间分布规律，利用分形理论能够实现土壤中微量元素空间变异性的定性定量分析，更为直观有效。在今后的研究中可以尝试建立分形维数与土壤微量元素之间的相关关系，有利于快速获取土壤状况信息。同样的，土壤污染也是长期以来的难题，利用分维数可以定量描述土壤重金属元素的含量及其空间分布状况，有效监测土壤质量，这也是分形理论在描述土壤化学性质方面应用的一个重要的发展前景。 2.4分形在模拟土壤物理水分特征参数方面的应用 土壤的水分特征参数可以精确刻画土壤水流特征，揭示和模拟土壤水流与溶质运移转换规律，对研究土壤的形态特征有重要作用。土壤具有较强的时间、空间异质性，受土壤水分运移的滞后效应及人为因素的影响，直接测定土壤水力特性的实验方法耗费时间且成本较高，应用分形理论对定量表征土壤的结构特征和预测复杂的水力特性参数等有其独特的优势，不仅能从统计学意义上分析水分特征参数的变异状况，而且可以代表空间结构变异，可用于大范围研究。分形理论可以有效模拟预测土壤的物理水分特征参数。由于分形维数可以反映土壤质地结构，且土壤水分均匀流动具有多重分形特征，所以土壤结构分形维数能够刻画土壤水力特性参数。结合不同的结构模型可以推导出土壤水力传导度，拟合出土壤水分特征曲线的分形特征，以及土壤水分扩散度的经验关系式。应用多重分形配分函数和奇异谱，分析土壤各物理性质的分维值与土壤物理水分特征参数分维值之间的相关关系，通过土壤传递函数等对不同尺度、不同区域的土壤水力特性进行精确预测。分形理论对于实现尺度转化，分析不同尺度的土壤水力特性有较大的优势。土壤中的物理、生化过程交叉共同作用使得土壤水力特性存在空间变异，不同研究尺度其影响因子有所差异，因此尺度转换是非常复杂的。利用多重分形、联合多重分形可以将不同土壤水分特征参数变量与不同尺度的统计特征联系起来，得到多重奇异谱，直观反映其空间序列的空间变异性和尺度特性，更为深入的揭示水力特性的空间变异机理。 3分形理论在土壤中研究的不足与展望 分形理论自身还存在一些科学问题这一点是学术界所公认的。有关分形理论的研究现状几乎遇到了瓶颈，它无法打破刻画地理事物特征量的单一性，而学者们又发现，分形维数这一唯一表征量却又受到各种各样的复杂因素影响，使得它成了几乎反应了土壤特征的所有指标的综合指标，因此很难从它中剥离出某一特征进行详细深入的分析；这也给它在土壤学中的应用带来了第二个不足，只能停留在对土壤特征的揭示上，而对土壤结构的动态演化过程的研究相对不足，因此也就无法从分形维数的变化中找出研究对象的内在规律性和变化的动力机制；第三，虽然已有学者用分形理论来对土壤地理环境和土壤形成环境的进行研究和预测，但研究的力度和深度还远远不够，它没有与传统的预测环境手段向结合，并且对其的正确性和准确度还有待考究;第四，土壤分形维数与植物生长关系的研究还于一片空白，既然分
分形理论及其在水处理工程中的应用 凝聚和絮凝是混凝过程的两个重要阶段, 絮凝过程的完善程度直接影响后续处理(沉淀和过滤)的处理效果。但絮凝体结构具有复杂、易碎和不规则的特性，以往对絮凝的研究中由于缺乏适用的研究方法，通常只考虑混凝剂的投入和出水的混凝效果, 而把混凝体系当作一个―黑箱‖, 不做深入研究。即使考虑微观过程, 也只是将所有的胶粒抽象为球形, 用已有的胶体化学理论及化学动力学理论去加以解释[1]，得出的结论与实验中实际观察到的胶体和絮凝体的特性有较大的差别。尽管有的研究者在理论推导和形成最终的数学表达式时引入了颗粒系数加以修正, 但理论与实验结果仍难以一致。而分形理论的提出，填补了絮凝体研究方法的空白。作为一种新兴的絮凝研究手段, ,分形理论启发了研究人员对絮凝体结构、混凝机理和动力学模型作进一步的认识。 1 分形理论的概述 1.1 分形理论的产生 1975年[2],美籍法国数学家曼德布罗特（B. B. Mandelbrot）提出了一种可以用于描绘和计算粗糙、破碎或不规则客体性质的新方法，并创造了分形(fractal) 一词来描述。 分形是指一类无规则、混乱而复杂, 但其局部与整体有相似性的体系, 自相似性和标度不变性是其重要特征。体系的形成过程具有随机性,体系的维数可以不是整数而是分数[3]。它的外表特征一般是极易破碎、无规则和复杂的,而其内部特征则是具有自相似性和自仿射性。自相似性是分形理论的核心，指局部的形态和整体的形态相似，即把考察对象的部分沿各个方向以相同比例放大后,其形态与整体相同或相似。自仿射性是指分形的局部与整体虽然不同, 但经过拉伸、压缩等操作后, 两者不仅相似, 而且可以重叠。 分形理论给部分与整体、无序与有序、有限与无限、简单与复杂、确定性与随机性等概念注入了新的内容，使人们能够以新的观念和手段探索这些复杂现象背后的本质联系。 1.2 絮凝体的分形特性 絮凝体的成长是一个随机过程, 具有非线性的特征。若不考虑絮凝体的破碎, 常规的絮凝过程是由初始颗粒通过线形随机运动叠加形成小的集团, 小集团又碰撞聚集成较大集团, 再 进一步聚集，一步一步成长为大的絮凝体。这一过程决定了絮凝体在一定范围内具有自相似性和标度不变性, 这正是分形的两个重要特征[4], 即絮凝体的形成具有分形的特点。 2 絮凝体的模拟模型 2.1 絮凝体的分形结构模型 为了更好地了解絮凝体的形成过程并尽可能地加以预测, 经过大量的研究提出了众多的絮
第四章土地利用结构调整与布局优化 第一节土地利用结构调整 根据全县土地利用战略、土地利用目标和任务的要求，合理调整规划期间土地利用结构如下： 规划到2010年，全县农用地面积调整到165408.54公顷，占土地总面积比例为97.04%，比2005年增加0.09%；全县建设用地总量控制在2700.00公顷以内，占土地总面积比例为1.58%，比2005年提高0.18%；其他用地面积调整到2349.53公顷，占土地总面积1.38%，比2005年降低0.27%。 规划到2020年，全县农用地面积调整到165044.20公顷，占土地总面积比例为96.82%，比2005年降低0.12%；全县建设用地总量不高于3267.00公顷，占土地总面积比例为1.92%，比2005年提高0.52%；其他用地调整到2146.97公顷，占土地总面积1.29%，比2005年降低0.39%。 一、农用地结构调整 严格保护耕地，耕地和基本农田保护面积不减少；适当扩大园地面积，保持林地资源优势，略有增加；其他农用地面积略有减少。 (一)耕地 到2010年耕地总面积为17314.00公顷，占全县土地总面积10.16%，期间耕地增加2183.49公顷；2020年耕地总面积16864.52公顷，占全县土地总面积9.89%，2006～2020年间共增加耕地1734.01公顷。 (二)园地
到2010年园地面积为9755.52公顷，占土地总面积的5.72%，期间园地增加4731.70公顷；2020年园地面积为9833.35公顷，占土地总面积的5.77%，2006～2020年园地面积增加4809.53公顷。 (三)林地 到2010年林地面积为134267.52公顷，占土地总面积的78.77%；2020年林地面积为134267.52公顷，占土地总面积的78.77%；2006～2020年林地面积减少5691.24公顷。 (四)其他农用地 到2010年其他农用地面积为4071.50公顷，占土地总面积的2.39%，期间其他农用地减少1069.00公顷；2020年其他农用地面积为4078.81公顷，占土地总面积的2.39%，2006～2020年其他农用地面积减少1061.69公顷。 二、建设用地结构调整 加强建设用地节约集约利用，严格控制建设用地规模。合理调整建设用地内部结构，确保县级以上重点建设项目的用地需求。各类建设用地应以内涵挖潜为主，尽可能利用非耕地。规划期间，城镇工矿用地适度扩大，交通、水利等基础设施用地相应增加，农村居民点用地适度减少，城乡建设用地结构进一步优化。 (一)城镇工矿用地 到2010年城镇工矿用地面积为600.00公顷，占土地总面积的0.35%，期间增加面积144.59公顷，其中占用农用地118.20公顷，占用耕地65.30公顷；2020年城镇工矿用地面积为866.00公顷，占土地总面积的0.51%，2006～2020年城镇工矿用地面积增加410.59公顷，其中占用农用地400.40公顷，占用耕地181.56公顷。 (二)农村居民点用地
分形理论 在多年大量实践与探索的基础上，我于96年年底完成了论文<<大系统随机波动理论>>, 随后又在近一年的运作实践中不断进行了修正与完善，自信已经形成一个比较合乎现实逻辑的理论体系。该论文结合当今数学与物理学界最热门的研究领域之一--- 以变化多姿杂乱无章的自然现象为研究对象的分形理论，从最基本的概念与逻辑出发阐明了波动是基本的自然法则, 价格走势的波浪形态实属必然；阐明了黄金分割率的数学基础及价值基础, 价格波动的分形、基本形态及价量关系, 并总结了应用分析的方法与要点等等；文中也多次引用我个人对分形问题的研究成果；另外也指明了市场中流行的R.N. 埃劳特的波浪理论的基本点的不足之处。在国内基金业即将进入规范的市场化的大发展时期之际，就资金运作交易理论进行广泛的交流与探讨，肯定与进行有关基金的成立、组织、规范管理等方面的交流与探讨同样有意义。我尽力用比较通俗的语言描述并结合图表实例分析向读者介绍有关价格波动理论研究的基本内容与使用要点，供读者朋友参考。 一、分形理论与自然界的随机系统 大千世界存在很多奇形怪状的物体及扑溯迷离的自然景观, 人们很难用一般的物质运动规律来解释它们, 象变换多姿的空中行云, 崎岖的山岳地貌, 纵横交错的江河流域, 蜿蜒曲折的海岸线, 夜空中繁星的分布, 各种矿藏的分布, 生物体的发育生长及形状, 分子和原子的无规运动轨迹, 以至于社会及经济生活中的人口、噪声、物价、股票指数变化等等。欧氏几何与普通的物理规律不能描述它们的形状及运动规律, 这些客观现象的基本特征是在众 多复杂因素影响下的大系统(指包括无穷多个元素)的无规运动。通俗一点讲, 这是一个复杂的统计理论问题, 用一般的思维逻辑去解决肯定是很困难的或者说是行不通的。70年代曼德尔布罗特(Mandelbrot,B.B.)通过对这些大系统的随机运动现象的大量研究,提出了让学术界为之震惊的“分形理论”, 以企图揭示和了解深藏在杂乱无规现象内部的规律性及其物理本质，从而开辟了一个全新的物理与数学研究领域，引起了众多物理学家和数学家的极大兴趣。 所谓分形, 简单的讲就是指系统具有“自相似性”和“分数维度”。所谓自相似性即是指物体的（内禀）形似,不论采用什么样大小的测量“尺度”，物体的形状不变。如树木不管大小形状长得都差不多, 即使有些树木从来也没见过, 也会认得它是树木；不管树枝的大小如何，其形状都具有一定的相似性。所谓分形的分数维, 是相对于欧氏几何中的直线、平面、立方而言的, 它们分别对应整数一、二、三维，当然分数维度“空间”不同于人们已经习惯的整数维度空间，其固有的逻辑关系不同于整数维空间中的逻辑关系。说起来一般人可能不相信，科学家发现海岸线的长度是不可能（准确）测量的，对一个足够大的海岸线无论采用多么小的标尺去测量其长度发现该海岸长度不趋于一个确定值！用数学语言来描述即是海岸线长度与测量标尺不是一维空间的正比关系，而是指数关系，其分形维是1.52；有理由相信海岸线的形状与这个分数维有内在关系。 一个全新的概念与逻辑的诞生，人们总是有一个适应过程，但是无数事实已经证明，合理的（或者说不能推翻的）逻辑在客观现实中总能找到其存在或应用的地方的。本世纪初, 爱因斯坦将物质运动从三维空间引到四维空间去描述, 从而产生了一场科学与认识上的革命, 爱因斯坦的相对论不仅让人类“发现”了原子能，而且更重要的是其极大地推动了人们对太空与原子（和微观粒子）的认识层次与能力的提高，但愿分形理论的诞生也具有同样意义，也许在生命（生物）科学与环境科学领域将发现分形理论的重大价值。 下面结合三分法科赫曲线（KOCH）来进一步说明自相似性的意义。如附图一所示, 将一条1个单位长度的线段, 分三等份, 去掉中间的一份并用同等长度的等边三角形的两条边取代之, 随后用同样的方法不断循环地操作五次, 即得这些图形。由科赫曲线明显可以看出,
第22卷第1期武汉冶金科技大学学报(自然科学版) Vol.22,No.11999年3月J.of Wuhan Y ejin Uni.of Sci.&T ech.(Natural Science Edition ) Mar.,1999 收稿日期:1998-11-17 作者简介:盛建龙(1964-),武汉冶金科技大学资源工程系,副教授. 文章编号:1007-5445(1999)01-0006-03分形理论及岩石破碎的分形特征 盛建龙1 刘新波1 朱瑞赓2 (1.武汉冶金科技大学资源工程系,武汉,430081;2.武汉工业大学建筑学院,武汉,430070) 摘要:介绍了分形的基本概念,分析了4种分维数的确定方法,进而探讨了岩石破碎过程中的分形特征。关键词:分形;分维;岩石破碎 中图分类号:O18;P616.3 文献标识码:A 分形几何(fractal geometry )创立于本世纪70年代,是由法国数学家曼德尔布罗特(B.B.Man 2delbrot )提出的。分形(fractal )一词是B.B.Mandel 2brot 从拉丁文fractus (断裂)创造的新词[1],意思是破碎、细片、分数、分级,等等。分形几何学主要研究一些具有自相似性(self 2similar )的不规则曲线和形状,具有自反演性(self 2reverse )的不规则图形以及具有自平方性(self 2squaring )的分形变换和自仿射(self 2affine )分形集,等等。而自相似性的不规则曲线和形状是分形几何研究的主体内容[2]。因此,分形几何学的出现,为更准确地研究自然现象的内在机理提供了一种新方法。 近年来,分形几何被广泛地应用于物理学、生物学、地理学、冶金学、材料学、计算机图形学等领域。从几何学的角度来研究不可积系统即耗散结构图形或浑沌吸引子图形的自相似性,并把复杂多变的自然现象看作是无限嵌套层次的精细结构[3],使分形理论与耗散结构理论、协同论、混沌理论、渗透理论等这些与非线形复杂现象有关的理论成为新的思想和理论模型。 1 分形与分维 分维(fractal dimension )是分形几何学定量描 述分形集合特征和几何复杂程度的参数。经典的欧几里德几何的研究对象是极规则的几何图形,是拓扑学意义下的整数维(记为D T )。它反映的是确定一个点在空间的位置所需独立坐标的数目或独立方向的数目。在经典几何学中,一个点是 零维的,一条(光滑)曲线是一维的,一个曲面是二维的。豪斯道夫(Hausdorff )于1919年引入维数概念,以Hausdoff 度为基础,提出了维数可以是分数,即分数维。下面简要介绍4种常见的分维定义。1.1 相似性维首先以Von K och 曲线为例,通过曲线的构造过程来分析相似维数。如图1所示,起始于n =0的单位长度线段称为Von K och 曲线的零阶生成;将直线段中间的1/3用边长为1/3直线段长的等边三角形的另外两段取代,得到n =1的Von K och 曲线生成元,称为第一阶生成;把第一阶生成的4个直线段类似于第一阶生成进行变形,就得到Von K och 曲线的第二阶生成;类似地无穷变形下 去,最后得到的曲线(n →∞)就是Von K och 曲线 。 图1 V on K och 曲线的构造过程 由Von K och 曲线可以看出,每一折线与整
土地利用现状分类 王川 一、概述 （一）土地分类体系 土地分类因目的不同，形成不同的土地分类体系。 1、土地自然分类体系：如土地坡度级 2、土地评价分类体系：如城市土地定级 3、土地综合分类体系：如土地利用现状分类 （二）土地分类特点 土地利用现状是土地资源自然属性和经济特性利用状况的反映。土地利用类型划分具有如下特点： 1、在自然、经济和技术条件的综合影响下形成的产物 2、在一定的空间分布上服从社会经济自然条件，在地域分布上可以是单独成块，也可以是连成片 3、类型、面积数量、分布是随着社会经济技术自然条件的变化而变化 （三）土地利用分类的意义 土地利用现状的分类数据是国家制定国民经济计划和有关政策，发挥土地宏观调控作用，加强土地管理，合理利用土地资源，切实保护耕地的重要依据。 （四）制定统一土地利用现状分类标准的重要性
1、土地资源管理的需要 管理、保护和合理利用土地资源首先要对对土地利用状况进行统一的分类、调查、登记和统计，需要制定统一的土地利用现状分类标准。 2、统一不同土地分类标准的需要 目前存在着许多有关土地的分类，其标准和含义不完全统一，造成在土地调查和统计上口径不一、数出多门，给管理和决策带来很大的困难《国务院关于深化改革严格土地管理的决定》（国发﹝2004﹞28号）要求“国土资源部要会同有关部门抓紧建立和完善统一的土地分类、调查、登记和统计制度，启动新一轮土地调查，保证土地数据的真实性。” 3、国家宏观调控和科学决策的迫切需求 当前，土地参与国民经济宏观调控，编制土地利用规划，制定土地供应、保护、开发、集约和节约利用政策，都需要经统一分类汇总的各地类面积数据作为决策的重要依据 二、我国土地分类体系的发展 （一）1984年土地利用现状分类 1984年9月，由全国农业区划委员会颁布的《土地利用现状调查技术规程》中制定了“土地利用现状分类及其含义”，采用两级分类，其中一级类8个，二级类46个，这就是我们所称的“8大类土地分类”。第一次土地利用现状调查以及后来的变更调查都采用此分类，从1984年颁布开始，一直沿用到2001年12月。
第26卷第9期农业工程学报V ol.26No.9 2010年9月Transactions of the CSAE Sep.2010321基于粒子群算法的城镇土地利用空间优化模型 马世发1，何建华1,2※，俞艳3 （1．武汉大学资源与环境科学学院，武汉430079；2．武汉大学教育部地理信息系统重点实验室，武汉430079； 3．武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉430070） 摘要：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。 关键词：土地利用，智能体，GIS，粒子群优化，空间优化 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.09.053 中图分类号：S156.4+1文献标志码：A文章编号：1002-6819(2010)-09-0321-06 马世发，何建华，俞艳.基于粒子群算法的城镇土地利用空间优化模型[J].农业工程学报，2010，26(9)：321－326. Ma Shifa,He Jianhua,Yu Yan.Model of urban land-use spatial optimization based on particle swarm optimization algorithm[J]. Transactions of the CSAE,2010,26(9):321－326.(in Chinese with English abstract) 0引言 土地利用结构优化是土地资源优化配置的核心，长期以来受到了相关学者的广泛关注，形成了线性规划、多目标优化和多准则优化决策、系统动力学、景观生态学、逻辑回归、遗传算法、元胞自动机等模型[1-4]。然而，传统的土地资源优化配置模型大多偏向于对土地数量结构进行优化，不能做到数量结构和空间结构的有效统一。如何有效地把土地利用目标匹配到具体的用地单元是目前的一个重要研究内容。计算机技术和地理信息技术的发展为土地资源利用决策过程中进行空间分析提供了重要的技术支持，而土地利用优化往往是一个多目标优化问题，传统的数学方法已经不能满足大量的高性能优化计算，空间信息学的智能化发展为空间决策支持提供了重要支撑[5]，因而将智能优化算法和GIS功能相结合，构建智能的土地利用优化配置模型以实现土地资源数量和空间上的合理配置，成为了相关人员的研究热点，推动了土地资源结构优化研究的发展。如黄波等人用逻辑回归模型[6]；刘艳芳、董品杰等人用遗传算法优化土地空间结构[7-8]；邱炳文等人的多目标元胞自动机混合模型[9]；徐昔宝用元胞自动机研究城市空间扩展等等[10-12]。遗传算 收稿日期：2009-07-24修订日期：2010-08-20 基金项目：国家自然科学基金项目（40701143，40701145）；测绘遥感信息工程国家重点实验室自主研究项目基金. 作者简介：马世发（1985－），男，湖北宜昌人，主要从事智能优化决策、空间数据挖掘及GIS技术应用等。武汉武汉大学资源与环境科学学院，430079。Email:whuma@https://www.doczj.com/doc/647770895.html,. ※通信作者：何建华（1974－），男，湖北武汉人，副教授，主要从事地理信息科学研究等。武汉武汉大学教育部地理信息系统重点实验室，430079。Email:hjianh@https://www.doczj.com/doc/647770895.html,.法虽然具有较强的全局优化能力，但是涉及到复杂的图斑编码，程序实现较为困难，且空间搜索关联性不强；多目标控制下的元胞自动机模型是在多目标优化结果的基础上用元胞自动机进行时序模拟，但是元胞自动机受邻域束缚，不能实现跨空间搜索。粒子群优化算法（particle swarm optimization，PSO）是一种进化算法，源于对鸟群捕食行为的研究，能对多维非连续决策空间进行并行处理分析，目前已有学者把粒子群引入空间优化领域，如Sylverin Kemmoé等人的粒子群优化模型[13]；杜国明等人用粒子群优化算法进行的空间优化决策选址研究[14]，验证了PSO进行空间优化决策的可行性。在研究现有土地空间优化模型的基础上，结合粒子群算法的空间搜索特性，利用粒子群的群体空间分布模拟土地利用空间格局，构建了基于粒子群算法的土地利用空间优化模型。根据中国土地利用总体规划土地分类的相关法规，将模型优化地类单元按照GB/T21010－2007土地利用现状分类标准优化到二级地类图斑，本文据此使用粒子群算法构建了土地利用空间优化模型，并以县域中心城区城镇土地扩张为研究区进行实例研究，验证了PSO 在统一土地利用数量结构和空间结构的有效性。 1PSO土地空间优化模型 1.1模型总体设计思路 粒子群算法原理要求在解空间随机布点（粒子），粒子通过历史最优值p b和全局最优值p g在权重的控制下不断更新自己的位置和速度来搜寻最优解。在应用PSO进行土地空间优化时，核心思想是利用粒子的空间分布模拟土地利用空间格局，即每个土地利用图斑用其代表点如重心抽象为1个粒子，每个粒子有自己的地类（k）和位置（x，y），同一个地类（如建设用地）的粒子构成粒
新疆农业大学 专业文献综述 题目: 土地利用结构分析研究综述姓名: XXX 学院: 管理学院 专业: 土地资源管理 班级: 土地资源管理XXX班 学号: XXXXXXX 成绩: XX 指导教师: XXX 职称: XXX 2014年12月12日 新疆农业大学教务处制
土地利用结构分析研究综述 作者：XXX 指导教师：XXX 摘要：土地是人类赖以生存的重要自然资源和物质财富，人类因生产生活的需要开展各种各样的土地利用活动。土地利用活动受自然条件、经济社会发展和技术手段等多种因素的制约。土地资源及其利用程度，反映了一个地区国民经济发展规模和水平。土地利用结构是区域内各种土地利用类型质与量的对比关系以及各用地类型组合而成的格局，土地利用结构决定土地利用功能与土地利用效率。本文从国内外有关土地利用结构研究出发，从四个方面重点分析了当前有关于土地利用结构的状况，归纳总结了当前研究所存在的优缺点，指出了土地利用结构优化研究未来的发展趋势。 关键词：土地利用；土地利用结构；土地利用效益 土地是社会经济可持续发展的基础。在资源有限、人增地减、社会需求不断增长的客观现实下，合理利用现有土地资源，保持土地资源与经济和生态环境的协调发展是实现可持续发展的重要保证[1]。土地利用变化是自发性过程和自组织过程综合作用的结果，自发性过程取决于土地利用需求、供给和局地条件，自组织过程则是土地利用时间序列的结果[2]。土地利用系统是一个复杂的综合系统，其结构变化受到自然、社会、经济等诸多因素的影响；同时，土地利用结构的变化又反作用于自然、社会和经济系统。结构决定功能，功能产生效益，一定时期内的土地利用结构与土地利用效益变化之间存在对应关系，土地利用结构的合理化是土地利用效益最大化的基础。 1 国外土地利用研究进展 土地利用结构是一个复杂的巨系统，它与经济社会、国家政策等密切相关，土地利用的发展是多种因素相互交织、共同作用的结果，随着经济社会的逐步发展，土地利用与区域经济的关系愈加趋于紧密，两者在多方位、多层次上相互影响[3]。关于土地利用结构方面的研究在国外有四个发展阶段：开始于19世纪末20世纪初的西方资本主义文明的工业革命，围绕工业革命出现而导致的土地利用配置结构等问题的研究；到了20世纪上半叶，土地利用规划只是传统的建设
论文摘要对2007年8月颁布的《土地利用现状分类》国家标准（GB/T21010-2007）和2002年1月起实行的《土地分类（试行）》进行了分析比较，指出新标准的不足之处，并提出了改进的建议，以便于在土地利用现状调查、评价、规划、管理等方面更好地发挥作用。 2007年8月，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会共同发布了由中国土地勘测规划院和国土资源部地籍管理司起草的《土地利用现状分类》国家标准（GB/T21010-2007）[1]，标志着我国的土地利用分类开始进入了“国标”时代。在此之前，我国应用最为广泛的土地利用分类是2002年1月起开始试行的国土资源部制定的城乡土地统一分类，即《土地分类（试行）》[2]。《土地分类（试行）》的制定与实施对我国土地管理实践和科学研究工作产生了重要的意义，基本满足了土地管理及社会经济发展的需要，为完成我国土地利用现状调查和城镇地籍调查、土地登记和统计等工作发挥了重要作用。然而，随着城乡一体化进程的加快，实施全国土地和城乡土地统一管理已提到议事日程，在实际工作中也要求城乡土地统一分类，以利于全国城乡土地统一管理和调查成果的应用。2007年7月国务院决定开展第二次全国土地调查，为保证调查质量、获得准确的基础数据，亟需出台分类体系更为完善、更具有权威性的国家标准。在这样的背景下，《土地利用现状分类》国家标准应运而生[3]。 1 新旧分类体系的对比 《土地利用现状分类》国家标准与原《土地分类（试行）》部颁标准的分类体系比较，最大的区别在于国家标准采用一级、二级2个层次，其中的一级相当于《土地分类（试行）》标准的二级，二级相当于《土地分类（试行）》标准的三级，即取消了《土地分类（试行）》标准中的3个一级分类（农用地、建设用地和未利用地等三大类型），使得12个一级类不受三大地类框架的限制而自成体系。 1.1农用地部分 《土地利用现状分类》国家标准，对农用地各类型作了进一步归纳，但是，与《土地分类（试行）》相比，现行的土地分类仍有些不妥之处。 （1）在“耕地”部分中，首先，把原来的“灌溉水田”和“望天田”合并为“水田”，从水田的含义来看，这实际上是取消了“望天田”这一分类。事实上，尽管随着各地的退耕还林还草措施的实行，望天田的面积有所减少，但目前我国的“望天田”面积依然还是比较大的，2007年仍达3 000多万公顷。也就是说，望天田在我国坚守1.2亿公顷耕地红线战略目标中仍占有重要地位，不应被取缔。其次，取消了菜地，即把菜地归并到水浇地之下。从杜能的《孤立国》农业区位论中可知，距城市最近的一圈，离市场最近，多是种植蔬菜、园艺作物等农作物，而水浇地则主要分布在更外圈的农村地区，显然二者分布明显有别，尤其在城市周围，笼统地把菜地和水浇地混为一谈，就混淆了不同土地的集约经营程度，不利于城市规划，也不利于“菜篮子”工程建设，容易造成管理上的混乱。 （2）在“园地”中，把“桑园、橡胶园”归并到了“其他园地”之中。在我国的南方一些省份，存在着大面积的桑园、橡胶园，有的还属于支柱产业，如海南和云南西双版纳等地的橡胶产业。因此，这样归并分类，既不利于分门别类地对各类园地进行研究、规划和管理，也不利于对各类园地的生产进行分类指导。 （3）“林地”部分，从原来的“有林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地、迹地、
土地利用的结构和布局调整 土地利用结构直接反映一定时期内的土地利用状况，可用以分析土地国民经济、区域经济、企业经济中各部门的作用程度、经济效益及其潜力，以及开发的可能性。从经济发展的需要和可能，可以预测和规划今后一定时期内土地资源的开发利用及其发展趋势。土地利用数据的测定，可按利用现状进行分类调查统计。同时，为使利用结构在时间、空间上有可比性，分类指标内容必须一致。在不同的历史时期、不同的社会经济条件下，人类社会对土地资源开发利用的广度和深度不同，土地利用结构不断发生变化。如城市的扩大和发展使农地减少、而农地减少又促使土地的集约经营等。自然经济条件不同，土地利用结构也有很大差别。 位置、交通条件对土地的经济用途、利用方式和利用效益有着重要的影响，同时，土地的类型对土地利用的布局调整有着重要的影响。土地是一个系统，它的组成部分以及外部环境之间存在着互相依存、互相制约的关系。例如，在城市中，改变交通网布局，就会影响到商业、工业、住宅、文化、卫生、娱乐等一系列用地的布局。土地利用符合客观规律就会取得好的效益，如果违背客观规律，就将导致灾难性的后果，有些后果要时隔多年才出其不意地发生，等到人们醒悟后，为时已晚。由于自然的原因、社会经济的原因以及人们的素质等原因，土地利用中常常出现各种不合理的现象。为了在城市规划中将这些不合理的现象控制到最低限度，就必须按照预定目标和客观规律，对土
地的开发、利用、整治、保护进行结构和布局调整。 城市规划是对城市各项建设和发展进行的综合部署和具体安排，是一定时期内城市、村镇发展的蓝图，是各项建设和管理的依据。同级土地利用总体规划是对城市、村镇用地在内的全部土地做出的统筹安排。因此，在土地利用上，城市规划与土地利用总体规划是局部与整体，点与面的关系。两个规划应当协调，主要是城市用地规划和发展方向的协调。在协调的基础上由土地利用总体规划确定城市建设用地规模。 2000年9月3-4日，广州市人民政府邀请吴良铺院士、周干峙院士等13位全国规划、建筑、交通、生态专业的著名专家成功地召开了“广州市总体发展战略规划研讨会”。经过充分的研究与探讨，专家对广州未来发展达成了以下的共识: 城市空间布局与土地利用:采用有机疏散、开辟新区、拉开建设的措施，优化城市空间结构，保护历史文化名城，形成具有岭南特色的城市形象。城市主要发展方向为南部、东部，空间布局的基本取向为:南拓北优、东进西联。 （一）南拓:南部地区具有广阔的发展空间,未来大量基于知识经济和信息社会发展的新兴产业、会议展览中心、生物岛、大学城、广州新城等将布置在都会区南部地区，使之成为完善城市功能、强化区域中心城市地位的重要地区。 （二）北优:北部是广州主要的水源涵养地，应优化地区功能布局与空间结构，在保证贯彻“新白云国际机场周边地区控制性规划”
土地利用变化的数学模型解析 鲁春阳1 ，齐磊刚2 ，桑超杰3 （1. 西南大学地理科学学院，重庆北碚400715 ；2. 河南中化地质测绘院有限公司，河南郑州450011 ；3. 南昌有色冶金设计研究院，江西南昌330002 ） 摘要：本文归纳了目前在研究土地利用变化中广泛采用的一些数学模型，并对每种模型的涵义和意义进行了解析。按照模型反映的内容不同，将其分为三大类：（ 1 ）土地资源数量变化模型；（2 ）土地资源质量变化模型；（3 ）土地资源空间变化模型。总结了每类模型的特点和不足之处。 关键词：土地利用变化；模型；解析 区域土地利用变化已成为全球变化研究的热点问题，国际地圈- 生物圈计划（IGBP ）和全球变化中的人文领域计划（HDP ）在1995 年联合提出了“土地利用和土地覆盖变化”研究计划［1］。地学界利用遥感与GIS 技术对不同区域的土地利用变化现象进行了大量的案例研究［2 ，3 ，4］，在这些案例的基础上，陆续提出了一系列分析区域土地利用变化的模型与模型框架［5 ，6］。这些模型从不同的角度反映土地利用的数量、质量和空间格局变化。我国学者在这方面也进行了大量研究，但大多是引进外国学者的模型成果，而且有些数学模型还有待于完善。 1 土地资源数量的变化 1.1 土地利用动态度 在区域土地利用变化过程中，耕地、林地等用地类型由于关系到区域食物安全与生态安全而备受关注。为了反映这些类型用地面积的变化幅度与变化速度以及区域土地利用变化中的类型差异，利用土地利用动态度模型分析土地利用类型的动态变化，可以真实反映区域土地利用类型的变化剧烈程度。 单一土地利用动态度的表达式： 式中, Ｋ为研究时段内某一土地利用类型动态度; Ｕa, Ｕb 分为研究初期及研究末期某一土地利用类型的数量; Ｔ为研究时段长, 当Ｔ的时段设定为年时, Ｋ的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。 综合土地利用动态度： 式中：LC 为土地利用变化率，反映土地资源数量变化程度；LC i 为测量开始时第i 类土地
第四章 土地利用结构与布局 一、土地利用结构 1、土地利用结构的概念和意义 土地利用结构系指国民经济各部门占地的比重及其相互关系的总和，是各种用地按照一定的构成方式的集合。 用地结构有现状结构和规划结构之别，关键在于结构是否合理。根据系统论观点，结构决定功能。只有用地结构合理，才能保持土地利用系统的良性循环，才能取得土地利用的最大效率，优化结构，提高功能，从而可用较少的消耗或投入取得较高的效益。优化土地利用结构是在保证土地利用效率最大化的前提下，解决土地供需平衡的有效途径。优化土地利用结构是不需要追加土地面积投入的条件下获得土地供需平衡的结构效应的有力措施。 2、用地结构方案编制方法 土地利用结构供选方案编制方法有：土宜法、综合法和模型法。 ⑴土宜法 土宜法建立在土地质量评价的基础之上，依据土地质量评价成果资料，结合国民经济各部门发展对土地的需求和区域土地适宜性特点对于宜农、宜林、宜牧地和适宜种植各种农作物、树种和草种地，以及适宜建筑用途土地加以合理的归并，在土地需求量和土宜阈值范围加以比配，最终借以确定较为满意的土地利用结构。 应用土宜法的前提条件是已经完成土地质量评价工作，否则应用此法必须从土地质量评价开始。土地适宜性评价成果反映规划区域宜农、宜林、宜牧和宜建筑地的上、下限面积，结合考虑国民经济发展对土地的需求，两者之间加以合理的协调比配，达到确定土地利用结构。此法的优点在于各类用地面积和布局符合土地质量条件和土地适宜性条件。 ⑵综合法 综合法是在单项用地计算的基础上采取逐项逼近，借以达到土地面积综合平衡，即达到面积数量平衡和空间布局平衡。各项用地需求量具体计算方法详见有关内容。 各类土地面积之间存在着相互联系，在数量上和空间上具有平衡关系。由于土地总面积是固定的，不能增加也不能减少，因此，土地面积的总体性表现为其内部构成的各类用地之间的此长彼消。土地内部构成的平衡关系可以用下式表示： A B = 式中，A —期内各类用地面积增加量之和；B —期内各类用地面积减少量之和。 各类用地面积变动情况可以用下式表示： 0t B B C D =+- 式中，t B —期末用地面积；0B —期初用地面积；C —期内用地增加量；D —期内用地减少量。 上述公式适用于耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地的平衡计算。只是各类用地期内增加量和减少量内涵不尽相同。 应用综合平衡法确定土地利用结构可依据土地利用现状统计资料和土地需求量预测数据，借助于土地利用现状图，在土地利用综合平衡表上作业，从而达到土地面积数量和空间位置上的平衡。 ⑶模型法 模型法就是依据调查提供的基础资料，建立数学模型，反映土地利用活动与其它经济因素之间的相互关系，借助计算机技术求解、获得多个可供选择的解式，揭示土地利用活动对