基于地理國情監(jiān)測改進(jìn)熵權(quán)TOPSIS規(guī)劃評價(jià)

麥建開，康昕怡，朱紫陽，趙耀龍

(1. 廣東省國土資源測繪院，廣東 廣州 510000； 2. 華南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

土地利用總體規(guī)劃是通過優(yōu)化生產(chǎn)力布局，協(xié)調(diào)人地關(guān)系和土地利用空間沖突的重要手段，其目的是實(shí)現(xiàn)土地資源的永續(xù)利用[1]。實(shí)施規(guī)劃綜合評價(jià)是規(guī)劃調(diào)整或修編的必要前提條件，為規(guī)劃的有效實(shí)施提供必要保障[2]。雖然國家對土地利用總體規(guī)劃實(shí)施管理有一定的要求，但是尚未形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)程、統(tǒng)一的實(shí)施監(jiān)測指標(biāo)體系，規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測的技術(shù)方法也有待進(jìn)一步完善[3-4]。

本文在地理國情監(jiān)測成果的基礎(chǔ)上，改進(jìn)基于熵權(quán)的TOPSIS模型，對斗門區(qū)2010—2015年土地利用總體規(guī)劃實(shí)施綜合評價(jià)，結(jié)合規(guī)劃實(shí)施的變化過程空間吻合性和現(xiàn)狀結(jié)果空間吻合性分析結(jié)果，從地類斑塊、功能區(qū)與區(qū)域?qū)用妫C合分析研究區(qū)規(guī)劃實(shí)施的空間吻合情況，分析斗門區(qū)及不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)2010—2015年規(guī)劃耕地指標(biāo)和城鄉(xiāng)建設(shè)用地指標(biāo)完成情況及變化趨勢，并分析新增建設(shè)用地占用耕地、建設(shè)用地復(fù)墾補(bǔ)充耕地等完成情況，揭示斗門區(qū)規(guī)劃實(shí)施的動力機(jī)制與影響因素，提出改善規(guī)劃實(shí)施的對策建議。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 研究區(qū)域

斗門區(qū)是廣東省珠海市轄區(qū)，位于珠江三角洲西南端。2009年斗門區(qū)土地總面積為61 388 hm2，其中農(nóng)用地面積為43 017 hm2，建設(shè)用地面積為11 592 hm2，其他土地面積為6780 hm2，如圖1所示。珠海市斗門區(qū)土地利用總體規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測的范圍為珠海市斗門區(qū)的所轄陸地及有人島區(qū)域，包括井岸鎮(zhèn)、白蕉鎮(zhèn)、斗門鎮(zhèn)、乾務(wù)鎮(zhèn)、蓮洲鎮(zhèn)和白藤街道，共計(jì)614 km2，如圖2所示。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

監(jiān)測地理國情就是對地理國情進(jìn)行動態(tài)地測繪、統(tǒng)計(jì)和分析研究，并及時(shí)發(fā)布地理國情報(bào)告，包括反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報(bào)告[5-7]。

(1) 以遙感正射影像為基礎(chǔ)底圖。對收集的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行人工解譯，參考基礎(chǔ)地理信息、土地利用、水利普查等資料，按照《地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)》(GDPJ 01—2013)的要求，開展內(nèi)業(yè)判讀與解譯，補(bǔ)充或更新采集水系、交通、居住小區(qū)等要素實(shí)體，提取相關(guān)屬性，并進(jìn)行地表覆蓋分類，分別按照要求形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)層。

(2) 影像地理國情監(jiān)測轉(zhuǎn)換為規(guī)劃分類數(shù)據(jù)。其中包括：①特殊地類調(diào)整：草地調(diào)整、水面調(diào)整、房屋建筑區(qū)調(diào)整、人工堆掘地及構(gòu)筑物調(diào)整、道路調(diào)整、園地和林地調(diào)整；②地類轉(zhuǎn)換：將調(diào)整后的地類覆蓋分類數(shù)據(jù)，按照《關(guān)于印發(fā)縣級土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)(試行)修訂的通知》要求，結(jié)合斗門區(qū)的實(shí)際情況，統(tǒng)一土地分類體系。

(3) 土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)劃數(shù)據(jù)。按照《關(guān)于印發(fā)縣級土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)(試行)修訂的通知》要求，結(jié)合斗門區(qū)的實(shí)際情況，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為土地規(guī)劃用途分類體系，并統(tǒng)一參考坐標(biāo)系進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配。

2 改進(jìn)熵權(quán)TOPSIS模型

2.1 空間吻合度模型

采用空間吻合度模型量化規(guī)劃執(zhí)行過程中和結(jié)果中的空間吻合情況，其中規(guī)劃實(shí)施過程中的空間吻合性定義為土地利用空間變化與規(guī)劃目標(biāo)的吻合程度，主要針對評估初期到評估末期發(fā)生變化的地塊，判斷其與規(guī)劃目標(biāo)的吻合程度[8]。而規(guī)劃實(shí)施現(xiàn)狀結(jié)果評價(jià)中的空間吻合性是指土地利用現(xiàn)狀與規(guī)劃的吻合程度，可以從宏觀上考察規(guī)劃方案實(shí)施后在評價(jià)當(dāng)年的各類用途管制落實(shí)情況及分布的空間差異。如圖3、圖4所示。

規(guī)劃執(zhí)行過程評價(jià)所評判的是發(fā)生調(diào)整的地塊是否符合規(guī)劃要求，因此應(yīng)該以最嚴(yán)格的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量。它所評判的是評價(jià)當(dāng)年現(xiàn)狀與規(guī)劃目標(biāo)的吻合程度，隨著規(guī)劃執(zhí)行的不斷推進(jìn)，該空間吻合度會呈現(xiàn)出不斷提高的變化過程，因此對其應(yīng)采取逐級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量。根據(jù)空間吻合性度量的3個(gè)層次：地類圖斑層次、功能區(qū)層次、區(qū)域?qū)哟?，各層次的度量?biāo)準(zhǔn)不同，空間吻合性度量結(jié)果的分級標(biāo)準(zhǔn)也不同。

2.2 改進(jìn)熵權(quán)的TOPSIS模型

首先，采用客觀賦權(quán)法中的改進(jìn)熵值賦權(quán)法進(jìn)行賦權(quán)[9-13]。具體步驟如下：

(1) 指標(biāo)無量綱化。選擇極值法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，既可滿足要求，方法又簡便。

(2) 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值Hj

(1)

(3) 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)Wj

(2)

考慮當(dāng)指標(biāo)熵值Hj→1(j=1，2，…，m)時(shí)，不同指標(biāo)的熵權(quán)會由于相互間微小差別導(dǎo)致成倍數(shù)變化，這顯然不合理。根據(jù)熵權(quán)原理，若不同指標(biāo)的熵值差異不多，則意味著其提供的有用信息量基本相同，即相應(yīng)熵權(quán)也應(yīng)基本一致。因此，為增強(qiáng)熵權(quán)計(jì)算式的適用性，對熵值賦權(quán)法的計(jì)算式(2)進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)果為

(3)

其次，TOPSIS模型能夠客觀全面地反映建設(shè)用地再開發(fā)效益的動態(tài)變化[14]，通過在目標(biāo)空間中定義一個(gè)測度，以此測量目標(biāo)靠近正理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解的程度評估再開發(fā)效益，具有計(jì)算簡便、對樣本量要求不大及結(jié)果合理的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的TOPSIS法相比，改進(jìn)熵權(quán)的TOPSIS法主要針對評價(jià)對象與正理想解和負(fù)理想解的評價(jià)公式進(jìn)行了改進(jìn)[15]。具體步驟如下：

(1) 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣：A=(aij)m×n；此處可以利用熵權(quán)法計(jì)算中的無量綱化值。

(2) 構(gòu)建加權(quán)決策矩陣：V=A×W=(vij)m×n，vij=aij×wi；將通過改進(jìn)熵權(quán)法確定的指標(biāo)權(quán)重向量W與標(biāo)準(zhǔn)決策矩陣相乘，得到加權(quán)規(guī)范化決策矩陣。

(3) 確定正、負(fù)理想解。若V+為最偏好的方案(正理想解)，V-為最不偏好的方案(負(fù)理想解)，則有

(4)

(5)

(4) 計(jì)算每個(gè)年份評價(jià)向量到正、負(fù)理想解的距離D+和D-

(6)

(5) 計(jì)算歷年評價(jià)對象與最優(yōu)方案的貼近度(即評價(jià)指數(shù))為

(7)

3 結(jié)果分析

3.1 規(guī)劃實(shí)施總體分析

在耕地利用目標(biāo)執(zhí)行情況方面，2010—2014年，珠海市斗門區(qū)的耕地面積總量均在減少，但是基于兩種數(shù)據(jù)源的耕地面積實(shí)際減少量與減少幅度不同。其中基于影像地理國情監(jiān)測庫的耕地減少量為1 525.5 hm2，減少幅度較大；基于土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫的耕地減少量為132 hm2，減少幅度較小(見表1)。

表1 斗門區(qū)2010—2014年耕地面積逐年變化 hm2

由表1可知，基于影像地理國情監(jiān)測庫的耕地面積逐年減少量最大值為656 hm2，最小值為193 hm2。基于土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)的耕地面積逐年減少量的最大值為61 hm2，最小值為10 hm2，其減少趨勢相對而言不明顯。

在城鄉(xiāng)建設(shè)用地利用目標(biāo)執(zhí)行情況方面，2010—2014年，珠海市斗門區(qū)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積均在增加，基于兩種數(shù)據(jù)源的城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積實(shí)際增加量與增加幅度基本持平。其中基于影像地理國情監(jiān)測的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加量為342 hm2，基于土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加量為375 hm2，因此總體上2010—2014年的城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積增加幅度基本一致(見表2)。

表2 斗門區(qū)2010—2014年城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積逐年變化

hm2

由表2可見，基于影像地理國情監(jiān)測的城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積逐年增加量最大值為217 hm2，最小值為-64 hm2，城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積總體上呈遞增的趨勢?；谕恋乩米兏{(diào)查數(shù)據(jù)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積逐年增加量最大值為138 hm2，最小值為38 hm2，城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積呈逐年穩(wěn)步遞增趨勢，增加趨勢明顯。

主要原因?yàn)椋孩俨煌诸愺w系的地類定義不同。地理國情普查是基于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行的，因此分類體系主要是基于基礎(chǔ)地理信息要素分類。對比分析采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要為國土部門提供的土地利用現(xiàn)狀圖，采用的分類標(biāo)準(zhǔn)為2007年發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GBT 21010—2017)，兩種數(shù)據(jù)基于影像識別判讀地物時(shí)，對地類的定義難以實(shí)現(xiàn)絕對的統(tǒng)一。鑒于定義的差異，為維持兩種分類下調(diào)查(普查)結(jié)果的權(quán)威性，在本文項(xiàng)目中這部分差異不能隨意調(diào)整。②不同分類體系的精細(xì)化程度不同，地理國情普查使用高分辨率航天遙感影像和航空正射影像作為普查的影像地圖，結(jié)合外業(yè)調(diào)查與核查的方法，普查的精細(xì)度較高，側(cè)重微觀地表覆蓋信息；而土地利用變更調(diào)查的目的主要服務(wù)于國家土地管理，是一種對土地資源的宏觀管控手段，二者精細(xì)化程度差別較大。③不同分類體系的地類屬性不同，地理國情普查側(cè)重土地的地表覆蓋物理屬性。土地利用變更調(diào)查側(cè)重人類社會對土地目的性利用的社會經(jīng)濟(jì)屬性，其分類后的調(diào)查結(jié)果往往包含一定的政策法律因素，體現(xiàn)了人類對土地利用的方式和目的意圖。因此，兩種數(shù)據(jù)源在不同分類體系下，對實(shí)際地物的認(rèn)識和判別存在差異。

3.2 規(guī)劃空間吻合分析

基于不同數(shù)據(jù)源進(jìn)行了規(guī)劃實(shí)施變化過程中和規(guī)劃實(shí)施現(xiàn)狀結(jié)果空間吻合情況分析，分析過程與現(xiàn)狀結(jié)果空間吻合性時(shí)，均計(jì)算地類圖斑空間吻合度、功能區(qū)空間吻合度及區(qū)域空間吻合度(見表3—表5)。

表3 地類圖斑層規(guī)劃實(shí)施變化過程空間吻合度對比結(jié)果

除2013—2014年期間的耕地、其他建設(shè)用地外，其他地類吻合度均略低于變更數(shù)計(jì)算結(jié)果。排除基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分類差異影響下的2009—2010年計(jì)算結(jié)果后，其中，最大差距為2011—2012年期間的交通水利用地，為0.348 6；最小差距為2010—2011年期間的其他建設(shè)用地，僅為0.000 1。從變化趨勢來看，城鄉(xiāng)建設(shè)用地的不同數(shù)據(jù)源計(jì)算結(jié)果差距逐漸減小，其他地類大多呈現(xiàn)先增后減的倒“V”形趨勢。

表4 不同數(shù)據(jù)源地類圖斑層規(guī)劃實(shí)施結(jié)果空間吻合度對比結(jié)果

地類數(shù)據(jù)源空間吻合度級別城鄉(xiāng)建設(shè)用地耕地交通水利用地林地自然保留地其他建設(shè)用地其他農(nóng)用地水域園地土地利用數(shù)據(jù)0.84Ⅴ級地理國情監(jiān)測0.39Ⅴ級土地利用數(shù)據(jù)0.95Ⅱ級地理國情監(jiān)測0.55Ⅴ級土地利用數(shù)據(jù)0.99Ⅱ級地理國情監(jiān)測0.90Ⅲ級土地利用數(shù)據(jù)0.99Ⅱ級地理國情監(jiān)測0.88Ⅳ級土地利用數(shù)據(jù)0.73Ⅴ級地理國情監(jiān)測0.48Ⅴ級土地利用數(shù)據(jù)0.84Ⅴ級地理國情監(jiān)測0.63Ⅴ級土地利用數(shù)據(jù)0.53Ⅴ級地理國情監(jiān)測0.38Ⅴ級土地利用數(shù)據(jù)0.99Ⅱ級地理國情監(jiān)測0.94Ⅲ級土地利用數(shù)據(jù)0.95Ⅱ級地理國情監(jiān)測0.25Ⅴ級

除交通水利用地、水域之外，其他地類均明顯低于變更數(shù)計(jì)算結(jié)果，其中園地的差距最大，達(dá)到0.7，其次是城鄉(xiāng)建設(shè)用地，達(dá)到0.45，水域最小僅為0.05，平均差距為0.27。從空間吻合度的級別看，依據(jù)地理國情普查監(jiān)測數(shù)據(jù)得出的斗門區(qū)地類圖斑層規(guī)劃實(shí)施現(xiàn)狀結(jié)果過程空間吻合度結(jié)果，只有耕地、林地及園地明顯低于變更數(shù)計(jì)算結(jié)果，其他地類的吻合度等級相差不超過一個(gè)等級。總體而言，排除不同數(shù)據(jù)間的差異可能帶來的影響，兩種數(shù)據(jù)源下的城鄉(xiāng)建設(shè)用地、自然保留地、其他建設(shè)用地、其他農(nóng)用地的吻合度等級均不高，只有Ⅴ級，說明這些地類的規(guī)劃實(shí)施情況較差。

3.3 綜合評價(jià)分析

基于熵權(quán)改進(jìn)的TOPSIS模型對斗門區(qū)2010—2013年規(guī)劃實(shí)施綜合效果進(jìn)行評價(jià)(見表5)。斗門區(qū)規(guī)劃實(shí)施綜合效果分值在0.40～0.61之間，呈現(xiàn)“S”形上升變化趨勢，2010—2011年顯示相對平穩(wěn)且略微向下的態(tài)勢，整體上處于中級階段水平，規(guī)劃實(shí)施效果仍有較大提升空間。究其原因，從各分析指標(biāo)來看，城鎮(zhèn)集體職工年末人數(shù)、耕地占補(bǔ)平衡、耕地總量平衡、有效灌溉率、生態(tài)用地面積占比、生態(tài)用地景觀格局指數(shù)在2010—2011年均出現(xiàn)數(shù)量減少有關(guān)。斗門區(qū)城鎮(zhèn)集體職工年末人數(shù)在2010年出現(xiàn)大幅減少，與2008年提出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得一定進(jìn)展有一定的聯(lián)系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起職工工作變動。

2010年斗門區(qū)耕地占補(bǔ)平衡有所減少，2009—2014年斗門區(qū)在加快發(fā)展過程中建設(shè)用地占用一定數(shù)量的耕地，同時(shí)2009—2014年建設(shè)用地侵占耕地的面積明顯大于其他地類復(fù)墾為耕地的面積說明其他地類復(fù)墾為耕地難度較大有著較大關(guān)系。2010年耕地占補(bǔ)平衡在減少，與2009—2014年斗門區(qū)發(fā)展對建設(shè)用地需求增加，導(dǎo)致耕地保有量減少有關(guān)，且對斗門區(qū)有效灌溉面積減少也發(fā)揮了一定作用，造成有效灌溉率也有所減少。同時(shí)，斗門區(qū)新增建設(shè)用地侵占其他土地，也會造成生態(tài)用地的減少，從2009—2014年新增建設(shè)用地主要是由耕地、林地、園地等轉(zhuǎn)變而來可以看出，導(dǎo)致斗門區(qū)2010—2011年生態(tài)用地面積占比減少。此外，生態(tài)用地總量的減少，導(dǎo)致其景觀多樣性也承受一定的壓力，造成生態(tài)用地景觀多樣性指數(shù)減小。

表5 規(guī)劃實(shí)施綜合效果評價(jià)

4 結(jié)論與建議

(1) 復(fù)墾開發(fā)力度不夠且耕地質(zhì)量偏低，建議完善配套政策加強(qiáng)規(guī)劃的控制性與引導(dǎo)性。實(shí)際斗門區(qū)的耕地面積在逐年遞減，不同數(shù)據(jù)源下的回歸分析均顯示按照耕地目前的遞減趨勢，將難以完成規(guī)劃遠(yuǎn)期實(shí)際劃定指標(biāo)。

(2) 耕地不合理面積相對較大且空間吻合性偏低，建議完善土地利用規(guī)劃方面的立法執(zhí)法機(jī)制。從空間吻合度的分級來看，耕地的規(guī)劃實(shí)施現(xiàn)狀結(jié)果空間吻合度偏低，結(jié)合地類轉(zhuǎn)換過程可知，不符合規(guī)劃的耕地最主要是轉(zhuǎn)為其他農(nóng)用地及城鄉(xiāng)建設(shè)用地，農(nóng)用地轉(zhuǎn)坑塘水面的部分在不破壞耕作層的情況下尚可作為可調(diào)整地類維護(hù)耕地保有量，但違規(guī)轉(zhuǎn)為建設(shè)用地部分則一般難以逆轉(zhuǎn)，復(fù)墾成本較高，需加強(qiáng)規(guī)劃監(jiān)測及執(zhí)法力度，在既定法律框架下加強(qiáng)相關(guān)法律規(guī)章的制定，提高決策者與實(shí)施者對土地利用方面相關(guān)的法律認(rèn)識程度，完善土地利用獎懲機(jī)制，嚴(yán)厲懲罰違規(guī)審批、濫用、違規(guī)占土地等行為。

(3) 規(guī)劃未實(shí)施且不符合規(guī)劃的面積比重高，建議建立土地利用規(guī)劃實(shí)施監(jiān)測與反饋機(jī)制。規(guī)劃未實(shí)施且不符合規(guī)劃的面積比重相對高，規(guī)劃實(shí)施進(jìn)度慢。重點(diǎn)監(jiān)測耕地變化和城鄉(xiāng)建設(shè)用地的擴(kuò)展，加大對臨時(shí)調(diào)整用地的監(jiān)測，檢驗(yàn)臨時(shí)調(diào)整用地在后續(xù)規(guī)劃的執(zhí)行中是否會向規(guī)劃用地類型轉(zhuǎn)變。

(4) 規(guī)劃實(shí)施綜合效益尚待提高，建議精細(xì)化規(guī)劃數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及規(guī)劃編制。從社會和經(jīng)濟(jì)效益來看，斗門區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與社會效益在珠海市仍處于較低水平；從生態(tài)效益來看，該區(qū)雖是珠海市的重點(diǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)，但實(shí)際有效灌溉率卻逐年遞減；從土地集約利用來看，一定面積的廢棄房屋是城鄉(xiāng)人口流動加速，農(nóng)村人口老齡化的產(chǎn)物，而近年來斗門區(qū)農(nóng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程也促使這一現(xiàn)象的出現(xiàn)。需要通過土地利用結(jié)構(gòu)的合理安排和空間優(yōu)化布局來挖掘城鄉(xiāng)建設(shè)用地內(nèi)部集約利用的潛力?？梢源舜斡跋竦乩韲楸O(jiān)測及后續(xù)監(jiān)測為契機(jī)，構(gòu)建數(shù)據(jù)源統(tǒng)一轉(zhuǎn)換平臺，在提高影像地理國情監(jiān)測的規(guī)劃決策能力的同時(shí)，精細(xì)化規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，服務(wù)于精細(xì)化土地利用總體規(guī)劃編制，實(shí)現(xiàn)斗門區(qū)用地空間精細(xì)化治理。