基于GM(1,1)模型的土地利用结构预测

1、 基于GM（1,1）模型的土地利用结构预测以山西省河津市为例摘要：根据山西省河津市1997-2008年土地利用变更数据，采用灰色系统模型GM（1，1），对河津市2010年和2015年土地利用结构进行变化进行预测。结果表明：到2020年河津市耕地、园地、水利设施用地及未利用地将持续减少，林地、其他农用地和建设用地增长明显：土地利用类型由耕地、园地、水利设施用地及未利用地向其他农用地和建设用地转化。关键词：土地利用结构；GM（1,1）模型；预测；河津市一个地区不同时期土地利用状况及其结构功能很大程度上反映该地区不同时期的自然资源条件及社会经济的发展状况和结构，合理的土地利用结构有助于土地资源在国民

2、经济各部门之间的有效配置并实现其利用效率的最大化。因此,研究区域土地利用结构动态变化是研究一个地区自然资源和社会经济发展状况的重要途径2-3。预测土地利用结构的目的在于通过借助一定的数学模型，定量地说明土地利用结构变化的趋势和过程，从而为区域土地利用规划和社会经济可持续发展提供决策依据4。本文借助GM（1，1）模型对其未来土地利用结构进行预测和检验，以期为当地修编土地利用规划和城市规划提供参考。1研究区概况河津市位于山西省西南部，运城市西北角，黄河、汾河交汇处。介于北纬352817至354715，东经1103215至1105045之间。土地总面积59250.15公顷。河津市下辖2个街道办事处2

3、镇5乡，2008年末全市总人口38.27万人，其中城镇人口14.49万人。2008年全市实现生产总值131.81亿元，比上年同期增加16.20%，三产结构比例为2.0:73.7:24.3。2土地利用结构动态变化分析根据对河津市的土地利用结构变化进行分析可以看出（图1），1997-2008年河津市耕地、水利设施用地、未利用土地的面积均处于不断减少的趋势，其中未利用土地的年变化率最大，耕地次之，水域基本不变，其年变化率依次为：0.28%，0.12%,0.01%，这与国家生态退耕政策的实施和水保生态环境治理工作的开展有关；随着城市化的进程以及“退耕还林”等绿化工程的实施，园地、林地、其他农用地、居民

4、点及工矿用地、交通运输用地5类土地利用类型的面积呈现出不断上升的趋势，其中居民点及工矿用地年增长幅度最大，为0.24%：林地、其他农用地和交通运输用地各增加了0.082%,0.041%,0.041%；园地面积几乎持平，12年间只增加了0.01%。图11997,2002,2008年河津市土地利用结构动态变化3GM(1,1)模型原理灰色系统是指既包含有已知信息，又包含有未知和非确定信息的系统，它适合于任何一个无规律或有规律的系统。通过灰色系统模型用不完全的信息建立尽可能完全的模型，因为它的量化基础并非原始数据以及经验性统计规律，而是灰化生成数列以及现实性生成规律，即利用科学方法对原始信息处理，弱化

5、不确定性，强化规律性，将具有随机性的信息转为规律性较强的信息，使波动数列转变成单调上升数列，并弱化误差积累的影响。土地利用系统中由于部分信息明确,部分信息不明确，可以借鉴灰色系统理论，通过建立灰色预测模型GM(1,1)5,对土地利用结构演变趋势进行预测，从而为制定合理的土地利用管理方案提供依据。灰色模型GM(1,1)预测方程为：(t+1)=(1)(0)-ua丿ue-at+a式中：a为发展回数，u为内生控制回数。由此可以计算出所要计算的预测指标值：x(0)(t+1Lx(t+1)-x气)为分析模型的可靠性，需要对模型进行诊断。目前通用的诊断方法是对模型S1进行验证检查。即先计算观察数据离差S2二迟

6、x(o)C)-xr1t=1及残差的离差s2：s2=丄艺()Qq()Cr2m-1t=1再计算后验证比c：sc=Ts2及小误差概率p：p=q(o)(t)-q)(t)0.95和cv0.35时，认为模型可靠，这是可根据模型对系统行为进行预测。4实证分析4.1建立GM(1,1)预测模型以1997-2008年土地利用变更数据为基础，借助DPS中的GM(1,1)建立如下预测模型方程：耕地：x(t+l)=7211.152510exp(0.044285t)-6813.764599园地：x(t+1)=-449.971606exp(-0.082970t)+474.959162林地：x(t+1)=3276.99732

7、4exp(0.066098t)-2940.188937其他农用地：x(t+1)=7051.498763exp(0.037245t)-6640.791857居民点及工矿用地：x(t+1)=-10083.643942exp(-0.039786t)+10410.496011交通运输用地：x(t+1)=-3336.562109exp(-0.077271t)+3484.021951水利设施用地：x(t+1)=-395.943098exp(-0.234870t)+435.176407未利用地：x(t+1)=-9866.320296exp(-0.132364t)+10574.1522584.2模型的检验为了

8、表明模型的可靠性，需要对模型进行诊断。常用方法是对模型进行后验差检验，根据后验比C和小误差概率P对模型进行诊断，当P0.95和CvO.35时，认为模型可靠。对该模型预测结果进行检验(见表1)，结果显示：其他农用地和水利设施用地的等级为三级，耕地、园地、交通运输用地的等级为二级；林地与居民点及工矿用地的预测精度都很高且P均大于0.95,C均小于0.35，都是一级等级。说明该模型能较好地预测河津市未来土地各项用地面积，从而为土地的规划和合理利用提供支持。表1模型的等级精度检验等级CP一级（好）0.35三CP三0.95二级（合格）0.5三C0.350.95P20.8三级（勉强）0.65三C0.50.

9、8P20.7四级（不合格）C0.650.7P4.3土地利用结构变化预测及分析根据以上模型，利用河津市1997-2008年度土地变更调查资料，利用DPS软件分别预测各土地利用类型2010年和2015年的数据。由于土地位置的固定性和面积的有限性，在一定的时间内土地面积是一定的，而根据GM（1,1）预测的某一时间各类型土地的和并不等于实际的总面积，因此，要对各类型预测结果求和，并求出各类型预测面积所占比例，利用实际总面积乘以各地类比例，得到各地类预测面积。结果如表2。表2土地利用结构的预测结果分析耕地园地林地其他农用地居民点及工矿用地交通运输用地水利设施用地未利用地C0.48160.42580.33

10、040.56710.30230.4890.6020.6184P0.81820.90910.96910.72761.00000.90910.72730.7673模型等级二级二级一级三级一级二级三级三级200823130.31969.552640.893351.929063.70659.47137.4818056.97201022545.65948.43334017.974382.36911291.06890.691143.074417321.39比例（）36.6951.5446.5407.13318.3771.4500.07028.192预测面积21653.83910.91713859.0354

11、209.0210844.43855.45941.3705516636.22202022363.4940.47695030.6495286.21813581.071205.67123.3349716779.54比例（）34.2941.4427.7148.10620.8271.8490.03625.731预测面积19894.19836.6364475.24702.55112081.551072.54920.7584914926.86根据土地利用预测结果来看，预计到2015年和2020年，河津市的土地利用结构会继续朝着“耕地不断较少，建设用地持续增加”的趋势演变，未利用地开发速度较快，耕地、水利设施

12、用地较少趋势明显，居民点及工矿用地、交通运输用地增速较快，其他农用地的增长幅度最大。土地利用类型转化主要表现为由耕地、未利用地变为林地和各类建设用地。这与河津市生态退耕的环境保护政策和当地农民发展林果业生产等人类活动直接相关，也与近年来河津市城镇化进程加快、经济社会的快速发展密切相关。5结论与讨论通过运用灰色系统模型GM(1,1)对河津市土地利用结构进行动态预测，结果表明，该模型比较符合土地利用结构变化的预测，可以为当地修编土地利用规划提供参考。在河津市未来的土地利用过程中应合理调整农用地结构，适当降低其他农用地的比例，尽可能促进此类用地向耕地、林地等地类转变，增大农用地内部耕地的补给量。同时，要引进先进技术，提高粮食产量，保证粮食安全。通过内涵挖潜的方式，节约集约利用土地，调高建设用地的利用率，从而实现土地资源的可持续利用。参考文献蔡运龙土地利用/土地覆被变化研究:寻求新的综合途径J.地理研究,2001,20(6):645-652.陈江龙，曲福田,王启仿.经济发达地区土地利用结构变化预测以江苏省江阴市为例J.长江流域资源与环境,2003,12:317-325.张希彪黄土丘陵区土地利用结构的地域分异研究J.农