劉文鋒

(南京農(nóng)業(yè)大學公共管理學院，江蘇 南京 210095)

1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張驅(qū)動力研究

本文考慮蘇錫常地區(qū)自然經(jīng)濟特征和數(shù)據(jù)的可獲得性，建立城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張指標體系，一級項目層分為自然地理、區(qū)位距離、經(jīng)濟發(fā)展、人口聚集和行政中心因素。除了自然地理、區(qū)位距離和經(jīng)濟發(fā)展等因素對土地利用/覆被變化有影響外，用地管控因素也是影響土地利用/覆被變化的主要影響因素。我國《土地管理法》規(guī)定，根據(jù)土地利用總體規(guī)劃，實施土地用途管制。本文遵循土地用途管制目標，強調(diào)水域保護理念，規(guī)定水域不可以向其他土地利用類型轉(zhuǎn)化。

2 基于 Markov-ANN-CA 模型多情景城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張模擬

2.1 基于Markov-CA模型[1]的建設(shè)用地規(guī)模預測

其中建設(shè)用地柵格個數(shù)確定過程為：在ArcGIS中將蘇錫常地區(qū)2005年和2015年土地利用現(xiàn)狀圖轉(zhuǎn)換為分辨率為90mm×90m的柵格數(shù)據(jù)，再利用ArcGIS軟件轉(zhuǎn)為ASCII格式，運用IDRISI Selva軟件，將ASCII數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為rst格式，并對rst格式數(shù)據(jù)進行重分類，將數(shù)據(jù)中空值(-9999)轉(zhuǎn)化為0?；诖耍\用Markov-CA模型，計算2005-2015年土地利用概率轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)2015年土地利用狀態(tài)、轉(zhuǎn)移概率矩陣和適宜性圖集，計算得到2025年建設(shè)用地柵格數(shù)為655 545個，每個柵格實際面積為0.008 1km2，即2025年建設(shè)用地預測面積約為5 310km2。2015—2025年建設(shè)用地柵格轉(zhuǎn)換總量等于2025年預測建設(shè)用地柵格數(shù)量減去2005年建設(shè)用地柵格數(shù)量，共有98 152個，建設(shè)用地面積擴張795.03km2。

2.2 模型糾正(訓練)

2.2.1 數(shù)據(jù)預處理

模型運行利用GeoSOS-FLUS軟件，由于數(shù)據(jù)量較大，難以對所有蘇錫常土地利用柵格數(shù)據(jù)進行模擬，設(shè)置參與模擬數(shù)據(jù)比例為5%，共有107 274個柵格。具體的訓練數(shù)據(jù)又從參與模擬的數(shù)據(jù)中均勻采樣80%，共有85 819個柵格單元數(shù)據(jù)，考慮到現(xiàn)實土地利用轉(zhuǎn)換難易程度和政策因素等影響，模型運行起始前限制土地利用類型轉(zhuǎn)化方向，其他土地利用類型不能轉(zhuǎn)化為水域[2]。

2.2.2 元胞與元胞空間

本研究基于Markov-ANN-CA模型，結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺，以蘇錫常土地利用現(xiàn)狀圖為底圖，確定90m×90m的柵格單元為一個元胞，每個元胞的實際面積為0.008 1km2；遵循《土地利用現(xiàn)狀分類》(GBT 21010-2017)國家標準，結(jié)合蘇錫常地區(qū)土地利用特征，簡化地類數(shù)量，運用重分類工具，將研究區(qū)劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用用地6類景觀，因此有6種類型的元胞。

2.2.3 訓練與模擬參數(shù)設(shè)定

Markov-ANN-CA模型設(shè)置2005年、2015年土地利用變更數(shù)據(jù)為訓練初始年數(shù)據(jù)與終止年數(shù)據(jù)，輸入城鎮(zhèn)建設(shè)用地影響因子，并設(shè)置輸入層為15個神經(jīng)元，對應(yīng)8項影響城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張的影響因子，1項當前土柵格土地利用類型和6項當前柵格鄰域內(nèi)各土地利用類型；經(jīng)過誤差收斂驗證，隱藏層元胞數(shù)量設(shè)定為20個；輸出層包括6個輸出項，分別對應(yīng)不同土地利用類型，學習速率設(shè)為0.05，迭代次數(shù)達500次時訓練終止，獲得訓練集模擬精度為88.655%，驗證集模擬精度為88.842%，誤差收斂至0.14，達到模擬精度要求。

2.3 Markov-ANN-CA模型模擬

城鎮(zhèn)空間擴張模擬：以現(xiàn)狀城鎮(zhèn)區(qū)域作為建設(shè)用地擴張的源，根據(jù)2015—2025年建設(shè)用地轉(zhuǎn)換元胞約束條件劃分城市發(fā)展情景，將城市建設(shè)用地擴張分為低速發(fā)展、慣性發(fā)展和高速發(fā)展情景，研究區(qū)全域為對應(yīng)情景下的元胞空間[3]。

將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)元胞自動機訓練參數(shù)，不同情景下蘇錫常地區(qū)各土地利用類型控制規(guī)模輸入模型中。各情景土地利用類型預測數(shù)量如表1所示。

表1 2025年蘇錫常地區(qū)各土地利用類型預測規(guī)模

3 結(jié)果和建議

由表1可以看出，高速發(fā)展情景下耕地占用最多，達119771.46hm2；其次是慣性發(fā)展情景下，達73 360.89hm2；占用耕地最少的是低速發(fā)展情景，占用23 980.05hm2。占用其他土地最多的用地類型是建設(shè)用地，高速發(fā)展情景下建設(shè)用地擴張130 909.77hm2，慣性發(fā)展情景下建設(shè)用地擴張79 272.27hm2，低速發(fā)展情景下建設(shè)用地擴張25962.12hm2。我們提出以下建議。

(1)加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度。公路和軌道交通的分布是影響城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張的重要因素，完善交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可引導城鎮(zhèn)建設(shè)用地合理布局。

(2)提高土地集約利用程度。政府應(yīng)通過土地集約利用緩解土地供需矛盾，減少城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張對林地，水域等重要生態(tài)景觀的占用。

(3)合理調(diào)整人口布局。政府應(yīng)以人口布局為基本立足點調(diào)控城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模，落實“地隨人走”的城鎮(zhèn)建設(shè)用地配置原則。

(4)注重糧食安全保護。政府可結(jié)合“城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤”“高標準基本農(nóng)田建設(shè)”等政策，在城鎮(zhèn)周邊配置一定規(guī)模的耕地，發(fā)揮生態(tài)隔離作用，合理控制城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴張。

(5)加強土地利用規(guī)劃調(diào)控。政府應(yīng)強化土地用途管制，提高城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間配置的科學性，避免對生態(tài)環(huán)境的不可逆破壞。