趙 亮, 龔 健, 王文婷, 金清霞

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 公共管理學(xué)院, 武漢 430074; 2.當(dāng)陽(yáng)市國(guó)土資源局, 湖北 當(dāng)陽(yáng) 444100)

基于灰色概率模型的耕地集約利用評(píng)價(jià)
——以湖北省為例

趙 亮1, 龔 健1, 王文婷1, 金清霞2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 公共管理學(xué)院, 武漢 430074; 2.當(dāng)陽(yáng)市國(guó)土資源局, 湖北 當(dāng)陽(yáng) 444100)

采用層次分析法以及文獻(xiàn)參考法建立了耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上結(jié)合模糊集理論提出了耕地集約利用評(píng)價(jià)的灰色概率模型，并依據(jù)該模型對(duì)湖北省及其所屬的17個(gè)市(州)的土地集約利用程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：2011年，湖北省耕地處于基本集約利用向比較集約利用過渡狀態(tài)；湖北省17個(gè)市(州)中高集約利用的有2個(gè)，比較集約的有6個(gè)，基本集約的有7個(gè)，不集約的2個(gè)。通過區(qū)域差異分析，驗(yàn)證了該模型應(yīng)用于耕地集約利用評(píng)價(jià)切實(shí)可行，可以為耕地集約利用提供理論支持。

集約利用; 模糊聚類; 灰色概率; 隸屬度; 湖北省

隨著我國(guó)新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，建設(shè)占用耕地與耕地保護(hù)之間的矛盾越來越尖銳，特別是耕地?cái)?shù)量持續(xù)減少和質(zhì)量下降使我國(guó)糧食生產(chǎn)能力受到嚴(yán)重制約，甚至嚴(yán)重威脅我國(guó)的糧食安全?！秶?guó)土資源部關(guān)于大力推進(jìn)節(jié)約集約用地制度建設(shè)的意見》(國(guó)土資發(fā)〔2012〕47號(hào))文件指出，積極推進(jìn)節(jié)約集約用地制度建設(shè)和實(shí)施，是落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度的重大舉措，是保障和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。因此，在農(nóng)用地特別是耕地?cái)?shù)量不斷減少的情況下，通過挖掘現(xiàn)有農(nóng)地利用潛力，增加單位土地投入，加大耕地集約利用程度已經(jīng)成為緩解我國(guó)緊張的人地關(guān)系和保障糧食安全的有效途徑[1]。

由于建設(shè)用地利用效率的提高可以直接減少非農(nóng)建設(shè)對(duì)農(nóng)地資源的需求，因而長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)土地集約利用方面的研究主要集中在城鎮(zhèn)、工礦、開發(fā)區(qū)、農(nóng)村居民點(diǎn)等非農(nóng)建設(shè)用地方面[2]，以耕地為評(píng)價(jià)對(duì)象的系統(tǒng)性研究還處于起步階段。目前，耕地集約利用評(píng)價(jià)的方法多為基于體現(xiàn)人類認(rèn)知的主觀評(píng)價(jià)方法[3-4]或以數(shù)理模型為基礎(chǔ)的線性推理評(píng)價(jià)法[2,5]，這些評(píng)價(jià)方法多存有主觀意識(shí)強(qiáng)、過于依賴知識(shí)和專家認(rèn)知度、對(duì)指標(biāo)選取及指標(biāo)數(shù)據(jù)要求過高等缺陷?；疑怕誓Ｐ褪峭ㄟ^少量的、不完全的信息對(duì)事物發(fā)展規(guī)律或者發(fā)生的概率進(jìn)行客觀預(yù)測(cè)或者測(cè)算的一種方法，因此，將灰色概率模型應(yīng)用于耕地集約利用評(píng)價(jià)可有效避免現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的不足，能科學(xué)客觀的對(duì)耕地集約利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文以模糊集理論為基礎(chǔ)，采用模糊聚類法計(jì)算耕地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)模糊區(qū)間，根據(jù)確定的模糊區(qū)間建立評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬度函數(shù)，建立耕地集約利用評(píng)價(jià)的灰色概率模型。通過湖北省耕地集約利用的實(shí)證分析，論證了該方法的可行性。

1 研究模型

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

耕地利用受自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等各方面因素影響。在耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建中，不可能完整的考慮所有因素，應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)、評(píng)價(jià)方法的不同，以耕地集約利用內(nèi)涵出發(fā)，從多方面、多層次選擇評(píng)價(jià)因素構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文采用層次分析法將與耕地集約利用有關(guān)的元素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，以耕地集約利用程度評(píng)價(jià)為目標(biāo)，從總體上將耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為土地利用程度、投入強(qiáng)度、產(chǎn)出效益和可持續(xù)性四個(gè)方面，結(jié)合文獻(xiàn)參考法[1-2，6]再根據(jù)便于分類研究性、可操作性、空間異質(zhì)性等原則建立各層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終選擇10個(gè)因子構(gòu)建耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。具體指標(biāo)及對(duì)應(yīng)指標(biāo)說明詳見表1。

表1 耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1中不同的指標(biāo)對(duì)耕地集約利用評(píng)價(jià)的影響效果是不同的，一般來說，在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)下，耕地利用程度越高、投入強(qiáng)度與集約利用程度呈正相關(guān)關(guān)系；土地產(chǎn)出效益在一定程度上可以反應(yīng)耕地集約利用程度，當(dāng)某個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的土地報(bào)酬率(產(chǎn)出與投入比)越高，一般其土地集約利用程度相對(duì)也較高；土地利用必須要考慮到永續(xù)性，耕地集約利用必須要以保護(hù)耕地為前提，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系考慮了土地可持續(xù)性因素。選定的10個(gè)因子指標(biāo)的屬性值越高，越有利于耕地集約利用，故均為正向指標(biāo)。

1.2 灰色概率模型的建立

1.2.1 指標(biāo)灰區(qū)間的確定方法 傳統(tǒng)的灰色模型灰區(qū)間劃分多采用德爾斐法，通常是在確定灰類劃分個(gè)數(shù)后，邀請(qǐng)m個(gè)專家獨(dú)立的對(duì)每個(gè)灰類給出一個(gè)灰色區(qū)間，通過疊加各個(gè)專家的灰色區(qū)間，求取各灰類的估計(jì)值，并對(duì)估計(jì)值可靠度進(jìn)行驗(yàn)算和修正[7]。這種方法具有主觀性大、操作困難的缺點(diǎn)，而模糊聚類法對(duì)于那些沒有確切分類標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象進(jìn)行分類很有效，比如，判斷一個(gè)人是處于中年還是老年[8]這類問題可以通過模糊聚類法有效的解答。將模糊聚類法應(yīng)用于耕地集約利用評(píng)價(jià)灰色模型的灰區(qū)間確定中，可以有效避免傳統(tǒng)灰區(qū)間確定方法不夠客觀、過渡依賴專家知識(shí)和操作困難的缺點(diǎn)。

對(duì)于耕地利用，投入和產(chǎn)出指標(biāo)值達(dá)到多少才算集約利用很難界定，因此本文采用模糊聚類法將評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為四個(gè)灰區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)耕地集約程度低、中等、較高、很高四種狀態(tài)。利用模糊聚類法確定灰區(qū)間的主要步驟如下：

(1) 選取一定數(shù)量的樣本區(qū)域，樣本區(qū)域以行政界限劃分，將表1中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性值作為各項(xiàng)指標(biāo)的樣本觀測(cè)值，并計(jì)算各指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)之間的距離dij，各樣本之間的距離采用歐式距離公式計(jì)算，公式如下：

其中“∨”和“∧”的含義分別是：

a∨b=max{a，b}，a∧b=min{a，b}

設(shè)置均衡室入口inlet條件為速度入口，其值為不同噴漿速度下對(duì)應(yīng)的進(jìn)口速度。唇板出口outlet條件為壓力出口，唇口與大氣直接相連，故表壓力設(shè)為0。溝槽輥和導(dǎo)流板的壁面(wall-move)設(shè)置為Moving wall，旋轉(zhuǎn)軸為+Z，即輥?zhàn)友啬鏁r(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。其他面均設(shè)定為無滑移、絕熱的壁面，所有壁面粗糙度設(shè)為0.0016 mm，對(duì)整個(gè)流場(chǎng)沿Y軸負(fù)方向施加重力(9.81 m/s2)。

(5) 確定各指標(biāo)的灰區(qū)間。模糊分類將各指標(biāo)分為四類，按照各類別指標(biāo)值大小將聚類結(jié)果重新排序，并以相鄰兩類距離最近的兩個(gè)指標(biāo)的平均值作為兩個(gè)類的界值，如此一來，各類的指標(biāo)值都會(huì)形成一個(gè)不相互交叉的取值區(qū)間，當(dāng)訓(xùn)練樣本足夠多時(shí)，可以將該取值區(qū)間用來代替該指標(biāo)不同集約利用程度下的灰區(qū)間范圍。

1.2.2 區(qū)間灰色概率評(píng)估模型的建立 假設(shè)現(xiàn)有評(píng)價(jià)對(duì)象i，需要對(duì)其土地利用集約程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)選取見表1，對(duì)象i關(guān)于指標(biāo)j的觀測(cè)值為xij，j=1，2，…，n。對(duì)相應(yīng)的對(duì)象i進(jìn)行評(píng)估、診斷。具體步驟為：

(1) 依據(jù)評(píng)估要求所需劃分灰類數(shù)L。按照前節(jié)的方法，將各指標(biāo)劃分為4(L=4)個(gè)灰類，并確定各個(gè)灰類的灰區(qū)間，用來代替四種集約利用程度下各指標(biāo)數(shù)值取值范圍。最終確定指標(biāo)Ck的四個(gè)灰區(qū)間范圍為[β0，β1]，(β1，β2]，(β2，β3]，(β3，β4]。

(2) 建立j指標(biāo)關(guān)于灰類L的隸屬函數(shù)模型[7，9]，表達(dá)灰色型不確定性問題。通過對(duì)評(píng)估指標(biāo)分析,解決j指標(biāo)的灰色型不確定性可借助下列隸屬函數(shù)模型:

其中：s=1

其中：s=2，3，…,L-1

其中：s=L

(4) 確定評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合灰類系數(shù)。通過綜合隸屬系數(shù)可以初步判定評(píng)價(jià)對(duì)象耕地集約利用程度，但對(duì)于各灰類耕地集約利用綜合隸屬系數(shù)相差不大的評(píng)價(jià)對(duì)象來說，這種估計(jì)評(píng)判法的結(jié)果誤差會(huì)很大。在此基礎(chǔ)上，本文提出綜合灰類系數(shù)法進(jìn)一步對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行修正，綜合灰類系數(shù)βi計(jì)算公式如下：

計(jì)算出各指標(biāo)βi后，根據(jù)βi值大小對(duì)上文中初步判定結(jié)果進(jìn)行修正，原則上各評(píng)價(jià)對(duì)象修正前后的耕地集約利用差距不超過一個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖北省耕地集約利用評(píng)價(jià)

通過搜集湖北省及其所屬17個(gè)市(州)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒(2011年)得到10個(gè)指標(biāo)的原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。采用第二節(jié)介紹的方法建立湖北省及所屬市(州)各指標(biāo)的距離矩陣及標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，在此基礎(chǔ)上通過將標(biāo)準(zhǔn)化矩陣改造成模糊等價(jià)矩陣后對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行模糊聚類。將耕地集約利用水平劃分為不集約、基本集約、比較集約、高度集約四個(gè)程度，根據(jù)聚類結(jié)果求取各指標(biāo)對(duì)應(yīng)四個(gè)土地集約利用程度的屬性值灰區(qū)間。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 湖北省耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)各狀態(tài)灰區(qū)間

運(yùn)用建立的灰類隸屬度函數(shù)，依據(jù)表2的各指標(biāo)灰區(qū)間劃分，計(jì)算湖北省及其所屬17個(gè)市(州)的耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度矩陣(其中湖北省各指標(biāo)的隸屬度矩陣詳見表3)，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定評(píng)價(jià)對(duì)象土地集約利用的綜合隸屬系數(shù)、綜合灰類系數(shù)、并依此判定和修正集約利用程度，計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表3 湖北省耕地集約利用評(píng)估指標(biāo)的隸屬度

表4 湖北省及各市(州)耕地集約利用程度判定表

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3 結(jié) 論

本文針對(duì)目前評(píng)價(jià)方法的不足，提出將模糊集理論與灰色概率模型相結(jié)合用來對(duì)耕地集約利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合文獻(xiàn)參考法遴選了10個(gè)指標(biāo)構(gòu)建耕地集約利用程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以湖北省及其所屬的17個(gè)市(州)為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過灰色概率模型計(jì)算得到了評(píng)價(jià)對(duì)象的耕地集約利用程度，并利用區(qū)域差異法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了分析。全文主要得出如下結(jié)論：

(1) 建立耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用模糊聚類法，合理確定評(píng)價(jià)指標(biāo)灰區(qū)間，在此基礎(chǔ)上將灰色概率模型引入耕地集約利用評(píng)價(jià)中，并對(duì)湖北省及其17個(gè)市州耕地集約利用程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果通過區(qū)域差異分析后，表明評(píng)價(jià)結(jié)果符合評(píng)價(jià)對(duì)象的實(shí)際情況，該評(píng)價(jià)方法科學(xué)可行，從而為我國(guó)耕地集約利用評(píng)價(jià)提供了新方法。

(2) 湖北省17個(gè)市(州)中，高度集約利用的區(qū)域有2個(gè)、比較節(jié)約利用的區(qū)域6個(gè)、一般集約利用區(qū)7個(gè)，不集約利用區(qū)2個(gè)。通過分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域土地集約利用程度與其地域分布之間存在一定的規(guī)律，平原區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的土地集約利用程度一般比丘陵區(qū)和山區(qū)的要高。另外，土地單位投入強(qiáng)度偏低是導(dǎo)致平原地區(qū)市(州)土地集約利用程度偏低的最常見因素，而土地利用程度是丘陵和山區(qū)土地集約利用的最大限制因素。

(3) 湖北省耕地處于基本集約向比較集約過渡的階段，土地利用程度低、單位面積物力投入不高是耕地集約利用主要限制因素。因此，在未來的土地利用過程中，湖北省應(yīng)注重加大土地投入、提高土地利用強(qiáng)度，以期進(jìn)一步提高省內(nèi)耕地集約利用程度。

[1] 董秀茹,王秋兵,石水蓮.農(nóng)用地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立[J].土壤通報(bào),2008,39(2):209-213.

[2] 鄧楚雄,謝炳庚,李曉青,等.基于主成分分析法的湖南省農(nóng)用地集約利用評(píng)價(jià)[J].熱帶地理,2011,31(1):71-76.

[3] Zhang Q J, Cao X L, Lu J N. Evaluation on rural residential land intensive use in Hebei Province[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2010,26(7):312-317.

[4] 陳笑媛,丁筑茂,王博.基于層次分析法的農(nóng)用地集約利用評(píng)價(jià):以畢節(jié)地區(qū)為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(16):7042-7044.

[5] 趙麗,朱永明,張蓬濤,等.基于因子分析法的農(nóng)用地集約利用評(píng)價(jià)研究:以河北保定市為例[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010(11):7-11.

[6] 賀三維,潘鵬,諸云強(qiáng),等.農(nóng)用地集約利用評(píng)價(jià)的新模型研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2012,27(3):460-467.

[7] 李炳軍,朱永達(dá),萬(wàn)鶴群.農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平的概率：灰色評(píng)估方法及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1997,13(3):21-26.

[8] 向東進(jìn)等.實(shí)用多元統(tǒng)計(jì)分析[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2005:101-123.

[9] 王堅(jiān)強(qiáng),周玲.基于最大隸屬度的區(qū)間概率灰色隨機(jī)多準(zhǔn)則決策方法[J].控制與決策,2010,25(4):493-496.

EvaluationofIntensiveCultivatedLandUtilizationBasedonGreyProbabilityModel—ACaseStudyinHubeiProvince

ZHAO Liang1, GONG Jian1, WANG Wen-ting1, JIN Qing-xia2

(1.CollegeofPublicAdministration,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),HubeiProvince,Wuhan, 430074,China;2.BureauofLandResourcesofDangyangCity,Dangyang,Hubei, 444100,China)

This paper used analytic hierarchy process(AHP)and documentation method to establish the evaluation system of intensive utilization of cultivated land. On the basis of fuzzy sets theory, the grey probability evaluation model of cultivated land intensive utilization was put forward. Simultaneously, Hubei Province including its 17 cities (states) waschosen as the case study. The results showed that the intensive utilization of cultivated land in Hubei Province changed from the basic state transition to a more intensive utilization in 2011. Secondly, there are 2 high intensive, 6 more intensive, 7 basic intensive and 2 not intensive uses in 17 cities (state) belonging to Hubei Province. Finally, through the analysis of the regional difference, the results shows that this model is effectively applied to intensive utilization evaluation of cultivated lands, thus provides theoretical support for the scientific evaluation.

intensive utilization; fuzzy clustering; grey probability; membership degree; Hubei Province

2013-10-29

：2013-11-18

國(guó)家社科青年項(xiàng)目基金(12CGL065);教育部人文社會(huì)科學(xué)青年項(xiàng)目基金(12YJC630306);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CUGL110244);國(guó)土資源部法律評(píng)價(jià)工程實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(CUGFP1309)

趙亮(1990—),男,湖北武漢人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃、土地管理。E-mail:zhaoliang207@163.com

龔健(1977—),男,湖南常德人,博士,副教授,主要研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)、土地利用規(guī)劃。E-mail:gongjian@cug.edu.cn

F302.1

：A

：1005-3409(2014)04-0263-05