基于DEA模型的土地整理規(guī)劃方案比選研究

黃 海，楊清偉

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716；2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074）

基于DEA模型的土地整理規(guī)劃方案比選研究

黃 海1，2，楊清偉2

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716；2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074）

研究目的：構(gòu)建科學(xué)的評價(jià)模型，比較土地整理項(xiàng)目不同的規(guī)劃方案，為規(guī)劃方案的選擇提供依據(jù)。研究方法：數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法，層次分析法，實(shí)例驗(yàn)證法。研究結(jié)果：對重慶市偏巖鎮(zhèn)土地整理項(xiàng)目3個(gè)不同規(guī)劃方案采用帶AHP約束錐的DEA方法計(jì)算出其效率值分別為：0.95871、0.96881、1，方案3為相對有效方案。研究結(jié)論：帶AHP約束錐的DEA方法把傳統(tǒng)DEA方法對輸入輸出數(shù)據(jù)的客觀分析與決策者的主觀偏好結(jié)合起來，應(yīng)用于土地整理項(xiàng)目規(guī)劃方案的比選，是一種可行的方法。

土地整理規(guī)劃；評價(jià)模型；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；層次分析法

1 引言

目前國內(nèi)外學(xué)者多從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)等方面研究土地整理效益，通過比較備選方案的潛在效益對方案進(jìn)行優(yōu)選。項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)由傳統(tǒng)的“成本—效益分析”發(fā)展為“新方法論”，通過內(nèi)部收益率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、回收期等指標(biāo)進(jìn)行土地整理項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)。生態(tài)效益評價(jià)可以用市場價(jià)格法、替代成本法和支付意愿法（WTP）進(jìn)行衡量，也可以采用狀態(tài)描述法、指標(biāo)法、能值分析法等進(jìn)行評價(jià)。社會(huì)效益評價(jià)主要以經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，常用定量與定性分析法、對比分析法以及綜合分析評價(jià)法將經(jīng)濟(jì)增長和收入分配緊密結(jié)合加以反映。不少土地整理規(guī)劃方案的選擇是在粗略地評價(jià)和比較備選方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不確定的因素較多，因此，建立適合土地整理規(guī)劃方案優(yōu)選的評價(jià)指標(biāo)體系，科學(xué)準(zhǔn)確地對土地整理規(guī)劃方案進(jìn)行評價(jià)并選出最優(yōu)方案，制定正確合理的土地整理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用，是十分必要的[1-2]。

本文引入數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）方法，研究土地整理項(xiàng)目規(guī)劃方案的相對有效性，建立基于偏好DEA的方案評價(jià)模型。并通過實(shí)證，證明該模型是土地整理規(guī)劃方案評價(jià)的一種有效可行的方法。

2 帶AHP約束錐的DEA模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）是在輸入輸出的觀察數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用變化權(quán)對各評價(jià)單元（Decision Making Unit，DMU）進(jìn)行評價(jià)的[3]，其特點(diǎn)是在評價(jià)某一評價(jià)單元時(shí)，選擇最有利于該評價(jià)單元的權(quán)。這樣其評價(jià)結(jié)果不受任何人為因素的影響，但也不能反映輸入（輸出）指標(biāo)之間存在的重要程度不同的問題，從而評價(jià)結(jié)果僅僅依賴于各評價(jià)單元的輸入輸出數(shù)據(jù)，往往不能反映決策者對各指標(biāo)的偏好程度。而層次分析法（AHP）卻是根據(jù)人的主觀判斷來構(gòu)造判斷矩陣，其分析過程體現(xiàn)了人的決策思維的基本特征：分析、判斷、綜合，充分反映了決策者的偏好。但在某種程度上，AHP方法又“過于”依賴于決策者的主觀判斷。

將DEA方法和AHP方法結(jié)合起來，即將層次分析法思想應(yīng)用到DEA相對有效性評價(jià)中，建立AHP約束錐的概念，使DEA評價(jià)的客觀分析與AHP的主觀分析相結(jié)合，從而使DEA方法更適合實(shí)際。

在多投入和多產(chǎn)出的評價(jià)系統(tǒng)中，某種“生產(chǎn)”活動(dòng)可以用一組投入值和產(chǎn)出值表示。假設(shè)有n個(gè)評價(jià)單元DMUj（j=1，2，…，n），每個(gè)DMU都有m種輸入和s種輸出，分別用不同的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表示，這樣就構(gòu)成了n個(gè)評價(jià)單元的多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出的評價(jià)系統(tǒng)。其中xj=（x1j，x2j，…，xmj），T＞0，xij為對第j個(gè)DMU的第i種輸入的投入量，yj=（y1j，y2j，…，ysj），T＞0,yij為對第j個(gè)DMU的第i種輸出的產(chǎn)出量[4]。

對于決策單元DMUj0，使用AHP方法對權(quán)重選擇上加以一定的偏好限制，由此構(gòu)造出AHP約束錐模型[3]：

對該分式規(guī)劃進(jìn)行Charnes—Cooper變換，轉(zhuǎn)化為等價(jià)的線性規(guī)劃模型：

如果線性規(guī)劃存在最優(yōu)解U*，V*滿足U*TY0=1，U*∈int UAHP，V*∈int VAHP，則稱決策單元DMUj0為DEA有效。

3 應(yīng)用實(shí)例

重慶市北碚區(qū)偏巖鎮(zhèn)的土地整理項(xiàng)目分布在北碚區(qū)東北部偏巖鎮(zhèn)內(nèi)，位于華鎣山南麓，東經(jīng)106°37′30″—106°39′15″，北緯 29°58′00″— 29°59′55″之間，省道橫穿全境。項(xiàng)目區(qū)面積 550 hm2，涉及 4 個(gè)村，整理前耕地345.87 hm2，園地 0.75 hm2，林地 21.29 hm2，居民點(diǎn)及工礦用地 38.80 hm2，水域 16.27 hm2，交通用地 1.85 hm2，可墾未利用土地6.44 hm2，田土坎130.05 hm2。項(xiàng)目的建設(shè)任務(wù)是平整土地、完善灌排系統(tǒng)、形成通暢的交通系統(tǒng)、布置農(nóng)田防護(hù)林，減少自然災(zāi)害，改善環(huán)境與土地景觀。該項(xiàng)目規(guī)劃針對不同的灌溉方式和土地平整方式，在技術(shù)可行的前提下提出三套規(guī)劃方案，從綜合效益最大化角度選出一套最佳方案[1]。

DEA模型是一種針對多輸入、多輸出比較有效的分析評價(jià)方法，本文把不同土地整理規(guī)劃方案要求的投入視為輸入指標(biāo)，把各方案實(shí)施后的效益視為輸出指標(biāo)，同時(shí)考慮方案決策者對各種效益的主觀偏好，采用帶AHP約束錐的DEA評價(jià)模型對各可行方案進(jìn)行綜合評價(jià)及排序，確定優(yōu)劣[5]。其技術(shù)思路與過程如下：

（1）確定評價(jià)單元。由于該項(xiàng)目各規(guī)劃方案的差異主要在于灌溉方案和土地平整方案，所以備選方案取它們的不同組合，把它們作為評價(jià)單元（表1）。

表1 評價(jià)單元表Tab.1 Evaluation units

（2）確定DEA方法的輸入輸出指標(biāo)及指標(biāo)值。結(jié)合DEA方法對于輸入輸出指標(biāo)數(shù)量方面的要求及土地整理項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際，建立輸入輸出指標(biāo)體系[3-7]。

對于輸入指標(biāo)，選取土地整理項(xiàng)目總投資和需要投入的勞動(dòng)力數(shù)。

對于輸出指標(biāo)，在經(jīng)濟(jì)效益方面，本項(xiàng)目經(jīng)過整理后沒有未利用土地，所以“土地利用率”指標(biāo)對于各規(guī)劃方案沒有差別；“人均收入增加值”與“單產(chǎn)增加”和“新增耕地?cái)?shù)量”密切相關(guān)，具有可替代性，“新增耕地?cái)?shù)量”作為社會(huì)效益的評價(jià)指標(biāo)選入，所以人均收入增加值不選；項(xiàng)目的“投資回收期”、“財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值”和“內(nèi)部收益率”有一定的相關(guān)性，它們從不同側(cè)面反映項(xiàng)目的財(cái)務(wù)狀況，“財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值”和“內(nèi)部收益率”的計(jì)算要求確切的項(xiàng)目運(yùn)營期，由于中國現(xiàn)代意義上的土地整理歷史很短，項(xiàng)目運(yùn)營期的求取比較困難，所以采用項(xiàng)目的“投資回收期”來體現(xiàn)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)狀況。綜上所述，采用“單產(chǎn)增加值”和“靜態(tài)投資回收期”作為經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)指標(biāo)。在社會(huì)效益指標(biāo)體系方面，“恩格爾系數(shù)降低值”反映居民生活質(zhì)量提高的程度，與“單產(chǎn)增加”、“新增耕地面積”以及“土地利用便利度”具有很強(qiáng)的相關(guān)性，可以精簡；“道路密度”的增加和道路的合理布局，有利于增加“土地利用便利度”，所以，可以用后者包含；由于本項(xiàng)目區(qū)土地產(chǎn)權(quán)清晰，項(xiàng)目完畢后對土地產(chǎn)權(quán)糾紛的減少?zèng)]有明顯的作用，“土地產(chǎn)權(quán)糾紛減少率”不作為輸出指標(biāo)。選用“新增耕地?cái)?shù)量”和“土地利用便利度”作為社會(huì)效益評價(jià)指標(biāo)。在生態(tài)效益指標(biāo)體系方面，由于項(xiàng)目區(qū)主要存在旱澇災(zāi)害，所以“災(zāi)害控制率”可以由“灌排保證率”代替；本項(xiàng)目不涉及居民點(diǎn)整理，所以“村莊建筑物整齊率”方面項(xiàng)目前后沒有差別，不選用該指標(biāo)。選用“灌排保證率”和“綠色植被覆蓋率”作為本項(xiàng)目的生態(tài)效益評價(jià)指標(biāo)（表2）。

（3）運(yùn)用DEA模型進(jìn)行計(jì)算。在分析了土地整理規(guī)劃方案的輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)后，采用基于偏好的DEA模型進(jìn)行方案比選，對輸出指標(biāo)建立AHP判斷矩陣（式3）：

表2 各評價(jià)單元的輸入、輸出指標(biāo)值Tab.2 Index values for input and output of each evaluation unit

表3 傳統(tǒng)DEA模型評價(jià)結(jié)果表Tab.3 Evaluation results of traditional DEA models

表4 帶AHP約束錐的DEA模型評價(jià)結(jié)果表Tab.4 Evaluation results of DEA models with AHP restraint cone

利用表1—2、式2—3的數(shù)據(jù)對每個(gè)評價(jià)單元分別建立線性規(guī)劃模型，并用單純形法求解，得到評價(jià)結(jié)果（其中表3結(jié)果為傳統(tǒng)DEA模型評價(jià)結(jié)果，表4為帶偏好約束錐的DEA模型評價(jià)結(jié)果）：

由表3—4可以看出，傳統(tǒng)DEA模型僅反映客觀數(shù)據(jù)，方案1、3的相對效率均為1；而帶AHP約束錐的DEA模型在考慮客觀數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加入決策者對輸出指標(biāo)的偏好，只有方案3的相對效率為1。所以方案3為最有效方案，即灌溉采取提、蓄結(jié)合：一是利用現(xiàn)有渠道自流控制一部分田塊；二是黑水灘河兩側(cè)的二級階地從黑水灘河提水灌溉；在項(xiàng)目區(qū)東部和北部，沒有水源，只能從東、西干渠提水，并在高處修建蓄水池，自流灌溉。土地平整方式采取坡度為5°以下的坡地整理為水平梯田，坡度5°—25°整理為坡式梯田。

4 結(jié)語

土地整理項(xiàng)目規(guī)劃方案的選擇，涉及對投入和產(chǎn)出的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測量、分析和評估，DEA方法是一種針對具有多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出的同類型部門進(jìn)行相對有效性綜合評價(jià)的方法，能有效處理多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)給各輸出指標(biāo)的權(quán)重施加約束以體現(xiàn)決策者的主觀偏好，實(shí)現(xiàn)了主觀與客觀的有機(jī)結(jié)合?；诖?，本文建立了基于偏好DEA的土地整理規(guī)劃方案比選模型。通過對案例的分析表明，該方法可以有效地進(jìn)行土地整理項(xiàng)目規(guī)劃方案的評價(jià)與優(yōu)選。

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Study on the Comparison and Selection of Land Reconsolidation Planning Schemes Based on DEA Model

HUANG Hai1，2,YANG Qing-wei2
（1.School of Resources&Environment,Southwest University,Chongqing 400716,China;2.School of River&Ocean,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China）

The purpose of the paper is to establish a scientific evaluation model for different planning schemes of land reconsolidation projects in order to provide reference points for the selection of schemes.Methods employed include data envelopment analysis,AHP and example verification.The results indicate:（1）efficiency values of three different planning schemes of land reconsolidation for Pianyan Town in Chongqing City are:0.95871,0.96881 and 1 respectively,which have been calculated via DEA method with AHP restraint cone;（2）scheme 3 is relatively effective.It is concluded that the DEA method with AHP restraint cone is a feasible approach for comparing and selecting land reconsolidation planning schemes due to its combination of objective analysis on data input and output from traditional DEA method and the subjective preference of decision maker.

land reconsolidation planning;evaluation model;data envelopment analysis;AHP

F301.2

A

1001-8158（2010）08-0066-05

2009-01-18

2010-06-04

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（40871222）。

黃海（1972-），男，重慶人，講師，博士后。主要研究方向?yàn)橥恋卦u價(jià)與規(guī)劃、土地信息系統(tǒng)等。E-mail:lottery98@163.com