張曉濱，葉艷妹，陳 莎，程 濤，俞振寧

（1.浙江大學土地管理系，浙江 杭州 310058； 2.濱州市國土資源局，山東 濱州 256600）

農地整理權屬調整是指根據(jù)農地整理項目實施范圍內地塊的土地利用類型、面積、質量等變化情況，按照自愿、合法、公平、公正原則，對地塊的所有權、使用權及他項權等權屬關系進行調整的行為[1]，以方便生產，提高效能。權屬調整是農地整理中最為重要的工作之一，自愿高效的土地整理權屬調整不僅能緩解農地細碎[2]、優(yōu)化土地利用，促進農業(yè)規(guī)模化和產業(yè)化[3]，而且對全世界的鄉(xiāng)村振興也具有重要意義。然而由于涉及包括地塊本身、土地所有者、政策法規(guī)、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和區(qū)位等在內的7大類30多項因素[4]，權屬調整成了農地整理中最復雜的工作[2，5]。這種復雜性在國外突出表現(xiàn)在農地整理項目實施所需時間極長[6-7]，在中國則造成了政府為避免沖突、加快進度而有意忽視權屬調整的問題，致使農地整理中實際實施權屬調整的比例低，農地整理效果大打折扣[8-9]。

權屬調整技術方法的單一與落后是權屬實施低效的重要原因之一。然而早期農地整理實踐對權屬調整的忽視以及農地權屬數(shù)據(jù)的缺乏，導致國內權屬調整技術方法創(chuàng)新研究幾乎處于空白狀態(tài)，目前僅有2篇論文涉及相關內容[10-11]。本文將目光聚焦于國外權屬調整技術方法創(chuàng)新研究，尤其側重于該過程中地塊空間分配問題，主要出于以下考慮：第一，技術方法改進能便利權屬調整管理機制創(chuàng)新，例如，國外有研究開發(fā)了用于在給定部分地塊固定不動的情況下，優(yōu)化其余地塊權屬關系的權屬調整模型，而從管理機制角度講，允許部分集體成員退出集體行動過程有利于剩余成員之間集體行動的達成[12]，由此可見，技術方法創(chuàng)新能夠為特定管理機制的實現(xiàn)提供路徑；第二，目前中國權屬調整程序性規(guī)定很少涉及地塊空間分配的具體方法，操作性差且難以滿足農民偏好，而國外技術方法創(chuàng)新研究以調整后的地塊空間分配為重點，能針對性地滿足農民偏好，提高農民意愿；第三，農地整理向大規(guī)模和多目標方向發(fā)展，使權屬調整問題更復雜化，借助新興技術提高調整效率、優(yōu)化調整結果已勢在必行，而不動產統(tǒng)一登記的推行，為權屬調整的空間優(yōu)化方法研究積累了數(shù)據(jù)基礎，也為深入開展權屬調整方法研究提供了契機。因此借鑒國外研究經(jīng)驗，有助于完善中國權屬調整研究體系，同時也符合中國土地科技創(chuàng)新的趨勢和建立完善的土地管理技術方法體系的需求[13]。

國外權屬調整技術方法創(chuàng)新研究始于對其傳統(tǒng)方法的總結及問題識別。基于權屬調整的實施過程，研究構建了多階段的權屬調整概念模型，針對概念模型中的核心階段，大量研究嘗試應用各類技術與方法對其提供決策支持。本文將依此研究路徑，分4部分展開綜述。

1 傳統(tǒng)方法及其問題

各國在長期實踐中形成了不同的權屬調整方法，不過依其共同特征，可總結為基于訪談（或意愿）的權屬調整模型[2，14]，該模型可以分為4步：（1）權屬調整實施者在擬定地塊分配方案之前對農戶的偏好進行訪談調研，涉及調整后農戶期望獲得地塊數(shù)量、質量、具體的位置以及是否希望保留特定地塊位置不變等方面；（2）基于調研所得的農戶偏好，結合耕地相對價值體系，初步將農戶的地塊在各田塊內進行分配，并計算各地塊的面積；（3）根據(jù)地塊面積與田塊面積的匹配狀況，結合農戶對地塊位置的偏好，反復調整地塊在田塊間的分配，直至面積匹配誤差落在允許的范圍內；（4）確定地塊最終的具體位置、邊界與形狀，完成權屬調整過程[15]。

國外權屬調整總體按該方法實施，差異主要體現(xiàn)在地塊分配過程中考慮的因素和權重不同，采用的具體分配方式以及各步驟實施順序的變化上。學界認為，該方法主要存在以下問題：一方面，權屬調整涉及的因素復雜，數(shù)據(jù)量大且類型多樣[16]，囿于人力計算能力的限制，權屬調整實施者只能反復試錯[2]，由此造成權屬調整的效率低下，且難以保證土地利用的優(yōu)化[4]；另一方面，雖然國外農地整理立法健全，權屬調整往往也有標準化的操作程序與步驟，但傳統(tǒng)方法仍然強烈依賴于執(zhí)行者本身的經(jīng)驗與水平。因此，在地塊價值評定、位置確定等過程，其評價與調整結果的透明性、可靠性、一致性和公平性均存疑，可能會導致農戶參與權屬調整意愿的降低[17-18]。于是，通過技術方法的精進來解決如上問題便顯得尤為必要。

2 權屬概念模型

系統(tǒng)地分析一個復雜過程的有效手段是首先確定總體的問題框架，并將問題整體分解為幾個可分析的組成階段分而治之。基于這一思路，很多研究致力于構建多階段權屬調整概念模型，并基于此開發(fā)綜合性的權屬調整信息處理與決策支持系統(tǒng)。荷蘭最早的權屬調整系統(tǒng)ATOR將權屬調整分為價值分配、空間分配以及地塊邊界設計3個階段[19]。其中價值分配階段是指權屬調整后農戶應得土地面積的計算，空間分配是對地塊大致位置的確定，地塊邊界設計則指對地塊最終位置與形狀邊界的確定。此后研究中的概念模型均由此模型發(fā)展而來，如SEMLALI將權屬調整分為計算上的調整、圖形上的調整以及對調整結果的評估3個階段[20]。實際上，計算上的調整和圖形上的調整分別對應于前述模型的價值分配和空間分配，只是該模型強調了評估階段的重要性，并采用面向地理對象的形式化語言CONGOO（CONception Geographique Orien té e Objet）對該概念模型進行了形式化。ESSADIKI等設計的概念模型類似地將權屬調整過程分為初步計算、初步調整以及最終調整3個階段[16]，并基于Arc/Info平臺，使用結構化建模語言開發(fā)了權屬調整系統(tǒng)的雛形。目前接受度較高的權屬調整概念模型是由DEMETRIOU[21]設計的，該模型將權屬調整劃分為農地細碎化評價、地塊再分配設計與評價、地塊分割設計與評價3個階段，該模型同樣強調了評價體系對調整過程及時反饋的重要性，同時還強調農地細碎化狀況評價是權屬調整開展的前提。該研究在ArcOjects開發(fā)平臺內采用VBA語言對此概念模型予以實現(xiàn)[15]。其中，地塊再分配和地塊分割是權屬調整核心階段，有大量研究通過技術方法應用為其提供決策支持。

3 地塊再分配

地塊再分配過程包括權屬調整后每一農戶應當分配的總面積計算，以及調整后農戶地塊數(shù)量、各地塊的面積以及地塊的大致位置（一般是確定地塊所坐落的田塊）的確定。

3.1 地塊面積再分配

相對而言，地塊面積再分配階段的技術復雜性較弱，相關研究有通過結構化的算法提高調整前后地塊面積計算效率[22]，也有研究認為土壤條件是農地整理中決定地塊相對價值最重要的因素，因此專門探討采用普通克里金插值法更為準確地呈現(xiàn)項目區(qū)土壤質量狀況，以完善耕地相對價值體系的構建[23]。另外，也有研究認為隨著農地整理內涵的豐富，耕地相對價值體系導向也應有所轉變，文化、歷史等維度的因素也應逐漸被要求納入價值體系之中[24-25]。

另外，部分國家調整后的地塊面積是基于市場價值法計算的。但目前依賴人力調研比較的市場比較估值法存在成本高、透明性和一致性差等缺陷[18]。而將自動化估價模型（Automated Valuation Models, AVMs）與GIS技術相結合的方法可以克服傳統(tǒng)方法的上述缺陷，今后將成為快速、批量土地估價的趨勢[26]。DEMETRIOU將一個基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的AVMS與GIS空間分析相結合，對權屬調整前后的農地價值進行了評估。該研究發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)估價方法，自動化評估不僅顯著提高效率，并且使結果更具有透明性、一致性、可靠性[27]。

3.2 地塊位置再分配

地塊位置再分配解決權屬調整過程中的地塊空間位置分配問題，是權屬調整過程的重點。相關研究可以分為基于優(yōu)化方法和基于啟發(fā)式方法兩類[28]。

3.2.1 基于優(yōu)化方法的地塊再分配

基于優(yōu)化方法的研究將權屬調整過程視為一個多目標的優(yōu)化過程，通過將問題模型化并求解，獲得地塊位置分配的最優(yōu)方案。權屬調整的優(yōu)化目標主要以對農民意愿的滿足為導向，包括7個目標：（1）減小地塊面積與田塊面積的匹配誤差。這一目標常常作為一項約束條件出現(xiàn)在權屬調整的優(yōu)化模型中，要求分配至特定田塊的地塊總面積與該田塊的面積差值落在誤差允許的范圍內[29-30]。（2）減少地塊位置的變動程度。在實際建模中，這一目標往往被替代為減小面積最大（或價值最高）地塊位置的變動程度[11，29，31-32]。（3）減小地塊與居住地之間的距離[11，28，30，33]。（4）減小同一農戶所有地塊間的距離[30，34]。（5）減少地塊數(shù)量[35]。（6）滿足農戶對項目區(qū)具體位置的直接偏好。對這一目標的處理首先需要農戶對項目區(qū)內其偏好的位置進行排序，在此基礎之上按照農戶的偏好程度賦予田塊一定的分值，并以最大化該分值作為優(yōu)化目標[30]。（7）保證自建農業(yè)固定設施所在地塊的位置不變[19，30]。

對權屬調整位置再分配問題進行建模優(yōu)化，最常用的是線性規(guī)劃方法，問題的求解尤以單純形和運輸單純形算法應用最廣[11，29-31]，采用此類算法求解的線性規(guī)劃模型在針對目標（2）、（3）和（6）的優(yōu)化上尤為高效。但由于狹義的線性規(guī)劃僅能處理連續(xù)變量問題，模型中一旦納入其余目標，尤其是目標（5），便會使變量離散化，從而超出線性規(guī)劃的處理范圍。為充分實現(xiàn)以上目標的優(yōu)化，有研究采用組合優(yōu)化方法，如混合整數(shù)規(guī)劃方法對權屬調整問題進行建模，采用分枝切割算法、踏腳石算法等對問題進行求解，結果顯示這些模型也可以在滿足農民偏好的同時，減小地塊面積與田塊面積的匹配誤差[33-37]。但隨著農地整理項目規(guī)模的擴大，模型變量和約束條件將顯著增加，此類算法能否有效的獲得最優(yōu)解是有待檢驗的。另外，復雜的組合優(yōu)化算法由于不符合權屬調整實施與參與者的直覺思維，有時很難得到認可[28]。

3.2.2 基于啟發(fā)式方法的地塊再分配

為克服優(yōu)化方法的缺陷，近來的研究開始轉向對啟發(fā)式方法的應用，并借助GIS技術，在對人工處理權屬調整方法的總結與改善的基礎上，提高處理位置再分配問題自動化的程度，最終獲得這一問題的滿意解[38]。其中專家系統(tǒng)（Expert System，ES）[15，39-40]、空間決策支持系統(tǒng)（Spatial Decision Support System, SDSS）[41]、遺傳算法（Genetic Algorithm, GA）[42-44]是較為常見的應用于該階段的啟發(fā)式方法。UYAN等開發(fā)了一個基于GA的權屬調整程序，并與其所構建的基于SDSS的方法在調整效果上進行了比較[42]。在該研究中，基于SDSS模型以人工權屬調整規(guī)則為基礎，賦予“建有固定設施”、“地塊數(shù)量超過3塊”和“有需要相鄰的地塊”的農戶在權屬調整過程中有較高的優(yōu)先級，通過算法設計為權屬調整提供半結構化的決策支持，而基于GA的模型則通過選擇、遺傳與變異的重復迭代過程，為權屬調整提供結構化的決策支持。在降低農地細碎程度方面，基于GA的模型要優(yōu)于基于SDSS的模型。CAY等[40]以及DEMETRIOU等[39]則分別基于模糊邏輯和無推理機理論構建了用于解決地塊位置再分配的ES，兩種方法所追求的目標均類似于上文所提及的減少地塊位置的變動程度，只是在具體表現(xiàn)形式上有所不同：CAY等的模型考慮了面積最大和第二大地塊的位置，而DEMETRIOU等的模型則是對面積最大地塊、價值最高地塊以及農戶偏好程度作了加權平均[45]。以上研究大多從對地塊位置變動程度、地塊數(shù)量的減少、對農民意愿的滿足、地塊與農居點間距離變化以及模型運行效率等方面對基于啟發(fā)式方法的調整模型與傳統(tǒng)方法進行了比較，基于啟發(fā)式方法的權屬調整模型在各方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

4 地塊分割

地塊分割是在地塊再分配形成的地塊位置的基礎之上，確定地塊的最終位置、邊界與形狀的過程。

4.1 地塊分割的評價

針對地塊分割，首先也需要建立一個關于地塊形狀、面積以及具體位置的評價標準。因此，有研究通過改進現(xiàn)有形狀評價指標的缺陷，構建了一個綜合性地塊形狀指數(shù)（Parcel Shape Index, PSI），該指數(shù)中包含了邊長、反射角個數(shù)、銳角個數(shù)、邊界點個數(shù)、緊湊性與整齊性6項指標，并通過加權平均得到綜合分值[46]。KWINTA和GNIADEK的研究則提出，權屬調整后應將地塊形狀設計為原地塊的等效矩形[47]。另外，地塊分割不僅僅是一個幾何學的問題[48]。在實際應用于地塊分割時，除形狀指標之外，還需考慮分割所形成的地塊與農戶應得地塊之間的面積、價值差異，以及每一地塊與基礎設施的鄰接[49]；此外地塊形狀是否最優(yōu)也取決于農業(yè)生產中所應用的機械，因此GONZALEZ等構建了一個包含地塊形狀和地塊面積的評價指標，其中不同形狀與面積所應得的分值都是其在給定機械耕作效率下通過模擬和回歸分析得到的。在此基礎上，他們給出了36種常見的基準地塊形狀指標分值，并提供了根據(jù)地塊的實際形狀和面積對分值進行修正的計算方式[50-51]。

4.2 地塊分割的設計方法

在選定了地塊分割所要達到的目標之后，則需通過各類程序與算法協(xié)助權屬調整的實施者實現(xiàn)這一目標。BUIS和VINGERHOEDS的文章是最早涉及自動化地塊分割過程的研究。在該研究中，他們通過結合基于知識的系統(tǒng)（Knowledge-based System, KBS）和GIS技術為地塊分割提供決策支持。其中KBS部分負責地塊設計，GIS部分則負責可視化呈現(xiàn)、評價與反饋[52]。ROSMAN的研究采用荷蘭地籍司目前投入使用的兩款權屬調整軟件TRANSFER和R-app，比較了在約束條件較少和約束條件大量存在（例如項目區(qū)內有大量生態(tài)用地或文化景觀、有較多固定設施導致地塊分割受限）兩種拓撲條件下實現(xiàn)地塊分割的方法[17]。但是上述研究都局限于對地塊分割提供半結構化的決策支持。而近期研究則主要致力于通過啟發(fā)式算法設計為地塊分割過程提供結構化決策支持。TOURINO等人的研究通過結合區(qū)域增長算法和模擬退火算法完成地塊分割優(yōu)化過程。該方法首先通過區(qū)域增長算法將給定地塊的質心按照一定的規(guī)則擴張成給定面積的地塊，然后再以長寬比1∶4為優(yōu)化目標，采用模擬退火算法進行優(yōu)化[53]（圖1）。

不過，由于模擬退火算法本身的特點，該方法運行時，區(qū)域增長算法中地塊擴張規(guī)則的合理性將顯著影響最終的優(yōu)化結果。DEMETRIOU認為，GA可以克服這一缺陷，因此他的研究采用了GA對地塊分割進行優(yōu)化，同時該研究還對比了單目標（PSI值最大）優(yōu)化與多目標（PSI值最大、面積和價值誤差最小、地塊全部與工程設施相鄰接）優(yōu)化的算法效率，發(fā)現(xiàn)在多目標情況下，對地塊優(yōu)化所需的運行時間顯著增加，因此該算法很難實際應用于地塊數(shù)量較多的農地整理項目中[49]。HAKLI等則構建了一個結合了折半搜索和德洛內三角剖分的方法進行地塊分割，并以地塊面積、價值和與道路鄰接為目標進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)該方法的優(yōu)化效率要顯著優(yōu)于前述研究[54]。另外，他們還進行了對GA應用的改進研究，在GA增加了精英選擇算子，同時其初始地塊采用了與田塊邊界平行的長方形，研究發(fā)現(xiàn)改進后的GA算法效率大大提升，完成一個規(guī)模為109 hm2、地塊數(shù)量為333塊的項目的地塊分割過程僅需8 h[55]。

圖1 區(qū)域增長算法與模擬退化算法相結合的地塊分割模型效果示意Fig.1 The diagram of regional growth algorithm and simulated annealing algorithm in land partitioning model

5 研究述評與展望

5.1 國外研究特征與趨勢總結

國外農地整理權屬調整技術方法研究有兩個核心特征，一是強調空間，二是強調優(yōu)化。其中權屬調整的優(yōu)化，又特別強調對農民意愿偏好的滿足。

GIS技術與運籌學模型的結合是權屬調整方法改進的主要方式，總體上相關研究為權屬調整的決策支持結構化程度越來越高。具體而言，在內容上，地塊位置再分配過程仍然是現(xiàn)階段研究的重點，地塊分割方面的研究較為薄弱，尤其是能為其提供結構化決策支持的研究相對較少；在方法上，早期研究強調優(yōu)化方法的應用，目前仍有部分研究側重采用優(yōu)化算法解決權屬調整的空間配置問題，不過考慮優(yōu)化模型往往過度簡化現(xiàn)實，應用價值有待檢驗，應用啟發(fā)式方法的研究已成為國外研究的新趨勢。此外，權屬調整綜合性的系統(tǒng)與軟件開發(fā)也是國外權屬調整技術方法研究的一個領域。這一方面荷蘭的研究最為領先，相應軟件在20世紀70年代便投入使用，目前已經(jīng)過3代更新；塞浦路斯、土耳其和西班牙等也有權屬調整集成系統(tǒng)開發(fā)的研究。

5.2 研究借鑒及展望

對權屬調整技術方法創(chuàng)新研究較多的國家主要包括荷蘭、德國、土耳其和塞浦路斯等國，同時波蘭、西班牙和摩洛哥等國也有部分相關研究，總體上，這些國家都具有大規(guī)模的迫切的農地整理需求，往往也具有較長的農地整理歷史，并具有較為健全的農地整理正式制度，因而很多研究致力于從技術層面提高農地整理的實施效率。不過，技術創(chuàng)新與制度改進的研究是相互促進的，并無明顯的先后關系。同時，國外權屬調整與國內權屬調整有很多相似的特征，例如國外權屬調整中農民表現(xiàn)出的“減小地塊位置變動”等偏好，也是大部分國內農地整理權屬調整中農民的意愿。因此，致力于滿足這些偏好的技術方法，也可以應用于國內權屬調整的研究之中。結合中國權屬調整實際，今后權屬調整技術方法研究應重點關注以下4個方面：

（1）構建中國權屬調整概念模型，對權屬調整的現(xiàn)實規(guī)則進行系統(tǒng)建模。國外的權屬調整技術方法研究始于對傳統(tǒng)方法的問題識別，其概念模型的設計也是以傳統(tǒng)方法為基礎的。中國現(xiàn)有的權屬調整實施方法與國外顯著不同，實踐中多采用以抓鬮為核心的強調程序公平的方法。因此，中國權屬調整概念模型應立足于總結和改進現(xiàn)有方法。同時，國外研究的規(guī)則庫也是基于自身實踐模式，且往往缺乏系統(tǒng)性，且同樣是基于其自身實踐。因此，今后國內研究需對權屬調整的現(xiàn)實規(guī)則進行系統(tǒng)總結與建模，如可將計算機領域中對共享概念模型進行明確的規(guī)范化說明的本體模型（ontologies）應用于對權屬調整規(guī)則的建模之中。

（2）繼續(xù)探索應用新興技術方法的可能性。一方面，借鑒國外研究已有的技術方法，解決中國權屬調整中農民意愿的滿足、地塊空間配置的優(yōu)化等問題；另一方面，應當充分運用后發(fā)優(yōu)勢，探索應用新興技術的可能性，解決目前國外研究普遍存在的問題。例如現(xiàn)階段解決權屬調整中所遇到的組合優(yōu)化問題時采用的GA算法對高維問題收斂速度很慢，而其他啟發(fā)式算法如粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）、差分進化算法（Differential Evolution Algorithm,DE）等則收斂速度較快，并且DE還具有參數(shù)簡單的優(yōu)點。因此，對于這些算法，以及神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能方法在權屬調整中的應用，可能是解決大規(guī)模農地整理項目權屬調整實施效率低的關鍵。

（3）對技術方法進行系統(tǒng)評估，并開展技術方法與管理機制的匹配研究。權屬調整是一個利益分配的過程，因此單純的技術效率并不能代表實際實施狀態(tài)?；谛屡d技術的各類方法雖然效率較高，但傳統(tǒng)方法可能在部分地區(qū)有更高的接受度。農民對具體實施方法的接受程度、技術方法與管理機制的匹配程度等，均影響權屬調整的實施效率。因此建立對各類技術方法應用效果的系統(tǒng)評價體系，識別不同方法所適合的應用條件，將其與具體的實施機制進行匹配。

（4）建立更豐富的權屬調整優(yōu)化目標和評價指標體系。目前相關研究在優(yōu)化目標和耕地價值體系的評價指標均較少涉及農業(yè)生產以外的相關因素。多目標化是農地整理的一個重要發(fā)展方向，農地整理的生態(tài)轉型也是國家戰(zhàn)略發(fā)展的必然要求。權屬調整作為農地整理的重要內容，由于涉及對鄉(xiāng)村景觀的改造，其也應當兼顧農地整理涉及的各類目標。因此，今后應當在地塊價值體系確定、地塊合并以及位置確定的過程中，納入對生態(tài)、歷史、文化等因素的考量。