基于物理理論信息熵的扶余市土地利用結(jié)構(gòu)分析

□劉亞男　李淑杰　方　雪　郭　敏　余　娜　馬曉葳

（吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院　吉林　長(zhǎng)春　130061）

基于物理理論信息熵的扶余市土地利用結(jié)構(gòu)分析

□劉亞男李淑杰方雪郭敏余娜馬曉葳

（吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130061）

運(yùn)用信息熵物理方法對(duì)扶余市2010-2014年的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，信息熵值的大小反映了扶余市土地利用結(jié)構(gòu)的有序性，信息熵值越小，那么土地利用結(jié)構(gòu)越有序，反之，則土地利用結(jié)構(gòu)趨于無(wú)序。通過(guò)結(jié)構(gòu)的信息熵定量計(jì)算分析可以得出扶余市最近五年的土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化，2010年信息熵值最小，其后四年信息熵值逐漸增加，表現(xiàn)為土地利用結(jié)構(gòu)無(wú)序化傾向，研究結(jié)果可為扶余市土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和后期規(guī)劃起指導(dǎo)作用。

信息熵；扶余市；土地利用結(jié)構(gòu)

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.07.085

土地利用結(jié)構(gòu)也可稱(chēng)為土地結(jié)構(gòu)或土地構(gòu)成，是指一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或生產(chǎn)單位的土地面積中各種土地利用類(lèi)型之間的比例關(guān)系。在空間形態(tài)上，土地利用結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出土地類(lèi)型的空間結(jié)構(gòu)布局和組成關(guān)系，土地利用結(jié)構(gòu)決定土地效用功能，分析研究區(qū)域內(nèi)各種土地利用類(lèi)型數(shù)量占比及空間分布特征，可為政府部門(mén)及相關(guān)學(xué)者研究土地利用情況提供參考，使得土地資源高效利用，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)一個(gè)地區(qū)而言，在一定程度上可謂之一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，目前我國(guó)學(xué)者在宏觀層面上利用信息熵物理理論對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究，如周子英等采用信息熵分析了長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化，得出了長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵的空間差異；陳彥光等對(duì)鄭州、廣州等城市的土地結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，總結(jié)出關(guān)于城市土地利用的信息熵值規(guī)律：大城市用地結(jié)構(gòu)的信息熵一般大于小城市，綜合性城市的信息熵嚴(yán)格大于專(zhuān)業(yè)化城市，城市化地區(qū)的信息熵必須大于各功能區(qū)的信息熵；并基于信息論思想提出反映城市土地利用結(jié)構(gòu)特征的均衡度概念。

學(xué)者們研究最多的是省、大城市或者區(qū)域，對(duì)小城市的土地利用結(jié)構(gòu)研究并不多。扶余市于2013年1月24日，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，撤銷(xiāo)扶余縣設(shè)立扶余市（縣級(jí)），由吉林省直轄、松原市代管，通過(guò)對(duì)扶余市土地利用結(jié)構(gòu)分析，使得扶余市更好的配置土地資源，促進(jìn)城市的快速發(fā)展。

1　研究區(qū)概況

扶余市地處松嫩平原東北部邊緣，位于吉林省西北部，松原市東部。西與松原市寧江區(qū)接壤，南隔第二松花江與前郭縣、長(zhǎng)春市農(nóng)安縣、長(zhǎng)春市德惠市為鄰，北與黑龍江省大慶市肇源縣、黑龍江省哈爾濱市雙城區(qū)相望，東與長(zhǎng)春市榆樹(shù)市接壤。（扶余市在吉林省的位置見(jiàn)圖1-1）位于東經(jīng)125毅56憶～126毅11憶，北緯44毅45憶～45毅30憶之間。地勢(shì)東高西低中間洼，地貌類(lèi)型差異明顯，海拔135耀240m，地面起伏較大，相對(duì)高差10耀50m。全縣南北兩面被松花江、拉林河環(huán)繞，流域內(nèi)有會(huì)塘溝、加津溝等較大的水溝和泡沼。扶余市下轄5個(gè)鄉(xiāng)、12個(gè)鎮(zhèn)，其中包括7個(gè)居委會(huì)、383個(gè)行政村；1 025個(gè)自然屯，下設(shè)173個(gè)居民小組、1 810個(gè)村民小組。截至2014年年末，扶余市常住人口總數(shù)為671 576人，占全國(guó)總?cè)丝诘?0.048%；2014年地區(qū)生產(chǎn)總值為340.73億元，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的0.054%。

圖1-1　扶余市位置示意圖

2014年截止到2014年12月31日，扶余市土地總面積為464 705.3hm2，其中，耕地340 034.06hm2，園地239.18hm2，林地41 241.44hm2，草地25 470.27hm2，城鎮(zhèn)村及工礦用地25 187.16hm2，交通運(yùn)輸用地10 017.79hm2，水域及水利設(shè)施用地19 928.84hm2，其他土地2 586.56hm2，分別占土地總面積的73.17%、0.05%、8.87%、5.48%、5.42%、2.16%、4.29%、0.56%。耕地及林地面積占扶余市土地總面積的82.04%，耕地比重較大，占到了全市土地總面積的73.17%，相比于吉林省內(nèi)其他縣市，扶余市耕地面積占土地總面積比例較大。

2　數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于《扶余市統(tǒng)計(jì)年鑒》和扶余市2010-2014年扶余市土地利用變更數(shù)據(jù)。

3　方法綜述及數(shù)據(jù)處理

3.1信息熵

美國(guó)信息創(chuàng)始人香農(nóng)發(fā)現(xiàn)了信息的冗余，在此基礎(chǔ)上得出了信息熵物理模型，可以用于測(cè)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和均衡性。信息熵結(jié)果可以輔助判定扶余市土地利用類(lèi)型的配置情況，進(jìn)而優(yōu)化當(dāng)前土地利用方式，對(duì)于未來(lái)土地利用也有一定的指導(dǎo)作用，為后期土地利用規(guī)劃做準(zhǔn)備。

假設(shè)扶余市區(qū)域土地總面積為M，土地利用類(lèi)型的個(gè)數(shù)為m，每個(gè)土地利用類(lèi)型的面積為M(mi)，那么各個(gè)土地利用類(lèi)型在扶余市整個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率為：

為了計(jì)算方便，上式中，a取10，則公式變?yōu)椋?/p>

從公式中可以得出，信息熵值與概率值總和呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，各個(gè)土地利用類(lèi)型出現(xiàn)的概率越大，熵值越小，那么系統(tǒng)就越穩(wěn)定、均衡；反之系統(tǒng)就不穩(wěn)定、不均衡。

3.2均衡度

基于上述信息熵公式、均衡度計(jì)算方法可定義為：

均衡度就是各項(xiàng)信息熵值與信息熵值最大值的比值，顯然，J值處于0-1之間，反映的是土地利用的均衡程度。

3.3數(shù)據(jù)處理

采用上述信息熵公式，對(duì)扶余市2010耀2014年的土地利用結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：

表1　扶余市2010～2014年土地利用結(jié)構(gòu)（所占百分比）和信息熵值

從表1中可以看出，扶余市近五年中，2010年的信息熵值最小，之后四年的信息熵值逐漸增加。這表明，相比來(lái)說(shuō)2010年扶余市土地利用結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，其后四年信息熵的增加說(shuō)明土地利用結(jié)構(gòu)有無(wú)序化的傾向，一方面是因?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展，當(dāng)?shù)厝藢?duì)高質(zhì)量生活水平的需要的增加；另一方面是扶余市處于撤縣立市（縣級(jí)）時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快。2010耀2014年耕地總體有下降趨勢(shì)，面積比例由 73.25%下降說(shuō)明到73.17%，而城鎮(zhèn)工礦用地有所增加，面積比例由0.68%增加到0.73%，交通水利用地由0.86%增加到0.94%，因此未利用土地由8.29%下降到8.21%，說(shuō)明扶余市正處于城市發(fā)展的上升期。

4　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵分析，得出以下結(jié)論：

(1)土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以分析判斷研究區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的組合關(guān)系，定量分析其是否有序，信息熵值及均衡度的大小直觀的放映了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，信息熵值越小，土地利用結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)越穩(wěn)定。

(2)扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值在2010年最小，之后四年的信息熵值逐漸增加，這表明，2010年扶余市土地利用結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，其后四年土地利用結(jié)構(gòu)有無(wú)序化的傾向。

(3)扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以綜合反映其內(nèi)部土地利用類(lèi)型的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于其土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和后期土地利用規(guī)劃都有一定的指導(dǎo)作用，但是扶余市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值的最優(yōu)值的多少還要根據(jù)影響該區(qū)域各種因素指標(biāo)值綜合判定。

5　建議

(1)扶余市于2013年撤縣設(shè)市（縣級(jí)），城市處于發(fā)展的上升期，因此需要不斷的探索研究區(qū)域內(nèi)的土地利用情況，確保城市良好快速的發(fā)展。

(2)在技術(shù)方面，要采用先進(jìn)的遙感和地理信息技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土地利用狀況，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

(3)要切實(shí)的根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合土地利用結(jié)構(gòu)的情況，對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃，保證各類(lèi)土地利用類(lèi)型的綜合利用，也要促進(jìn)城市土地利用結(jié)構(gòu)的有序發(fā)展。

[1]周子英,段建南,梁春鳳.長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵時(shí)空變化研究[J].經(jīng)濟(jì)地理,2012,32(4):124-129.

[2]陳彥光,劉繼生.城市土地利用結(jié)構(gòu)和形態(tài)的定量描述:從信息熵到分?jǐn)?shù)維[J].地理研究,2001,5(2):146-152.

[3]陳彥光,劉繼生.城市土地利用結(jié)構(gòu)和形態(tài)的定量描述:從信息熵到分?jǐn)?shù)維[J].地理研究,2001,5(2):146-152.

[4]扶余市地方志編纂委員會(huì).扶余統(tǒng)計(jì)年鑒(2015)[M].吉林文史出版社,2015.

[5]吉林國(guó)土資源年鑒編纂委員會(huì).扶余國(guó)土資源年鑒(2015)[M].吉林文史出版社,2015.

1004-7026（2016）07-0120-02中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：F301.24

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