基于GIS的武汉市土地利用效益综合评价(综合自然地理学期末论文)

1、 本科生课程论文 论文题目：基于GIS的武汉市土地利用效益综合评价 课程名称：综合自然地理学 姓 名：肖梁 学 号：2012210192 专 业：资源环境与城乡规划管理 年 级：2012级 任课教师：聂艳 中国·武汉 2014年06月 成绩 评卷人 目录摘要.1第1章 绪论.21.1 研究背景.21.2 研究现状.21.3 研究意义.31.4 研究内容和思路.3 1.4.1 研究内容.3 1.4.2 数据来源.4 1.4.3 研究思路.4第2章 土地利用效益评价理论基础.42.1 土地利用效益的基本概念.4 2.1.1 土地利用结构.4 2.1.2 土地利用经济效益.4 2.1.3

2、土地利用社会效益.5 2.1.4 土地利用生态效益.52.2 土地利用效益评价的基本理论.5 2.2.1 系统理论.5 2.2.2 区位理论.6 2.2.3 集约利用理论.6 2.2.4 最优化理论.6第3章 武汉市城市土地利用效益综合评价.73.1 武汉市区域概况.73.2 构建指标体系的原则和方法.7 3.2.1 构建指标体系原则.7 3.2.2 筛选指标的方法.8 3.2.3 评价指标体系构成.8 3.2.4 指标值的获取.9 3.2.5 指标值的标准化.9 3.2.6 指标值权重的确定.103.3 土地利用效益综合评价.11 3.3.1 因子分值的计算.11 3.3.2 土地利用效益综

3、合评价的分类.12 3.3.3 综合评价结果的空间可视化表达.123.4 综合评价结果分析.13第4章 问题与对策建议.13参考文献.15 摘 要本文以城市土地利用综合效益为核心，从经济、社会和生态3个方面建立了武汉市土地利用效益评价指标体系，主要选取了国内生产总值、固定资产投资、总人口以及人均公共绿地面积四个指标，借助GIS平台对数据进行可视化表达，对武汉市13个区2010年土地利用效益进行了综合评价。评价结果表明：武昌区和洪山区土地利用综合效益最高，江岸区和江汉区等综合效益其次，土地利用综合效益较差的是汉南区，最后提出了提高城市土地资源利用效益的对策。关键词：武汉市 土地利用效益 综合评价

4、 GIS 第1章 绪论1.1 研究背景土地是各种经济要素和人类活动的载体，为生活、生产提供活动空间，影响着城市的发展，所以城市土地资源利用的合理性直接关系到城市的发展好坏。随着人口的增加，城镇化速度加快，城市土地供给与需求越来越紧张，人地矛盾就显得越来越突出。现如今，我国土地资源的利用情况普遍存在着用地结构不合理、土地利用效率较低、规模外延、环境保护不到位等问题。针对我国人多地少的现实，如何努力节约和合理的利用有限的土地资源，确定科学的城市土地利用结构及其最佳空间布局，提高城市土地资源的利用效率，促进我国国民经济稳定、适度、高效的发展和土地资源的可持续利用是一个迫在眉睫的任务。伴随计算机技术、

5、数据库技术应用越来越广泛，在国土资源管理过程中，运用3S 技术手段辅助进行土地资源评价、土地利用动态监测、城市规划、土地集约利用及潜力评价、土地资源信息系统建设等已经成为一种趋势；尤其是具有强大的空间分析、建模和建库功能的 GIS 技术，在土地资源系统中发挥举足轻重的作用。1武汉市位于中国腹地中心、长江与汉江交汇处、江汉平原东部，是中部六省唯一的副省级城市，也是国务院批准的中部地区中心城市。随着城市化进程和城市土地向外扩张加速，随之而来的土地利用问题也很多。在这样的背景下，对武汉市建成区的土地利用效率进行综合评价，总结出土地利用存在的问题，以便优化土地利用状况。1.2 研究现状关于土地利用综合

6、效益的评价，方法比较单一。王雨晴、周飞、韩书成、徐金哲等侧重于评价方法的研究，构建综合效益评价指标体系，采用AHP法、熵权法、改进熵值法确定指标权重，运用相关模型对进行评价2-5。张旺锋、戴菲、王蓉等从经济、社会、生态效益三个方面构建城市土地利用效益评价指标体系，应用功效系数法定量评价城市土地利用综合效益情况6-8。陈静等从土地利用的经济、社会和生态效益3 个方面建立了指标体系，运用层次分析法、熵值法确定权重，对唐山市的土地利用效益进行动态评价，并对子效益系统之间的协调性进行了分析，同时运用主成分分析法对土地利用效益的驱动机制进行定性研究。最后提出提高土地利用效益和子效益系统之间协调性的相关建

7、议9。1.3 研究意义土地是各种经济要素和人类活动的载体，为生活、生产提供活动空间，影响着城市的发展，所以城市土地资源利用的合理性直接关系到城市的发展好坏。利用各种模型及方法对土地利用状况进行综合评价，为城市土地利用规划与管理提供科学指导，有助于实现土地资源的合理利用与优化配置，促进区域社会经济的持续发展，具有十分重要的理论价值和现实意义。在理论上，丰富和发展土地利用综合效益分析的方法，在总结国内外土地利用效益综合研究的基础上，结合 GIS 和传统评价方法，对研究方法进行丰富。在现实中，对武汉城市土地利用效益综合评价有助于掌握土地利用水平，对城市的发展和规划将起到指导作用。1.4 研究内容和思

8、路1.4.1 研究内容以武汉市13个区：江汉区、江岸区、汉阳区、青山区、武昌区、硚口区、洪山区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区、东西湖区、汉南区为研究核心，从经济、社会和生态3个方面建立武汉市土地利用效益评价指标体系，选取国内生产总值、固定资产投资、总人口以及人均公共绿地面积四个指标，借助GIS平台对数据进行可视化表达，对武汉市13个区2010年土地利用效益进行综合评价。城市土地综合效益评价指标体系的构建。通过阅读文献，查找资料，从自然生态、经济和社会等方面构建城市土地利用综合效益评价指标体系。基于GIS的多因子综合效益评价。在单因子评价的基础上，根据各个因子的权重，将各个评价因子进行空间叠加

9、求和，进而形成土地利用效益评价结果图，实现多因子综合效益评价。1.4.2 数据来源本文收集的数据来源主要包括：武汉市统计年鉴、武汉市地情文献和武汉市地图。1.4.3 研究思路评价单元、指标和权重的确定地图矢量化与数据的处理城市土地利用效益综合评价指标体系多因子综合评价与GIS制图对策建议 第2章 土地利用效益评价理论基础2.1 土地利用效益的基本概念2.1.1 土地利用结构土地利用结构，一般指一定区域内，各种土地利用类型和土地覆被之间在数量上的比例关系，以各种土地利用类型和土地覆被占该区域土地总面积的比重表示。土地利用结构可分为现状结构、预测结构和规划结构。根据土地利用结构是否具有空间特性，又

10、可分为空间结构、数量结构。城市土地利用结构是城市土地资源配置中的重要内容和特征。城市土地利用结构是指城市内部各种功能用地的比例、空间分布关系。2.1.2 土地利用经济效益土地利用经济效益指在有限的土地内可能生产的产品和服务的价值。土地利用过程的经济效益，是相对的，是指投入有限的资源生产出尽可能多的产品及服务。要是用经济指标量化的话，它反映一定土地上一年内创造的最终产品的指标。土地利用经济效益是衡量土地利用效率的最直观和最主要的一方面。它是体现城市发展状况的主要指标。通过评价城市土地利用的经济效益，可以看出投入产出关系是否有效，发现土地利用存在的问题，为合理利用土地提供改进依据，为相关部门调整土

11、地利用与经济发展之间的博弈关系提供参考依据，为加快城市的经济发展提供有效措施。2.1.3 土地利用社会效益土地利用社会效益，是指人们对土地各种利用状态的后果，对社会需求特别是城市居民需求、社会发展和城市发展的满足度及相应政治和社会影响力。也就是说，土地利用不仅要获得经济效益的增长，也要在全社会范围内获得社会整体效益的提高，如代际公平、提高人口素质、城市发展和社会安定等，这才是最终效益的体现10。2.1.4 土地利用生态效益在土地利用过程中，对整个土地生态系统的生态平衡造成某种影响，从而对人的生活和生产环境产生某种影响，这种影响产生的效应，谓之土地利用生态效益。经济、社会和生态效益共同提高，是土

12、地资源合理配置的最终目标。人们在进行每一项经济活动之前都应该考虑到生态环境的投入成本，不可以为了获得经济效益，破坏了环境，再付出巨大的财力与物力也换不回原来的环境，这样是得不偿失的。随着生态环境的恶化，我们要更加重视土地利用过程中的生态效益。2.2 土地利用效益评价的基本理论城市土地利用相关理论主要包括系统理论、区位理论、集约利用理论和最优化理论等。2.2.1 系统理论系统的属性主要表现在动态性、整体性、层次等级性、相关性和自组织性等方面11。土地利用系统是由一个土地单元所组成的系统。其结构根据不同的原则，会有不同的划分方法，总的来说可分为三种，一种是依据土地利用方式划分，一种是依据土地系统层

13、次划分，最后一种是依据土地利用系统的范围来划分的。土地利用系统也具有动态性、整体性、层次等级性和相关性等特点。所以土地利用系统非常复杂，并且多变。运用系统理论可以更好的认知土地利用结构，从而优化土地利用布局。2.2.2 区位理论区位理论的内容就是在合理利用土地资源情况下，为获得社会经济效益最高，根据各区域的土地利用特点选择适合自己的区位。不同的城市土地区位，有着相对固定的空间位置和明显的经济特点。充分合理利用区位理论选择适合自己的用地布局，以达到提高土地效率的目的。2.2.3 集约利用理论土地集约利用的概念是由古典政治经济学家David Ricardo在地租理论中首次提出的。土地集约利用就是指

14、针对一定面积的土地集中投入较多的生产资料和劳动，并利用先进的技术，以求在固定的土地面积上获得最高收入的一种经营方式。农业的土地集约利用可分为资金密集型利用、劳动密集型利用和技术密集型利用。土地面积的有限性和人类需求的无限性，实行集约经营，是当今世界发展所趋。在我国有限的土地上要产出更多的收益，缓解我国人多地少的压力，可以通过依靠适度地增加对资金或生产资料的投入，提高集约度来实现，但是还要考虑递增递减规律。城市土地利用结构的集约化发展的前提是土地的社会效益、经济效益、生态效益相互协调一致，必须充分考虑现有的经济技术水平，对比当前利益和远期目标的差异大小，对比投入大小的可行性，通过对一定面积上土地

15、投入的增加，运用先进的管理方法，达到促进城市土地利用结构布局的优化和功能的不断提升的效果，提高土地利用的效益。2.2.4 最优化理论最优化原理的内容就是通过采用人类最先进的操作方略，获得社会的最优质态、最高速度、最小风险、最少消耗的全面腾飞。其实质就是运用最优化的方法，用最少的投入消耗，获得最大社会价值效益。最优化原理的意义在于用相对最少的投入或消耗获取相对最大的效益，在没有条件时要创造条件获取最大价值，在要素投入产出效益、功能极值效益、结构优化效益、关系整合效益、规模集团效益、风险损益效益、最大化资源配置效益、动态运作效益、增殖效益的前提下，获取系统的最大价值，并且要在效益最大化的基础上，来

16、获取整体的最大价值。 第3章 武汉市城市土地利用效益综合评价3.1 武汉市区域概况 武汉地处长江中下游，最东端位于新洲区徐古镇将军山村，最西端位于蔡甸区侏儒街国光村，最南端位于江夏区湖泗街道均堡村，最北端位于黄陂区蔡店街道李冲村。形似一只自西向东的彩蝶。在中国经济地理圈内，武汉处于优越的中心位置，被誉为中国经济地理的“心脏”。 2011年末，武汉全境面积8494.41平方公里，为湖北省面积的4.6%；市域周长977.28公里，7个中心城区面积863平方公里，建成区面积807.54平方公里（不含水域面积）。拥有公园70个，公园绿地面积6038.48公顷，人均公园绿地面积9.42平方米，建成区绿化

17、覆盖率37.54%，湿地自然保护区面积2.8万公顷，森林面积16.8万公顷，森林覆盖率26.80%。武汉属亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高温、降水集中，冬季稍凉湿润等特点。在本文的研究中，选取武汉市13个区，即江汉区、江岸区、汉阳区、青山区、武昌区、硚口区、洪山区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区、东西湖区、汉南区确定为评价单元。3.2 构建指标体系的原则和方法3.2.1 构建指标体系原则评价指标体系的选取是决定评价结果是否有效的关键环节，就是选取对评价对象进行评价的所有考察指标。土地利用综合效益指标选取的过程中应遵循以下原则：（1）全面性原则：土地利用综合效益评价

18、必须考虑影响土地利用的各方面因素，把经济、社会和生态等影响因素协调起来进行综合评价。（2）可操作性原则：指标要具有可行性，具有相关的数据，并容易获取。（3）主导性原则：影响土地利用效益的因素众多，应当在综合分析的基础上，针对特定区域、特定土地利用系统选择具有针对性的指标。（4）差异性原则：在土地利用效益评价指标中，某些指标在研究区内分布相对比较均匀或差别不大，但对土地利用的影响至关重要。因而在选取应该指标的时候应该保持低相关度。3.2.2 筛选指标的方法土地利用综合效益评价关系到各方面的因素，有自然生态因素也有社会经济因素，只有这样才能全面而且切合实际。但要考虑的因素过多，也很不实际，给评价带

19、来困难，一般采用专家选择法。专家选择法也称专家调查法，是一种客观的综合多数专家经验与主观判断的技巧。它测定的可信度较高，是一种常用的技术方法。专家选择法的主要工作是通过专家对大量非技术性的无法定量分析的内容做出决策，因此，专家选择是关键。1. 要求专家的总体的权威程度较高，具有良好的资信和学术道德水平；2. 专家代表面应广泛，具有涉及到的不同专业和领域的互补性和代表性；3. 具有较高的专业知识水平和实践经验、敏锐的洞察力和较强的判断能力；4. 专家人数要适当，既要有代表性，又要有利于工作组织，一般以 10-40 人为宜。在本论文中，由于自身局限性的限制，指标的选取以相关文献指标的选取作参考和个

20、人打分来确定。3.2.3 评价指标体系构成在土地利用效益评价中，设置的评价指标体系要能同时反映社会、经济和自然生态各方面的主要特征。经济效益评价指标的选取。地利用经济效益指在土地利用过程中投入的劳动消耗及其产出的符合社会需求的新产品量或价值量。土地利用经济效益是土地科学研究的重点内容，国内外已经形成了较成熟的理论体系和评价方法。在本文中主要选取了国内生产总值（GDP）和固定资产投资作为经济效益方面的评价指标。社会效益评价指标的选取。土地利用社会效益是指土地利用对社会需求的满足程度及相应产生的社会影响，在本论文中选取了户籍总人口作为评价指标。生态效益评价指标的选取。土地利用生态环境效益指土地利用

21、活动对生态及环境质量的影响和改善程度，本文中选取了人均公共绿地面积作为生态效益的评价指标，指标越高，说明区域的生态环境越好。综上所述，结合武汉的具体情况，参考了相关文献指标的选取，结合个人经验的判断，局限于相关数据的获取以及自身技术手段的限制，确定了国内生产总值（GDP）、固定资产投资、户籍总人口和人均公共绿地面积四个指标从经济、社会和生态三个方面对武汉市土地利用效益进行综合评价。3.2.4 指标值的获取根据武汉市2010统计年鉴和武汉市地情文献获取数据资料。 表3.1 2010年武汉市土地利用效益综合评价指标值区名户籍总人口（人）国内生产总值GDP（亿元）固定资产投资（亿元）人均公共绿地面积

22、（平方米/人）汉南区10986455.8848.026.8江夏区600168232.47183.247.1汉阳区418415432.11201.717.21武昌区1135900471.98311.529.87硚口区534336307.72191.313.9江汉区470202480.01156.784.4青山区454585468.8893.368.3蔡甸区451919165.92116.062.33洪山区681815461.96249.259.35江岸区679558433.35223.097.2东西湖区269464230.3154.259.32新洲区979240237.28166.330.21黄

23、陂区1129500256.97191.0118.33.2.5 指标值的标准化即无量纲化，各评价指标的含义不相同，计量单位也不相同，使得指标之间没有可比性。为了方便各指标数据的比较分析，需要对指标取值进行标准化处理，来消除量纲的影响，计算出相对的评价分值。目前常用的标准化方法主要是总和标准化法、极大值标准化法、标准差标准化法和极差标准化法。这里采用极差标准化法，在标准化过程中，首先将评价指标大体分为两类：正向指标和逆向指标。两者采用不同的标准化公式： 表3.2 2010年武汉市土地利用效益单项评价指标量化值区名户籍总人口国内生产总值GDP固定资产投资人均公共绿地面积汉南区0000.3642896

24、63江夏区0.4778623750.4163581920.513168880.380873411汉阳区0.3007214170.8870629290.5832637570.386954118武昌区10.98106712610.533996683硚口区0.4137008840.5937802090.5437950660.2039801江汉区0.35119430510.4127514230.231619679青山区0.3359735920.9737580460.1720683110.447208402蔡甸区0.3333752420.2594487540.2582163190.117191819洪山

25、区0.5574375560.9574422940.7636812140.50525152江岸区0.5552378280.8899865610.6644022770.386401327东西湖区0.1555500980.4112418360.4031499050.503593145新洲区0.8473152990.4276990550.4489943070黄陂区0.9937624020.47412350.54265654613.2.6 指标权重的确定确定评价因子权重，是整个评价过程的关键，一般根据权重是否受人为影响，将权重的确定方法分为主、客观法两类。主观赋权法是根据经验主观判断得到的，如 Delp

26、hi 法、因素成对比较法等；客观赋权法的权重是由各指标在评价单位中的实际数据而形成的，它不依赖于人的主观判断，如主成分分析法、熵权法、变异系数法等。在本论文中参考相关文献指标权重的选取以及武汉的实际情况，确定了国内生产总值（GDP）、固定资产投资、户籍总人口和人均公共绿地面积四个指标的权重分别为0.4、0.2、0.3和0.1。3.3 土地利用效益综合评价3.3.1 因子分值的计算本文采用加权综合叠加模型来计算土地利用综合效益。其基本原理就是将每个评价单元上各个因子的分值与其对应的权重的乘积加权求和。其数学模型为： 表3.3 2010年武汉市土地利用效益综合评价指标总效益值区名户籍总人口国内生产

27、总值GDP固定资产投资人均公共绿地面积总得分汉南区0000.0364289660.036428966江夏区0.1433587130.1665432770.1026337760.0380873410.450623107汉阳区0.0902164250.3548251720.1166527510.0386954120.60038976武昌区0.30.392426850.20.0533996680.945826519硚口区0.1241102650.2375120840.1087590130.020398010.490779372江汉区0.1053582920.40.0825502850.0231619

28、680.611070544青山区0.1007920770.3895032180.0344136620.044720840.569429798蔡甸区0.1000125730.1037795020.0516432640.0117191820.26715452洪山区0.1672312670.3829769170.1527362430.0505251520.753469579江岸区0.1665713480.3559946240.1328804550.0386401330.694086561东西湖区0.0466650290.1644967340.0806299810.0503593150.3421510

29、59新洲区0.254194590.1710796220.08979886100.515073073黄陂区0.2981287210.18964940.1085313090.10.696309433.3.2 土地利用效益综合评价的分类将各评价单元的评价结果进行排序，按照一定规则将各单元进行归类，本论文中制定如下四个等级的分类规则：优秀0.75-1.0，良好0.5-0.75，中等0.25-0.5，较差0-0.25。3.3.3 综合评价结果的空间可视化表达借助GIS平台将综合评价数据以及结果录入工程图中并进行图件的绘制。得到最后的综合评价结果图。 图3.1 武汉市土地利用效益综合评价图3.4 综合评价

30、结果分析通过对武汉市土地利用效益综合评价图的分析得到，武昌区和洪山区的土地利用综合效益是优秀，即综合效益最高；江岸区、江汉区、汉阳区、青山区、黄陂区和新洲区综合效益呈良好态势；综合评价为中等的区有江夏区、硚口区、蔡甸区和东西湖区；土地利用综合效益较差的是汉南区。武昌区位于武汉的中心区，基础设施建设较好，户籍人口在所有区中最多，国内生产总值（GDP）排第二，固定资产投资最高，人均公共绿地面积仅次于黄陂，其土地利用综合效益等级最高。而与武昌区紧邻的洪山区，土地利用综合效益也很好。应该说这两个区作为武汉市的三镇之一的武昌的主要组成部分，其土地利用效益较好，洪山区还有较大提升空间。江岸区、江汉区、汉阳区、青山区、黄陂区和新洲区的综合效益得分都处在良好等级，提升空间较大，应该及时赶上第一梯队，达到优秀水平。硚口区位于武汉市的市中区区域，与江汉区和汉阳区相邻，其土地利用综合效益得分在0.25-0.5之间，可见土地利用综合效益并不高，这是值得反思的。作为城市的中心区域，土地利用效益的低下势必影响城市的健康发展，市中心土地的不集约利用，将导致城市的无序蔓延，带来的危害很大，应引起重视。 第4章 问题与对策建议通过上述分析，总结出武汉市存在的城市土地利用问题，并提出相应的对策。1、 注重城市外延开发，忽视内涵挖潜改造。由于城市郊区地价低廉，而城区再开发和改造成本较高，导致城市普遍采用不断向外摊大