CN110390129A - 基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GeoSOS‑FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法。采用基于多情景模拟的回溯方法，以土地利用转化矩阵参数表征土地利用政策效果，通过调整参数模拟多种土地利用情景，选择其中最接近真实土地利用状态的模拟情景，得到土地利用有效性定量评价结论。该方法包括情景设置、初始参数组合设定、多情景模拟与参数调整、参数反译与政策有效性解释等四个连续的步骤，由ArcGIS和基于元胞自动机模型开发的GeoSOS‑FLUS软件实现，对土地利用政策的制定与实施具有指导意义。
Description
技术领域
本发明属于土地利用及土地利用政策领域，具体涉及一种基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法。
背景技术
近几十年来，作为城市空间扩张的结果，生态空间向人工空间的转换已成为全球范围内生境破坏的主要原因。生态空间为城市提供着重要的生态系统服务，在调节当地气候、维持生物多样性、涵养水源、减少洪涝灾害、提供游憩机会、为市民的健康带来福祉等方面大有裨益。然而，生态空间结构的破碎、类型的减少与数量的丧失，极大影响着生态系统服务的供给水平，使城市面临着洪涝、雾霾、生物多样性降低、热岛效应等不断加剧的生态问题与生态风险。随着城市生态问题的加剧，近年来，生态空间变化已成为学界广泛研究的主题，目的是支持生态空间的规划和管理。
土地利用法规、政策及法律是政府进行土地利用选择、执行决策、协调利益相关者间关系，协调分配土地资源，实现社会发展单元相互利益的重要途径。然而，在城市建设用地急剧扩张的压力下，虽然目前制定了大量对于区域及城市耕地和生态空间的保护类或相关政策，但是耕地和生态用地面积的减少仍然十分显著；土地利用政策在生态空间变化中的作用机制与实际运行效果并不一致。但是，目前从土地利用政策角度对生态空间变化影响的研究大多从某一类型的政策出发对其作用效果进行探讨，研究的作用类型与影响机制较为单一，缺乏对区域内各类土地利用相关政策对生态空间变化综合作用机制的探讨。
土地利用及生态空间的变化由多种自然或社会因素所共同影响，各因素之间相互促进或相互抵消，驱动力与土地利用变化的关系具有时空动态性。因此，从中剥离出土地利用政策因素，分析其在一段时间内对生态空间变化的直接影响是目前研究的一大难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述现有技术存在的不足，提供一种基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法，通过模拟土地利用面积的演化规律，观察分析政策因子对土地利用变化的作用，以自下而上的方法解释引起变化的土地利用政策效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法,包括如下步骤：
(1)选择两个时间节点的土地利用状态，作为多情景模拟的初始状态和目标状态，统计各类土地利用面积与比例；
(2)对各类型土地的相关土地利用政策根据评估的综合作用强度进行赋值，综合作用强度越大，赋值越大；并对同一类土地的相关土地利用政策赋值进行加和，再对加和后的数值进行归一化处理，将归一化得到的数值作为土地利用转换成本矩阵的初始参数；
(3)将利用转换成本矩阵的初始参数输入GeoSOS-FLUS软件，得到初始模拟情景，统计初始模拟情景中各类土地利用的面积；将初始模拟情景中各类土地利用的面积与目标状态进行比较，对于超出允许误差精度的土地利用，调整转换成本矩阵的相关参数后再进行情景模拟，依次循环，直至模拟情景中各类土地利用的面积与目标状态在允许误差精度内；将该模拟情景作为目标模拟情景，并且提取调整后的目标参数；
(4)对比初始参数与目标参数。若初始参数与目标参数不一致，反映了对应政策的失效，其差异程度反映了对应政策的失效程度。
进一步的，在步骤(3)中，每次参数调整都是基于上次调整的模拟结果进行，从而保证每次调整的结果都优于上一次，直到最终使每一类土地利用面积的系统误差均控制在±5％以内。
进一步的，将土地利用政策根据评估的综合作用强度分成三个级别，其中综合作用强度最大的赋值为9，中间级别的赋值为5，综合作用强度最小的级别赋值为1。
进一步的，若初始参数与目标参数一致，表明了对应政策有效，将其反译为政策编号。
从上述技术方案可以看出本发明具有以下优点：本发明提供了一种基于多情景模拟的回溯方法，以基于元胞自动机(CA)模型开发的GeoSOS-FLUS软件为工具，引入代表土地利用政策作用效果的参数，建立土地利用在政策因子作用下一段时间内的变化模型，通过模拟土地利用面积的演化规律，观察分析政策因子对土地利用变化的作用，以自下而上的方法解释引起变化的土地利用政策效果。这对于探讨土地利用政策对土地利用变化的影响、揭示政策存在的弊端，并为土地利用政策的完善与落实提供依据，进而实现维护生态空间的目标具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的原理图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体说明。
如图1所示，本发明的基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法,包括如下步骤：
(1)确定土地利用初始状态与目标状态。选择两个时间节点的土地利用状态，作为多情景模拟的初始状态和目标状态，统计各类土地利用面积与比例；
(2)设置土地利用扩张系数与土地利用转换成本矩阵的初始参数(以下简称“初始参数”)。土地利用扩张系数是恒定参数，由各类用地在特定时期内的年平均增长率经归一化处理后得到。初始参数代表了从初始状态到目标状态转换过程中，土地利用相关的法律、法规、政策和文件的综合作用强度。具体设置方法为：1)对土地利用政策进行分类与分级赋值，直接影响土地利用变化的政策被划为“直接影响”，在本区域其他层面采取行动但最终促进或抑制土地利用转化的政策被归为“间接影响”，强制性政策及带有“禁止”、“必须”、“严格”等措辞的政策被划为“强影响”，其他政策则划为“弱影响”，政策的四种类型经交叉组合后形成三个政策等级并予以赋值——“直接-强影响”赋值为9、“直接-弱影响”和“间接-强影响”赋值为5、“间接-弱影响”赋值为1；2)对转换成本矩阵中各单元格内的政策赋值进行加和并归一化处理，“0”代表“禁止转变/不发生转变”、“1”代表“完全转变/鼓励转变”、“0-1”之间的数值代表了由高到低的不同转变成本。
(3)调整初始参数，进行多情景模拟，得到与目标状态最接近的目标模拟情景及土地利用转换成本矩阵的目标参数(以下简称“目标参数”)。将初始参数输入GeoSOS-FLUS软件，得到初始模拟情景，统计初始模拟情景中各类土地利用的面积。对于超出允许误差精度(±5％)的土地利用，调整转换成本矩阵的相关参数，具体的调整规则为：1)土地利用类型由A向B转换，若A的模拟结果高于实际而B的模拟结果低于实际，说明A向B转换的成本参数设置过低，需适当提高；2)若A的模拟结果低于实际而B的模拟结果高于实际，说明A向B转换的成本参数设置过高，需适当降低；3)其他情况暂时不予以调整。重复此过程，直到各类型土地利用面积的系统误差均控制在±5％以内，最终得到目标模拟情景，提取调整后的目标参数；
(4)对比初始参数与目标参数。若初始参数与目标参数不一致，反映了对应政策的失效，其差异程度反映了对应政策的失效程度。将目标参数反译为政策编号后，分析这部分政策可能的失效原因并提出针对性建议。若初始参数与目标参数一致，表明了对应政策有效，将其反译为政策编号后，解释这部分政策对土地利用变化的作用效果。将转换成本矩阵参数反译为土地利用政策的具体方法为：1)将转换成本矩阵的初始参数还原为作用效果与用地转换相对应的政策编号集合；2)将政策编号集合与转换成本矩阵目标参数的调整类型相对应——“未改变”的参数代表有效政策的编号集合；对应为“上调”或“下调”的参数代表失效政策的编号集合，其中，前者为“低效政策”，后者为“过度政策”。
本发明中，步骤(3)的参数调整与情景模拟需要重复数次。为了保证调整后目标参数的有效性、唯一性及其所代表的政策意义，以土地利用相关政策的作用强度赋值为依据设置土地利用转换成本矩阵的初始参数，并在此基础上对照模拟结果调整各个参数；每次的参数调整都是基于上次调整的模拟结果进行，从而保证每次调整的结果都优于上一次，直到最终使每一类土地利用面积的系统误差均控制在±5％以内。本发明有益的技术效果在于：
(1)与其他基于现状预测未来的多情景模拟方法不同，本发明提供的回溯方法立足于历史真实的状态，通过模拟土地利用的变化过程，侧重于探索在政策因素的影响下，土地利用变化中存在的问题、可能原因和解决方案。
(2)本发明利用基于元胞自动机(CA)模型开发的GeoSOS-FLUS软件为工具，引入代表土地利用政策作用强度的参数，建立土地利用在政策因子作用下一段时间内的变化模型，通过模拟土地利用面积的演化规律，分析政策因子对土地利用变化的作用，以自下而上的方法解释引起变化的土地利用政策作用效果，从而将土地利用政策因素从众多复杂的影响因素中剥离出来，单独分析其在一段时间内对土地利用变化的直接影响。
(3)与其他定性研究政策作用效果的方法不同，本发明将土地利用政策的作用机制通过分类与分级赋值，量化为可视、可控、可调的土地利用转换成本矩阵参数，并利用土地利用多情景模拟的GeoSOS-FLUS软件对政策的作用效果进行模拟，从而实现对政策有效性的定量评价，并能够衡量失效政策的失效程度。
(4)本发明提供了基于多情景模拟的回溯方法的技术框架，适合应用于任何地区特定时期内土地利用政策有效性的定量评价。且该方法对于数据量与数据类型的要求不高，仅需要获取不同时间点下土地利用面积的数据；土地利用相关政策资料能够在地区政府网站或公开的政府工作报告中收集。
Claims (4)
1.一种基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法,包括如下步骤：
(1)选择两个时间节点的土地利用状态，作为多情景模拟的初始状态和目标状态，统计各类土地利用面积与比例；
(2)对各类型土地的相关土地利用政策根据评估的综合作用强度进行赋值，综合作用强度越大，赋值越大；并对同一类土地的相关土地利用政策赋值进行加和，再对加和后的数值进行归一化处理，将归一化得到的数值作为土地利用转换成本矩阵的初始参数；
(3)将利用转换成本矩阵的初始参数输入GeoSOS-FLUS软件，得到初始模拟情景，统计初始模拟情景中各类土地利用的面积；将初始模拟情景中各类土地利用的面积与目标状态进行比较，对于超出允许误差精度的土地利用，调整转换成本矩阵的相关参数后再进行情景模拟，依次循环，直至模拟情景中各类土地利用的面积与目标状态在允许误差精度内；将该模拟情景作为目标模拟情景，并且提取调整后的目标参数；
(4)对比初始参数与目标参数。若初始参数与目标参数不一致，反映了对应政策的失效，其差异程度反映了对应政策的失效程度。
2.根据权利要求1所述的基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法，其特征在于：步骤(3)中，每次参数调整都是基于上次调整的模拟结果进行，从而保证每次调整的结果都优于上一次，直到最终使每一类土地利用面积的系统误差均控制在±5％以内。
3.根据权利要求1所述的基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法，其特征在于：将土地利用政策根据评估的综合作用强度分成三个级别，其中综合作用强度最大的赋值为9，中间级别的赋值为5，综合作用强度最小的级别赋值为1。
4.根据权利要求1所述的基于GeoSOS-FLUS的土地利用政策有效性的定量评价方法，其特征在于：若初始参数与目标参数一致，表明了对应政策有效，将其反译为政策编号。
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